Bài giảng Hệ nhúng - Chương 1: Tổng quan hệ thống nhúng - Phạm Văn Thuận

1Môn học
HỆ NHÚNG
GV: Phạm Văn Thuận
Bộ môn Kỹ thuật Máy tính
Viện CNTT&TT- ĐH BKHN
email: thuanpv@soict.hut.edu.vn
Hệ nhúng
2
Mục tiêu môn học
 Sau khi kết thúc môn học này, sinh viên có thể
• Trình bày kiến trúc tổng thể và hoạt động của một 
hệ thống nhúng bất kỳ
• Trình bày được kiến trúc vi điều khiển
• Biết sử dụng các môi trường phát triển và lập 
trình firmware cho hệ nhúng
• Biết lập trình ứng dụng ghép nối trên máy tính
• Nắm bắt một số công nghệ mới
Hệ nhúng
3
Tài liệu tham khảo
 Tài liệu tham khảo chính:
• Embedded C Micheal J.Pont (8051)
• Building Embedded Linux System, Karim 
Yaghmour
• Linux Device Driver, Jonathan Corbet
• ARM System Developer Guide-Designing and 
Optimizing System Software, Andrew N.Sloss
• Embedded Systems Architecture: A 
Comprehensive Guide for Engineers and 
Programmers, Tammy Noergaard
Hệ nhúng
4
Nội dung môn học
Chương 1: Tổng quan hệ thống nhúng
Chương 2: Quy trình phát triển hệ thống nhúng
Chương 3: Vi điều khiển và lập trình firmware
Chương 4: Hệ điều hành nhúng
Chương 5: Phần mềm điều khiển trên PC
Chương 6: Giới thiệu công nghệ mới
Hệ nhúng
5
Nội dung chương 1
Chương 1: Tổng quan hệ thống nhúng
1.1. Khái niệm hệ nhúng
1.2. Kiến trúc tổng thể hệ thống nhúng
Hệ nhúng
6
1.1. Khái niệm hệ nhúng
Máy tính nhúng (Embedded Computer)
 Được đặt trong thiết bị khác (bao gồm cả phần 
cứng và các kết cấu cơ khí) để điều khiển thiết bị 
đó làm việc
 Được thiết kế chuyên dụng
Ví dụ:
• Điện thoại di động
• Bộ điều khiển trong máy giặt, điều hòa nhiệt độ
• Một số thiết bị mạng: Switch, Router, 
 Giá thành: từ vài USD đến hàng trăm ngàn USD
Hệ nhúng
7
Khái niệm hệ nhúng
Hệ nhúng (Embedded System)
 Một máy tính nhúng
 Nhiều máy tính nhúng liên kết với nhau
Hệ nhúng
8
Ví dụ
Bàn chải đánh răng có 
sử dụng vi điều khiển 
8bit được lập trình cho 
phép
- Thay đổi tốc độ, thời 
gian, dùng pin sạc
Hệ nhúng
9
Ví dụ
Cấu tạo bên trong một con chuột máy tính
Chuột, bàn phím máy 
tính được trang bị bộ vi 
điều khiển 8bit
-Bắt chuyển động, bắt 
phím
-Mã hóa, kết nối với 
máy tính
Hệ nhúng
10
Ví dụ
Ổ cứng máy tính
-Vi điều khiển 32 bit 
(ARM)
-Tích hợp bộ xử lý tín 
hiệu số
Hệ nhúng
11
Ví dụ
Máy in, máy photocopy
-Vi điều khiển Intel, 
Motorola, ARM
-Kết nối máy tính
Hệ nhúng
12
Ví dụ
Máy bán hàng tự động
- Vi điều khiển: 16-bit 
Hitachi H8/300H Processors
- Cơ cấu chấp hành (motor, 
tay máy)
Hệ nhúng
13
Ví dụ
Máy ảnh kỹ thuật số
-Vi điều khiển DIGIC II 
Image Processor
Hệ nhúng
14
Ví dụ
Sony Aibo ERS-7 
Robotic Dog 
- Vi điều khiển 64 bit MIPS 
R7000
- Hệ điều hành Aperios 
Sony’s Real Time OS
Hệ nhúng
15
Ví dụ
Point of Sales System
-Vi xử lý Intel X86
-OS: Windows XP 
Embedded
Hệ nhúng
16
Ví dụ
Systems DL2 Digital 
Media Server: tạo hiệu 
ứng ánh sáng trên sân 
khấu
-Vi xử lý Intel X86
-OS: Windows XP 
Embedded
Hệ nhúng
17
Ví dụ
Tektronix Logic 
Analyser
-Vi xử lý Intel X86
-OS: Windows XP
Hệ nhúng
18
Ví dụ
Cánh tay robot
-Vi xử lý Intel X86
-OS: Windows XP 
Embedded & others
Hệ nhúng
19
Ví dụ
iPhone SmartPhone
-Vi xử lý Apple A4
-OS: iOS 4
-Hỗ trợ màn hình chạm 
đa điểm
Hệ nhúng
20
Việt Nam???
Bkav SmartHome
-Hạ tầng mạng không 
dây chuẩn Zigbee
-Hệ thống điều khiển 3D
-Tiết kiệm điện năng
-Tự động hoàn toàn 
theo các kịch bản được 
thiết lập
Hệ nhúng
21
Việt Nam???
Robot đánh bóng bàn 
ToSy
-Vi xử lý hiệu năng cao
-Trí tuệ nhân tạo
-Cơ khí chính xác
Hệ nhúng
22
Việt Nam???
Robot hàn tự động
-Vi xử lý hiệu năng cao
-Hệ điều hành nhúng
-Cơ khí chính xác
Hệ nhúng
23
1.2. Kiến trúc tổng thể hệ thống nhúng
 Kiến trúc hệ thống nhúng
• Kiến trúc tổng thể
• Kiến trúc vào ra hệ thống nhúng
• Mô hình lập trình hệ thống nhúng
 Đặc trưng hệ thống nhúng
Hệ nhúng
24
Kiến trúc tổng thể
•Hardware Layer (thành 
phần bắt buộc): tất cả 
các thành phần vật lý (vi 
xử lý, bộ nhớ, hệ thống 
vào ra, cơ cấu chấp 
hành)
•System Software Layer 
(Phần mềm hệ thống): 
hệ điều hành, device 
driver
•Application Software 
Layer (Phần mềm ứng 
dụng)
Hệ nhúng
25
Kiến trúc tổng thể
Hệ nhúng
26
Ví dụ - Hệ nhúng Mini2440
Hệ nhúng
27
KIT mini2440
 Hardware Layer
Hệ nhúng
28
KIT mini2440
 System Software Layer
• Hệ điều hành: Linux, Windows CE, Android
• Bootloader: Nboot, Uboot, Supervivi
• Driver:
LCD Driver
Ethernet Driver
USB Host/Slave driver
SD card driver
CMOS Camera Driver
Wifi driver

Hệ nhúng
29
KIT mini2440
 Application Software Layer
• Phần mềm nghe nhạc 
• Phần mềm game
• Phần mềm thu thập số liệu và điều khiển
• 
Hệ nhúng
30
Kiến trúc vào ra hệ thống nhúng
 Hệ nhúng sử dụng rất nhiều chuẩn giao tiếp vào 
ra
• UART
• USB
• Ethernet
• SPI, I2C, CAN
• 
Hệ nhúng
31
Mô hình lập trình hệ thống nhúng
•Host: hệ thống chứa môi trường phát triển
•Target: hệ nhúng cần phát triển ứng dụng
Hệ nhúng
32
Mô hình lập trình hệ thống nhúng
•Host: hệ thống chứa môi trường phát triển
•Target: hệ nhúng cần phát triển ứng dụng
Hệ nhúng
33
Đặc trưng hệ thống nhúng
 Thường bị giới hạn về tài nguyên: hiệu năng bộ 
xử lý, dung lượng bộ nhớ
 Thường được thiết kế chuyên dụng
 Thỏa mãn yêu cầu về độ tin cậy và khả năng 
chịu lỗi cao, yêu cầu về tính thời gian thực 
(Realtime)
Hệ nhúng
34
Thảo luận