嵌入式系统简介
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 +
什么是嵌入式系统
什么是嵌入式系统
什幺是嵌入式系统
嵌入式系统是一种完全嵌入受控器件内部，为特定应用而设计的专用计算机系统，根据英国电气工程师协会的定义，嵌入式系统为控制、监视或辅助设备、机器或用于工厂运作的设备。
与个人计算机这样的通用计算机系统不同，嵌入式系统通常执行的是带有特定要求的预先定义的任务。
由于嵌入式系统只针对一项特殊的任务，设计人员能够对它进行优化，减小尺寸降低成本。
嵌入式系统通常进行大量生产，所以单个的成本节约，能够随着产量进行成百上千的放大。
嵌入式系统是用来控制或者监视机器、装置、工厂等大规模设备的系统。
国内普遍认同的嵌入式系统定义为：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统。
通常，嵌入式系统是一个控制程序存储在ROM
中的嵌入式处理器控制板。
事实上，所有带有数字接口的设备，如手表、微波炉、录像机、汽车等，都使用嵌入式系统，有些嵌入式系统还包含操作系统，但大多数嵌入式系统都是由单个程序实现整个控制逻辑。
嵌入式系统的核心是由一个或几个预先编程好以用来执行少数几项任务的微处理器或者单片机组成。
与通用计算机能够运行用户选择的软件不同，嵌入式系统上的软件通常是暂时不变的；所以经常称为固件。
什么是嵌入式系统
1.什么是嵌入式系统？举例。
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、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；水、电、煤气表的远程自动抄表，安全防火、防盗系统，其中嵌有的专用控制芯片将代替传统的人工检查，并实现更高，更准确和更安全的性能2.嵌入式发展历经四个阶段，分别说明各阶段特点。
无操作系统阶段：系统结构和功能相对单一，处理效率较低，存储容量较小，几乎没有用户接口。
简单操作系统阶段：出现了大量高可靠、低功耗的嵌入式CPU(如PowerPC等)，各种简单的嵌入式操作系统开始出现并得到迅速发展实时操作系统阶段：操作系统的实时性得到了很大改善，已经能够运行在各种不同类型的微处理器上，具有高度的模块化特点和扩展性面向Internet阶段：嵌入式技术与Intemet技术的结合正在推动着嵌入式技术的飞速发展，嵌入式系统的研究和应用会出现更多的新的显著变化3.简述嵌入式三个基本要素三要素：嵌入式系统的三个基本要素是嵌入性、专用性与计算机系统。
(1)嵌入性是把软件嵌入到Flash存储器中，(2)专用性是指针对某个具体应用领域和场合，量体裁衣式的定制适用该场合的专用系统，(3)计算机系统是指必须具有计算机系统的组成，核心是计算机系统。
4.简述嵌入式的几个重要特征系统内核小专用性强系统精简高实时性的系统软件(OS) 嵌入式系统开发需要开发工具和环境使用多任务的操作系统5.一切皆是文件是。
分门别类举例介绍为什么设备文件也可以共用操作系统对所有文件（目录、字符设备、块设备、套接字、打印机等）操作，读写都可用fopen()/fclose()/fwrite()/fread()等函数进行处理。
屏蔽了硬件的区别，所有设备都抽象成文件，提供统一的接口给用户。
这就是“一切皆是文件”的思想。
因为Linux系统把任何设备都抽象为文件了.设备文件分为:字符设备,块设备,网络设备,这些在Linux里都以文件的形式存在5.目录和分区在linux和windows上的实现具体哪些不一样Windows是以驱动器的盘符为基础，每一个目录与对应的分区对应，而linux相反，文件系统是一棵树，文件和外部设备都是以文件的形式挂载在文件树上的。
嵌入式系统简介
§1.1.2 嵌入式系统的应用
4.通信
电话交换机、卫星和全 球定位系统（GPS）、 移动电话等。
5.办公设备
电话系统、传真系统、 复印机、照相机和摄像 机、商用电脑、掌上电 脑等。
2020/11/25
§1.1.2 嵌入式系统的应用
6.银行和金融
自动柜员机、信用卡 系统、验钞机、点钞 机、安全系统等。
2020/11/25
由上面的定义，可以看出嵌入式系统的一些特征：
1.嵌入式系统是以嵌入式应用为目的的计算机 系统。
电子计算机是为解决海量数值计算而发明和 发展起来的。 而微型机一旦进入对象体系中后，便失去了 通用计算机的形态和功能，变成了形形色色的 自动化系统。 从而导致了现代计算机技术的两大分支：通 用计算机系统与嵌入式计算机系统。
2020/11/25
§1.1.1 嵌入式系统的概念与特点
一、嵌入式系统（Embedded System）定 义：
嵌入式系统是指用于实时控制、监视、管理 或辅助其他设备运行的设备，可以是专用或多 用途（但一般具有可编程的特性）的设备，“ 嵌入”意味着这些系统本身与所控制和管理的 系统融为一体的，是其中的一个有机组成部分 ，是各种控制系统的基本构造单元。
7.医疗诊断监视系统
心脏起搏器、理疗控 制系统、热疗机、X光 设备、电磁成像系统 等。
2020/11/25
§1.1.2 嵌入式系统的应用
8.家庭中的应用
*每个家庭使用的嵌入式处 理器约30～40个;
*一台PC机中就可能使用 了10来个嵌入式处理器;
*其他家电中，电冰箱、微 波炉、洗衣机、录像机、电 子钟、洗碗机、DVD播放机 、电视机、音响设备、通用 遥控器、电子玩具、电子宠 物等.
嵌入式系统概述
• SOC可以分为通用和专用两类。通用系 列包括Siemens的TriCore，Motorola的MCore ， 某 些 ARM 系 列 器 件 ， Echelon 和 Motorola联合研制的Neuron芯片等。专用 SOC一般专用于某个或某类系统中，不 为一般用户所知。一个有代表性的产品 是Philips的Smart XA。
• 系统软件(OS)的高实时性是基本要求 在多任务嵌入式系统中，对重要性各不 相同的任务进行统筹兼顾的合理调度是 保证每个任务及时执行的关键，单纯通 过提高处理器速度是无法完成和没有效 率的这种任务调度只能由优化编写的系 统软件来完成，因此系统软件的高实时 性是基本要求。
嵌入式系统软件需要RTOS开 发平台
嵌入式片上系统(SOC)
• 随着EDI的推广和VLSI设计的普及化，及半导体 工艺的迅速发展，在一个硅片上实现一个更为复 杂的系统的时代已来临，这就是 SOC。各种通用 处理器内核将作为SOC设计公司的标准库，成为 VLSI设计中一种标准的器件，用标准的VHDL等 语言描述，存储在器件库中。用户只需定义出其 整个应用系统，仿真通过后就可以将设计图交给 半导体工厂制作样品。这样除个别无法集成的器 件以外，整个嵌入式系统大部分均可集成到一块 或几块芯片中去，应用系统电路板将变得很简洁， 对于减小体积和功耗、提高可靠性非常有利。
• 新型的微控制器指令及SOC速度不断提高， 存储器空间也相应加大，已经达到甚至 超过了目前的通用计算机中的微处理器， 为嵌入式系统工程师采用过去一直不敢 问津的C++语言创造了条件。C++语言强 大的类、继承等功能更便于实现复杂的 程序功能。
• 但是C++语言为了支持复杂的语法，在代 码生成效率方面不免有所下降。为此， 1995年初在日本成立的Embedded C++技 术委员会经过几年的研究，针对嵌入式 应用制订了减小代码尺寸的EC++标准。
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。
嵌入式系统简介
程序存储器
数据存储器
总线
嵌入式处理器
通信接口
LCD显示
时钟与复位电路
A/D和D/A
嵌入式系统的硬件体系结构
二、嵌入式系统结构
• 3.1嵌入式处理器的分类 • 1、嵌入式微控制器（EMCU） • 嵌入式微控制器又称单片机，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 等各种必要功能和外设。 51系列、Freescale公司的68HCXX系列、Microchip的 PIC系列等。
•
• •
一、嵌入式系统介绍
• 3.发展历程 • 嵌入式计算机系统与通用计算机系统目前属于计算机
技术的两大分支。
• 第一阶段：单片微型计算机（SCM）阶段，即单片机
时代。这一阶段的 嵌入式系统硬件是单片机，软 件停留在无操作系统阶段，采用汇编语言实现系统的 功能。这阶段的主要特点是：系统结构和功能相对单 一、处理效率低、存储容量也十分有限，几乎没有用 户接口。
•
二、嵌入式系统结构
• 2.3 应用软件 • 嵌入式系统领域的应用软件是为了解决某些特定的应
用性问题而设计出来的软件，如浏览器、播放器等。 嵌入式系统的应用软件与通用计算机软件相比，由于 嵌入式系统的资源有限，致使对应用软件有更多苛求， 要求尽量做到高效、低耗。而且嵌入式系统的应用软 件还存在着操作系统的依赖性，一般情况下，不同操 作系统之间的软件必须进行修改才能移植，甚至需要 重新编写。
• 第四阶段：以基于Internet为标志的嵌入式系统，这还
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。
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嵌⼊式系统第⼀章⼀、嵌⼊式系统的定义：从技术⾓度定义：以应⽤为中⼼，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应⽤系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专⽤计算机系统，是将应⽤程序、操作系统和计算机硬件集成在⼀起的系统。
⼆、常见的嵌⼊式操作系统：1.WindowsEmbedded2.VxWorks3.µC/OS4.QNX5.嵌⼊式Linux6.安卓系统三、嵌⼊式系统的特点：专⽤型强体积⼩型化实时性好可裁剪性好可靠性⾼功耗低不可垄断性四、嵌⼊式处理器有两个体系结构，特点，优缺点冯诺依曼体系结构和哈弗体系结构冯诺依曼：程序和数据共享⼀个存储空间；程序指令存储地址和数据存储地址指向⼀个存储器的不同物理位置；采⽤单⼀的地址及数据总线；程序指令和数据宽度相同。
处理器在执⾏指令时，必须从存储器中取出指令解码，再取操作数执⾏运算，在⾼速运算的时候，容易在传输通道上出现瓶颈效应。
哈弗：程序和数据存储在不同的存储空间中，即程序存储器和数据存储器是两个相互独⽴的存储器，每个存储器独⽴编址、独⽴访问。
与两个存储器相对应的是系统中的4套总线：程序的数据总线和地址总线，数据的数据总线和地址总线。
这种分离的程序总线和数据总线可允许在⼀个机器周期内同时获取指令字和操作数，从⽽提⾼了执⾏速度，⼜由于程序和数据存储器在两个分开的物理空间中，因⽽取值和执⾏能够完全重叠，提⾼了运算速度。
五、嵌⼊式微处理器的分类(P10)嵌⼊式微处理器根据功能、结构、性能运算特点和使⽤⽅法等多⽅⾯的综合因素可以粗略分成嵌⼊式微控制器(MCU)、嵌⼊式微处理器(MPU)、数字信号处理器（DSP)）、CPLD/FPGA、⽚上系统（SOC）等5类。
SOC往往是在FPGA上实现的。
六、嵌⼊式微处理器如何选型（P13）1.技术指标2.熟悉原则3.成本原则4.⽀持⼯具原则5，整体原则第⼆章⼀、RISC（精简指令集）特点：1.⼤的、统⼀的寄存器⽂件2.装载/保存结构，数据处理操作只针对寄存器的内容，⽽不是直接对存储器进⾏操作。
什么是嵌入式系统？它由哪几部分组成？有何特点？写出你 …
1、什么是嵌入式系统？它由哪几部分组成？有何特点？写出你所想要的嵌入式系统。
嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，从而能狗适应实际应用中队功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统。
嵌入式系统通常由嵌入式处理器、外围设备、嵌入式操作系统和应用软件等几大部分组成。
嵌入式系统有以下特点：（1）软硬件一体化，集计算机技术、微电子技术、行业技术于一体；（2）需要操作系统支持，代码小，执行速度快；（3）专用进抽，用途固定，成本敏感；（4）可靠性要求高；（5）多样性，应用广泛，种类繁多。
我想要的系统应该体积小，功能强大，操作简单。
2、ARM英文原意是什么？它是一个怎样的公司？其处理器有何特点？ARM：Advanced RISC MachinesARM公司是全球领先的16/32位RISC微处理器知识产权设计供应商，通过将其高性能、低成本的RISC微处理器、外围和系统芯片设计技术转让给合作伙伴来生产各具特色的芯片。
ARM处理器有3答特点：（1）小体积、低功耗、低成本而高性能；（2）16/32位双指令集；（3）去拿球的合作伙伴众多。
3、实时操作系统常用的任务调度算法有哪几种？基于优先级的抢占式调度算法；（1）非抢占式调度（2）抢占式调度同一优先级的时间片轮转调度算法；单调速率调度算法。
4、用什么方法解决优先级反转问题？（1）优先级继承：设C为正占用着某项共享资源的进程P以及所有正在等待占用此项资源的进程集合。
找出这个集合中的优先级最高者P_h，其优先级为p'。
把进程P的优先级设置成p'。
（2）优先级封顶：设C为所有可能竞争使用某项共享资源的进程的集合。
事先为这个集合规定一个优先上限p'，使得这个集合中所有进程的优先级都小于p'。
在创建保护该项资源的信号量或互斥量时，将p'作为一个参数。
每当有进程通过这个信号量或互斥量取得对共享资源的独占使用权时，九江此进程的优先级暂时提高到p'，一直到释放该资源时菜回复其原有的优先级。
什么是嵌入式系统
什么是嵌入式系统嵌入式系统（Embedded System）是指集成计算机科学和电子工程技术于一体的计算机系统，用于控制电子设备、仪器仪表、机械设备等。
它不同于个人电脑或服务器这样的通用计算机系统，而是被特定应用领域专用的计算机系统。
嵌入式系统通常由硬件和软件两部分组成。
硬件部分由处理器、存储器、输入输出接口、传感器等组成，而软件部分则由操作系统、驱动程序和应用软件等组成。
嵌入式系统的核心特点是具有实时性、可靠性和稳定性。
嵌入式系统的应用领域非常广泛。
从家用电器、车辆、通信设备到工业控制、医疗器械、航空航天等，几乎所有需要自动化控制或数据处理的领域都离不开嵌入式系统。
例如，智能手机就是一种嵌入式系统，它集成了处理器、存储器、传感器和操作系统等多种组件，能够实现通信、计算、娱乐等多种功能。
嵌入式系统与通用计算机系统相比，最大的区别在于其应用对象和环境的特殊性。
嵌入式系统通常被嵌入到其他设备中，与特定的硬件和软件进行紧密的集成，从而实现特定的任务。
同时，嵌入式系统在设计上需要考虑功耗、体积、成本等方面的限制，因为嵌入式系统往往需要长时间运行，所以更注重稳定性和可靠性。
嵌入式系统的开发过程包含硬件设计、软件开发和系统集成等多个环节。
硬件设计包括电路设计、电路板布线等工作，需要考虑电磁兼容、抗干扰等因素。
软件开发包括底层驱动程序的编写、应用程序的开发和系统的调试等工作，需要熟悉嵌入式系统的体系结构和相关开发工具。
系统集成则是将硬件和软件进行整合，进行功能测试和性能优化。
除了以上的技术挑战，嵌入式系统还面临着安全和隐私的问题。
由于嵌入式系统通常涉及到用户的个人数据和敏感信息，确保嵌入式系统的安全性和隐私保护成为一个重要的要求。
通过加密、认证、访问控制等技术手段，可以对嵌入式系统进行安全性评估和防护策略的制定。
值得一提的是，随着物联网的快速发展，嵌入式系统的重要性进一步凸显。
物联网将各种设备和物品通过互联网进行连接和交互，实现信息的传递和共享。
嵌入式系统概述
目录第1章嵌入式系统概述 (2)1.1 嵌入式系统概述 (2).嵌入式系统的定义 (2).嵌入式系统应用领域 (2).嵌入式系统特点 (3).嵌入式处理器——概述 (3)1.2 嵌入式处理器 (3).分类 (3).嵌入式处理器——嵌入式微处理器 (4).嵌入式处理器——嵌入式微控制器 (4).嵌入式处理器——嵌入式DSP处理器 (5).嵌入式处理器——嵌入式片上系统(SOC) (5)1.3 嵌入式操作系统 (5).概述 (5).嵌入式实时操作系统 (6).使用实时操作系统的必要性 (6).常见的嵌入式操作系统——嵌入式Linux (7)嵌入式系统概述嵌入式系统概述嵌入式系统的定义嵌入式系统是以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可剪裁、适应于对系统功能、可靠性、成本、体积、功耗等有严格要求的专用计算机系统。
这个定义主要包含两个信息，一是嵌入式系统是专用计算机系统，因此必须要有处理器，具备计算机系统的基本特征。
二是嵌入式系统的功能是有严格要求并按照指定的应用而设计的。
嵌入式系统应用领域根据嵌入式系统的应用领域有交通管理、工控设备、智能仪器、汽车电子、环境监测、电子商务、医疗仪器、移动计算、网络设备、通信设备、军事电子、机器人、智能玩具、信息家电等等。
主要的产品：网络设备：交换机、路由器、MODEM等。
·消费电子：手机、MP3、PDA 、可视电话、电视机顶盒、数字电视、数码照相机、数码摄像机、信息家电等。
·办公设备：打印机、传真机、扫描仪等。
·汽车电子：ABS防死锁刹车系统、车载GPS等。
·工业控制：各种自动控制设备。
·嵌入式系统的组成嵌入式系统一般由硬件层、中间层和软件层组成。
·硬件层硬件层包括嵌入式微处理器、存储器、通用设备接口和I/O接口。
在一片嵌入式处理器基础上添加电源电路、时钟电路和存储器电路，就构成了一个嵌入式核心控制模块。
嵌入式系统PPTPPT课件
物联网与5G技术
嵌入式系统将与云计算和边缘计算技术结 合，实现数据处理和分析能力的提升。
物联网和5G通信技术的发展为嵌入式系统 提供了更广阔的应用空间，嵌入式系统将 更加网络化、智能化。
02 嵌入式系统硬件
微控制器
微控制器是嵌入式系统的核心，它是一 种集成电路芯片，包含了计算机的基本 组成要素，如中央处理器、存储器、输
嵌入式系统PPT课件
目录
CONTENTS
• 嵌入式系统概述 • 嵌入式系统硬件 • 嵌入式系统软件 • 嵌入式系统开发流程 • 嵌入式系统应用案例 • 嵌入式系统面临的挑战与解决方案
01 嵌入式系统概述
定义与特点
定义
嵌入式系统是一种专用的计算机系统 ，主要用于控制、监视或帮助操作机 器设备。
特点
嵌入式系统在智能家居控制系统中发 挥着核心作用，通过嵌入式处理器和 相关硬件设备，实现对家庭设备的控 制和管理。
智能家居控制系统可以实现的功能包 括：远程控制、定时控制、语音控制 等，为家庭生活带来便利和舒适。
工业自动化控制系统
工业自动化控制系统是嵌入式系统的另一个重要应用领域，通过嵌入式系统技术， 可以实现生产过程的自动化和智能化。
调研市场需求
了解行业发展趋势和市场需求，为系统设计提供参考 和依据。
制定开发计划
根据需求分析结果，制定详细的开发计划，包括时间 安排、人员分工、资源需求等。
系统设计
硬件设计
根据系统需求，设计合适的硬件架构，包括 处理器、存储器、接口电路等。
软件设计
设计嵌入式系统的软件架构，包括操作系统、 中间件和应用软件等。
01
02
03
系统集成
将硬件和软件集成在一起， 形成完整的嵌入式系统。
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.
什么是嵌入式系统
嵌入式系统（Embedded System），一般指非桌面计算机系统（即非PC、服务器、大中小型机等），有计算机功能且可以“嵌入”到专用设备并发挥专用功能的计算机设备或器材。
它是以应用为中心，软硬件可裁减的，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等综合性严格要求的专用计算机系统。
简单地说，这种计算机通过和设备的电气连接，并通过在计算机上运行的专用程序对接口进行通讯和控制，使设备成为智能化的设备，比如：基于网络的工业控制器、带彩色显示的智能终端等。
嵌入式系统主要由嵌入式处理器为核心的硬件系统、嵌入式操作系统及应用软件系统等组成，它是可独立工作的“器件”。
一、嵌入式处理器为核心的硬件系统嵌入式系统的核心是嵌入式微处理器。
嵌入式微处理器一般就具备以下4个特点：1）对实时多任务有很强的支持能力，能完成多任务并且有较短的中断响应时间，从而使内部的代码和实时内核心的执行时间减少到最低限度。
2）具有功能很强的存储区保护功能。
这是由于嵌入式系统的软件结构已模块化，而为了避免在软件模块之间出现错误的交叉作用，需要设计强大的存储区保护功能，同时也有利于软件诊断。
3）可扩展的处理器结构，以能最迅速地开展出满足应用的最高性能的嵌入式微处理器。
4）嵌入式微处理器必须功耗很低，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，如需要功耗只有mW甚至μW级。
嵌入式计算机系统同通用型计算机系统相比具有以下特点：1.嵌入式系统通常是面向特定应用的嵌入式CPU与通用型的最大不同就是嵌入式CPU大多工作在为特定用户群设计的系统中，它通常都具有低功耗、体积小、集成度高等特点，能够把通用CPU中许多由板卡完成的任务集成在芯片内部，从而有利于嵌入式系统设计趋于小型化，移动能力大大增强，跟网络的耦合也越来越紧密。
2.嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合后的产物。
这一点就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。
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术、电子信息技术的发展，嵌入式系统的各项技术蓬勃发
展，市场迅猛扩大，已深入生产和生活的各个角落。
嵌入式系统发展的三个阶段
嵌入式系统的出现和兴起
（1960－1970）
嵌入式系统走向繁荣，软件、硬件日臻完善（1971－1989）
嵌入式系统应用走向纵深化发展
（1990－至今）
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嵌入式系统应用走向纵深化发展
网络
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嵌入式计算机系统的创新－平板电脑
平板电脑
Apple：Ipad
ipad2（2011.3.3）：iOS4.3
/a/2011 0303/000315.htm
/zt2011 /ipad2/index.htm
对系统中运行的程序不作假设 程序升级、更新等方便
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嵌入式系统与桌面通用系统的区别(2/7)
嵌入式系统往往对实时性提出较高的要求。
实时系统：指系统能够在限定的响应时间内提供所需水平的服 务。（POSIX 1003.b ）
嵌入式实时系统可分为：
强实时型：响应时间μs～ms级； 一般实时：响应时间ms～s级； 弱实时型：响应时间s级以上。
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嵌入式系统的含义和构造原理
含义：通俗地说，嵌入式系统就是将计算机的 硬件或软件嵌入到其他设备或应用系统中所构 成的一种新的系统。 构造原理：嵌入式系统是以应用为中心，以计 算机技术为基础，采用可剪裁软硬件，适用于 对功能、可靠性、成本、体积、功耗等有严格 要求的专用计算机系统，用于实现对其他设备 的控制、监视或管理功能。 嵌入式系统简单地讲，就是定制硬、软件。
设备、嵌入式操作系统（可选），以及用户的 应用软件系统等四个部分组成
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嵌入式实时操作系统
典型的嵌入式实时操作系统（RTOS）
近200种操作系统，VxWorks、QNX、WinCE、 PalmOS
面向SOC的操作系统：Symbian的Epoc、 Express Logic的ThreadX、ATI的Nucleus
嵌入式系统
An Introduction to Embedded System
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提纲
嵌入式系统概念 嵌入式系统发展历程 嵌入式系统构成要素 嵌入式系统应用领域
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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，采用可剪裁软硬件， 适用于对功能、可靠性、成本、体 积、功耗等有严格要求的专用计算 机系统，用于实现对其他设备的控 制、监视或管理等功能
引入间歇工作方式，从而降低功耗，节省能量。
嵌入式系统比桌面通用系统可用资源少得多
为降低系统成本，降低功耗，嵌入式系统的资源配置遵循够用就
行！
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提纲
嵌入式系统概念 嵌入式系统发展历程 嵌入式系统构成要素 嵌入式系统应用领域
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嵌入式系统的发展历程
嵌入式系统出现于20世纪60年代，40多年来随着计算机技
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计算机应用领域的划分
小型专用型
桌面通用型
服务器
服务器
服务器
高端服务型
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嵌入式系统与桌面通用系统的区别(1/7)
嵌入式系统中运行的任务是专用而确定的
心脏监视器只需运行信号输入、信号处理、心电图显示任务 如要更改任务，需要对整个系统进行重新设计或在线维护
桌面通用系统需要支持大量的、需求多样的应用程序
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嵌入式系统与桌面通用系统的区别(3/7)
嵌入式系统中使用的操作系统一般是实时操作系统 嵌入式实时操作系统数量众多，如：
VxWorks（美国风河公司Wind River产品） Windows CE（包括Windows Mobile） pSOS QNX
国产嵌入式实时操作系统，如：
东芝android平板电脑：Folio100 整理ppt
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计算机系统的创新－平板电脑
平板电脑（HP/TouchPad）
HP（惠普）：TouchPad 采用Palm公司的WebOS系统（Linux内核，Palm已经被HP收购） 2011年2月10日发布：/a/20110210/000401.htm
开放源码的操作系统：Linux系列、uC/OS
整理ppt18提纲嵌入式系统概念 嵌入式系统发展历程 嵌入式系统构成要素 嵌入式系统应用领域
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嵌入式计算机系统的应用
工业控制
工控设备
智能仪表
军事国防
军事电子
嵌入式应用
消费电子
信息家电 智能玩具 通信设备
汽车电子
移动存贮
网络设备 电子商务
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计算机系统的创新－平板电脑
平板电脑（Motorola Xoom）
Motorola Xoom：Android3.0
/v_show/id_XMjM0OTkzMzM2.html /v_show/id_XMjQyNTE4ODgw.html
应用充分普及：工业控制、数字化通讯、数字化家电
汽车：50个以上嵌入式微处理器 飞机：70个以上嵌入式系统
嵌入式微处理器32位、64位 嵌入式实时操作系统使用比率越来越高
早期：10％；90年代初：30％；目前：80～90％
嵌入式系统开发工具越来越丰富 嵌入式系统产业链形成
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HOPEN DeltaOS
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嵌入式系统与桌面通用系统的区别(4/7)
嵌入式系统运行需要高可靠性保障，比桌面系统的故障
容忍能力弱很多
嵌入式系统需要忍受长时间、无人值守条件下的运行
嵌入式系统运行的环境恶劣
嵌入式系统大都有功耗约束。
如：珍贵文物微气象环境监测
要求1分钟采样一次，每个采样节点采用电池供电，1年更新一次。 采用常规的方法，能量只能持续工作5天！
嵌入式系统产业链
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嵌入式系统市场规模及平均增长率 （2003－2006）
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嵌入式软件系统生命周期发展
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提纲
嵌入式系统概念 嵌入式系统发展历程 嵌入式系统构成要素 嵌入式系统应用领域
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嵌入式系统结构
嵌入式系统一般由嵌入式微处理器、外围硬件