2嵌入式系统历史与现代特征《嵌入式系统原理》
嵌入式系统的起源、分类、与通用计算机和单片机的区别
嵌入式系统的起源、分类、与通用计算机和单片机的区别一、现代计算机的技术发展史 (包括通用计算机系统与嵌入式计算机系统)1.始于微型机时代的嵌入式应用电子数字计算机诞生于1946年，在其后漫长的历史进程中，计算机始终是供养在特殊的机房中，实现数值计算的大型昂贵设备。
直到20世纪70年代，微处理器的出现，计算机才出现了历史性的变化。
以微处理器为核心的微型计算机以其小型、价廉、高可靠性特点，迅速走出机房;基于高速数值解算能力的微型机，表现出的智能化水平引起了控制专业人士的兴趣，要求将微型机嵌入到一个对象体系中，实现对象体系的智能化控制。
例如，将微型计算机经电气加固、机械加固，并配置各种外围接口电路，安装到大型舰船中构成自动驾驶仪或轮机状态监测系统。
这样一来，计算机便失去了原来的形态与通用的计算机功能。
为了区别于原有的通用计算机系统，把嵌入到对象体系中，实现对象体系智能化控制的计算机，称作嵌入式计算机系统。
因此，嵌入式系统诞生于微型机时代，嵌入式系统的嵌入性本质是将一个计算机嵌入到一个对象体系中去，这些是理解嵌入式系统的基本出发点。
2.现代计算机技术的两大分支由于嵌入式计算机系统要嵌入到对象体系中，实现的是对象的智能化控制，因此，它有着与通用计算机系统完全不同的技术要求与技术发展方向。
通用计算机系统的技术要求是高速、海量的数值计算;技术发展方向是总线速度的无限提升，存储容量的无限扩大。
而嵌入式计算机系统的技术要求则是对象的智能化控制能力;技术发展方向是与对象系统密切相关的嵌入性能、控制能力与控制的可靠性。
早期，人们勉为其难地将通用计算机系统进行改装，在大型设备中实现嵌入式应用。
然而，对于众多的对象系统(如家用电器、仪器仪表、工控单元……)，无法嵌入通用计算机系统，况且嵌入式系统与通用计算机系统的技术发展方向完全不同，因此，必须独立地发展通用计算机系统与嵌入式计算机系统，这就形成了现代计算机技术发展的两大分支。
《计算机嵌入式系统基础》教案(全套)
《计算机嵌入式系统基础》教案(全套)计算机嵌入式系统基础教案（全套）概述本教案旨在介绍计算机嵌入式系统的基本知识和技能，并引导学生深入了解该领域的发展和应用。
通过理论授课和实践操作，学生将能够熟悉嵌入式系统的工作原理、硬件和软件组成，以及设计和开发嵌入式系统的基本步骤。
教学目标1. 了解嵌入式系统的定义、特点和应用领域。
2. 掌握嵌入式系统中的硬件平台和处理器架构。
3. 熟悉嵌入式系统的操作系统和编程语言。
4. 理解嵌入式系统的实时性和响应性要求。
5. 学会使用嵌入式系统开发工具和调试技术。
6. 能够设计和实现简单的嵌入式系统应用。
教学内容第一章：嵌入式系统概述- 什么是嵌入式系统？- 嵌入式系统的特点和应用领域。
- 嵌入式系统的发展历程和趋势。
第二章：嵌入式系统硬件平台- 嵌入式系统中常用的硬件平台和处理器架构。
- 嵌入式系统的主要外设和接口。
第三章：嵌入式系统操作系统- 嵌入式系统中常用的操作系统。
- 实时操作系统和非实时操作系统的区别。
- 嵌入式系统的任务调度和资源管理。
第四章：嵌入式系统编程语言- 嵌入式系统常用的编程语言和开发工具。
- C语言在嵌入式系统编程中的应用。
- 嵌入式系统硬件和软件的接口。
第五章：嵌入式系统设计和开发- 嵌入式系统设计的基本步骤和方法。
- 嵌入式系统开发中的工具和技术。
- 嵌入式系统调试和测试的方法。
第六章：嵌入式系统应用案例- 嵌入式系统在各个领域的实际应用案例。
- 嵌入式系统应用的未来发展方向。
教学方法本教案采用理论授课和实践操作相结合的教学方法，通过课堂讲解、案例分析和实验操作，帮助学生深入理解嵌入式系统的基本概念和原理，并培养学生的实践能力和解决问题的能力。
教学评价学生的评价将基于他们对嵌入式系统的理论掌握程度和实践操作的能力。
评价方法包括平时作业、实验报告和期末考试。
教材和参考资料- 教材：《嵌入式系统基础教程》- 参考资料：1.《嵌入式系统设计与开发》；2.《嵌入式系统原理与设计》以上是《计算机嵌入式系统基础》教案的基本框架，具体的教学内容和教学细节可根据实际情况进行调整和补充。
嵌入式系统的定义与发展历史
嵌入式系统的定义与发展历史嵌入式系统是一种专门设计用于执行特定功能的小型计算机系统，它们通常嵌入在更大的系统中，如机器人、航空航天设备、智能手机、电视等。
嵌入式系统的主要特点是它们的高度专业化、适应性、可靠性、实时性、体积小和功耗低。
嵌入式系统的发展可以追溯到上世纪七十年代，当时人们开始将计算机硬件和软件集成到更大的系统中。
随着微电子技术的不断发展，嵌入式系统也得到了迅速的发展。
在八十年代，随着个人计算机的普及，嵌入式系统开始被广泛应用在各种领域，如工业控制、自动化、交通、医疗等。
到了九十年代，随着Internet的普及，嵌入式系统开始与网络技术结合，形成了嵌入式互联网。
嵌入式互联网是指将嵌入式系统通过互联网连接起来，实现远程控制、监测、诊断等功能。
在21世纪，嵌入式系统已经成为了各种设备的核心技术，如智能家居、智能城市、智能医疗等。
嵌入式系统的应用领域非常广泛，下面列举几个主要的领域：工业控制：在工业控制领域，嵌入式系统被用于各种自动化设备和机器的控制，如PLC、DCS、机器人等。
医疗设备：在医疗领域，嵌入式系统被用于各种医疗设备的控制和监测，如起搏器、人工呼吸机、血糖仪等。
军事应用：在军事领域，嵌入式系统被用于各种武器系统的控制和监测，如导弹制导、火控系统等。
智能家居：在智能家居领域，嵌入式系统被用于各种智能设备的控制和监测，如智能照明、智能安防、智能家电等。
硬件方面：嵌入式系统的硬件主要包括微处理器、存储器、输入输出接口和电源等部分。
微处理器是嵌入式系统的核心，它控制着整个系统的运行。
存储器用于存储系统和用户的数据和程序。
输入输出接口用于连接外部设备和接收外部信号。
电源则是整个系统的能量来源。
软件方面：嵌入式系统的软件通常包括操作系统、应用程序和驱动程序等部分。
操作系统是整个系统的软件基础，它负责管理系统的资源、调度任务、提供接口等。
应用程序是用户为了实现特定功能而编写的程序。
驱动程序则是用于控制硬件设备的程序。
什么是嵌入式系统 嵌入式系统有什么特点(二)
在满足需求的前提下，在嵌入式系统开发中，要求高效率的设计，减少硬件、软件冗余，恰到好处的设计可以最大限度地降低系统成本，并有利于提高系统的可靠性。通用计算机则追求更快的计算速度、更大的存储容量、更丰富的配置、更大的显示器。强大的硬件平台才能满足日益复杂的桌面操作系统及各种类型软件的需要，这样的计算机“通用性”才最强。
书接上文，我们之前发布的《嵌入式系统的概念 嵌入式系统的优点(一)》一文中向读者介绍了嵌入式系统的概念和部分优点，接下来华清创客学院小编为读者们继续介绍嵌入式系统的优点有哪些?
什么是嵌入式系统 嵌入式系统有什么特点(二)：
1、嵌入式系统一般有实时性要求
设备中的嵌入式系统常用于实现数据采集、信息处理、实时控制等功能，而采集、处理、控制往往是一个连续的过程。一个过程要求必须在一定长的时间内完成，这就是系统实时性的要求。在如图1—1所示的语音处理系统中，可实现实时的数据采集、编码，并通过网络传输的功能，按照8kHz采样率、精度8bits的工作模式进行单通道语音采样，这时系统会以每秒8KB的速率连续产生数据，计算机需要“及时”地进行语音数据采集、数据压缩编码、通过网络发送数据等处理，任何一个环节处理不及时，都会导致语音数据丢失。
实时性和处理器速度并不相同，速度快的系统不一定实时性好，速度慢的系统实时性未必不能满足要求。计算机运行速度高，当然更有条件实现实时性，但不是实时性的充要条件。嵌入式系统的设计要求精练，因此在运算速度上不会留太多余量，为了保证实时性要求，更需要对硬件、软件精心设计。
2、嵌入式系统一般有较高的成本控制要求
由于文章的可读性和网络局限性所至，余下内容我们将会继续更新，同时推荐有兴趣学习嵌入式系统开发的小伙伴们，可以登录华清创客学院官网免费试听观看资深讲师精心录制的嵌入式从零开始学习视频，一起交流学习。
《嵌入式系统及应用》课程介绍
《嵌入式系统及应用》课程介绍一、课程简介1.1 课程背景随着科技的不断发展，嵌入式系统越来越广泛地应用在各个领域，如智能家居、汽车电子、医疗设备等。
对嵌入式系统的理解和掌握成为了现代工程技术人才必备的核心能力。
1.2 课程目标本课程旨在帮助学生全面了解嵌入式系统的基本原理和应用，掌握嵌入式系统的设计与开发技术，为日后从事相关工作打下坚实的基础。
二、课程内容2.1 嵌入式系统概述介绍嵌入式系统的定义、特点、分类和应用领域，培养学生对嵌入式系统的整体认识。
2.2 嵌入式系统硬件设计涵盖嵌入式系统的硬件基础知识、电路设计、单片机系统设计等内容，让学生掌握嵌入式系统硬件设计的基本原理和技术。
2.3 嵌入式系统软件设计包括嵌入式系统的嵌入式操作系统、驱动程序设计、实时操作系统等内容，使学生了解嵌入式系统软件设计的关键技术和方法。
2.4 嵌入式系统应用案例分析通过案例分析，引导学生应用所学知识解决实际问题，提高学生的实际应用能力。
三、课程特色3.1 结合理论与实践本课程注重理论与实践相结合，通过理论讲解和实际操作相结合的教学方式，使学生既能够理解嵌入式系统的基本原理，又能够熟练掌握操作技能。
3.2 强调创新能力培养本课程旨在培养学生的创新思维和解决问题的能力，通过课程设计和项目实践，激发学生的创新潜能。
3.3 实用性强本课程内容贴近实际工程应用，注重培养学生的实际操作能力和解决问题的能力，使学生能够在工程实践中运用所学知识。
四、教学方式4.1 理论授课以讲授和课堂讨论的方式，阐述嵌入式系统的基本理论和概念。
4.2 实验操作通过实验操作，让学生亲自动手进行嵌入式系统的设计和开发，提高实际操作能力。
4.3 项目实践结合实际项目，让学生团队合作，应用所学知识解决实际问题，锻炼学生的工程实践能力。
五、教学评估通过课堂作业、实验报告、小组项目和期末考试等方式，对学生的知识掌握情况和能力水平进行全面评估。
六、实习实训6.1 实习内容本课程要求学生参与相关嵌入式系统的实习实训，深入实际企业，了解企业对嵌入式系统人才的需求和工作环境。
嵌入式工作原理
嵌入式工作原理
嵌入式系统是一种专门设计用于执行特定任务的计算机系统。
它通常被嵌入到其他设备或系统中，以控制和监测其操作。
嵌入式系统的工作原理主要包括以下几个方面：
1. 硬件设计：嵌入式系统的硬件设计是基于特定需求和功能进行的。
它通常包括中央处理器（CPU）、存储器、输入输出接口、传感器等组件。
硬件设计的目标是满足系统的性能、功耗和成本等要求。
2. 软件开发：嵌入式系统的软件开发包括编写应用程序和驱动程序。
应用程序是实现特定功能的代码，驱动程序用于控制硬件设备和与外部设备的通信。
软件开发的过程中需要考虑系统的实时性、稳定性和资源利用效率。
3. 实时操作系统（RTOS）：嵌入式系统通常需要实时响应外
部事件，并及时采取相应的措施。
为了满足这一要求，常使用实时操作系统来管理系统资源和任务调度。
实时操作系统在多任务环境下，通过任务优先级、中断处理和时间片轮转等方式，确保任务能够按时完成。
4. 通信与接口：嵌入式系统通常需要与外部设备或其他系统进行通信。
这可以通过串口、以太网、无线通信等方式实现。
接口的设计需要考虑通信协议、数据传输速率、数据完整性等因素。
5. 电源管理：嵌入式系统通常需要工作在低功耗状态下，以延长电池寿命或降低能耗。
因此，电源管理是嵌入式系统设计中的重要考虑因素。
电源管理技术包括动态电压调整、功耗优化和睡眠模式等方法。
总体而言，嵌入式系统的工作原理是硬件和软件之间密切配合，根据特定需求和功能设计，通过实时操作系统控制和调度任务，与外部设备或系统进行通信，并采用电源管理技术降低能耗。
嵌入式原理思考题及答案
第1章复习要点1.1.1节嵌入式系统的概念1.1．3节嵌入式系统的特点1.3节嵌入式处理器1.4节嵌入式系统的组成第2章复习要点2.1节计算机体系结构分类2.3.1节 ARM和Thumb状态2.3.2节 RISC技术2.3.3节流水线技术2.4.3节 ARM存储系统第3章复习要点3.1节ARM编程模式3.2节ARM指令格式及其寻址方式3.3节ARM指令集(课上所讲的指令)第4章复习要点4.1节汇编语言源程序格式4.2节汇编语言的上机过程第5章复习要点5.1节键盘接口5.2节 LED显示器接口5．5.1节 UART异步串行接口作业题答案：1.什么是嵌入式系统？∙第一种，根据IEEE（国际电气和电子工程师协会）的定义：嵌入式系统是“用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置”（原文为devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants）。
∙第二种，嵌入式系统是以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。
2.与通用型计算机相比，嵌入式系统有哪些特点？⏹通常是面向特定应用的；⏹空间和各种资源相对不足，必须高效率地设计，量体裁衣、去除冗余；⏹产品升级换代和具体产品同步，具有较长的生命周期；⏹软件一般都固化在存储器芯片或单片机本身；⏹不具备自举开发能力，必须有一套开发工具和环境才能进行开发3.举例介绍嵌入式微处理器有哪几类？一、嵌入式微处理器(Embedded Microprocessor Unit, EMPU)嵌入式处理器目前主要有Aml86/88、386EX、SC-400、PowerPC、68000、MIPS、ARM系列等。
二、嵌入式微控制器(Microcontroller Unit, MCU)嵌入式微控制器目前的品种和数量最多，比较有代表性的通用系列包括8051、P51XA、MCS-251、MCS-96/196/296、C166/167、MC68HC05/11/12/16、68300等。
嵌入式系统原理及应用第二版教学设计
嵌入式系统原理及应用第二版教学设计1. 课程目的嵌入式系统已经广泛应用于各种领域，本课程旨在深入了解嵌入式系统的原理及应用。
通过本课程的学习，学生应该能够熟悉嵌入式系统的基本概念，了解常见的嵌入式处理器架构及其应用，熟练掌握常见的嵌入式开发工具和编程语言，能够完成简单的嵌入式系统设计及应用。
2. 教学大纲1.嵌入式系统基础概念–什么是嵌入式系统–嵌入式系统的特点–嵌入式系统的分类2.常见嵌入式处理器架构及应用–ARM Cortex-M系列–AVR系列–MSP430系列–常用嵌入式处理器架构的比较3.嵌入式系统开发工具及环境–Keil μVision–IAR Embedded Workbench–Eclipse4.嵌入式系统编程语言–C语言–汇编语言–Python5.嵌入式系统设计与应用–简单的嵌入式系统设计–嵌入式系统应用案例分析3. 教学方法本课程采用课堂讲授、案例分析和实践操作相结合的教学方法。
教师将首先在课堂上讲解相关的理论知识，然后通过案例分析来帮助学生更好地理解和掌握所学知识。
最后，学生将通过实践操作来深入了解和巩固所学知识。
4. 成绩评定学生的成绩将按照期中考试、期末考试、课堂作业、实验报告等方面综合评定。
其中，期中考试和期末考试分别占总学分的30%和40%，课堂作业占总学分的20%，实验报告占总学分的10%。
5. 教学资源本课程将充分利用现有的教学资源，包括文献资料、实验设备、软件环境等。
6. 实验项目本课程将设计多个实验项目，包括： - 基于ARM Cortex-M系列处理器的LED闪烁程序设计 - 基于AVR系列处理器的电子时钟设计 - 基于MSP430系列处理器的温度检测系统设计7. 课程总结本课程旨在帮助学生深入了解嵌入式系统的原理及应用，通过理论学习、案例分析和实践操作的方式，学生将熟悉常见的嵌入式处理器架构及其应用，掌握嵌入式开发工具和编程语言，能够完成简单的嵌入式系统设计及应用。
嵌入式系统的发展历史
嵌入式系统的发展历史嵌入式系统是一种特定应用下的计算机系统，通常被嵌入到一些特定的设备中，包括智能手机、数码相机、汽车电子、医疗设备、电视和家电等等。
简而言之，嵌入式系统是计算机科学与工程的一种应用形式，其发展史又是一幅充满热情和创新的历程。
1. 早期嵌入式系统最初的嵌入式系统开发主要是面向轻量级的应用场景，用于控制单一机器或设备的工作。
这些系统主要采用微控制器和微处理器作为主要的控制单元，包括了科学仪器、嵌入式医疗设备和家电等等。
这些系统通常拥有极低的运算能力和内存容量，并且需要通过硬件而非软件实现其复杂功能。
在电子产品的早期学院中，嵌入式系统的开发主要依赖程序员来手工编写汇编语言程序，进行低级别的硬件控制。
这种手工开发方式存在着许多问题，比如调试难度大、开发效率低下和代码复杂性高等等。
初创企业也很难面对这些问题，因为他们需要使用更少的资源来开发产品。
2. 进入数字时代到了20世纪80年代和90年代，随着数字技术的不断进步，嵌入式系统也出现了重大转折。
在这一时期，基于数字信号处理器和嵌入式C语言实现的远程通讯终端可以接近英特尔x86处理器的性能。
这种进步使得嵌入式系统的开发成为了一种更加可行的方案。
同时，在90年代，嵌入式系统的应用范围也不断拓宽。
从移动设备、交通信号、到航天飞行器，嵌入式系统已经成为了各种行业中关键的一环。
嵌入式系统的研究领域被扩展到了自动化、医药、通信、交通和安全等领域，使得嵌入式系统技术逐渐成为了未来技术的主打之一。
3. 硬件和软件的不断革新2010年前后，随着电子产品的普及和嵌入式技术的急剧发展，以ARM架构为代表的嵌入式系统处理器逐渐增强了其性能和功能。
同时，新的软件开发平台也逐渐出现。
当时的开发者可以使用Linux、Android、WindowsCE和嵌入式Java等不同的嵌入式操作系统，给软件开发带来了革命性的变化。
此外，嵌入式软件、分布式系统和云计算等技术的出现，催生了嵌入式系统领域里的大规模互联，这为嵌入式系统的发展带来了重要的启示。
嵌入式系统的原理和应用
嵌入式系统的原理和应用嵌入式系统是一种计算机系统，它通常是用于控制、监视、数据采集等特定目的的。
与个人计算机和服务器等通用计算机系统不同，嵌入式系统的硬件和软件被特别设计和优化，以适应其特定用途的要求。
本文将介绍嵌入式系统的工作原理和应用领域。
一、嵌入式系统的工作原理嵌入式系统通常由处理器、存储器、输入输出接口电路、外设模块等组成。
其核心是处理器，嵌入式系统所用的处理器性能越来越强大，从较老的8位、16位微控制器到现在的ARM Cortex-A 系列、RISC-V等高性能嵌入式处理器。
嵌入式系统可分为硬件和软件两个方面。
嵌入式硬件和通用计算机硬件类似，都由处理器、存储器、I/O模块等部件组成。
相比通用计算机硬件，嵌入式系统硬件的主要特征是小巧、低功耗，通常单板上能整合处理器、存储器、外设模块以及工业标准I/O接口。
嵌入式软件通常是裁剪优化过的，因为嵌入式系统的存储器容量有限，CPU速度也低于PC等通用计算机，所以软件需要更少的计算成本。
通常情况下，嵌入式软件是为相应硬件设计的，并通过编程语言(如C/C++)来进行编写。
嵌入式系统的软件基本上由一个实时操作系统（RTOS）和应用程序组成，RTOS通常是实时性高、稳定性好的嵌入式系统操作系统，常见的RTOS产品有uC/OS、FreeRTOS等。
嵌入式系统使用可升级的固件，这种固件是在嵌入式系统启动时加载到处理器的固定内存区域。
由于它是硬件的一部分，因此它对CPU运行的速度、可靠性和稳定性都有重要影响。
固件可以像软件一样升级，因此在需要升级时，制造商可以通过远程升级(OTA)来即时更新固件软件。
二、嵌入式系统的应用领域近年来，嵌入式系统在各种领域广泛应用，包括飞行器、工业控制、医疗设备、智能家居、汽车电子、IoT等等。
下面简单介绍一些典型的应用领域。
1. 工业自动化嵌入式系统在工业控制、机器人、智能制造等领域得到广泛应用，可以实现工厂资产管理、自动化生产线、产品检测和数据采集等功能。
《嵌入式原理系统》课件
模块间应保持松耦合、高内聚，模块接口应清晰、规范。
模块化设计方法
可以采用自顶向下的设计和分层设计等方法进行模块化设计。
嵌入式软件的测试与优化
测试方法
单元测试、集成测试和系统测试是常用的嵌入式软件 测试方法。
优化方法
代码优化、算法优化和系统优化是常用的嵌入式软件 优化方法。
性能评估
通过性能评估可以衡量嵌入式软件的性能指标，如响 应时间、功耗和可靠性等。
嵌入式传感器与执行器接口
分析嵌入式传感器与执行器的接口标准，如ADC、DAC等。
嵌入式传感器与执行器应用
介绍嵌入式传感器与执行器在实际应用中的实现方式，如温度检测、 压力控制等。
03
嵌入式操作系统原理
嵌入式操作系统的特点与分类
总结词：概述
可裁剪性：根据实际应用需求，嵌入式操作系统可以进 行定制和裁剪，以减小体积和资源占用。
嵌入式总线与接口协议
分析嵌入式总线与接口的协议标准，如RS-232、I2C、SPI等。
嵌入式总线与接口应用
介绍嵌入式总线与接口在实际应用中的实现方式，如串口通信、I/O控制等。
嵌入式传感器与执行器
嵌入式传感器与执行器概述
介绍嵌入式传感器与执行器的定义、分类、特点等。
常见嵌入式传感器与执行器
列举温度传感器、压力传感器、光敏传感器等常见嵌入式传感器与执 行器，并简要介绍其特点和应用领域。
嵌入式系统的发展趋势
低功耗设计
随着物联网和智能终端的普及，嵌入 式系统的功耗越来越受到关注，低功 耗设计成为发展趋势。
人工智能
人工智能技术的不断发展，嵌入式系 统将更加智能化，能够实现更高级别 的自动化和智能化控制。
云计算
嵌入式系统教学大纲
嵌入式系统教学大纲一、引言嵌入式系统是现代科技领域中的重要组成部分，它广泛应用于各个领域，如通信、汽车、医疗等。
本教学大纲旨在为学习者提供系统而全面的嵌入式系统知识，帮助他们掌握相关技能和理论知识。
二、课程目标该课程旨在使学习者能够：1. 理解嵌入式系统的基本概念和原理；2. 掌握嵌入式系统的设计和开发方法；3. 学会使用嵌入式系统开发工具和软件；4. 培养良好的嵌入式系统编程能力；5. 能够解决嵌入式系统开发中的实际问题。
三、教学内容1. 嵌入式系统概述1.1 嵌入式系统的定义与特点1.2 嵌入式系统在各个领域中的应用1.3 嵌入式系统的发展趋势2. 嵌入式系统硬件平台2.1 嵌入式处理器的选择与介绍2.2 嵌入式系统的外设和接口设计2.3 嵌入式系统的电源管理3. 嵌入式系统软件平台3.1 嵌入式操作系统的选择与概念3.2 嵌入式系统的驱动程序开发3.3 嵌入式应用程序开发4. 嵌入式系统开发工具与环境4.1 嵌入式系统开发工具的选择与使用 4.2 嵌入式系统仿真与调试技术4.3 嵌入式系统的固件更新与维护5. 嵌入式系统设计与开发5.1 嵌入式系统设计流程与方法5.2 嵌入式系统的硬件设计与布局5.3 嵌入式系统的软件架构与开发6. 嵌入式系统应用案例分析6.1 通信领域中的嵌入式系统应用案例6.2 汽车领域中的嵌入式系统应用案例6.3 医疗领域中的嵌入式系统应用案例四、教学方法1. 理论授课：通过讲解理论知识，帮助学习者掌握嵌入式系统的基本概念和原理。
2. 实践操作：通过实际操作，让学习者亲自动手实践嵌入式系统的设计和开发过程。
3. 案例分析：通过分析实际应用案例，帮助学习者理解嵌入式系统在不同领域中的应用。
4. 小组讨论：通过小组讨论，促进学习者之间的交流和合作，增强学习效果。
五、教学评估1. 课堂作业：布置与课程内容相关的任务，通过完成作业评估学生的理论掌握情况。
2. 实验报告：要求学生完成实验并撰写实验报告，评估学生的实践操作能力。
嵌入式系统原理及应用技术
1.嵌入式系统的定义：一般都认为嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为根底，并且软硬件可裁剪，可满足应用系统对功能、可靠性、本钱、体积和功能有严格要求的专用计算机系统。
2.嵌入式系统的特征：〔1〕通常是面向特定应用的。
具有功耗低、体积小和集成度高等特点。
〔2〕硬件和软件都必须高效率地设计，量体裁衣，力争在同样的硅片面积上实现更高的性能，这样才能满足功能、可靠性和功耗的苛刻要求。
〔3〕实时系统操作支持。
〔4〕嵌入式系统与具体应用有机结合在一起，升级换代也同步进展。
〔5〕为了提高运行速度和系统可靠性，嵌入式系统中的软件一般固化在存储器芯片中。
3.ARM嵌入式微系统的应用：工业控制、网络系统、成像和平安产品、无线通信、消费类电子产品。
4.ARM嵌入式微处理器的特点：〔1〕体积小、低功耗、低本钱、高性能。
〔2〕支持Thumb〔16位〕/ARM〔32位〕双指令集，兼容8位/16位器件。
〔3〕使用单周期指令，指令简洁规整。
〔4〕大量使用存放器，大多数数据都在存放器中完成，只有加载/存储指令可以存储器，以提高指令的执行效率。
〔5〕寻址方式简单灵活，执行效率高。
〔6〕固定长度的指令格式。
5.嵌入式系统一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统、用户软件构成。
2.哈佛体系构造的主要特点是将程序和数据存储在不同的存储空间。
3.嵌入式处理器主要有四种嵌入式微处理器〔EMPU〕、嵌入式微控制器〔MCU〕、嵌入式数字信号处理器〔DSP〕、嵌入式片上系统〔SoC)4.ARM7采用3级流水线构造，采用·诺依曼体系构造；ARM9采用5级流水线构造，采用哈佛体系构造。
5.ARM处理器共有37个32bit存放器，包括31个通用存放器和6个状态存放器。
6.ARM体系构造可以用2种方法存储字数据，即大端格式和小端格式。
7.ARM处理器既支持32位的ARM指令集又支持16位的THCMB指令集。
8.ARM处理器有7种工作模式，他们分为两大类特权模式、非特权模式。
嵌入式系统发展历史
嵌入式系统发展历史1.嵌入式系统的历史虽然嵌入式系统是近几年才风靡起来的，但是这个概念并非新近才出现。
从20世纪七十年代单片机的出现到今天各式各样的嵌入式微处理器，微控制器的大规模应用，嵌入式系统已经有了近30年的发展历史。
作为一个系统，往往是在硬件和软件交替发展的双螺旋的支撑下逐渐趋于稳定和成熟，嵌入式系统也不例外。
嵌入式系统的出现最初是基于单片机的。
70年代单片机的出现，使得汽车、家电、工业机器、通信装置以及成千上万种产品可以通过内嵌电子装置来获得更佳的使用性能：更容易使用、更快、更便宜。
这些装置已经初步具备了嵌入式的应用特点，但是这时的应用只是使用8位的芯片，执行一些单线程的程序，还谈不上"系统"的概念。
提示：最早的单片机是Intel公司的8048，它出现在1976年。
Motorola同时推出了68HC05，Zilog公司推出了Z80系列，这些早期的单片机均含有256字节的RAM、4K的ROM、4个8位并口、1个全双工串行口、两个16位定时器。
之后在80年代初，Intel又进一步完善了8048，在它的基础上研制成功了8051，这在单片机的历史上是值得纪念的一页，迄今为止，51系列的单片机仍然是最为成功的单片机芯片，在各种产品中有着非常广泛的应用。
从80年代早期开始，嵌入式系统的程序员开始用商业级的"操作系统"编写嵌入式应用软件，这使得可以获取更短的开发周期，更低的开发资金和更高的开发效率，"嵌入式系统"真正出现了。
确切点说，这个时候的操作系统是一个实时核，这个实时核包含了许多传统操作系统的特征，包括任务管理、任务间通讯、同步与相互排斥、中断支持、内存管理等功能。
其中比较著名的有Ready System公司的VRTX、Integrated System Incorporation(ISI)的PSOS和IMG的VxWorks、QNX公司的QNX等。
[简述嵌入式系统的定义]嵌入式系统的定义与发展历史
![[简述嵌入式系统的定义]嵌入式系统的定义与发展历史](https://img.taocdn.com/s3/m/ea9d7c8b27284b73f34250af.png)
[简述嵌入式系统的定义]嵌入式系统的定义与发展历史目前，在嵌入式系统应用领域中，不少人对什么是嵌入式系统不甚了解。
有些人搞了十多年的单片机应用，不知道单片机就是一个最典型的嵌入式系统；也有些人在解释什么是嵌入式系统时，不是从定义出发，而是列举了嵌入式系统的一些特点，往往不知所云。
因此，有必要从现代计算的发展历史，了解嵌入式系统的由来，从学科建设的角度来探讨嵌入式系统较为准确的定义。
1 现代计算机的技术发展史(1)始于微型机时代的嵌入式应用电子数字计算机诞生于1946年，在其后漫长的历史进程中，计算机始终是供养在特殊的机房中，实现数值计算的大型昂贵设备。
直到20世纪70年代，微处理器的出现，计算机才出现了历史性的变化。
以微处理器为核心的微型计算机以其小型、价廉、高可靠性特点，迅速走出机房；基于高速数值解算能力的微型机，表现出的智能化水平引起了控制专业人士的兴趣，要求将微型机嵌入到一个对象体系中，实现对象体系的智能化控制。
例如，将微型计算机经电气加固、机械加固，并配置各种外围接1/ 4口电路，安装到大型舰船中构成自动驾驶仪或轮机状态监测系统。
这样一来，计算机便失去了原来的形态与通用的计算机功能。
为了区别于原有的通用计算机系统，把嵌入到对象体系中，实现对象体系智能化控制的计算机，称作嵌入式计算机系统。
因此，嵌入式系统诞生于微型机时代，嵌入式系统的嵌入性本质是将一个计算机嵌入到一个对象体系中去，这些是理解嵌入式系统的基本出发点。
(2)现代计算机技术的两大分支由于嵌入式计算机系统要嵌入到对象体系中，实现的是对象的智能化控制，因此，它有着与通用计算机系统完全不同的技术要求与技术发展方向。
通用计算机系统的技术要求是高速、海量的数值计算；技术发展方向是总线速度的无限提升，存储容量的无限扩大。
而嵌入式计算机系统的技术要求则是对象的智能化控制能力；技术发展方向是与对象系统密切相关的嵌入性能、控制能力与控制的可靠性。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
嵌入式系统原理 第一章嵌入式系统历史与现代特征
10/3/2007
嵌入式系统原理
Lecture2:嵌入式系统历史与现代特征
主要内容
• 1.1、嵌入式产品世界 • 1.2、嵌入式系统与相关领域的历史 • 1.3、危机与发展特征 • 1.4 、嵌入式系统定义
10/3/2007
Z-3使用了2600个继电器， 它在1944年美军对柏林 进行的空袭中被炸毁。
“巨人”计算机 1943年，英国科学家研制成功第一台“巨人” 计算机，专门用于破译德军密码。“巨人” 算不上真正的数字电子计算机，但在继电器 计算机与现代电子计算机之间起到了桥梁作 用。 第一台“巨人”有1500个电子管，5个处 理器并行工作，每个处理器每秒处理5000个字 母。二战期间共有10台“巨人”在英军服役，
进制计数法有许多种，人们最常 用的是十进制，而古代玛雅人则使用 二十进制。
10/3/2007
嵌入式系统原理
Lecture2:嵌入式系统历史与现代特征 计算与计算机
公元前2000年的美索不达米亚人用 泥板计数，这块泥板上的楔形文字代表 25。
据《汉书·律历 志》记载：算筹 是圆形竹棍，它
长23.86厘米、横
先驱的探索：机械式计算机
巴贝奇分析机采用了三个具有现代意义的装置： 巴贝奇差分机
保存数据的寄存器（齿轮式装置）；从寄存器
取出数据进行运算的装置，并且机器的乘法以 1822年，英国数学家
累次加法来实现；控制操作顺序、选择所需处 巴贝奇发明差分机，
理的数据以及输出结果的装置。
专门用于航海和天文
计算。
这是最早采用寄存器
10/3/2007
计算与计算机
嵌入式系统原理
Lecture2:嵌入式系统历史与现代特征
计算与计算机
逻辑代数 早在1847和1854年，英国数学家布尔发表了两部重要 著作《逻辑的数学分析》和《思维规律的研究》，创 立了逻辑代数。逻辑代数系统采用二进制，是现代电 子计算机的数学和逻辑基础。
计算机三原则 1939年，阿塔纳索夫提出计算机三原则；采用二进制 进行运算；采用电子技术来实现控制和运算；采用把 计算功能和存储功能相分离的结构。1939年，阿塔纳 索夫还设计并试制数字电子计算机的样机“ABC机”， 但未能完工。
开方以及其它的代数计算。负数出现后，算筹分红黑两种，红筹表示正数，黑筹
表示负数。这种运算工具和运算方法，在当时世界上是独一无二的。
10/3/2007
嵌入式系统原理
Lecture2:嵌入式系统历史与现代特征 计算与计算机
中国人发明算盘 随着计算技术的发展，在求解一些更复杂的数学 问题时，算筹显得越来越不方便了。于是在大约 六、七百年前，中国人发明了算盘，它结合了十 进制计数法和一整套计算口诀并一直沿用至今， 被许多人看作是最早的数字计算机。
从CTR到IBM 霍勒斯于1896年创立了制表机公司，1911 年该公司并入CTR（计算制表记录）公司， 这就是著名的IBM公司的前身。1924年， 托马斯·沃森一世把CTR更名为IBM。
10/3/2007
嵌入式系统原理
Lecture2:嵌入式系统历史与现代特征
三极管 1906年，美国人德弗 雷斯特发明电子三极 管，并在研究中发现， 三极管可以通过级联 使放大倍数大增，这 使得三极管的实用价 值大大提高，从而促 成了无线电通信技术 的迅速发展。
10/3/2007
嵌入式系统原理
Lecture2:嵌入式系统历史与现代特征
计算与计算机
计算机开关电路 1938年，信息论的创始人、美国科学家仙农发表论文 《继电器和开关电路的符号分析》，首次阐述了如何 将布尔代数运用于逻辑电路，奠定了现代电子计算机 开关电路的理论基础。
10/3/2007
嵌入式系统原理
维纳在1948年完成了著作《控制论》，这不仅使维纳成为控制论的 创始人，而且对计算机后来的发展和人工智系统原理
Lecture2:嵌入式系统历史与现代特征
计算与计算机
现代电子计算机之父 1944~1945年间，美籍匈牙利科学家冯·诺伊曼在第一台现代计算机ENIAC 尚未问世时注意到其弱点，并提出一个新机型EDVAC的设计方案，其中 提到了两个设想：采用二进制和“存储程序”。这两个设想对于现代计算 机至关重要，也使冯·诺伊曼成为“现代电子计算机之父”，冯·诺伊曼机 体系延续至今。
航空应用
嵌入式系统原理
Lecture2:嵌入式系统历史与现代特征
1.2 相关历史
计算
机器
计算理论
计
智力
算
机
系统论 控制论 信息论
自 手脚 动 化
通
眼耳
讯
融合：嵌入式系统
10/3/2007
嵌入式系统原理
Lecture2:嵌入式系统历史与现代特征
计算溯源
计算与计算机
公元前3000年的古埃及人用结 绳来记录土地面积和收获的谷物。
赫尔曼·霍勒斯制表机 1888年，美国人赫尔曼·霍勒斯发明了制表机，它采 用穿孔卡片进行数据处理，并用电气控制技术取代了 纯机械装置。
10/3/2007
计算与计算机
嵌入式系统原理
Lecture2:嵌入式系统历史与现代特征
计算与计算机
1890年，美国人口普查全部采用了霍勒斯 制表机。在1900年美国人口普查中，由于采用 了制表机，全部统计处理工作只用了1年零7个 月时间。
后人根据达芬奇的手稿仿制出了机械式计算器。
10/3/2007
嵌入式系统原理
Lecture2:嵌入式系统历史与现代特征 计算与计算机
冈特计算尺 1621年，英国人冈特发明计算尺，这是世 界上最早的模拟计算工具。17世纪的文献 详细记载了冈特发明这种计算工具的过程。
希克尔德的创意 德国科学家希克尔德被许多人认为 是世界上真正的第一台计算机的发 明人，后人在他的手稿中发现了他 对计算机的设计草图和详尽的文字 描述，并在1960年根据其方案成功 仿制了一台机械式计算机。
二极管 1904年，英国人弗莱明发明真 空电子二极管。电子管的诞生， 是人类电子文明的起点。
10/3/2007
三极管的 发明最初居然 被指控为商业 诈骗，并被法 官判定为一个 “毫无价值的 玻璃管”。
嵌入式系统原理
Lecture2:嵌入式系统历史与现代特征
朱斯的Z系列计算机 1938年，德国科学家朱斯制造 出Z-1计算机，这是第一台采 用二进制的计算机。在接下来 的四年中，朱斯先后研制出采 用继电器的Z-2、Z-3和Z-4。
截面直径是0.23
厘米。到公元六、
七世纪的隋朝，
算筹长度缩短，
圆棍改成方的或
扁的。根据文献
记载，算筹除竹
筹外，还有木筹、
铁筹、玉筹和牙
最古老的计算工具：算筹
筹。
我国春秋时期出现的算筹是世界上最古老的计算工具。计算的时候摆成纵式和横
式两种数字，按照纵横相间的原则表示任何自然数，从而进行加、减、乘、除、
算筹与圆周率 算筹为人类文明做出过巨大贡献，我国古代著名的数 学家祖冲之，就是借助算筹计算出圆周率的值介于 3.1415926和3.1415927之间；中国古代的天文学家也 运用算筹，总结出了精密的天文历法。
10/3/2007
嵌入式系统原理
Lecture2:嵌入式系统历史与现代特征 计算与计算机
达·芬奇 欧洲文艺复兴时期的伟人达·芬奇是一位旷世奇才， 他在科学方面的造诣丝毫不亚于其艺术成就，他很早 就提出过计算工具的设想。后人在达·芬奇的手稿中， 发现了关于机械式计算工具设计方案的记录。
来存储数据的计算机，
体现了早期程序设计
思想的萌芽。
第一台差分机从设计
到制造完成，花费了
整整十年。它可以处
理3个5位数，计算精
度达到6位小数。
计算与计算机
10/3/2007
嵌入式系统原理
Lecture2:嵌入式系统历史与现代特征
19世纪后期 从机械到电的飞跃
赫尔曼·霍勒斯博 士发明穿孔卡片，这 是电脑软件的雏形。
图林发表于1940年的另一篇著名论文《计算机能思考吗？》，对计 算机的人工智能进行了探索，并设计了著名的“图林测验”。1954 年图林英年早逝，年仅42岁。
10/3/2007
嵌入式系统原理
Lecture2:嵌入式系统历史与现代特征
计算与计算机
维纳的现代计算机设计五原则 1940年，美国科学家维纳阐述了自己对现代计算机的 五点设计原则：数字式而不是模拟式；以电子元件构 成并尽量减少机械装置；采用二进制而不是十进制； 内部存放计算表；内部存储数据。
嵌入式系统原理
log (people per computer)
Lecture2:嵌入式系统历史与现代特征 1.嵌入式产品世界
Mainframe Minicomputer Workstation
PC Laptop PDA
year
数据存储
同产品交互 从现实世界 获取信息
10/3/2007
嵌入式系统原理
Lecture2:嵌入式系统历史与现代特征
10/3/2007
嵌入式系统原理
Lecture2:嵌入式系统历史与现代特征
Intel Research Condition-Based Maintenance
10/3/2007
Mote
Layou t
1 3
1
6
54
`
1
1 12 5 9
81
环境监测
房屋测量
莱布尼兹乘法机 1673年，德国数学家莱布尼兹发明乘法机， 这是第一台可以运行完整的四则运算的计算 机。莱布尼兹同时还提出了“可以用机械代 替人进行繁琐重复的计算工作”的伟大思想， 这一思想至今鼓舞着人们探求新的计算机。