ch2 嵌入式系统设计基本概念
嵌入式系统概论
嵌入式系统概论嵌入式系统是一种特殊的计算机系统，它被嵌入到其他设备中，以完成特定的功能或任务。
嵌入式系统广泛应用于各个领域，如家电、汽车、医疗设备、通信设备等。
本文将介绍嵌入式系统的基本概念、特点、应用领域以及发展趋势。
一、嵌入式系统的基本概念嵌入式系统是由硬件和软件组成的一种特殊计算机系统。
与通用计算机系统相比，嵌入式系统具有以下几个特点：1. 特定功能：嵌入式系统被设计用于执行特定的功能或任务，例如控制家电设备、驾驶汽车、监测环境等。
2. 实时性：嵌入式系统通常需要实时响应外部事件，确保系统能够及时做出反应。
3. 资源受限：由于嵌入式系统通常运行在资源受限的环境中，如处理能力、存储容量、能耗等都有限制。
4. 可靠性：嵌入式系统对系统的可靠性要求很高，一旦出现故障可能会对用户的生命财产安全造成影响。
二、嵌入式系统的应用领域嵌入式系统广泛应用于各个领域，以下列举几个典型的应用领域：1. 汽车领域：现代汽车中的嵌入式系统包括发动机控制单元(ECU)、车载娱乐系统、安全系统等，它们协同工作以提供稳定、安全的驾驶体验。
2. 家电领域：智能家居中的嵌入式系统能够实现家电设备的远程控制、能耗监测以及与其他设备的联动等功能。
3. 医疗设备领域：医疗设备中的嵌入式系统用于监测病人的生命体征、控制手术设备等，对病人的诊断和治疗起到重要作用。
4. 工业控制领域：嵌入式系统在工业自动化领域中广泛应用，用于控制生产线、监测设备状态、优化生产过程等。
三、嵌入式系统的发展趋势随着科技的不断进步，嵌入式系统也在不断发展。
以下是几个嵌入式系统的发展趋势：1. 物联网：随着物联网的兴起，越来越多的设备将与互联网连接，嵌入式系统将扮演连接设备与互联网的桥梁，实现设备之间的通信与协同工作。
2. 人工智能：人工智能技术的发展将为嵌入式系统带来更多的智能化能力，使其能够识别、理解和响应更复杂的指令或环境变化。
3. 虚拟化技术：虚拟化技术可以将多个嵌入式系统虚拟化为一个物理平台，提高系统的资源利用率和灵活性。
嵌入式系统设计
嵌入式系统设计嵌入式系统是指嵌入在其他电子产品中的计算机系统，其设计和开发涉及硬件、软件和系统级的知识和技能。
这些系统通常用于控制、监测和实现特定功能。
嵌入式系统设计的目标是设计出功能强大、性能稳定、可靠可控、功耗低、体积小巧的系统。
本文将从嵌入式系统设计的概念、流程、关键技术等方面进行探讨。
一、嵌入式系统设计概念嵌入式系统设计是指利用硬件技术和软件技术，将计算机系统嵌入到特定的应用系统中，并实现该应用系统特定功能的设计过程。
嵌入式系统设计主要包括硬件设计和软件设计两个方面。
硬件设计涉及电路设计、电子元器件选择、电路布局等内容；软件设计涉及算法设计、编程、驱动程序开发等内容。
在嵌入式系统设计中，需要根据应用需求进行硬件和软件的协同优化，确保系统的性能和可靠性。
二、嵌入式系统设计流程1. 需求分析：对嵌入式系统的应用需求进行详细分析，了解系统的功能需求、性能指标和可靠性要求。
2. 系统架构设计：根据需求分析的结果，设计系统的整体架构和模块划分，确定各模块之间的接口和通信方式。
3. 硬件设计：选择适当的处理器、存储器、外设等硬件组件，进行电路设计和PCB布局，确保硬件的可靠性和稳定性。
4. 软件设计：编写嵌入式软件的算法，开发驱动程序和应用程序，进行软件的调试和优化。
5. 系统集成与测试：将硬件和软件进行集成，进行系统级的测试和调试，确保系统的功能完善和性能稳定。
6. 系统验证与验证：对设计的嵌入式系统进行验证和验证，验证系统是否满足需求分析的要求。
三、嵌入式系统设计关键技术1. 处理器选择：根据应用需求选择适合的处理器，考虑处理能力、功耗、接口和成本等因素。
2. 实时系统设计：嵌入式系统通常需要实时性能，需要采用实时操作系统和相关技术来保证系统的实时性。
3. 低功耗设计：嵌入式系统通常处于长时间工作状态，需要采用低功耗设计技术，延长系统的工作时间。
4. 通信接口设计：嵌入式系统通常需要和其他设备进行通信，需要设计合适的通信接口和协议。
嵌入式系统设计
嵌入式系统设计嵌入式系统设计是指将软件和硬件相结合，用于控制、操纵、监测和与外部环境交互的系统。
在现代科技飞速发展的时代，嵌入式系统已广泛应用于各个领域，包括智能家居、汽车、医疗设备、工业自动化等。
本文将探讨嵌入式系统设计的基本原理、常用工具和设计流程，以及该领域的前景和挑战。
一、嵌入式系统设计的基本原理嵌入式系统设计的基本原理是将软件和硬件紧密结合，以实现特定功能。
嵌入式系统通常由微控制器或微处理器、存储器、输入和输出设备以及各种传感器组成。
软件部分包括操作系统、应用程序和驱动程序等。
嵌入式系统设计的关键是在资源有限的环境下，实现稳定可靠的功能。
因此，设计师需要充分理解硬件和软件的相互作用，合理分配系统资源，并进行实时调度和优化。
此外，嵌入式系统的设计还需要考虑功耗、可靠性、安全性和成本等因素。
二、常用工具和设计流程在嵌入式系统设计中，有许多常用的工具和流程可供设计师使用。
以下是其中一些常见的工具和设计流程：1.硬件描述语言（HDL）：HDL是一种用于描述硬件电路的语言，常用的有VHDL和Verilog。
设计师可以使用HDL编写硬件电路的行为和结构描述，并通过合成工具生成对应的电路。
2.集成开发环境（IDE）：IDE是一种集成了编译器、调试器和编辑器等工具的开发环境。
常用的嵌入式系统开发IDE有Keil、IAR等，它们提供了丰富的开发工具和库函数，方便设计师进行软件开发和调试。
3.仿真工具：仿真工具可以模拟硬件电路的行为和时序，并且能够提供波形图和性能分析等功能。
常用的仿真工具有ModelSim、QEMU 等。
4.原型开发平台：原型开发平台是硬件开发的实验平台，常用的有Arduino、Raspberry Pi等。
通过原型开发平台，设计师可以快速验证和调试设计方案。
嵌入式系统设计的基本流程包括需求分析、架构设计、软硬件开发、集成测试和系统优化等阶段。
在每个阶段，设计师需要进行合理的规划和管理，并且进行充分的测试和验证，确保系统的性能和稳定性。
嵌入式系统概论
嵌入式控制器和内核，应用范围非常广泛，从高端旳
工作站、服务器到桌面计算机系统，从消费类电子产
品到大型通信设备，无所不包。
处理器芯片重要型号是PowerPC 750，它于1997年研
制成功，最高旳工作频率可以到达500MHz，采用先
进旳铜线技术。该处理器有许多品种，以便适合多种
目前发展旳目旳是体积小、易携带和外观
设计新奇等。在便携式嵌入式系统旳应用
中，必须尤其关注电源装置等辅助设备。
2.4嵌入式操作系统
嵌入式操作系统是嵌入式应用软件旳基础和开发
平台.嵌入式系统旳出现,处理了嵌入式软件开发原则
化旳难题.嵌入式系统具有操作系统旳最基本旳功能:
进程调度
内存管理
设备管理
文献管理
（Microprocessor without interlocked piped stages），
最早是在80年代初期由美国斯坦福大学Hennessy专家
领导旳研究小组研制出来旳。
1986年推出R2023处理器，1988年推出R3000处理器，
1991年推出第一款64位商用微处理器R4000。之后，
存储器类型分为：
静态易失型存储器（RAM，SRAM）；
动态存储器（DRAM）；
非易失性存储器ROM（ROMEPROM，
EEPROM，FLASH）；
硬盘、软盘、CD－ROM等。
通信接口
目前存在旳所有计算机通信接口在嵌入式领域中均有
其广泛旳应用，应用最为广泛旳接口设备包括
RS-232接口（串口UART）
产品制造、大范围电子商务活动、高度协
同科学试验以及现代化家庭起居。
嵌入式系统的设计与开发
嵌入式系统的设计与开发嵌入式系统是集成了硬件和软件的特定功能系统。
它通常被用于控制和监测各种设备，如家电、汽车、医疗设备等。
嵌入式系统的设计与开发是一个复杂而关键的过程，需要深入的技术知识和系统思维。
本文将介绍嵌入式系统设计与开发的基本概念、流程和技术要点。
一、嵌入式系统设计与开发的基本概念嵌入式系统设计与开发是一门综合性的学科，涉及到多个学科领域，如计算机科学、电子工程和软件工程等。
其中，嵌入式系统设计是指通过硬件和软件相结合，实现系统功能的过程。
而嵌入式系统开发则是指在设计的基础上，进行系统编码、调试和测试的过程。
嵌入式系统的设计与开发需要考虑以下几个方面：硬件设计、软件设计、系统架构和性能优化。
硬件设计需要选择适合的芯片和电路设计，保证系统的稳定性和可靠性；软件设计需要编写嵌入式软件，并优化系统的运行效率和资源利用率；系统架构是指系统各个模块之间的关系和通信方式，需要设计合理的接口和协议；性能优化则是指通过相关技术手段，提高系统的响应速度和功耗效率。
二、嵌入式系统设计与开发的流程嵌入式系统的设计与开发可以分为以下几个阶段：需求分析、系统设计、硬件与软件开发、集成测试和验证。
1. 需求分析阶段：在这个阶段，开发团队与客户进行需求讨论，明确系统应该具备的功能和性能要求。
开发团队需要全面了解客户需求，包括功能需求、非功能需求和系统约束条件等。
2. 系统设计阶段：在需求分析的基础上，开发团队进行系统设计，包括硬件设计和软件设计两个方面。
硬件设计包括选择适当的芯片、开发电路板和接口设计等；软件设计包括嵌入式软件编写和系统架构设计等。
3. 硬件与软件开发阶段：根据系统设计的要求，进行硬件与软件开发工作。
硬件开发可以利用各种电子设计工具完成电路设计和布局，制造电路板等；软件开发可以采用C/C++等编程语言进行开发，根据系统需求编写相应的软件模块。
4. 集成测试阶段：在硬件与软件开发完成后，进行系统的集成测试。
计算机嵌入式系统基础知识认识嵌入式系统的设计与应用
计算机嵌入式系统基础知识认识嵌入式系统的设计与应用计算机嵌入式系统基础知识：认识嵌入式系统的设计与应用嵌入式系统是一种特殊类型的计算机系统，它通常用于执行特定的功能或任务。
与桌面电脑或服务器等通用计算机系统不同，嵌入式系统通常被集成到其他设备或系统中，以提供特定的功能。
本文将介绍嵌入式系统的基础知识，包括其定义、特点、设计原则以及应用领域。
一、嵌入式系统的定义嵌入式系统是指内置在电子产品或机械系统中的计算机系统，用于完成特定功能或任务。
它通常由处理器、存储器、输入输出设备以及操作系统等组成。
与通用计算机系统相比，嵌入式系统的硬件和软件资源更加有限，但其可靠性、稳定性和实时性要求更高。
二、嵌入式系统的特点1. 实时性要求高：嵌入式系统通常需要在特定时间约束内完成任务，例如实时监控系统需要实时处理传感器数据并作出响应。
2. 资源有限：嵌入式系统的硬件资源通常受限，包括处理器速度、存储容量和功耗等方面。
软件资源也需要经过精心设计，以充分利用有限的硬件资源。
3. 专用性强：嵌入式系统通常用于特定的应用领域，例如汽车电子、医疗设备、工业控制等。
由于其专用性的要求，嵌入式系统的开发周期相对较长，测试和验证工作也相对复杂。
三、嵌入式系统的设计原则1. 硬件与软件的协同设计：嵌入式系统的设计需要考虑硬件和软件之间的密切配合，以充分利用有限的硬件资源和提高系统性能。
2. 简化系统结构：嵌入式系统需要遵循“瘦身”原则，通过简化系统结构来减少资源占用和功耗。
例如，采用系统级芯片（SoC）可以将多个组件集成在一个芯片上，减少系统复杂性。
3. 结合实时需求：嵌入式系统对实时性的要求比较高，设计时需要充分考虑任务调度、中断处理和优先级控制等因素，以确保系统能够在特定时间限制内完成响应。
4. 可靠性和安全性：嵌入式系统通常用于关键应用领域，对可靠性和安全性要求较高。
设计时需要采取相应的措施，包括错误检测与纠正、数据备份和加密等。
嵌入式系统设计
嵌入式系统设计嵌入式系统设计是指针对特定应用领域的需求，将硬件和软件相结合，设计和开发一种特定功能的计算机系统。
这种系统通常被嵌入到其他设备中，以控制和管理设备的操作。
1. 嵌入式系统设计的基本概念:嵌入式系统是一种专用计算机系统，它被嵌入到其他设备中，用于实现特定的功能。
与通用计算机系统不同，嵌入式系统设计要考虑资源有限、功耗低、尺寸小等因素。
嵌入式系统设计需要深入了解应用领域的需求，选择适合的处理器、外设和软件平台来实现系统功能。
2. 嵌入式系统设计的硬件层面:在嵌入式系统设计中，硬件层面主要涉及选择适当的处理器、外设和电路设计。
处理器选择要考虑功耗、性能和成本等因素。
外设选择要根据系统功能需求，例如传感器、执行器、通信接口等。
电路设计要考虑电源管理、时序控制、信号处理等。
3. 嵌入式系统设计的软件层面:嵌入式系统设计的软件层面主要涉及系统软件和应用软件的开发。
系统软件包括操作系统、驱动程序等，用于管理硬件资源和提供系统服务。
应用软件则根据系统功能需求开发，例如数据处理、通信协议等。
在嵌入式系统设计中，软件的优化和调试是非常重要的，以确保系统的稳定性和性能。
4. 嵌入式系统设计的系统集成:嵌入式系统设计的一个重要环节是系统集成。
在集成过程中，将硬件和软件组合在一起，进行功能验证和调试。
系统集成要考虑硬件和软件之间的接口和通信，确保各个组件能够正常协同工作。
同时，还需要进行性能测试和系统验证，以确保系统能够满足设计要求。
5. 嵌入式系统设计的开发流程:嵌入式系统设计的开发流程通常包括需求分析、系统设计、硬件开发、软件开发、系统集成和测试等阶段。
在需求分析阶段，要明确系统功能和性能需求。
在系统设计阶段，要选择合适的处理器、外设和软件平台，并进行系统架构设计。
在硬件开发和软件开发阶段，要分别进行硬件和软件的详细设计和开发。
在系统集成和测试阶段，要进行功能验证和性能测试，确保系统能够正常工作。
综上所述，嵌入式系统设计是一项综合性的工程，涉及硬件和软件两个层面。
嵌入式系统设计与开发基础
嵌入式系统设计与开发基础嵌入式系统是指将计算机系统嵌入到其他产品中，以实现特定功能的系统。
它广泛应用于汽车、家电、医疗设备等各个领域。
嵌入式系统设计与开发的基础知识对于从事相关工作的人员来说至关重要。
本文将介绍嵌入式系统设计与开发的基本概念、技术要点和常用工具，旨在帮助读者全面了解嵌入式系统的设计与开发基础。
一、嵌入式系统概述嵌入式系统是以特定任务为目标的计算机系统，通常包含处理器、存储器、输入输出设备和软件等组成部分。
与通用计算机系统相比，嵌入式系统通常具有体积小、功耗低、操作简单等特点。
嵌入式系统的设计与开发需要理解硬件和软件的相互配合，并考虑系统的实时性、可靠性和安全性等因素。
二、嵌入式系统设计思路1. 硬件设计硬件设计是嵌入式系统设计的重要环节之一。
它包括选择适当的处理器、存储器和外设等硬件组件，设计系统电路图和PCB布局，以及进行电路仿真和验证等。
在硬件设计过程中，需要考虑功耗、信号完整性和故障容忍等因素。
2. 软件设计软件设计是嵌入式系统设计的另一个关键环节。
它包括编写嵌入式软件、配置系统操作系统和驱动程序等。
嵌入式软件通常使用低级别编程语言，如汇编语言和C语言。
软件设计需要考虑实时性、可移植性和可维护性等因素。
3. 系统集成与调试系统集成是将硬件和软件组合在一起，确保它们能够协同工作的过程。
它包括将软件烧录到嵌入式系统中、连接外设、进行系统初始化和调试等。
系统集成和调试需要详细了解每个硬件和软件组件的功能，以及它们之间的相互作用。
三、嵌入式系统开发工具1. 集成开发环境 (IDE)集成开发环境是嵌入式系统开发的重要工具之一。
它提供了编写、调试和测试嵌入式软件的功能。
常用的IDE有Keil uVision、IAR Embedded Workbench和Eclipse等。
这些IDE通常集成了编译器、调试器和仿真器等工具，简化了开发流程。
2. 软件仿真器软件仿真器是嵌入式系统开发的另一个关键工具。
第1章 嵌入式系统设计概念
嵌入式操作系统
主要功能：
使计算机硬件便于使用； 高效组织和正确地使用计算机的资源。
操作系统主要有4个任务：进程管理、进程间 通信与同步、内存管理和I／O资源管理。
嵌入式操作系统
分时操作系统
对软件执行时间的要求并不严格，时间上的延误
或者时序上的错误，一般不会造成灾难性的后果
实时操作系统（RTOS：Real time operate system）
嵌入式处理器的分类
根据其现状，嵌入式处理器可以分成下面几类。
嵌入式微控制器(Microcontroller Unit, MCU) 嵌入式微控制器又称单片机，顾名思义，就是将整个计算机系统集成到一块 芯片中。嵌入式微控制器一般以某一种微处理器内核为核心，芯片内部集成 ROM/EPROM、RAM、总线、总线逻辑、定时/计数器、WatchDog、I/O、 串行口、脉宽调制输出、A/D、D/A、Flash、RAM、EEPROM等各种必要功 能和外设。 嵌入式微处理器(Embedded Microprocessor Unit, EMPU) 嵌入式微处理器的基础是通用计算机中的CPU。在应用中，将微处理器装配 在专门设计的电路板上，只保留和嵌入式应用有关的母板功能；外接电路必 须包括ROM、RAM、总线接口、各种外设等器件；嵌入式处理器目前主要有 186/188、386EX、SC-400、PowerPC、68K、MIPS、ARM系列等 嵌入式DSP处理器(Embedded Digital Signal Processor, EDSP) 嵌入式DSP处理器有两个发展来源，一是DSP处理器经过单片化、EMC改 造、增加片上外设成为嵌入式DSP处理器，TI的TMS320C2000/C5000等属 于此范畴；二是在通用单片机或SOC中增加DSP协处理器，例如Intel的 MCS-296和Infineon(Siemens)的TriCore。 嵌入式片上系统(System On Chip)
嵌入式系统设计与开发
嵌入式系统设计与开发嵌入式系统设计与开发是一门综合性较强的学科，涵盖了电子、计算机、通信等多个领域的知识。
随着科技的进步，嵌入式系统在各个领域得到了广泛应用，比如智能手机、智能家居、汽车等。
本文将详细介绍嵌入式系统设计与开发的相关内容和步骤。
一、嵌入式系统设计与开发的基本概念1. 嵌入式系统的定义：嵌入式系统是一种特定用途的计算机系统，嵌入在其他电子设备中，用于控制、监视和与外部环境交互。
2. 嵌入式系统的特点：实时性、稳定性、低功耗、小型化等。
二、嵌入式系统设计与开发的步骤1. 需求分析：了解用户需求，确定系统功能和性能要求，并进行需求分析和评估。
2. 系统设计：根据需求分析的结果，进行系统设计。
包括硬件设计和软件设计两个方面。
- 硬件设计：选择合适的处理器、内存、存储器等硬件组件，并进行电路设计和布板。
- 软件设计：编写嵌入式系统的软件程序，包括驱动程序、操作系统、应用程序等。
3. 硬件实现：根据硬件设计的结果，进行硬件实现。
包括电路板的制造和组装、设备的调试和测试等。
4. 软件实现：根据软件设计的结果，进行软件的实现。
包括编写代码、进行编译、连接、调试和测试等。
5. 系统集成：将硬件和软件进行集成，进行整体调试和测试。
确保系统的功能完善和性能稳定。
6. 系统验证和测试：对整个系统进行验证和测试，评估系统的可靠性、实时性和性能等。
7. 系统优化和调优：根据验证和测试的结果，对系统进行优化和调优，改进系统的性能和稳定性。
8. 系统部署和上线：将优化后的系统部署到实际环境中，并进行上线运行。
三、嵌入式系统设计与开发的技术要点1. 硬件选型：选择合适的处理器、内存、存储器等硬件组件，根据系统需求进行选型。
2. 软件开发：根据需求分析，进行软件的开发。
可选择C语言、汇编语言等进行编程。
3. 实时性设计：嵌入式系统对实时性要求较高，需要进行实时性设计，确保系统的响应速度和稳定性。
4. 低功耗设计：嵌入式系统通常工作在电池供电条件下，需要进行低功耗设计，延长系统的使用时间。
嵌入式系统设计与开发
嵌入式系统设计与开发随着技术的不断发展，嵌入式系统在现代社会中扮演着重要的角色。
它们被广泛应用于各个领域，如汽车、家电、通信、医疗等。
嵌入式系统设计与开发是一项复杂而关键的工作，需要深入的技术知识和经验。
本文将介绍嵌入式系统的基本概念、设计原理以及开发过程。
一、嵌入式系统概述嵌入式系统是指集成了计算机硬件和软件的特定用途系统，其设计目标是执行特定的功能和任务。
与个人电脑或服务器等通用计算机不同，嵌入式系统通常有限的资源，并针对特定场景进行优化。
二、嵌入式系统设计原理1. 硬件设计嵌入式系统的硬件设计是整个系统的基础。
硬件设计要考虑系统的功能需求、性能要求以及所需的接口和外设。
在硬件设计过程中，需要选择合适的处理器、存储器、传感器等元器件，并进行电路设计、布局和连接。
2. 软件设计嵌入式系统的软件设计与传统计算机系统有一定的区别。
由于嵌入式系统资源有限，软件设计需要考虑内存使用效率、时间响应性能和功耗等方面的优化。
此外，软件设计还需要与硬件设计充分协作，确保系统能够实现预期功能。
三、嵌入式系统开发过程1. 系统需求分析在嵌入式系统开发之前，首先要明确系统的需求和目标。
需求分析是整个开发过程的基础，需要明确系统的功能需求、性能需求和接口要求等。
2. 硬件开发硬件开发包括电路设计、 PCB 设计、元器件选择和测试等。
在硬件开发过程中，需要根据系统需求设计相应的电路，并选择适合的元器件来实现所需的功能。
3. 软件开发软件开发是嵌入式系统开发的核心环节。
在软件开发过程中，需要编写相应的驱动程序、操作系统、应用程序，并对软件进行测试和调试，确保其能够正常运行。
4. 系统集成和测试在完成硬件和软件开发后，需要将其进行集成并进行相应的系统测试。
系统集成包括硬件和软件的组装和配置，系统测试则是对整个系统进行功能测试、性能测试和稳定性测试等。
5. 产品发布和维护当嵌入式系统开发完成后，需要进行产品发布和维护。
产品发布包括产品的量产和发布，维护则是对产品进行后续的更新和修复，以满足用户的需求和改进系统性能。
嵌入式系统设计与开发
嵌入式系统设计与开发嵌入式系统是一种特定用途的计算机系统，通常用于控制和监测设备，例如家电、工厂设备、医疗设备等。
嵌入式系统设计与开发涉及到硬件平台的选择、嵌入式软件的开发、系统调试、性能优化等方面。
本文将介绍嵌入式系统设计与开发的基本概念、关键技术以及开发流程。
嵌入式系统设计与开发的基本概念嵌入式系统是一种固定功能的计算机系统，通常包含一个或多个微处理器、存储器、输入输出界面以及专门设计的硬件电路。
与通用计算机系统不同，嵌入式系统的硬件和软件设计都是为特定应用定制的，因此在设计和开发过程中需要考虑到系统的可靠性、实时性、功耗等因素。
嵌入式系统的设计与开发需要考虑到以下几个方面：1. 硬件平台选择：选择适合应用需求的硬件平台是嵌入式系统设计的第一步。
硬件平台不仅要满足系统的性能需求，还需要考虑成本和可靠性等因素。
2. 嵌入式软件开发：嵌入式软件是嵌入式系统的核心。
嵌入式软件通常采用低级语言编写，如汇编语言和C语言。
在嵌入式软件开发过程中，需要了解硬件的工作原理和接口规范，编写驱动程序、应用程序等。
3. 系统调试：嵌入式系统调试是一个复杂而关键的环节。
调试既包括硬件调试，也包括软件调试。
在调试过程中需要使用专门的调试工具，例如示波器、逻辑分析仪等。
4. 性能优化：嵌入式系统通常具有严格的资源限制，如内存、计算能力等。
因此，性能优化是嵌入式系统设计与开发过程中的重要环节。
通过对系统进行优化，可以提高系统的性能、节约资源，并使系统更加稳定可靠。
嵌入式系统设计与开发的关键技术嵌入式系统设计与开发涉及到多个关键技术，以下是其中几个重要的技术：1. 硬件设计：硬件设计是嵌入式系统设计的基础。
硬件设计包括电路设计、PCB设计等方面。
在硬件设计过程中，需要选择适合系统需求的芯片、传感器、通信模块等，进行电路连接和布局，并进行PCB设计。
2. 嵌入式软件开发：嵌入式软件开发是嵌入式系统设计与开发的关键技术之一。
软件开发包括驱动程序的编写、应用程序的编写、操作系统的移植等方面。
嵌入式系统开发与应用
嵌入式系统开发与应用嵌入式系统开发与应用是现代科技领域的重要组成部分，它涵盖了从底层硬件设计到高层软件开发的一系列技术和方法。
嵌入式系统广泛应用于诸多领域，如消费电子、工业控制、汽车电子、医疗设备等。
本文将介绍嵌入式系统开发的基本概念、应用领域以及未来发展趋势。
一、嵌入式系统开发的基本概念嵌入式系统是指嵌入在其他设备或系统中，具有特定功能的计算机系统。
与传统计算机系统相比，嵌入式系统通常具有体积小、功耗低、成本低的特点。
嵌入式系统的核心是微处理器（如ARM、MIPS等）或微控制器（如8051、STM32等），以及与之配套的外设（如存储器、输入输出接口等）。
嵌入式系统开发的关键是将硬件与软件紧密集成，以实现特定功能。
硬件开发主要包括电路设计、PCB设计、嵌入式软件开发者对硬件的控制，以及常用的传感器、执行器和通信接口的选型和集成。
软件开发主要包括操作系统的选择和裁剪、驱动程序的编写、应用程序的开发，以及与硬件之间的交互和通信。
二、嵌入式系统的应用领域1. 消费电子：嵌入式系统广泛应用于智能手机、平板电脑、智能电视等消费电子产品。
这些设备要求高性能、低功耗以及良好的用户体验。
嵌入式系统在这些设备中的作用是负责处理各类用户操作、数据处理、多媒体播放、通信等功能。
2. 工业控制：嵌入式系统广泛应用于工业自动化领域。
它能够实现工业设备的监控、控制和运行管理。
嵌入式系统可以处理各种输入输出信号，与工艺设备和传感器进行通信，并对工艺过程进行控制和调节。
3. 汽车电子：嵌入式系统在现代汽车中起到了至关重要的作用。
它能够实现汽车引擎控制、车身电子控制、信息娱乐、驾驶辅助等功能。
嵌入式系统可以通过各种传感器获取车辆状态信息，同时与汽车中的各种模块进行通信。
4. 医疗设备：嵌入式系统在医疗设备领域应用广泛，如心脏起搏器、呼吸机、血糖监测仪等。
嵌入式系统能够监测病人的生理参数，同时控制和调节医疗设备的工作状态，以满足病人的实际需求。
(完整word版)嵌入式系统设计大学教程_习题与解答
嵌入式系统设计大学教程习题与解答第1章嵌入式系统设计基本概念（绪论）1、嵌入式系统的定义是什么？你是如何理解嵌入式系统的? （P3）答：嵌入式系统一般定义为以应用为中心、以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗和应用环境有特殊要求的专用计算机系统。
一个嵌入式系统就是一个硬件和软件的集合体，它包括硬件和软件两部分。
其中硬件包括嵌入式处理器/控制器/数字信号处理器（DSP）、存储器及外设器件、输入输出（I/O）端口、图形控制器等；软件部分包括操作系统软件（嵌入式操作系统）和应用程序（应用软件），由于应用领域不同，应用程序千差万别。
2、列出并说明嵌入式系统不同于其他计算机系统的主要特征。
（P3~P4）答：主要特征有：•系统内核小：由于嵌入式系统一般是应用于小型电子装置，系统资源相对有限，所以内核较传统的操作系统要小得多。
•专用性强：嵌入式系统通常是面向特定任务的，个性化很强，其中软件系统和硬件的结合非常紧密，一般要针对硬件进行软件系统的移植。
•运行环境差异大：嵌入式系统使用范围极为广泛，其运行环境差异很大。
•可靠性要求高：嵌入式系统往往要长期在无人值守的环境下运行，甚至是常年运行，因此对可靠性的要求特别高。
•系统精简和高实时性操作系统：•具有固化在非易失性存储器中的代码：为了系统的初始化，几乎所有系统都要在非易失性存储器中存放部分代码（启动代码）。
为了提高执行速度和系统可靠性，大多数嵌入式系统常常把所有代码（或者其压缩代码）固化，存放在存储器芯片或处理器的内部存储器件中，而不使用外部存储介质。
•嵌入式系统开发工作和环境：嵌入式系统开发需要专门的开发工具和环境。
3、简述嵌入式系统的体系结构。
（P5）答：嵌入式系统自底向上包含四个部分：硬件平台、嵌入式实时操作系统（RTOS）、硬件抽象层（HAL）和嵌入式实时应用程序。
硬件抽象层位于操作系统和硬件之间，包含了系统中与硬件相关的大部分功能。
嵌入式系统基础知识
嵌入式系统基础知识一、内容概述嵌入式系统基础知识是电子工程、计算机科学和自动化领域的重要部分。
本文旨在全面介绍嵌入式系统的基本概念、主要组成部分、应用领域以及发展趋势。
文章首先定义了嵌入式系统的含义和特性，然后概述了其硬件和软件组成部分，包括微处理器、存储器、输入输出接口、操作系统、编程语言等。
文章将探讨嵌入式系统的应用领域，如消费电子、工业控制、汽车电子、医疗设备等。
文章还将概述当前嵌入式系统的发展趋势，如物联网、人工智能、云计算等技术的融合，以及面临的挑战，如功耗、实时性、安全性等问题。
读者可以全面了解嵌入式系统的基础知识，为深入学习和实践打下坚实的基础。
1. 嵌入式系统的定义和发展概述嵌入式系统是一种专用计算机系统，它通常被设计为执行特定的功能或任务，如控制机械设备、监视环境、数据处理或网络服务。
嵌入式系统与通用计算机系统的主要区别在于它们专为特定应用定制，并在广泛领域中进行应用。
嵌入式系统通常被嵌入在更大的设备或系统中，如汽车、医疗设备、航空航天设备、家用电器等。
它们具有低功耗、高性能、高可靠性和实时响应等特性。
随着物联网（IoT）、人工智能（AI）和大数据技术的快速发展，嵌入式系统正成为实现这些技术的关键部分。
嵌入式系统融合了计算机技术、电子技术和传感器技术，通过简化软硬件功能以适应严格的性能和尺寸要求，同时提高能效和可靠性。
它们不仅在工业自动化和消费电子产品领域得到了广泛应用，还渗透到了智能城市、智能交通系统等多个新兴领域中。
嵌入式系统经历了多年的发展，从早期的微控制器到现代的智能嵌入式系统，其功能和性能得到了极大的提升。
随着技术的进步，嵌入式系统的应用领域将继续扩大，其重要性也将不断提升。
2. 嵌入式系统的重要性及其应用领域随着科技的飞速发展，嵌入式系统已经深入到社会的各个领域，成为现代信息社会不可或缺的重要组成部分。
嵌入式系统的重要性主要体现在以下几个方面：嵌入式系统作为信息技术的重要分支，在推动工业自动化、智能化进程中发挥着关键作用。
第一章 嵌入式系统开发的基本概念(2)
Phases Software Design Coding Test Release
Requirement Analysis
主要嵌入式软件开发工具产品
32
嵌入式软件开发工具
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
用户需求
未通过
软件测试
通过 系统综合测试 系统开发结束
9
嵌入式系统设计的流程
10
嵌入式系统设计的流程
11
嵌入式操作系统的选择
嵌入式操作系统选型的原则
功能及性能要求。 成熟程度。
可移植性。
可利用资源。 系统定制能力。
硬件平台与开发工具。
成本。
12
章节内容
1 嵌入式系统设计的特点和要求 2 嵌入式系统设计的一般流程 3 嵌入式系统软件设计的流程
31
Rational Rose RealTime ObjectGeode Rhapsody TAU Tornado LambdaTOOL pRISM+ Spectra Win CE Platform Builder
CodeWarrior
Xray Debugger Logiscope CodeTEST
嵌入式软件开发阶段
30
嵌入式软件开发工具
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)
计算机基础知识培训了解计算机系统中的嵌入式系统设计
计算机基础知识培训了解计算机系统中的嵌入式系统设计在计算机基础知识培训的课程中，了解计算机系统中的嵌入式系统设计是一项重要的内容。
嵌入式系统设计是在计算机系统中应用广泛的一种设计方法，它在多个领域中发挥着重要作用，例如工业控制、汽车电子、医疗设备等。
本文将深入探讨嵌入式系统设计的概念、特点和应用，并介绍嵌入式系统设计的基本原则和方法。
一、嵌入式系统设计的概念和特点嵌入式系统是一种特定用途的计算机系统，它内置在其他设备中，不像个人计算机那样具有通用性。
嵌入式系统的设计主要包括硬件和软件两个方面。
硬件指的是嵌入式系统中的各种电子元件和模块，例如微处理器、存储器、接口电路等；软件则是指嵌入式系统中的操作系统和应用程序。
嵌入式系统设计具有以下特点：1. 实时性：嵌入式系统需要及时响应外部事件，因此具有高实时性要求。
例如，汽车电子系统需要即时响应驾驶员的操作。
2. 低功耗：嵌入式系统通常工作在电池供电的环境下，因此功耗要求较低。
低功耗设计是嵌入式系统设计的一项重要考虑因素。
3. 多样性和灵活性：嵌入式系统应用广泛，涉及多个领域，因此需要具备多样性和灵活性。
不同的应用场景需要不同的硬件和软件设计。
二、嵌入式系统设计的应用领域嵌入式系统设计在许多领域中都得到了广泛的应用，下面我们以工业控制、汽车电子和医疗设备为例，介绍嵌入式系统设计的应用。
1. 工业控制：嵌入式系统在工业自动化领域中发挥着重要作用。
例如，在工厂生产线上，嵌入式系统可以控制机器人的动作、监测生产过程中的温度、压力等参数，并及时报警或者采取措施，从而保证生产的正常进行。
2. 汽车电子：现代汽车中嵌入了大量的嵌入式系统，包括发动机控制系统、仪表盘显示系统、车载娱乐系统等。
嵌入式系统的设计在提高汽车性能、安全性和便利性方面发挥着重要的作用。
3. 医疗设备：医疗领域也是嵌入式系统设计的重要应用领域之一。
例如，心脏起搏器、血压监测仪等医疗设备都采用了嵌入式系统，用于监测患者的生命体征并提供相应的治疗和控制。
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类别
CISC与RISC的对比
CISC
RISC
指令系统 指令数量很多
较少，通常少于100
执行时间 有些指令执行时间很长，如 没有较长执行时间的指令 整块的存储器内容拷贝；或 将多个寄存器的内容拷贝到 存贮器 编码长度 编码长度可变，1-15字节 寻址方式 寻址方式多样 操作 编译 编码长度固定，通常为4个字节 简单寻址
1
操作
BL X XX ADD SUB MOV Fetch Decode Execute
2
3
4
5
Linkret
Adjust
Fetch
Decode Fetch
Fetch
Decode Execute
Fetch Decode Execute Fetch
Decode
Fetch
• 流水线被阻断 • 注意:内核运行在ARM状态
存储器
CISC的背景和特点
• 背景: 存储资源紧缺, 强调编译优化 • 增强指令功能，设置一些功能复杂的指令， 把一些原来由软件实现的、常用的功能改用 硬件的（微程序）指令系统来实现 • 为节省存储空间，强调高代码密度，指令格 式不固定，指令可长可短，操作数可多可少 • 寻址方式复杂多样，操作数可来自寄存器， 也可来自存储器 • 采用微程序控制，执行每条指令均需完成一 个微指令序列 • CPI > ５，指令越复杂，CPI越大。
Writeback
1
2
3
4
5
6
LDR
MOV AND ORR
Fetch
Decode
Fetch
Execute
Decode Fetch
• 该例中，用6周期执行了4条指令 • 指令周期数 (CPI) = 1.5
分支流水线举例
周期
地址
0x8000 0x8004 0x8008 0x8FEC 0x8FF0 0x8FF4
2.1.1 嵌入式处理器
• 嵌入式系统中的处理器通常分为四大类：
– 微处理器（Micro-Processor Unit，MPU） – 微控制器（Micro-Controller Unit，MCU） – 数字信号处理器（Digital Signal Processor，DSP）
– 嵌入式片上系统（System On Chip，SoC）
PowerPC体系结构
• Motorola半导体（现Freescale半导体）联 合IBM以及苹果电脑 • IBM
– PowerPC750 – PowerPCG3
• Motorola
– MPC – MC
X86体系结构
• Intel X86体系结构 • AMD最新的X86体系结构嵌入式处理器产 品为Geode 系列处理器 • CISC指令集
PC - 8
PC - 4
Execute
•
PC指向正被取指的指令，而非正在执行的指令
最佳流水线
周期
操作
ADD SUB MOV AND ORR EOR CMP RSB Fetch Decode Execute Fetch Decode Execute Fetch Decode Execute Fetch Decode Execute Fetch
CISC和RISC
CISC：复杂指令集（Complex Instruction Set Computer） 具有大量的指令和寻址方式，指令长度可变 8/2原则：80%的程序只使用20%的指令 大多数程序只使用少量的指令就能够运行。 RISC：精简指令集（Reduced Instruction Set Computer) 只包含最有用的指令，指令长度固定
CISC的主要缺点
• 指令使用频度不均衡。
– 高频度使用的指令占据了绝大部分的执行时间，扩充的复杂指令往 往是低频度指令。
• 大量复杂指令的控制逻辑不规整，不适于 VLSI工艺
– VLSI的出现，使单芯片处理机希望采用规整的硬联逻辑实现，而不 希望用微程序，因为微程序的使用反而制约了速度提高。(微码的 存控速度比CPU慢5-10倍)。
确保数据通道快速执行每一条指令
使CPU硬件结构设计变得更为简单
CISC工作方式
微程序 存储器 微程序计数器 控制
数据通路
PC +1
地址选 择逻辑 控制单元 状态
指令单元
存储器
RISC工作方式
输出和状态 逻辑硬件 状态寄存器 控制
数据通路
寄存器文件
ALU
状态
指令 Cache
指令寄存器
控制单元
指令 Cache
• 软硬功能分配
– 复杂指令增加硬件的复杂度，使指令执行周期大大加长，直接访存 次数增多，数据重复利用率低。
• 不利于先进指令级并行技术的采用
– 流水线技术
RISC基本设计思想
• 减小CPI: CPUtime=Instr_Count * CPI * Clock_cycle
• 精简指令集：保留最基本的,去掉复杂、使用频度 不高的指令 • 采用Load/Store结构，有助于减少指令格式，统 一存储器访问方式
取指
译码 取指
执行add 译码 取指 执行sub 译码 执行cmp
指令流水线—以ARM为例
• 为增加处理器指令流的速度，ARM7 系列使用3级流水线.
–允许多个操作同时处理，比逐条指令执行要快。
ARM
PC
Thumb
PC
Fetch
从存储器中读取指令
PC - 4
PC-2
Decode
解码指令 寄存器读（从寄存器Bank） 移位及ALU操作 寄存器写（到寄存器Bank ）
• 采用硬接线控制代替微程序控制
RISC的提出与发展
• Load/Store结构提出： CDC6600(1963)-CRAY1(1976) • RISC思想最早在IBM公司提出，但不叫RISC， IBM801处理器是公认体现RISC思想的机器。 • 1980年，Berkeley的Patterson和Dizel提出RISC 名词，并研制了RISC-,实验样机。 • 1981年Stenford的Hennessy研制MIPS芯片。 • 85年后推出商品化RISC: MIPS1(1986)和 SPARC V1(1987)
SH体系结构
• SH(SuperH)系列是由前日立半导体公司 （现Renesas公司）推出的嵌入式处理器 • SH系列的CPU指令格式是固定的，只有一 个字长，绝大多数指令是单周期完成的， 即使是复杂的乘加指令也仅需2个时钟周期 • 为了克服内存访问的瓶颈，SH的CPU简化 寻址方式，采用Load/Store(装载/存储)结构， 并且在片内设置高速缓存，以减少访问内 存的时间
MIPS
• 从1986年推出R2000处理器以来，MIPS陆续推出 R3000、R4000、R8000等。 • 之后,MIPS公司的战略发生变化，把重点放在嵌 入式系统。 • 1999年，MIPS公司发布了MIPS32和MIPS64体 系结构标准，集成了原来所有的MIPS指令集，并 且增加了许多更强大的功能。 • 此后MIPS公司又陆续开发了高性能、低功耗的32 位和64位处理器内核。
典型的高性能RISC处理器
• SUN公司的SPARC(1987)
• MIPS公司的SGI:MIPS(1986) • HP公司的PA-RISC, • IBM, Motorola公司的PowerPC • DEC、Compac公司的Alpha AXP
• IBM的RS6000(1990)第一台Superscalar RISC机
• 1999年底，SH系列累计生产达1.18亿片。 • SH系列投入市场后，用量最多的是工业，占总量 的36%，第二位是办公自动化，占总量的26%； 第三位是消费领域；再其次的是通信领域。 • 此外，汽车导航、定位、控制系统，也是SH系列 不小的一个市场。 • 在美国，SH系列占有较大的市场份额 • 型号
• 5K和20Kc系列属于MIPS的64位内核
–5K能提供1.4DMIPS/MHz的性能以及最低350MHz的运行速率。 –20Kc是当今最快的可授权嵌入式处理器内核。一般运行在 600MHz，具有7段流水线的20Kc内核，能提供1.2GFLOPS的峰 值浮点运算能力。
MIPS
• 在嵌入式处理器市场中，基于MIPS内核的处理器 占据了相当大的数量 • 2002年，一共付运了8700万片采用MIPS内核的 嵌入式处理器，份额仅次于ARM位居全球第二。 • 在目前快速增长的比如Cable Modem、DSL Modem、DVD录像机等领域内，MIPS的市场份 额位居第一。 • MIPS的合作伙伴包括了AMD，IDT，NEC，TI， SONY等众多厂商
INTEL的Xscale架构处理器
• 基于ARM V5TE体系结构 • 兼容ARM V5TE ISA指令集（不支持浮点 指令集） • 在处理器内核周围提供了 • 指令和数据存储器管理单元 • 指令、数据和微小数据缓存 • 写缓冲、挂起缓冲和分支目标缓冲器 • 电源管理 • 性能监控 • 调试 • JTAG单元以及协处理器接口 • MAC协处理器 • 内核存储总线
2.1.1 嵌入式处理器
• 1. 嵌入式微处理器
– 嵌入式微处理器的基础是通用计算 机中的CPU。嵌入式微处理器具有 体积小、重量轻、成本低、可靠性 高的优点，但是在电路板上必须包 括ROM、RAM、总线接口、各种 外设等器件，从而降低了系统的可 靠性，技术保密性也较差。 – 嵌入式微处理器及其存储器、总线、 外设等安装在一块电路板上，称为 单板计算机。
– SH1-4（32位） – SH5(64位)
2.1.1 嵌入式处理器
• 嵌入式微处理器一般具备四个特点：
对实时和多任务有很强的支持能力； 具有功能很强的存储区保护功能； 可扩展的处理器结构，以能迅速地扩展出满足 应用的高性能的嵌入式微处理器； 嵌入式处理器的功耗必须很低，尤其是用于便 携式的无线及移动的计算和通信设备中靠电池 供电的嵌入式系统更是如此，功耗只能为mW甚 至μW级。