第5章开发环境与技术 嵌入式系统设计教程(第2版)
嵌入式开发系统课程设计
嵌入式开发系统课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解嵌入式系统的基本概念、组成和分类；2. 掌握嵌入式开发环境搭建及编程基础；3. 学习嵌入式系统设计与实现的基本方法；4. 了解嵌入式系统在实际应用中的发展及其在各领域的应用。
技能目标：1. 能够独立搭建嵌入式开发环境，进行基本的程序编写和调试；2. 学会使用常见的嵌入式系统设计工具和软件；3. 掌握嵌入式系统硬件与软件的协同设计方法；4. 能够运用所学知识解决实际问题，完成一个小型嵌入式项目的设计与实现。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对嵌入式系统开发的兴趣，激发其探究精神和创新意识；2. 培养学生的团队协作和沟通能力，使其能够在项目实践中相互学习、共同进步；3. 增强学生的社会责任感，使其认识到嵌入式技术在国家战略和民生领域的重大意义；4. 引导学生树立正确的价值观，关注技术发展对社会和环境的影响，培养其良好的职业道德。
二、教学内容1. 嵌入式系统概述：介绍嵌入式系统的基本概念、发展历程、特点及应用领域，对应教材第一章内容。
- 嵌入式系统定义与分类- 嵌入式系统的历史与发展趋势- 嵌入式系统的应用领域2. 嵌入式系统硬件平台：讲解嵌入式硬件系统的组成、结构与原理，对应教材第二章内容。
- 嵌入式处理器- 存储器与I/O接口- 嵌入式系统硬件设计方法3. 嵌入式系统软件平台：介绍嵌入式操作系统、编程语言及软件开发工具，对应教材第三章内容。
- 嵌入式操作系统原理与应用- 嵌入式编程语言（C、汇编等）- 软件开发工具与调试方法4. 嵌入式系统设计与实现：阐述嵌入式系统设计与实现的方法与步骤，对应教材第四章内容。
- 系统需求分析- 硬件与软件协同设计- 系统测试与优化5. 嵌入式项目实践：结合实际案例，让学生动手实践嵌入式项目设计与开发，对应教材第五章内容。
- 项目选题与需求分析- 硬件系统设计与搭建- 软件编程与调试- 系统测试与总结教学内容安排与进度根据学生实际情况进行调整，确保学生能够循序渐进地掌握嵌入式系统的基本知识和技能。
2019嵌入式课程设计-嵌入式系统设计与应用(第2版)-王剑-清华大学出版社
嵌入式系统课程设计计划具体内容、进度安排及要求（附课表，包含指导、答疑、上机的时间、地点，指导教师，学生班级，分组情况等）一、内容及要求：通过本次课设，使学生了解嵌入式系统的特点，进一步理解和巩固课堂所学的嵌入式系统的基本理论和知识。
掌握嵌入式系统的基本设计与分析方法，从而达到理论与实际相结合，并为今后从事嵌入式系统设计及其相关领域的各项工作打下坚实的基础。
具体要求如下：1、掌握嵌入式系统的硬件设计原理。
2、掌握嵌入式linux操作系统下的C语言应用程序设计技术3、掌握嵌入式linux操作系统驱动程序设计技术4、掌握嵌入式linux操作系统的移植技术5、掌握嵌入式linux操作系统的交叉编译与动态调试技术具体内容如下：（1）熟悉嵌入式硬件系统基础知识及基于Linux的应用开发环境的建立和程序设计方法熟悉嵌入式硬件系统基础知识，熟悉嵌入式操作系统Linux的特点，了解Linux的主要模块及各自的功能。
掌握虚拟机VMW ARE的使用方法，掌握通过交互式的环境来设计和定制内核、选择系统特性，然后进行编译和调试的全过程。
了解BSP在嵌入式系统中位置及其作用。
掌握在嵌入式操作系统Linux上搭建嵌入式应用开发环境的方法，熟悉Bootloader的使用方法。
（2）嵌入式操作系统Linux平台的编译移植搭建安装嵌入式实验开发平台的BSP。
根据嵌入式实验开发平台的特点和系统需求，利用VMARE环境配置Linux操作系统的特性和功能, 熟悉Bootloader的使用方法,使用TOOLCHAIN进行交叉编译、链接生成操作系统内核，生成系统映像文件ZImage。
下载并运行编译好的Linux系统内核。
对文件系统同样进行相关编译移植下载至嵌入式开发平台上。
（3）嵌入式数据库SQLITE与UI开发工具QT的掌握。
（4）根据所学理论知识和嵌入式硬件开发平台的具体情况，设计一个具有一定规模较复杂功能的嵌入式系统（如嵌入式系统设备驱动程序），一般来讲需要2个学生共同完成.（5）编写课设报告。
嵌入式系统设计与开发教材
集成加密、解密、身份验证等功能的硬件模块，提供安全存储和 运算环境。
电磁屏蔽与干扰防护
采用电磁屏蔽材料和干扰抑全防护策略
安全启动机制
确保系统启动过程中软件的完整性和真实性，防止恶意代 码注入。
访问控制策略
对系统资源进行访问控制，防止未经授权的访问和操作。
应用程序调试方法
介绍应用程序调试的常用方法， 如断点调试、单步执行、变量监 视等，并分析它们的优缺点和适 用场景。
软件调试和测试方法
软件调试方法
详细阐述软件调试的方法， 包括静态调试和动态调试， 以及常见的调试工具和技巧
。
软件测试方法
介绍软件测试的基本概念、 分类和方法，包括单元测试 、集成测试和系统测试等， 并分析它们在嵌入式软件开
汽车电子领域
如车载导航、自动驾驶辅助系 统、智能座舱等，嵌入式系统 的应用不断推动汽车智能化发 展。
航空航天领域
如飞机导航系统、卫星控制系 统等，嵌入式系统的高可靠性
和高性能得到了广泛应用。
02 嵌入式系统硬件设计
处理器选型及原理
常用嵌入式处理器类型
包括微控制器、数字信号处理器、嵌入式微 处理器等。
远程升级和固件更新机制
远程升级协议
制定安全的远程升级协议，确保固件更新过程的可靠性和完整性 。
固件验证机制
对更新的固件进行验证，确保其来源可靠且未被篡改。
断点续传和回滚机制
支持断点续传和回滚功能，确保固件更新过程的稳定性和容错性。
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特点
嵌入式系统通常具有功耗低、体 积小、实时性强、可靠性高等特 点，且软硬件可裁剪，以适应不 同应用需求。
《嵌入式系统基础》课程教学大纲
嵌入式系统基础课程教学大纲（EmbeddedMicroprocessorSystem）学时数：32其中：实验学时：0课外学时：0学分数：2适用专业：计算机科学与技术一、课程的性质、目的和任务本课程是计算机科学与技术专业本科生的一门专业选修课程。
通过本课程的学习，使学生掌握嵌入式系统的基础知识，熟悉典型的嵌入式微处理器及嵌入式操作系统，掌握嵌入式系统的一般设计方法与开发过程，具备初步的嵌入式系统的软硬件设计开发能力，为嵌入式系统的实际应用打下基础。
二、课程教学的基本要求（一）掌握嵌入式系统的基本概念、基本组成及发展、嵌入式处理器及嵌入式操作系统分类（二）掌握ARM嵌入式微处理器体系结构、ARM指令系统及ARM汇编语言（H）掌握嵌入式1inUX 操作系统内核结构及文件系统（四）掌握嵌入式系统的一般设计流程、典型开发环境及开发工具（五）掌握基于ARM嵌入式微处理器的典型接口设计（六）初步掌握基于嵌入式1inUX操作系统的软件设计三、课程的教学内容、重点和难点第一章嵌入式系统基础知识一、嵌入式系统简介二、嵌入式处理器第二章嵌入式系统一般设计方法一、嵌入式系统的层次结构二、嵌入式系统的设计流程第三章ARM处理器体系结构及指令系统一、ARM微处理器的体系结构二、指令系统三、基于ARM体系的汇编语言程序设计第四章基于ARM处理器的硬件平台设计一、基于微处理器的嵌入式系统的硬件设计二、存储系统的分析与设计三、通用I/O接口的设计第五章嵌入式1inux操作系统一、1i1IUX及其应用二、嵌入式1inux内核三、嵌入式1inUX文件系统第六章嵌入式1inux系统的Boot1oader设计一、Boot1oader的基本概念二、Boot1oader的具体实现重点：Boot1oader的基本概念难点：BOOt1Oader的具体实现第七章嵌入式1inux程序设计基础一、嵌入式1inUX开发基础二、1inUX的常用工具三、嵌入式1inUX操作系统的开发工具四、交叉开发环境重点：嵌入式1inUX操作系统的开发工具、难点：交叉开发环境第八章嵌入式1inux系统的驱动开发一、1inUX下的设备驱动程序简介二、设备驱动程序的开发过程三、典型设备驱动程序设计分析第九章嵌入式网络程序设计一、嵌入式以太网基础知识二、以太网接口设计三、1in1IX网络编程实现重点：以太网接口设计、1inUX网络编程实现难点：1inUX网络编程实现第十章嵌入式1inux图形用户界面编程一、1inux图形开发基础二、嵌入式1inIIX图形用户界面简介四、课程各教学环节要求（一）作业根据课程学习需要，安排适当课外作业。
嵌入式Linux C语言应用开发教程(移动学习版 第2版)
6.3进程间通7.1 TCP/IP 概述
2
7.2网络编程 基本知识
3
7.3网络高级 编程
4 7.4实验内容：
NTP的客户端 实现
5
思考与练习
8.2字符设备驱动 编程
8.1设备驱动编程 基础
8.3基于设备树的 字符驱动程序实例
8.5按键驱动程序 实例
读书笔记
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精彩摘录
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8.4 GPIO驱动程序 实例
思考与练习
9.1嵌入式GUI简介
9.2 Qt/Embedded 开发入门
9.3实验内容：使用 Qt编写“Hello, World”程序
思考与练习
10.1仓库信息处理 系统概述
10.2基本数据结构
10.3功能实现 思考与练习
作者介绍
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目录分析
一、我们致力于这样 的发展理念
二、我们致力于提供 这样的学习方式
三、我们致力于提供 这样的服务保障
四、我们期待您的加 入
1.2 ARM处理器硬 件开发平台
1.1嵌入式系统概 述
1.3嵌入式软件开 发流程
1.4实验内容： 使用SD-CARD 烧写EMMC
思考与练习
2.1嵌入式
1
Linux下C语言
概述
2
2.2编辑器vim
3
2.3编译器gcc
嵌入式系统设计教程(第2版)简答题答案.pdf
第一章嵌入式系统概论1.嵌入式系统的定义是什么？答：以应用为中心，以计算机技术为基础，硬件、软件可裁剪，功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。
2.简述嵌入式系统的主要特点。
答：（1）功耗低、体积小、具有专用性（2）实时性强、系统内核小（3）创新性和高可靠性（4）高效率的设计（5）需要开发环境和调试工具3. 嵌入式系统一般可以应用到那些领域？答：嵌入式系统可以应用在工业控制、交通管理、信息家电、家庭智能管理系统、网络及电子商务、环境监测和机器人等方面。
4. 简述嵌入式系统的发展趋势答：（1）嵌入式应用的开发需要强大的开发工具和操作系统的支持（2）连网成为必然趋势（3）精简系统内核、算法，设备实现小尺寸、微功耗和低成本（4）提供精巧的多媒体人机界面（5）嵌入式软件开发走向标准化5.嵌入式系统基本架构主要包括那几部分？答：嵌入式系统的组织架构是由嵌入式处理器、存储器等硬件、嵌入式系统软件和嵌入式应用软件组成。
嵌入式系统一般由硬件系统和软件系统两大部分组成，其中，硬件系统包括嵌入式处理器、存储器、I/O系统和配置必要的外围接口部件；软件系统包括操作系统和应用软件。
6.嵌入式操作系统按实时性分为几种类型，各自特点是什么？答：（1）具有强实时特点的嵌入式操作系统。
（2）具有弱实时特点的嵌入式操作系统。
（3）没有实时特点的嵌入式操作系统。
第二章嵌入式系统的基础知识1.嵌入式系统体系结构有哪两种基本形式？各自特点是什么？答：冯诺依曼体系和哈佛体系。
冯诺依曼体系结构的特点之一是系统内部的数据与指令都存储在同一存储器中，其二是典型指令的执行周期包含取指令TF，指令译码TD，执行指令TE，存储TS四部分，目前应用的低端嵌入式处理器。
哈佛体系结构的特点是程序存储器与数据存储器分开，提供了较大的数据存储器带宽，适用于数据信号处理及高速数据处理的计算机。
2.在嵌入式系统中采用了哪些先进技术？答：（1）流水线技术（2）超标量执行（3）总线和总线桥3.简述基于ARM架构的总线形式答：ARM架构总线具有支持32位数据传输和32位寻址的能力，通过先进微控制器总线架构AMBA支持将CPU、存储器和外围都制作在同一个系统板中。
嵌入式系统基础教程第2版习题解答俞建新
《嵌入式系统基础教程第2版》习题和思考题解答要点提示版本：1.00版编写完成日期：2014年12月5日机械工业出版社《嵌入式系统基础教程第2版》习题和思考题解答要点提示目录目录简单说明 (1)第1章1.9节习题和思考题 (1)第2章2.5节习题和思考题 (4)第3章3.9节习题与思考题 (5)第4章4.8节习题和思考题 (8)第5章5.6节习题与思考题 (8)第6章6.11节习题与思考题 (13)第7章7.9节习题和实验题 (18)第8章8.7节习题与思考题 (20)第9章9.6节习题和思考题 (26)结束正文共31页 (31)简单说明1，从2014年4月初开始搜集资料、编写、整理、润色和修改，到2014年12月5日结束。
2，本文档给出的习题和思考题都是《嵌入式系统基础教程第2版》图书中各章最后一节段落中列出的习题和思考题。
为了描述简单起见，在文档正文中大多数情况下我们用“第2版教程”一词来代表《嵌入式系统基础教程第2版》图书。
3，对第2版教程中的大部分习题和思考题给出了解答要点提示，但是并非所有习题和思考题都是这样。
如果习题和思考题难度较大，或者需要技术成熟的开发板调试，或者需要较长时间的实验程序编写，对这样的习题和思考题我们不直接提供解答要点提示。
4，在这个文档中的插图编号我们采用“插图x-y”的形式。
其中x表示章号，y表示这一章的插图序号，例如：插图1-1、插图5-1、等。
5，本文档的编写者就是第2版教程的三名编写者，俞建新、王健、宋健建。
第1章1.9节习题和思考题习题1-1 试说明嵌入式系统和PC系统的主要差异在哪些方面？解答要点提示本道题目的解答可以从以下7个方面着手。
（1）嵌入式系统属于专用计算机系统，应用领域比较广泛，用户对象与嵌入式产品关系密切。
而PC 系统属于通用计算机系统，主要以个人用户需要为主，兼顾企业和事业单位的业务需要。
（2）嵌入式处理器的型号比较多，研发嵌入式产品时选型的余地比较大。
《嵌入式系统设计》教学大纲
《嵌入式系统设计》课程教学大纲一、课程简介该课程主要以ARM公司的STM32F429微控制器为对象讲解嵌入式系统的设计方法和设计实例。
重点讲述嵌入式系统的基础知识、ARM cortex-M体系架构、STM32F429为微控制器内部构造及其常用的片上外设结构、应用实例、程序开发方法。
通过本课程的学习，使学生基本掌握嵌入式系统的构成，嵌入式系统软件、硬件系统的设计，进而为后续嵌入式系统的学习打好基础。
二、IntroductionThis course mainly takes stm32f429 microcontroller of arm company as the object to explain the design method and design example of embedded system. It focuses on the basic knowledge of embedded system, arm Cortex-M architecture, stm32f429 as the internal structure of microcontroller and its commonly used on-chip peripheral structure, application examples and program development methods. Through the study of this course, students can basically master the composition of embedded system, the design of embedded system software and hardware system, and then lay a good foundation for subsequent embedded system learning.三、课程的目的和任务1.目的和任务STM32F429是ST公司基于ARM公司Cortex-M系列内核设计的一款32位微控制器。
最新嵌入式培训ppt
❖ ARM ❖ PowerPC ❖ MIPS ❖ Xscale ❖ DSP ❖ X86 ❖ ……
如何选择嵌入式CPU？
❖ Linux ❖ uC/OS ❖ Windows CE ❖ VxWorks ❖ Palm OS ❖ Symbian
典型的嵌入式操作系统
嵌入式系统开发流程
嵌入式系统开发的内容
认识Linux内核版本
❖ 主版本
➢ 1.0
2.0 2.2 2.4 2.6
➢ 2,3年更新
❖ 稳定版
➢ 2.0.40 2.2.12 2.4.18 2.6.7
➢ 1,2月更新
❖ 稳定版更新
➢ 2.6.23.1 ~ 2.6.23.7 ➢ 1,2周更新
Linux体系结构
命令、程序或shell脚本
shell
理内存
❖ Linux分区的形式 ❖ Swap分区 ❖ 根分区/ ❖ Boot分区 ❖ 其他
Linux分区
Linux的基本命令
Shell命令行使用技巧 ：Tab自动补齐、 ctrl+a\+e等 ❖ cd：转换目录 ❖ ls：列出文件名（根目录浏览） ❖ ll：查看文件属性（文件属性与权限 ） ❖ cp：复制文件（cp /mnt/hgfs/share/*.* /root/） ❖ mv：移动文件（可用于文件或目录的改名） ❖ rm：删除文件（rm –rf (目标)） ❖ mkdir：创建目录 ❖ rmdir：删除目录
用户空间 内核空间
系统调用（system calls）
文件 I/O 系统
内存 管理
调度
内核
Cache
中断 异常 处理
内核结构
Linux优点
❖ 提供了先进的网络支持 ❖ 多任务、多用户 ❖ 符合IEEE POSIX标准 ❖ 核心能仿真FPU ❖ 支持数十种文件系统格式 ❖ 完全运行于保护模式 ❖ 开放源代码 ❖ 采用先进的内存管理机制，更加有效地利用物
嵌入式系统(第二版)第一至第五章课后答案
第一章思考与练习1、举出3个书本中未提到的嵌入式系统的例子。
答:红绿灯控制,数字空调,机顶盒2、什么叫嵌入式系统嵌入式系统：以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。
3、什么叫嵌入式处理器？嵌入式处理器分为哪几类？嵌入式处理器是为完成特殊的应用而设计的特殊目的的处理器。
嵌入式微处理器(Embedded Microprocessor Unit, EMPU)嵌入式微控制器(Microcontroller Unit, MCU)嵌入式DSP 处理器(Embedded Digital Signal Processor, EDSP)嵌入式片上系统(System On Chip)4、什么是嵌入式操作系统？为何要使用嵌入式操作系统？是一段在嵌入式系统启动后首先执行的背景程序，首先，嵌入式实时操作系统提高了系统的可靠性。
其次，提高了开发效率，缩短了开发周期。
再次，嵌入式实时操作系统充分发挥了32 位CPU 的多任务潜力。
第二章1、嵌入式系统项目开发的生命周期分哪几个阶段？各自的具体任务是什么？项目的生命周期一般分为识别需求、提出解决方案、执行项目和结束项目4 个阶段。
识别需求阶段的主要任务是确认需求，分析投资收益比，研究项目的可行性，分析厂商所应具备的条件。
提出解决方案阶段由各厂商向客户提交标书、介绍解决方案。
执行项目阶段细化目标，制定工作计划，协调人力和其他资源；定期监控进展，分析项目偏差，采取必要措施以实现目标。
结束项目阶段主要包括移交工作成果，帮助客户实现商务目标；系统交接给维护人员；结清各种款项。
2、为何要进行风险分析？嵌入式项目主要有哪些方面的风险？在一个项目中，有许多的因素会影响到项目进行，因此在项目进行的初期，在客户和开发团队都还未投入大量资源之前，风险的评估可以用来预估项目进行可能会遭遇的难题。
需求风险；时间风险；资金风险；项目管理风险3、何谓系统规范？制定系统规范的目的是什么？规格制定阶段的目的在于将客户的需求，由模糊的描述，转换成有意义的量化数据。
嵌入式系统课程设计
嵌入式系统课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解嵌入式系统的基本概念、结构和原理；2. 掌握嵌入式系统设计流程、开发环境和编程语言；3. 学习嵌入式系统硬件、软件及中间件的相关知识；4. 了解嵌入式系统在不同领域的应用及发展趋势。
技能目标：1. 能运用所学知识进行简单的嵌入式系统设计和开发；2. 掌握使用嵌入式开发工具和调试技巧，解决实际开发中遇到的问题；3. 提高团队协作和沟通能力，能够参与嵌入式项目的设计与实施；4. 培养创新意识和实践能力，能够针对实际问题提出有效的嵌入式解决方案。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对嵌入式系统学科的热爱和兴趣，激发学习动力；2. 增强学生的责任心和使命感，认识到嵌入式技术在国家经济发展和国防建设中的重要作用；3. 培养学生严谨、务实的科学态度，树立正确的价值观；4. 倡导合作、共享、互助的精神，提高学生的人际交往能力。
本课程针对高年级学生，在已有电子技术、计算机组成原理等基础知识的基础上，深入学习嵌入式系统相关知识。
课程性质为理论与实践相结合，注重培养学生的实际操作能力和创新能力。
教学要求以学生为主体，教师为主导，充分调动学生的积极性、主动性和创造性。
通过本课程的学习，期望学生能够掌握嵌入式系统的基础知识，具备一定的嵌入式系统设计和开发能力，为将来的职业发展和科技创新奠定基础。
二、教学内容1. 嵌入式系统概述- 嵌入式系统的定义、发展历程及分类- 嵌入式系统的特点、应用领域及发展趋势2. 嵌入式系统硬件- 嵌入式处理器、存储器、I/O接口及外围设备- 硬件设计原理及接口技术- 嵌入式硬件平台的搭建与调试3. 嵌入式系统软件- 嵌入式操作系统原理及应用- 嵌入式编程语言（C、C++、汇编）- 嵌入式软件设计方法及编程技巧4. 嵌入式系统中间件- 中间件的作用、分类及选用原则- 常用中间件的原理与应用5. 嵌入式系统设计流程与方法- 需求分析、系统设计、硬件选型、软件开发- 系统调试与测试方法- 项目管理与团队协作6. 嵌入式系统应用案例- 分析典型嵌入式系统应用案例，了解实际应用中的设计方法和技巧- 探讨嵌入式系统在不同领域的创新应用教学内容依据课程目标和学科特点进行编排，涵盖嵌入式系统的基础知识、硬件、软件、中间件及设计流程等方面，旨在帮助学生系统掌握嵌入式系统的相关内容。
嵌入式系统设计师教程第1版和第2版
嵌入式系统设计师教程第1版和第2版
《嵌入式系统设计师教程》是一本经典的嵌入式系统教材，由嵌入式系统领域的知名专家 David A. Patterson 所著。
该书第一版于2001 年首次出版，第二版于 2011 年更新。
第一版《嵌入式系统设计师教程》主要介绍了嵌入式系统的基础知识，包括嵌入式系统的定义、发展历程、硬件和软件组成、操作系统和编程语言等方面的知识。
此外，还介绍了如何在嵌入式系统中使用 C 语言、汇编语言和微控制器等。
第二版《嵌入式系统设计师教程》对第一版的内容进行了更新和改进，增加了更多最新的技术和实践经验，包括介绍了最新的嵌入式系统架构、软件开发方法、安全、可靠性和实时性等方面的知识。
同时，还介绍了如何使用最新的微控制器和开发工具，以及如何进行嵌入式系统的设计、测试和评估等。
《嵌入式系统设计师教程》是一本经典的嵌入式系统教材，内容全面，适合初学者和有一定嵌入式系统基础的读者阅读。
该书第一版和第二版都值得推荐，读者可以根据自己的需求选择阅读。
《嵌入式系统设计》教学大纲
《嵌入式系统设计》教学大纲嵌入式系统设计是计算机科学与技术领域的一个重要分支，主要研究如何设计和开发嵌入在其他设备或系统中的计算机系统。
嵌入式系统设计涉及到硬件和软件的相互协作，涵盖了多个学科和技术领域，包括计算机体系结构、操作系统、嵌入式软件开发、嵌入式系统测试等。
本课程将对嵌入式系统设计的相关知识和技能进行系统的讲解和实践操作，旨在培养学生的嵌入式系统设计与开发能力。
一、课程目标1.了解嵌入式系统的概念、特点、应用领域和发展趋势；2.掌握嵌入式系统设计的基本原理和方法；3.学习使用常见的嵌入式系统设计工具和开发环境；4.培养嵌入式系统设计与开发能力，能够独立完成基本的嵌入式系统设计项目。
二、教学内容第一章嵌入式系统概论1.嵌入式系统的概念和特点2.嵌入式系统的应用领域和发展趋势3.嵌入式系统设计的基本要求和步骤第二章嵌入式系统硬件设计1.嵌入式系统的硬件平台和体系结构2.嵌入式系统的处理器选择和嵌入式开发板3.嵌入式系统的外设接口和通信接口设计4.嵌入式系统的电源和封装设计第三章嵌入式系统软件设计1.嵌入式系统开发环境和常用软件工具2.嵌入式系统的软件开发过程和方法3.嵌入式系统的软件编程语言和开发框架4.嵌入式系统的操作系统选择和驱动程序开发第四章嵌入式系统测试与调试1.嵌入式系统的测试原理和策略2.嵌入式系统的测试工具和方法3.嵌入式系统的调试技术和工具4.嵌入式系统的性能调优和优化方法三、教学方法1.理论授课：通过讲解嵌入式系统的相关概念、原理和方法，培养学生的理论知识；2.实践操作：通过实验和实际项目，让学生亲自动手操作和实践，加深对嵌入式系统设计的理解和掌握；3.讨论交流：通过小组讨论和大班互动，促进学生之间的交流和合作，共同解决问题；4.课程项目：学生可以选择一个与嵌入式系统设计相关的项目进行深入研究和实践，提高综合应用能力。
四、考核方式1.平时成绩：包括课堂表现、实验报告和讨论参与等；2.期末考试：对理论知识的掌握程度进行考核；3.课程项目：对学生的综合能力进行考核；4.考勤情况：根据学生的出勤情况进行评定。
第5章开发环境与技术
缺点： ROM Monitor要占用目标机一定的资源， 如CPU、RAM和串口或网卡等通信资源；应用程 序的最终运行环境和调试环境有一定的差异；不便 于调试有时间特性的程序，实时性较差。
远程调试（Remote Debug）允许调试器以某种 方式控制目标机上被调试进程的运行方式，并具有 查看和修改目标机上内存单元、寄存器以及被调试 进程中的变量值等各种调试功能。
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ARM实验平台与PC机连接关系框图
PC机
USB口
并口
RS232
网口
Jtag电缆
L CD显示
1 MB线性 Flash(BIO S)
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5.3 嵌入式系统调试技术
在嵌入式软件开发中，调试时采用的是在宿主机 和目标机之间进行的远程调试，调试器仍然运行在 宿主机的通用操作系统之上，但被调试的进程却是 运行在基于特定硬件平台的嵌入式操作系统中，调 试器和被调试进程通过串口或者网络进行通信。调 试器可以控制、访问被调试的进程，读取被调试进 程的当前状态，并能够改变被调试进程的运行状态。
应用场合：没有目标机开发板或者成本太高；被调 试的程序模块不需要在实际开发板上执行；对模块 代码先调试，以加快调试速度。
ARM体系结构计算机，目前经常使用的是 ARMulator指令集模拟器，它作为一个插件集成在 ADS1.2集成开发环境中。
25
② ROM Monitor方式
在这种调试方式下，调试环境由宿主机端的调 试器、目标机端的监控程序（ROM Monitor） 以及二者间的物理连接三部分构成。 ROM Monitor是运行在目标机上监控被调试 程序运行的一段程序，与宿主机端的调试器一 起完成对应用程序的调试。它要预先被固化到 目标机的ROM中,在目标机复位后首先被执行 来完成对目标机进行一些必要的初始化，然后 等待宿主机的命令。
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5.2 嵌入式软件开发工具
“工欲善其事，必先利其器” 嵌入式软件开发工具的集成度和可用性将直接关系 到嵌入式系统的开发效率。ARM的开发工具包括有编译 器、、汇编器、连接器、调试器、操作系统、函数库、 评估板、JTAG调试器、在线仿真器等。目前世界上约有 40多家公司提供不同类型的产品。 在Windows环境下，其代表产品是ARM公司的软件开 发工具包ADS和新推出的RVDS。 在Linux环境中，主要使用GNU开发工具。
8 MBSD RM (系统内存) 1 6 MB非线性 Flas h ( 硬盘）
JTAG 调试端口
T CP/IP协议 键盘输入 CA N BU S
ARM硬件开发平台
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远程调试的特点
调试器和被调试程序运行在不同的机器上，调 试器运行在宿主机上，而被调试程序则运行在各种 专业调试板上（目标机）。 调试器通过某种通信方式与被调试进程建立联系， 如串口、并口、网络、JTAG或者专用的通信方式。
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5.3 嵌入式系统调试技术
在嵌入式软件开发中，调试时采用的是在宿主 机和目标机之间进行的远程调试，调试器仍然运行 在宿主机的通用操作系统之上，但被调试的进程却 是运行在基于特定硬件平台的嵌入式操作系统中， 调试器和被调试进程通过串口或者网络进行通信。 调试器可以控制、访问被调试的进程，读取被调试 进程的当前状态，并能够改变被调试进程的运行状 态。 远程调试（Remote Debug）允许调试器以某种 方式控制目标机上被调试进程的运行方式，并具有 查看和修改目标机上内存单元、寄存器以及被调试 进程中的变量值等各种调试功能。
Target
开发平 台 宿主机开发环境
运 行 库
Host
— 应用软件 — 应用中间件 — 目标机OS
— — — —
编辑 编译 连接 调试
目标机硬件
宿主机 OS 宿主机硬件
交叉开发环境
9
嵌入式软件的交叉指宿主机与目标机通过物理线路连接 在一起，连接方式主要有三种：
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嵌入式软件的生成
这一过程与普通计算机开发过程的本质区别是在于 交叉编译器和交叉连接器。 其中交叉编译器的主要功能是把在宿主机上编写的 高级语言程序编译成可以在目标机上运行的二进制 代码。常见的ARM软件开发环境有两种： ①ARM公司开发的集成开发环境ADS 1.2，该开发环境 使用了CodeWarrior公司的编译器，使用ADX进行本 地和远程调试。ADS有一系列应用程序及相关文档、 范例组成，主要包括命令行开发工具、GUI开发工 具、实用工具和支持软件。使用它们就可以编写和 调试自己的应用程序了。
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（2）嵌入式软件的生成
以上两种开发环境的编译器都完全支持ARM指令 集，但伪指令集不同，代码风格不同，此外生成的 二进制代码的执行效率上也略有不同。 嵌入式软件的运行方式主要有两种：调试方式 和固化方式。在不同方式下，程序代码或数据在目 标机内存中的定位也有所不同。宿主机上提供一定 的工具或者手段对目标程序的运行方式和内存定位 进行选择和配臵，链接器再根据这些配臵信息将目 标模块和库文件中的模块链接成目标程序，因此称 这样的链接器为交叉链接器。
串行通信口 局部以太网口 OCD（On Chip Debug）方式，如JTAG、BDM等
物理连接是逻辑连接的基础。 逻辑连接指宿主机与目标机间按某种通信协议建 立起来的通信连接，目前逐步形成了一些通信协 议的标准。
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2）嵌入式软件实现阶段的开发过程
嵌入式软件的开发进入实现阶段，可分为 三个步骤：生成、调试和固化运行。
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ROM Monitor
在目标机上电或复位后首先执行的就是ROM Monitor，它对目标机进行一些必要的初始 化
初始化要求的外围设备，如最基本的串口和用 于内存刷新的系统计时器芯片； 初始化用于下载映像的内存系统； 初始化中断控制器和安装中断处理程序。
初始化自己的程序空间 等待宿主机端的命令
第5章 嵌入式系统开发环境与相关开发技术
5.1 概述 5.2 嵌入式系统的开发工具 5.3 嵌入式系统调试技术 5.4 嵌入式系统开发经验 5.5 嵌入式系统的Bootloader技术
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5.1 概述
一个嵌入式系统的开发环境一般包括
有开发用的宿主机、嵌入式目标机、 调试器和软件开发工具，它们之间通 过串口、JTAG(并口)和网络接口等 进行通信。
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ARM映像文件格式
映像文件是计算机上的一个可执行文件，在执 行之前被加载到计算机存储器中。 ARM集成开发环境中的各种原文件（汇编、C以 及C++程序）经过ARM编译器编译之后，生成ELF 格式的目标文件。这些目标文件和相应的C/C++ 运行时库经过ARM连接器连接后，生成.axf映像 文件。在开发板上调试运行后，使用fromelf工 具将映像文件中的调试信息和注释过滤掉生成 二进制的可加载文件.bin。可加载文件可写入 嵌入式设备的ROM中，再加电启动过程执行。
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嵌入式系统开发流程框架图
开始新工程
PC机
基本开 发流程
监控结 果
串口助手 或超级终 端
Source Insight
编辑源 代码
ARM SDT Project Manager
编译链 接
仿真调 试
ARM SDT Debuger armJtag
程序下 载
ArmDvk
并口
Jtag 仿真器 内部逻辑 Jtag 开发流程
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ARM实验平台与PC机连接关系框图
PC机
USB口 并口 RS232 网口
Jtag电缆
L CD显示
1 MB线性 Flas h (BIO S) 基于A RM架构的 3 2位 微处理器 Sams u n g S3 C4 4 B0 X
U SB接口 U SBN 9 6 0 3 两个RS-2 3 2 串行通信接口
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②GNU交叉工具链
GNU开发工具包括C编译器GCC、C++编译器G++、 汇编器AS、连接器LD、二进制转换工具、调试工具 GDB和基于不同硬件平台的开发库。 其中，GCC几 乎在各种常见的UNIX平台上都可以见到，即使是 Windows32也有GCC的移植。 GDB支持远程调试模式， 同时还包含一个ARM指令集，能够在PC机上通过软 件方式仿真ARM程序的执行。以上这些工具顺序使 用，必须保持前后一致，才能产生最终需要的二进 制文件，所以称作为工具链。
USB
串口
RS232电 平转换
USB口
串口
硬件连接
ARM CPU 执行
PC机硬件平台
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开发流程
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（1）嵌入式软件生成阶段
三个过程 源代码程序 的编写 编译成各个 目标模块 链接成可供 下载调试或 固化的目标 程序
库文件
源程序
目标 模块
可供调试 /固化
编辑器
交叉编 译器
交叉链 接器
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交叉调试
非交叉调试
调试器和被调试程序运行在不同的计 算机上
调试器和被调试程序运行在同一台计 算机上
可独立运行，无需操作系统支持
需要操作系统的支持
被调试程序的装载由调试器完成
被调试程序的装载由专门的Loader程 序完成
需要通过外部通信的方式来控制被调 试程序
不需要通过外部通信的方式来控制被 调试程序
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开发工具的分类
根据不同的阶段，嵌入式软件开发工具可 以分为：
需求分析工具（Requirement Analysis Tools） 软件设计工具(Software Design Tools) 编码、调试工具(Coding Tools) 测试工具(Testing Tools) 配臵管理工具、维护工具等
可以直接调试不同指令集的程序
只能直接调试相同指令集的程序
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5.3.1 ARM调试技术概述
交叉调试的方式执行即调试器控制被调 试程序的运行常通过如下五种方式： 指令集模拟器、ROM Monitor方式、 JTAG调试方式、实时在线仿真器ICE方式和 基于Angel的调试方式。
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①指令集模拟器
指令集模拟器是用来在一台计算机上模拟另一台计 算机上目标程序运行过程的软件工具，也成为软仿 真器。内部有一个反映目标处理器硬件的数据结构。 它以时序状态机的方式工作，可以根据目标机指令 集定义执行目标指令。 应用场合：没有目标机开发板或者成本太高；被调 试的程序模块不需要在实际开发板上执行；对模块 代码先调试，以加快调试速度。 ARM体系结构计算机，目前经常使用的是ARMulator 指令集模拟器，它作为一个插件集成在ADS1.2集成 开发环境中。
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开发工具的分类
嵌入式软件的开发可以分为以下几种 ：
编写简单的板级测试软件，主要是辅助硬件的调试 开发基本的驱动程序 开发特定嵌入式操作系统的驱动程序（板级支持包） 开发嵌入式系统软件，如：嵌入式操作系统等 开发应用软件
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嵌入式系统开发环境和开发过程
建立交叉开发环境是进行嵌入式软件开发 的第一步，目前常用的交叉开发环境主要有开放 和商业两种类型。开放的交叉开发环境的典型代 表是GNU工具链、目前已经能够支持x86、ARM、 MIPS、PowerPC等多种处理器。商业的交叉开发环 境 则 主 要 有 Metrowerks CodeWarrior 、 ARMSoftware Development Toolkit 、 Embedded Visual C++等。
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② ROM Monitor方式
在这种调试方式下，调试环境由宿主机端的 调试器、目标机端的监控程序（ROM Monitor） 以及二者间的物理连接三部分构成。 ROM Monitor是运行在目标机上监控被调试程 序运行的一段程序，与宿主机端的调试器一起 完成对应用程序的调试。它要预先被固化到目 标机的ROM中,在目标机复位后首先被执行来完 成对目标机进行一些必要的初始化，然后等待 宿主机的命令。