第1章-嵌入式系统概述
第1章嵌入式系统概述
2、SiM3U1xx（80MHZ USB）系列（M3）
1.4 STM32系列微控制器简介 STM32为意法半导体(ST)公司生产的ARM处理器。
Flash Size (bytes)
512K
256 K
STM32 prod Q2/08 Samples Dec 07 Prod Q2/08
未来 发展方向
64 K 32 K
STM32 Samples NOW Prod Oct 07
72 MHz CORTEX- M3 CPU Wide offer
• 32KB-512KB Flash • 6Kb-64KB RAM
0K 48 pins 64 pins 100 pins
144 pins
LQFP
LQFP
LQFP
LQFP
(7x7) (10x10) (14x14)/BGA (20x20)/BG
machinery or plants”.
1.嵌入式系统简介
目前，对嵌入式系统的定义多种多样，但没有一种定义是全面的。下面给出两种 比较合理定义：
●从技术的角度定义：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。 ●从系统的角度定义：嵌入式系统是设计完成复杂功能的硬件和软件，并使其紧 密耦合在一起的计算机系统。术语嵌入式反映了这些系统通常是更大系统中的一 个完整的部分，称为嵌入的系统。嵌入的系统中可以共存多个嵌入式系统。
ADC
16 channels /
Tem1pMSsepns sor
Power Supply Reg 1.8V
POR/PDR/PV XTDAL
oscillators 3I2nKt.HRzC+ o4s~c1il6lMatoHrzs 32KHz +
《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。
《微处理器与嵌入式系统设计》期末复习题及答案
《微处理器与嵌入式系统设计》期末复习题及答案第一章嵌入式系统概述嵌入式系统的共性：特定的使用场合或工作环境，是某个大型系统的一部分，完成一个具体的功能，专用性强，应用于特定的平台；功耗低，且一般要求高实时性和高可靠性，系统程序一般都是固化在内存中，以提高运行速度和可靠性；功能单一，模块的设计和实现较为简单；人机交互界面简单；开发时往往有上位机和下位机或主机和目标机的概念，主机用于程序的开发，目标机作为最后的执行机，开发时需要交替结合进行。
MCU：Micro Control Unit，嵌入式微控制器（俗称单片机），把CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、I/O、中断系统、定时器/计时器、各种功能外设等资源集成到一个芯片上的微型计算机系统。
MPU：Micro Processor Unit，嵌入式微处理器。
MPU是由通用计算机中的CPU（微处理器）演变而来，可以理解为增强版的CPU，即不带外围功能器件。
ARM：是一家公司，也是一类技术和产品的统称。
ARM公司设计的芯片主要涉及嵌入式移动设备领域，指令集更加紧凑简单，功耗和成本更低，在移动消费电子领域占据着很大的市场份额。
嵌入式系统开发流程：需求分析、系统总体设计、系统软硬件设计、系统测试第二章ARM Cortex-M3内核与STM32微控制器ARM存储模式（2种）小端模式：数据的低字节存放在内存低地址处，数据的高字节存放在内存高地址处。
大端模式：数据的高字节存放在内存低地址处，数据的低字节存放在内存高地址处。
注意书上的相关例子！ARM指令集架构系统设计有两种方式：RISC（Reduced Instruction Set Computer）精简指令集计算机CISC（Complex Instruction Set Computer）复杂指令集计算机流水线技术：每条指令分解为多步，并让各步操作重叠，从而实现几条指令并行处理的技术，称为流水线技术。
ARM Cortex-M3微控制器采用的三级流水线：取指—译码—执行流水线的技术指标通常用吞吐率、加速比和效率三项指标来衡量。
ARM嵌入式系统基础教程第二版课后习题答案
第1章嵌入式系统概述(1)举出3个本书中未提到的嵌入式系统的例子。
答：键盘、鼠标、扫描仪。
(2)什么叫嵌入式系统？答：嵌入到对象体系中的专用计算机应用系统。
(3)什么叫嵌入式处理器？嵌入式处理器分为哪几类？答：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。
分为3类：1.注重尺寸、能耗和价格；2.关注性能；3.关注全部4个需求——性能、尺寸、能耗和价格。
(4)什么是嵌入式操作系统？为何要使用嵌入式操作系统？答：嵌入式操作系统是操作系统的一种类型，是在传统操作系统的基础上加入符合嵌入式系统要求的元素发展而来的。
原因：1.提高了系统的可靠性；2.提高了开发效率，缩短了开发周期。
3.充分发挥了32位CPU的多任务潜力。
第2章 ARM7体系结构1.基础知识(1)ARM7TDMI中的T、D、M、I的含义是什么？答：T：高密度16位Thumb指令集扩展；D：支持片上调试；M：64位乘法指令；I：Embedded ICE硬件仿真功能模块。
(2)ARM7TDMI采用几级流水线？使用何种存储器编址方式？答：3级；冯·诺依曼结构。
(3)ARM处理器模式和ARM处理器状态有何区别？答：ARM处理器模式体现在不同寄存器的使用上；ARM处理器状态体现在不同指令的使用上。
(4)分别列举ARM的处理器模式和状态？答：ARM的处理器模式：用户模式、系统模式、管理模式、中止模式、未定义模式、中断模式、快速模式；ARM的处理器状态:ARM状态、Thumb状态。
(5)PC和LR分别使用哪个寄存器？答：PC:R15；LR:R14。
(6)R13寄存器的通用功能是什么？答：堆栈指针SP。
(7)CPSR寄存器中哪些位用来定义处理器状态？答：位31~28：N、Z、C、V，条件代码标志位；27~8：保留位；7~0：I、F、T、M4~0，控制标志位。
(8)描述一下如何禁止IRQ和FIQ的中断。
答：当控制位I置位时，IRQ中断被禁止，否则允许IRQ中断使能；当控制位F置位时，FIQ 中断被禁止，否则允许FIQ中断使能。
嵌入式系统概述ppt
Connecting SRAM
服务特 权
共享文档下载特权
VIP用户有效期内可使用共享文档下载特权下载任意下载券标价的文档（不含付费文档和VIP专享文档），每下载一篇共享文
档消耗一个共享文档下载特权。
年VIP
月VIP
连续包月VIP
享受100次共享文档下载特权，一次 发放，全年内有效
赠每的送次VI的发P类共放型的享决特文定权档。有下效载期特为权1自个V月IP，生发效放起数每量月由发您放购一买次，赠 V不 我I送 清 的P生每 零 设效月 。 置起1自 随5每动 时次月续 取共发费 消享放， 。文一前档次往下，我载持的特续账权有号，效-自
包权
人书友圈7.三端同步
一、嵌入式系统的定义
嵌入式系统：
嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，
其软硬件可配置，对功能、可靠性、成本、体积、 功耗有严格约束的一种专用系统。
专用计算机系统(非PC智能电子设备)
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
嵌入式系统硬件
Power Supply Oscillation Circuit
Reset Circuit
Ports
Chip Board Ciruit
Prescaler
CPU CORE
Interrupt Controler
Timer DMA
CPU
I/O Port A/D
Connectong for Debugging
前言
课程设置的必要性 嵌入式系统涉及现代生活的方方面面 应用日趣复杂 微处理器技术长足发展 嵌入式软件技术成为核心
第一章 嵌入式系统概述1
土星探测
自1997年10月15日发射以来， 经历了7年35亿公里航程的卡西 尼号太空船在2004年7月1日10 时30分进入土星轨道，开始进 行人类有史以来对土星及其31 颗已知卫星最详尽的探测。
嵌入式设备无处不在，但桌面系统还依然有用。
无处不在的计算机是计算机与使用者的比率达到和超 过100:1的阶段 无处不在的计算机包括通用计算机和嵌入式计算机系 统 在100:1比例中95%以上都是嵌入式计算机系统，并非 通用计算机
形式多样、面向特定应用
一般用于特定的任务，其硬件和软件都必须 高效率地设计，量体裁衣、去除冗余，而通 用计算机则是一个通用的计算平台。 它通常都具有低功耗、体积小、集成度高等 特点，能够把通用微处理器中许多由板卡完 成的任务集成在芯片内部。 嵌入式软件是应用程序和操作系统两种软件 的一体化程序。
即使远在火星和土星
火星与地球， 这一对在星空 中遥遥相望的 “兄弟”，将 迎来6万年来 “最亲密的接 触”，在2003 年8月27日这 一天，火星距 离地球最近达 到55756622(5 千多万)公里。 勇气号 面对6万年才有一次 的机会，科学家们 积极行动起来—— —从6月开始，先后 有欧洲的“火星快 车”、美国“勇气 号”和“机遇号” 等三颗火星探测器 飞往火星，而日本 一颗本已在太空 “迷失方向”的火 星探测器也在关键 时刻及时“醒”来， 开始了久违的火星 之旅。
处理器和处理器体系结构类型多
通用计算机采用少数的处理器类型和体 系结构，而且主要掌握在少数大公司手 里。 嵌入式系统可采用多种类型的处理器和 处理器体系结构。 在嵌入式微处理器产业链上，IP设计、 面向应用的特定嵌入式微处理器的设计、 芯片的制造已形成巨大的产业。大家分 工协作，形成多赢模式。 有上千种的嵌入式微处理器和几十种嵌 入式微处理器体系结构可以选择。
精品课件-ARM Cortex-A9多核嵌入式系统开发-第一章
第1章 嵌入式系统概述
1软件是整个系统
应用软件 应用层
文件系统/图形用户应用程序接口
的控制核心，控制整个系统 的运行，提供人机交互的信
OS层
嵌入式操作系统
硬件设备驱动层 设备驱动程序、HAL、BSP
息等。在嵌入式系统不同的 应用领域和不同的发展阶段， 嵌入式系统软件组成也不完
安全、地震监测网、实时气象信息网、水源和空气污染监 测都涉及大量数据的实时处理分析。 国防与航天
神舟飞船和长征火箭中有很多嵌入式系统，导弹的 制导系统也是一种嵌入式系统。
第1章 嵌入式系统概述
1.3 嵌入式系统的概念和特点
概念： 按照IEEE(国际电气和电子工程师协会)的定义，
嵌入式系统即“控制、监视或者辅助装置、机器和设备运 行的装置”(原文为devices used to control，monitor， or assist the operation of equipment，machinery or plants)。这主要是从应用上加以定义的，从中可以看出嵌 入式系统是软件和硬件的综合体，并且涵盖机械等附属装 置。
第1章 嵌入式系统概述
Linux： 遵循GPL协议的开放源码的操作系统，使用时
无需交纳许可费用。内核可任意裁剪，几乎支持所有的 32位、64位CPU；内核中支持的硬件种类繁多，几乎可以 从网络上找到所有硬件驱动程序；支持几乎所有的网络 协议；有大量的应用程序可用，从编译工具、调试工具 到GUI程序。其缺点在于实时性，虽然2.6版本的Linux在 实时性方面有较大改进，但是仍无法称为实时操作系统。
图1.2 嵌入式系统软件子系统 全相同，但基本上可以分为
组成框图
应用层、操作系统(OS)层和
第01章、嵌入式系统概述
4
嵌入式系统的例子
手机: 应用最广的嵌入式系统 汽车:电子系统控制 机床：动作监视与控制 洗衣机:旋转控制，水流控制 数码照相机：读写数据卡 打印机：打印强度，颜色，翻页 飞机：参数控制 …
5
1.1.2 嵌入式系统的组成
Vxworks
16
Windows CE
WinCE主要应用于PDA，以及智能电话（smart phone）等多媒 体网络产品。微软于2004年推出了代号为“Macallan”的新版 WinCE系列的操作系统。 Windows 的目的，是让不同语言所写的程序可以在不 同的硬件上执行，也就是所谓的.NET Compact Framework，在这 个Framework下的应用程序与硬件互相独立无关。而核心本身是 一个支持多线程以及多CPU的操作系统。在工作调度方面，为了 提高系统的实时性，主要设置了256级的工作优先级以及可嵌入 式中断处理。 如同在PC Desktop环境，Windows CE系列在通信和网络的能 力，以及多媒体方面极具优势。其提供的协议软件非常完整，甚 至还提供了有保密与验证的加密通信，如PCT/SSL。而在多媒体 方面，目前在PC上执行的Windows Media和DirectX都已经应用到 Windows CE 3.0以上的平台，其主要功能就是对图形、影音进行 编码译码，以及对多媒体信号进行处理。 17
12
2．ARM微处理器的特点，采用RISC架构的ARM微处理器具有如下特点： 体积小、低功耗、低成本、高性能； 支持Thumb（16位）/ARM（32位）双指令集，兼容8位/16位器件； 大量使用寄存器，指令执行速度更快； 大多数数据操作都在寄存器中完成； 寻址方式灵活简单，执行效率高； 指令长度固定 3．ARM微处理器系列 ARM7系列 ARM9系列 ARM9E系列 ARM10E系列 SecurCore系列 Intel的StrongARM Intel的Xscale 其中，ARM7、ARM9、ARM9E和ARM10E为4个通用处理器系列，每一个系 列提供一套相对独特的性能来满足不同应用领域的需求。如ARM7系列适用 于工业控制、网络设备、移动电话等应用；ARM9、ARM9E和ARM10E系列则 更适合无线设备、消费类电子产品的设计。SecurCore系列专门为安全要 13 求较高的应用而设计。
嵌入式实验电子教案文档
嵌入式实验电子教案文档第一章：嵌入式系统概述1.1 嵌入式系统的定义与特点介绍嵌入式系统的概念解释嵌入式系统的特点，如实时性、功耗低、资源有限等1.2 嵌入式系统的应用领域列举常见的嵌入式系统应用领域，如家电、医疗、工业控制等1.3 嵌入式系统的发展趋势讨论嵌入式系统的发展趋势，如物联网、智能制造等第二章：嵌入式硬件基础2.1 嵌入式处理器介绍嵌入式处理器的基本概念讲解常见嵌入式处理器架构与选型2.2 嵌入式硬件平台介绍嵌入式硬件平台的基本组成分析嵌入式硬件平台的设计与选型原则2.3 嵌入式外围设备讲解嵌入式外围设备的作用与选型，如存储器、传感器等第三章：嵌入式软件基础3.1 嵌入式操作系统介绍嵌入式操作系统的概念与作用讲解常见嵌入式操作系统，如Linux、uc/OS、FreeRTOS等3.2 嵌入式软件开发工具介绍嵌入式软件开发工具的概念与作用讲解常见嵌入式软件开发工具的使用方法，如编译器、调试器等3.3 嵌入式软件设计方法讲解嵌入式软件设计方法与流程分析嵌入式软件的模块化设计、实时性要求等第四章：嵌入式系统设计与实践4.1 嵌入式系统设计流程讲解嵌入式系统设计的整个流程，包括需求分析、硬件选型等4.2 嵌入式系统实践项目提供一个具体的嵌入式系统实践项目案例分析项目的需求、设计方案、实现过程等4.3 嵌入式系统设计的注意事项讨论嵌入式系统设计中需要注意的问题，如安全性、稳定性等第五章：嵌入式系统的应用案例分析5.1 智能家居嵌入式系统应用案例分析智能家居嵌入式系统的需求、架构、实现方法等5.2 工业控制嵌入式系统应用案例分析工业控制嵌入式系统的需求、架构、实现方法等5.3 无人驾驶嵌入式系统应用案例分析无人驾驶嵌入式系统的需求、架构、实现方法等第六章：嵌入式系统编程语言6.1 嵌入式系统编程基础介绍嵌入式系统编程的基本概念讲解嵌入式系统编程的常用语言，如C、C++、汇编等6.2 嵌入式系统编程技巧讲解嵌入式系统编程的技巧与最佳实践分析如何提高嵌入式系统编程的效率和质量6.3 嵌入式系统编程实例提供几个简单的嵌入式系统编程实例引导学生通过实例掌握嵌入式系统编程的方法和技巧第七章：嵌入式系统调试与优化7.1 嵌入式系统调试方法介绍嵌入式系统调试的基本方法讲解嵌入式系统调试工具的使用，如逻辑分析仪、示波器等7.2 嵌入式系统性能优化讲解嵌入式系统性能优化的方法与策略分析如何提高嵌入式系统的运行效率和响应速度7.3 嵌入式系统调试与优化实例提供几个嵌入式系统调试与优化的实例引导学生通过实例掌握嵌入式系统调试与优化的方法和技巧第八章：嵌入式系统安全与防护8.1 嵌入式系统安全概述介绍嵌入式系统安全的概念与重要性讲解嵌入式系统安全的基本要求与挑战8.2 嵌入式系统安全防护技术讲解嵌入式系统安全防护的技术与方法分析如何防止嵌入式系统受到恶意攻击和非法访问8.3 嵌入式系统安全防护实例提供几个嵌入式系统安全防护的实例引导学生通过实例了解和掌握嵌入式系统安全防护的方法和技巧第九章：嵌入式系统项目管理与团队协作9.1 嵌入式系统项目管理概述介绍嵌入式系统项目管理的概念与重要性讲解嵌入式系统项目管理的基本流程与方法9.2 嵌入式系统项目团队协作讲解嵌入式系统项目团队协作的重要性与方法分析如何提高嵌入式系统项目团队的工作效率和协作质量9.3 嵌入式系统项目管理实例提供几个嵌入式系统项目管理与团队协作的实例引导学生通过实例了解和掌握嵌入式系统项目管理和团队协作的方法和技巧第十章：嵌入式系统发展趋势与未来挑战10.1 嵌入式系统发展趋势分析嵌入式系统的发展趋势，如物联网、大数据、等讲解新兴技术对嵌入式系统发展的影响和挑战10.2 嵌入式系统未来挑战讨论嵌入式系统在未来发展中所面临的挑战引导学生思考如何应对这些挑战，推动嵌入式系统的创新与发展10.3 嵌入式系统发展方向的思考引导学生思考嵌入式系统的未来发展方向鼓励学生积极参与嵌入式系统的研究与创新，为嵌入式系统的发展贡献力量重点和难点解析重点环节1：嵌入式系统的基本概念与特点嵌入式系统是一类专用的计算机系统，它集成了硬件和软件，用于完成特定的任务。
嵌入式系统概述
第一章嵌入式系统概述1.嵌入式系统的概念从技术的角度概念：以应用为中心、以运算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、靠得住性、本钱、体积、功耗严格要求的专用运算机系统。
从系统的角度概念：嵌入式系统是设计完成复杂功能的硬件和软件，并使其紧密耦合在一路的运算机系统。
术语嵌入式反映了这些系统一般是更大系统中的一个完整的部份，称为嵌入的系统。
嵌入的系统中能够共存多个嵌入式系统。
2.嵌入式处置器的分类①嵌入式微处置器；②嵌入式微控制器；③嵌入式DSP处置器；④嵌入式片上系统（SOC）3.嵌入式操作系统的大体概念及特点一般实时操作系统应用于实时处置系统的上位机和实时查询系统等实时性较弱的实时系统，而且提供了开发、调试、运用一致的环境。
嵌入式实时操作系统应用于实时性要求高的实时控制系统，而且应用程序的开发进程是通过交叉开发来完成的，即开发环境与运行环境是不一致。
嵌入式实时操作系统具有规模小(一般在几K～几十K 内)、可固化利用实时性强(在毫秒或微秒数量级上)的特点4.实时操作系统的大体概念及特点总的来讲实时操作系统是事件驱动的，能对来自外界的作用和信号在限定的时刻范围内作出响应。
它强调的是实时性、靠得住性和灵活性, 与实时应用软件相结合成为有机的整体起着核心作用, 由它来管理和协调各项工作,为应用软件提供良好的运行软件环境及开发环境。
从实时系统的应用特点来看实时操作系统能够分为两种：一般实时操作系统和嵌入式实时操作系统IEEE 的实时UNIX分委会以为实时操作系统应具有以下的几点:异步的事件响应；切换时刻和中断延迟时刻肯定；优先级中断和调度；抢占式调度；内存锁定；持续文件；同步；5.操作系统的内核有哪两种，各自的特点①非占先式内核：非占先式内核要求每一个任务自我舍弃CPU 的所有权。
非占先式调度法也称作合作型多任务，各个任务彼此合作共享一个CPU。
异步事件仍是由中断服务来处置。
中断服务能够使一个高优先级的任务由挂起状态变成就绪状态。
2014年计算机三级考试嵌入式系统开发技术复习大纲(含答案)
2014年计算机三级考试嵌入式系统开发技术复习大纲(含答案)第一章嵌入式系统概述1.嵌入式系统的定义答：1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。
2.嵌入式系统的组成，能画出嵌入式系统的组成框架。
答：嵌入式系统由软件系统和硬件系统两部分组成。
3. 单片机是不是嵌入式系统？它与ARM嵌入式系统有何异同？答：单片机是嵌入式系统。
单片机一般是4位、8位或16位的数据总线，一般内置存储器，不运行操作系统，侧重于低成本，主要应用与工业控制等领域；而ARM嵌入式系统是32位的数据总线，运算速度快，外接大容量存储器，能运行操作系统以适合多种应用。
4.嵌入式系统与通用计算机之间的区别。
答：通用计算机系统采用标准化、模块化的设计，其技术要求是高速、海量的信息处理，技术发展方向是处理速度、总线宽度、存储容量的无限提升。
而嵌入式系统怎采用针对性较强的专业化设计，技术要求是满足具体应用，技术发展方向是在保证应用系统的技术要求和可靠性的前提下，尽可能减小成本、体积和功耗。
5.嵌入式处理器的分类答：1嵌入式微处理器MPU 2嵌入式微控制器MCU 3 嵌入式DSP处理器4嵌入式片上系统SOC 5 嵌入式可编程片上系统SOPC6. 嵌入式操作系统的作用是什么？请举出3种常见的操作系统。
答：用于管理存储器分配、中断处理、任务间通信和定时器响应，以及提供多任务处理等功能。
嵌入式操作系统，大大地提高了嵌入式系统硬件工作效率，并为应用软件开发提供了极大的便利。
3种常见的操作系统：WinCE、Vxworks、uClinux7．嵌入式系统开发流程答:嵌入式系统开发流程一般可分为4个阶段：需求分析阶段、硬件开发阶段、软件开发阶段和程序固化阶段。
第二章ARM处理器编程基础1.计算机中的两种典型体系结构是什么，各自的特点是什么？冯·诺依曼体系和哈佛体系结构冯·诺依曼体系:1）数据与指令都存储在同一存储区中，取指令与取数据利用同一数据总线。
嵌入式系统设计(基于STM32F4) 课件。1 嵌入式系统概述
嵌入式系统设计（基于STM32F4）课件。
1 嵌入式系统概述本章将介绍嵌入式系统的概念和基本原理。
1.1 嵌入式系统定义嵌入式系统是一种特殊的计算机系统，它被设计成用于控制、监测或执行特定任务。
与通用计算机系统相比，嵌入式系统具有以下特点：特定目的：嵌入式系统被设计用于执行特定任务，如控制设备、采集数据等。
实时性：往往需要对外部事件做出即时响应，具有较高的实时性要求。
低功耗：嵌入式系统通常运行在限制功耗的环境中，需要通过优化设计来降低能耗。
成本效益：嵌入式系统通常在大规模生产中使用，需要具有较低的生产成本。
可靠性：嵌入式系统通常需要在长时间运行和各种环境条件下工作，需要具有高可靠性。
嵌入式系统与通用计算机系统的区别在于其设计目标和应用领域的不同。
嵌入式系统更加专注于特定任务的执行，而通用计算机系统则更加灵活并且具有更广泛的应用范围。
1.2 嵌入式系统设计流程本节将介绍嵌入式系统的设计流程，包括需求分析、系统设计、软件开发和硬件设计等阶段。
设计流程包括以下几个主要阶段：需求分析阶段（Requirements Analysis）：在这一阶段，我们要了解以及定义嵌入式系统的需求。
我们需要与客户或用户进行沟通，明确系统所需功能、性能和可靠性等方面的要求。
系统设计阶段（System Design）：在这一阶段，我们将定义嵌入式系统的整体结构和组件之间的相互关系。
我们需要考虑软件和硬件之间的接口，以及系统中各个模块之间的通信方式。
软件开发阶段（are Development）：在这一阶段，我们将实际编写嵌入式软件的代码。
根据系统设计阶段的结果，我们可以确定需要实现哪些功能，并对其进行详细设计和编码。
硬件设计阶段（Hardware Design）：在这一阶段，我们将设计嵌入式系统的硬件部分。
这包括选择合适的处理器、外围设备和电路设计等。
在整个设计流程中，需求分析和系统设计是决定嵌入式系统质量和功能的关键阶段。
第1章 嵌入式系统概述
第1章 嵌入式系统概述 章
1.1
嵌入式系统简介 嵌入式系统发展趋势 嵌入式系统的硬件和软件特征 ARM系列处理器简介 ARM系列处理器简主要介绍嵌入式系统的概念, 本章主要介绍嵌入式系统的概念,发展趋 硬件和软件的特征, 势,硬件和软件的特征,并简单介绍了各个系 列的ARM处理器, ARM处理器 列的ARM处理器,以引导读者进入嵌入式技术 的殿堂. 的殿堂. 本章主要内容: 本章主要内容: ● 嵌入式系统简介 ● 嵌入式系统发展趋势 ● 嵌入式系统的硬件和软件特征 ● ARM系列处理器简介 ARM系列处理器简介
(1)嵌入式RISC微处理器 嵌入式RISC微处理器 RISC 嵌入式CISC CISC微处理器 (2)嵌入式CISC微处理器
表1-1
RISC和CISC之间主要的区别 RISC和CISC之间主要的区别
RISC 一个周期执行一条指令,通 过简单指令的组合实现复杂 操作;指令长度固定 流水线每周期前进一步 更多通用寄存器 独立的Load和Store指令完成 数据在寄存器和外部存储器 之间的传输 CISC 指令长度不固定,执行需要多 个周期 指令的执行需要调用微代码的 一个微程序 用于特定目的的专用寄存器 处理器能够直接处理存储器中 的数据
1.4.4 ARM10处理器系列 处理器系列
ARM10发布于1999年 具有高性能, ARM10发布于1999年,具有高性能,低功 发布于1999 耗的特点. 耗的特点.它所采用的新的体系使其在所有 ARM产品中具有最高的MIPS/MHz.它将ARM9 产品中具有最高的MIPS/MHz ARM9的 ARM产品中具有最高的MIPS/MHz.它将ARM9的 流水线扩展到6 流水线扩展到6级,也支持可选的向量浮点 Point)单元, ARM10的流 (Vector Float Point)单元,对ARM10的流 水线加入了第7 VFP明显增强了浮点运算性 水线加入了第7段.VFP明显增强了浮点运算性 能并与IEEE 754.1985浮点标准兼容 浮点标准兼容. 能并与IEEE 754.1985浮点标准兼容.
第一章嵌入式系统基础
1.3 嵌入式操作系统
基本概念 ——实时操作系统（RTOS） 实时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，用户的应用程序是运 行于RTOS之上的各个任务，RTOS根据各个任务的要求，进行资源(包括存储器、外设等) 管理、消息管理、任务调度、异常处理等工作。在RTOS支持的系统中， 每个任务均有一 个优先级，RTOS根据各个任务的优先级，动态地切换各个任务，保证对实时性的要求。
1.2 嵌入式处理器
1.2.1嵌入式系统分类 按表现形式分：（硬件范畴）
芯片级嵌入（含程序或算法的处理器） 模块级嵌入（系统中的某个核心模块） 系统级嵌入SOC（System on a chip） 按实时性要求分：（软件范畴） 非实时系统（PDA，Personal Digital Assistant 個人數字助理） 软实时系统（消费类产品） 硬实时系统（导引头等工业和军工系统）
是嵌入式软件的基本要求，软件固态存储，以提高速度。软件代码要求高质量和高可靠性、 实时性。
（5）嵌入式软件开发走向标准化 嵌入式系统的应用程序可以没有操作系统直接在芯片上运行。
5、嵌入式系统应用领域
工业 工控设备 智能仪表 汽车电子
军事国防 军事电子
嵌入式应用
网络设备
电子商务 网络
消费电子 信息家电 智能玩具 通信设备 移动存贮
第一章嵌入式系统基础
主要内容
嵌入式硬件平台 微处理器、存储器、I/O… ARM和XScale的指令系统和体系结构
嵌入式操作系统 特点、进程调度、存储管理… μC/OS, Linux的移植、设备驱动和应用开发
嵌入式应用开发 基于μC/OS, Linux, WinCE等
使用教材
ARM9嵌入式系统设计与开发应用 熊茂华 杨震伦 主编 清华大学出版社
嵌入式系统
传感器
处理器
控制
实例：大棚温控系统
温度传感器
嵌入式控制 器
G
P
AD
IO
电炉及控制系统
（2）复杂嵌入式系统 一般指有操作系统的嵌入式系统，嵌入式处理器为32位。
RAM
FLASH
传感器 输入
嵌入式控制器 通讯
实例：手机
输出
加速度传感器 按键
RAM
FLASH
嵌入式控制器
通讯
LCD
3、嵌入式系统与PC的区别
（2）通俗定义
嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可 靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。
第1章：嵌入式系统概述
第1节：嵌入式系统定义 第2节：嵌入式系统发展历程 第3节：嵌入式系统的特点 第4节：嵌入式系统结构 第5节：嵌入式微处理器 第6节：嵌入式操作系统 第7节：实例－网络温度采集系统
(1) MPU嵌入式微处理器 它是由通用计算机中的CPU演变而来的。与计算机处理器不同的是，在实际嵌入式应用中，只保留
和嵌入式应用紧密相关的功能硬件，去除其他的冗余功能部分，这样就以最低的功耗和资源实现嵌入 式应用的 特殊要求。
(2)嵌入式微控制器MCU
目前典型的MCU内部框图
CPU
工作支撑模块
1、嵌入式系统的由来 计算机是应数值计算的要求而诞生的。在计算机发展的早期，电子计算机技术一直是以沿着满
足高速数值计算的道路发展的。
通俗地说：计算机是因科学家需要一个高速的计算工具而产生的。
直到20世纪70年代，电子计算机在数字计算、逻辑运算与推理、信息处理以及实际控制方面 表现出非凡能力后，在通信、测控、数据传输等领域，人们对计算机技术给予了更大的期待。这 些领域的应用与单纯的高速海量计算要求不同，主要表现在：
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Windows Embedded:
支持具有丰富应用程序和服 务的32位嵌入式系统。主要系列：Windows CE3.0， Windows NT Embedded 4.0和带有Server Appliance Kit的 Windows 2000。 Palm OS：Compag公司产品，在PDA市场占据很大分额。 具有开放的操作系统应用程序接口（API），可以让用户灵 活方便地定制操作系统。 嵌入式Linux: 近两年, Linux在嵌入式领域异军突起,它 的独特性,将使其作为开发嵌入式产品的操作系统具备巨大 的潜力。Linux具有一些独特的优势：层次结构及内核完全 开放；强大的网络支持功能；具备一整套工具链；广泛的硬 件支持特性。
第1章 嵌入式系统概述
梅魁志 副教授 kzmei@ 人工智能与机器人研究所
1
课程内容安排
嵌入式系统概述(2学时) ARM体系结构(6学时) ARM指令系统(4学时) XScale微处理器的体系结构(4学时) W90P710应用处理机的介绍(4学时) 嵌入式Linux、操作系统移植(2学时) 嵌入式软件开发环境的建立(2学时) W90P710开发平台Boot Loader与System Library(4学时) ARM ADS与W90P710g开发板的程序验证(4学时)
27
嵌入式系统
main(){ int a=98 , b; -> b=a-32; b=b+5/9.0; }
嵌入式系统 在线 仿真器
主机
模拟器 模拟器 （运行于主机） （运行于主机）
15
技术开发平台化标准化开放化
1. 2. 3. 4. 5. PNE：网络设备平台;IXP1200网络处理器 PCD：消费设备平台; PIC：工业设备平台; PCI：汽车信息平台; PSC：关键安全平台 ---Wind River
8
MP3播放器主芯片解决方案
1、MCU+ASIC（DSP）：珠海炬力等 2、DSP：Motorola、TI、ADI 3、ARM: Philips、Telechips
9
嵌入式处理器
ARM架构微处理器 ARM公司是嵌入式RISC处理器的知识产权IP供应商。典型 的ARM处理器内核：ARM7TDMI、ARM9TDMI及ARM10TDMI。 ARM7—ARM系列32位整数运算核； T —内含16位压缩指令集Thumb; D —支持片内DEBUG调试； M —增强型乘法器； I — 嵌入式ICE宏单元。 StrongARM架构处理器 针对手持式消费类电子设备核移动计算与通信的嵌入 式处理器。 Intel XScale架构处理器 针对无线手持应用产品的嵌入式处理器。 见教材P7页
编码空间体积小； 面向应用，可裁减和定制； 实时性强； 可靠性高。
通用类：Window CE、嵌入式LINUX。 面向工业和通信类： Symbian, VxWorks； 单片机类：uC/OS 面向Internet类：PalmOS。
12
嵌入式操作系统
VxWorks：美国WindRiver公司于1983年开发，具有可靠、
19
Intel Xscale开发平台
20
Sitsang平台体系结构
Ir D A
FF UART
M M C /S D C ard
BT UART
S P I to T o u c h Screen
T ouch Screen
U S B C lie n t LCD T o sh ib a L T M 04C 380 K
A u d io J a c k
F la sh M em ory
E th e r n e t C o n tr o lle r
P ow er S y ste m
B oot R O M
E x p a n sio n c a r d slo t
C P L D & B oard le v e l R e g iste r s
4
嵌入式系统应用领域
5
汽车电子应用
6
嵌入式系统的分类
①硬件范畴 芯片级：包含程序与算法的处理器 模块级：系统中的核心模块部件 系统级：片上系统（SOC） ②软件范畴 非实时系统：PDA个人数字助理 软实时系统：消费类电子产品 硬实时系统：GPS全球定位系统
7
嵌入式硬件方案选择－P1
微控制器MCU：MCS-51 数字信号处理器DSP：TMS320C6000 微处理器MPU (1) X86微处理器 优点：开发方便，移植容易。 缺点：体积大，功耗高，实时性差。 (2) 嵌入式微处理器 StrongARM, Xscale. 片上系统SOC
24
ARM多处理器平台
25
诺基亚手机典型应用方案 操作系统：Symbian OS S60
应用处理器： 高频经济型——MXC300-30：E71,E65, 单核可变频的ARM 11 369MHz处理器，包括通讯、数据、多媒体等诸多功能的处理任 务，支持3G网络，增加了对GPS功能的支持，缺少很多解码器， 3D处理性能较低等，在多媒体表现方面稍稍逊色。
D ebug L ed s
H E X -e n c o d in g sw itc h e s
A c c e le r o m e te r se n so r
21
芯片制造和设计的不断进步
22
未来嵌入式技术演进
Mobile phone
Digital Cameras Home entertainment
高画质型——OMAP2420: N95、N93i等，使用ARM1136，频率 可以达到330MHz，集成了2D/3D图形处理器，支持openGL，运 算速度高达每秒2百万个多边形。
26
嵌入式系统的学习内容
硬件设计以及底层软件，如BootLoader、 Board Support Package(像PC的BIOS一样， 往下驱动硬件，往上支持操作系统） 嵌入式操作系统和应用软件的开发： 掌握主流嵌入式微处理器的结构与原理 熟悉嵌入式操作系统 熟悉嵌入式软件开发流程与项目。
10
嵌入式软件系统的特征
系统内核小：最小可达5K 专用性强：通用芯片向专用芯片发展 系统精简：指令精练、效率高 高实时性操作系统：VxWorks 嵌入式软件面向标准化 嵌入技术应用需要开发工具和开发环境 嵌入技术的软件工作量增大
11
嵌入式操作系统的特点和种类
(1) (2) (3) (4)
(1) (2) (3) (4)
实 验
2
教材及其参考资料
1 陈章龙 主编，《嵌入式技术与系统-Intel XScale结构与开发》，北京航空航天出版社，2004 年2月第1版。 Wayne Wolf，《嵌入式计算系统设计原理》，机械 工业出版社，2002年。
3
嵌入式系统定义
嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技 术为基础，且软硬件可裁减，适应应用系统对 功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求 的专用计算机系统。
Mobile SOC platform
DC SOC platform
HDTV SOC platform
voice + video+ audio + data
WLAN VoIP
QoS AAC
mpeg4
H.264
Integrated HW/SW platform for Embedded SOC
23
多核媒体处理器
13
应用软件开发
嵌入式系统的编程语言 汇编和C/C++
C/C++ C/C++ 汇编语言
编译器
编译器
汇编语言
目标文件
目标文件
目标文件
链接器
交叉编译器
可重定位程序
定址器
可执行文件
14
系统软件调试
(1) 模拟开发调试SIMULATION (2) 嵌入式在线仿真Embedded-ICE (3) 远程调试
PX A 250 A p p lica tio n p ro ce sso r
C o m pact F la sh
Intel Sitsang 平台结构
A C 97 C M D r iv e r a n d T r a n sc e iv e r
U S B H o st c o n tr o lle r
17
Intel PCA架构-P2
Personal Internet Client Architecture.
(1) 应用子系统 (2) 通信子系统 (3) 内存子系统
18
摩托罗拉 A1200
手机制式：GSM 手机昵称：A1200,明,尚品 PDA 外观样式：翻盖 支持频段： 850/900/1800/1900MHz 网络连接：GPRS 标配电池：850mAh 摄像头像素：200万像素 手机通话时间：270-420分 钟 CPU：Intel® XScale 312MHz
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平台支撑系统软件
①实时操作系统 RTOS-Real Time Operation System ②板级支持包 BSP-Board support Package ③设备驱动程序 Device Driver ④协议栈 Protocol Stack ⑤中间件 Middleware 位于平台（硬件与操 作系统）和应用之间的通用服务）集成、通 用、基础性中间件 ⑥应用程序 Application