嵌入式系统外围硬件
1.嵌入式系统组成简介
串口4
串口1
串口2
设备
1）嵌入式系统硬件系统
嵌入式系统的硬件是以嵌入式处理器 为核心，配臵必要的外围接口部件。在嵌 入式系统设计中，应尽可能选择适用于系 统功能接口的SoC/SOPC芯片，以最少的外 围部件构成一个应用系统，满足嵌入式系 统的特殊要求。 一般包括有 ：嵌入式处理器; 存储器; I/O系统和外设。
硬件抽象层
是硬件功能模块的集合，是对硬设备功能的第一
层抽象，实现基本的IO操作。 所关心的是如何实现硬件功能的软件接口，而不 是设备的管理逻辑。 每个硬件可能有多个端口（设备），对应的硬件 抽象层是对这些端口（设备）操作的基本抽象， 为驱动程序管理这些设备提供接口。上层驱动程 序在不需要了解具体设备硬件信息的情况下，就 可以操作这些设备。
2）板级支持包BSP
BSP主要是为驱动程序提供访问硬件设备寄存器 的函数包，从而实现对操作系统的支持。不同操作 系统有不同的板级支持包。具体完成如下二方面的 功能： ①在系统启动时，完成对硬件的初始化。如对设备 的中断、CPU的寄存器和内存区域的分配等进行操作。 ②为驱动程序提供访问硬件的手段。如系统是统一 编址的，则可以直接在驱动程序中用C语言的函数进 行访问。如是单独编址的，只能用汇编语言编写函 数进行访问。BSP就是为上层的驱动程序提供访问硬 件设备寄存器的函数包。
（3）中间层（驱动层软件）
使用任何外设都需要有驱动程序的支持， 驱动程序不仅要实现设备的基本功能函数， 如初始化、中断响应、发送、接收等，而且 还要提供完备的错误处理函数。中间层为上 层软件提供了设备的操作接口。上层程序只 需调用驱动程序提供的接口，而不用理会设 备具体的内部操作。 驱动层软件（中间层）将系统软件与底 层硬件部分进行了隔离，使得系统的底层设 备驱动程序与硬件无关。具体包括硬件抽象 层HAL和板级支持包BSP。
6 嵌入式系统外围设备
所有Windows CE 支持
常见的存储器扩充装置
SD扩充装置（Secure Digital） TF卡 microSD
大纲
存储
外围接口
显示 总线 USB 其他 轮询 中断 DMA
数据传送方式
接口
外设一般不能与CPU直接相连，必须经过中间 电路再与CPU相连，这些中间电路被称为I/O 接口电路，简称I/O接口（ I/O控制器，I/O设 备？）
大纲
存储
外பைடு நூலகம்接口
显示 总线 其他
数据传送方式
轮询 中断 DMA
总线概述
什么是总线？
在多于两个模块（设备、子系统）之间传送信息的 公共通路 信息共享和交换
总线功能
总线组成
传输信息的物理介质和管理信息传输的协议
结构简单、成本低廉，系统易于扩充或者更新 所有设备共享一组总线，总线只能独占使用
NAND Flash——东芝所发展的架构
2 Flash的操作
Flash的操作有三种
读操作
简单，与SRAM接口一样 整片擦除、Block擦除（专用时序） 也叫编程，Block写（专用时序）
擦除操作
写操作
Flash的擦除、写等操作，多以命令的方式完成
常见的存储器扩充装置
CF扩充装Compact Flash
ROM ROM
嵌入式系统和PLC
嵌入式系统的分层与专业 的分类
• 3、操作系统层 ：对于操作系统层目前可能 只能说是简单的移植，而很少有人来自已写操 作系统，或者写出缺胳膊少腿的操作系统来， 这部分工作大都由驱动工程师来完成。操作系 统是负责系统任务的调试、磁盘和文件的管理， 而嵌入式系统的实时性十分重要。据说，XP 操作系统是微软投入300人用两年时间才搞定 的，总时工时是600人年，中科院软件所自己 的女娲Hopen操作系统估计也得花遇几百人年 才能搞定。
• PLC及其网络已成为工厂企业首选的工业控制 装置，并成 及其网络已成为工厂企业首选的 工业控制装置， 及其网络已成为工厂企业首 选的工业控制装置 系统不可或缺的基本组成 部分。 为CIMS系统不可或缺的基本组成部分。 PLC及其网络已 系统不可或缺的基本组成部分 及其网络已 经被公认为现代工业自动化三大 支柱
嵌入式系统的分层与专业 的分类
• 2、 驱动层，这部分比较难，驱动工程师不 仅要能看懂电路图还要能对操作系统内核十分 的精通，以便其所写的驱动程序在系统调用时， 不会独占操作系统时间片，而导 至其它任务 不能动行，不懂操作系统内核架构和实时调度 性，没有良好的驱动编写风格，按大多数书上 所说添加的驱动的方式，很多人都能做到，但 可能连个初级的 驱动工程师的水平都达不到， 这样所写的驱动在应用调用时就如同windows 下我们打开一个程序运行后，再打开一个程序 时，要不就是中断以前的程序，要不 就是等 上一会才能运行后来打开的程序。
嵌入式系统的分层与专业 的分类
• 4、应用层 ：相对来讲较为容易的，如果会
在windows下如何进行编程接口函数调用，到 操作系统下只是编译和开发环 境有相应的变 化而已。如果涉及Java方面的编程也是如此 的。嵌入式系统中涉及算法的由专业算法的人 来处理的，不必归结到嵌入式系统范畴内。但 如果涉及嵌 入式系统下面嵌入式数据库、基 于嵌入式系统的网络编程和基于某此应用层面 的协议应用开发（比如基于SIP、H.323、 Astrisk）方面又较为复杂， 并且有难度。 了）
嵌入式系统
课程作业成绩：前言嵌入式系统是基于单片机的一种升级版,它是以应用为中心、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。
我们可从几方面来理解嵌入式系统：1.嵌入式系统是面向用户、面向产品、面向应用的，它必须与具体应用相结合才会具有生命力、才更具有优势。
因此可以这样理解上述三个面向的含义，即嵌入式系统是与应用紧密结合的，它具有很强的专用性，必须结合实际系统需求进行合理的裁减利用。
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和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。
所以，介入嵌入式系统行业，必须有一个正确的定位。
例如Palm之所以在PDA领域占有70%以上的市场，就是因为其立足于个人电子消费品，着重发展图形界面和多任务管理；而风河的Vxworks之所以在火星车上得以应用，则是因为其高实时性和高可靠性。
3.嵌入式系统必须根据应用需求对软硬件进行裁剪，满足应用系统的功能、可靠性、成本、体积等要求。
所以，如果能建立相对通用的软硬件基础，然后在其上开发出适应各种需要的系统，是一个比较好的发展模式。
目前的嵌入式系统的核心往往是一个只有几K到几十K微内核，需要根据实际的使用进行功能扩展或者裁减，但是由于微内核的存在，使得这种扩展能够非常顺利的进行。
目录第一章嵌入式系统的定义组成和体系结构1.1 嵌入式系统的定义 (1)1.2 嵌入式系统的体系结构 (2)1.3嵌入式系统的组成 (4)第二章嵌入式操作系统和嵌入式软件的编写2.1 嵌入式操作系统 (5)2.2嵌入式Linux的开发流程的步骤 (6)2.3 嵌入式系统的调试 (7)第三章总结 (9)第一章嵌入式系统的定义组成和硬件设计1.1 嵌入式系统的定义按照历史性、本质性、普遍性要求，嵌入式系统应定义为：“嵌入到对象体系中的专用计算机系统”。
嵌入式系统
1.3, Vxsim-Lite和EPSONSimulator 等 前常 是目 用的
嵌入式开发工具。 电气、 计算机、 信息方面的师生及工程技术人员 都应该了解并掌握些嵌入式系统方面的知识， 并将它 应用到工作及生活中去。 嵌入式系统与通用型计算机系统相比， 具有技术 密集、 响应及时、 并发处理、 健壮可靠、 专用紧凑、 开 发困难等特点。嵌入式系统已广泛应用于移动通信、 手持信息设备、 信息家电 和工业控制等领域， 具有强
大的生命力。
杂度。典型的嵌入式微处理器有Motorola 公司的 Power PC 系列、 IX86系列以及EPSON公司的SIC33 系列等。 嵌 入式软件开发平台 分为开发平台与运行平台 两大类。 嵌入式软件具有实时 鲁棒性、 性、 灵活性、 安全 性、异步事件的并发处理与应用可固化等特点。 常用的嵌入式实时操作系统 (RTOS) 分为商用 系统、 专用系统和开发系统三大类。 系统与Internet 的 结合， RTOS 与应用设备的无缝结合代表着RTOS 的
机制。实时、嵌入式Linux 操作系统非常适合信息家
电类嵌入系统开发。
嵌入式产品 设计过程中， 软件设计和硬件设计需 要不断加以协调， 协同设计是一种很有发展前景的不 区分软硬件的统一设计方法。 软硬件综合开发是嵌入 式系统开发的最主要特点。
嵌入式应用系统的开发分为交叉开发和仿真开发
二类， 在一个完整的嵌入式开发环境中， 往往既提供 交叉开发环境又提供仿真开发环境，以适应不同应 用， 不同 开发阶段的需要。 POSE, Nokia Toolkit 1.2/
5
苏中义 杨宇 2004 年9 月 10 日
6
Pat C . Hoy I ， Robert Di Yanni ， Encounters : Essays for Exploration and Inquiry[M]. U .S. : The McGrawHill Companies , Inc . 2000 . Romana Tang , The Place of ‘ Culture ' in the Foreign Language Classroom : A Reflection[EB]. The Internet TESL Journal , Vol V , No . 8, Aug ust 1999 . http :/ iteslj . org/ Articles/ Tang- Culture .html
嵌入式系统中BSP的作用及其相关联环节的分析
嵌入式系统中BSP的作用及其相关联环节的分析嵌入式系统的基本构成包括硬件和软件两部分，其中硬件为实现设备外围控制，软件为运行该设备的程序。
而板级支持包（BSP）则是将硬件与软件两部分结合起来，并完成嵌入式系统的集成。
本文将从BSP的作用和相关联环节两个方面进行分析。
BSP的作用主要有以下三点：第一，提供硬件驱动程序。
BSP对内核的调用和切换通常需要硬件支持。
例如，初始化器件、寄存器等等，这些硬件驱动程序是与硬件相对应的，而BSP需要将它们打包成一个库，以便于系统调用。
此外，BSP还需要将硬件驱动程序集成到内核中，使之成为内核的一部分，以实现在内核中对硬件的控制。
第二，协调硬件资源。
嵌入式系统的硬件资源较为有限，而不同的硬件组件之间会相互干扰，所以需要有一个BSP控制其使用，避免冲突，让各个硬件模块之间能够协同工作。
第三，提供开发环境的支持。
BSP天然具备了针对嵌入式系统的外围控制和进程切换等能力，然而，对于开发人员而言，还需要对编译器、调试器、操作系统等相关工具提供支持。
这是嵌入式开发人员必不可少的开发环境。
除了上述功能之外，BSP还与内核、设备驱动程序、引导程序、红外线等外部服务交互，互相影响，构成了复杂的生态环境。
在嵌入式系统的板级支持栈中，BSP一般是由内核与设备驱动程序构成的，在系统启动阶段，BSP的基础硬件驱动程序会被加载到内存中，使它们能够访问到需要的硬件资源。
同时，BSP还要调整与优化硬件资源的配置。
在后续各个模块启动时，BSP还需负责引导程序执行的控制和设备驱动程序的加载。
BSP在嵌入式系统中具有重要的作用，其能够提供合适的硬件驱动程序、协调硬件资源、支持开发环境等，使系统能够有效运行。
同时，BSP与内核、设备驱动程序、引导程序、外部服务等相互交互，形成一个复杂的生态系统，从而实现了整个嵌入式系统。
嵌入式系统导论简答题
简答题（每题6分，共30分）1.何谓嵌入式系统?举例说明嵌入式系统的主要应用领域范围。
【要点】（1）嵌入式系统定义根据IEEE的定义，嵌入式系统是“控制、监视或者辅助设备、机器和车间运行的装置”。
当前国内一个普遍被认同的定义是：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。
（2）嵌入式系统的主要应用领域工业控制、交通管理、信息家电、家庭智能管理系统、POS网络及电子商务、环境工程与自然、机器人2.比较CISC与RISC两种架构，简述二者的异同点。
【要点】嵌入式微处理器采用的指令系统有精简指令集系统（RISC）和复杂指令集系统（CISC）。
传统的CISC注重的是强化指令功能，减少程序的指令条数，以达到提高性能的目的。
RISC是将重点放在如何使计算机的结构更加简单合理地提高运算速度，而不是单纯地减少指令。
它会优先选取使用频率最高的简单指令，避免复杂指令；固定指令长度，减少指令格式和寻址方式种类；简化译码指令格式；在单周期内完成指令等。
RISC架构与CISC架构器相比较，其差异处如下：使用相当少的指令类型及寻址模式微程控尽量采用软件架构实现在单一执行的周期内完成指令微处理器中拥有更多的寄存器使用最佳化的程序代码编译微处理器的内存存取主要是用于指令的加载及存储简易的译码指令格式高度并行化处理3.比较板级支持包（BSP）与通用计算机的基本输入输出系统（BIOS）的异同点。
板级支持包是介于主板硬件和操作系统驱动层程序之间的层。
一般认为它属于操作系统的一部分，主要是实现对操作系统的支持，为上层的驱动程序提供访问硬件设备寄存器的函数包，使之能与硬件主板更好地运行。
BSP主要做的工作是系统初始化和硬件相关的设备驱动。
具有操作系统相关性、硬件相关性的特点。
在系统启动之初，BSP所做的工作类似于通用计算机的BIOS，也是负责系统加电、初始化各种设备、装入操作系统。
嵌入式计算机有哪些种类
一、嵌入式计算机是什么意思随着科技的发展，计算机作为主要的生产设备，有了多种多样的设备，嵌入式计算机就是其中一种发展方向，很多朋友不了解什么是嵌入式计算机，下面为大家简单介绍一下：所谓嵌入式计算机，就是以嵌入式系统为应用中心、计算机技术为基础、软硬件可裁剪的计算机系统，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的领域，主要由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序四个部分组成。
二、嵌入式计算机有哪些种类嵌入式计算机是为特定的软件控制任务而设计的专用计算平台，主要应用于工业自动化、数字标牌等领域，嵌入式电脑的类型众多，主要有以下几种：1、嵌入式工控机嵌入式计算机的主要用途在于工业领域，具有坚固耐用的特点，可应用于各大比较恶劣的工业环境，如海上石油钻井平台等。
2、平板电脑平板电脑带有集成的显示屏和键盘，有时还带有多合一触摸屏，也属于嵌入式计算机的一种，通过其界面与使用者进行更轻松，更好的交互，是管理工业机械过程的理想选择。
3、迷你电脑迷你电脑通常是低计算量的嵌入式计算机，特点是体积小、价格便宜，可以在需要智能的狭小空间中使用，常在网络安装中用作安全设备，例如防火墙或VPN路由器等。
4、工业机架服务器机架式服务器是一种嵌入式计算机，可以安装在机架中，而许多其他服务器也可以堆叠在顶部。
5、车载电脑车载电脑也属于嵌入式计算机，主要应用于自动驾驶汽车、救护车、警车、消防车等，它们是坚固的设备，可以承受环境中的振动、恶劣的温度、灰尘和湿气，还具有无线功能，可实现移动性和远程通信。
6、物联网网关IoT网关提供不同类型的通信技术之间的连接，是物联网传感器互联网之间的桥梁，主要从外部来源聚合数据，翻译协议，并对数据进行预处理。
三、嵌入式工控机的应用领域有哪些嵌入式工控机是常用的嵌入式计算机，属于加固的增强型工业计算机，可以作为一个工业控制器在工业环境中可靠运行，是专门为工业现场而设计的机构紧凑的计算机，嵌入式工控机的应用广泛，可在车载、零售、监控、电子广告牌、工厂控制等有低功耗系统需求，但对温度及使用空间要求苛刻的环境下使用。
嵌入式系统基础知识
处理器
嵌入式系统软件平台
在设计简单的应用程序时,可以不使用操作系 统,但在设计较复杂的程序时,可能就需要一个 操作系统来管理和控制存储器、多任务和各种 资源等. 实时嵌入式系统其最大特点就是程序的执行具 有确定性。μC/OS和μC Linux是广泛应用的实 时嵌入式操作系统，而WindowsCE2.0就是一个 多任务分时系统。
2) 单片机（嵌入式应用）属于专用计算机，主
要用于智能仪表及传感器、智能家电、智能办公 设备、汽车及军事电子设备等系统。
单片机是应工业测控的需要而诞生的,它的结构与指令功能 都是按照工业控制要求设计的,故又称单片微控制器。
MCU (Microcontroller Unit)。
单片机特点： （1）体积小，重量轻；
1
嵌入式系统的定义及体系结构 2 嵌入式系统的应用领域 3 什么是单片机
4 单片机的基本组成
5 嵌入式系统开发流程
应用场合
汽车电子 消费电子 工业控制
网络应用 无线通讯
Freescale™ and the Freescale logo are trademarks of Freescale Semiconductor, Inc. All other product or service names are the property of their respective owners. © Freescale Semiconductor, Inc. 2005
家用电器：洗碗机，洗衣机，电 视。。。。 手持电子：蓝牙耳机，游戏机，PDA 娱乐产品：数码音乐，CD，DC，DV 计算机外围：LCD，Mouse，Keyboard
1.1 嵌入式系统的定义和组成
逻辑结果正确 在要求的时间内
2．RTOS特点
约束性
时间约束 资源约束（能耗，费用） 执行顺序约束（多任务操作系统，每一组任务都要 在时间约束内完成） 性能约束（可靠性）
完成实时任务所需的执行时间应该是可知的 在系统最坏情况下都能正常工作或避免损失
可预测性
可靠性
交互性
硬件层
output
analog
CPU
input
analog
embedded computer
mem
嵌入式微处理器
嵌入式微处理器的体系结构
冯· 诺依曼体系结构 哈佛体系结构(指令数据分别存储在不同 memory中，且不同总线)，
精简指令系统（Reduced Instruction Set Computer，RISC） 复杂指令集系统CISC（Complex Instruction Set Computer, CISC）。
硬盘、NAND Flash、CF卡、MMC和SD卡等 用来存放大数据量的程序代码或信息，
容量较大 读取速度慢
通用设备接口和I/O接口
与外界交互所需要的通用设备接口
GPIO、 A/D（模／数转换接口） D/A（数／模转换接口） RS-232接口（串行通信接口） Ethernet（以太网接口） USB（通用串行总线接口） 音频接口 VGA视频输出接口 I2C（现场总线） SPI（串行外围设备接口） IrDA（红外线接口）
轻型、占用资源少、高性能、高可靠性、 便于移植、可配置 实现方法：
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。
嵌入式系统外围接口的时序分析与电路设计
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在 嵌入式系统的硬件 设计开发过程中 ，往往需要 以处理 器为 核心，扩展 外围硬件 资源 ，以提高整体性能 ，满足不 同
接 Ｉ读写 时序如 图 ２所示 。 ３
的应 用需求。由于嵌 入式处理器种 类繁多 ，外围部件千差万 别 ，它们之 间常 常出现接 口时序 不匹配的问题 ，因此设计合
维普资讯
第 ３ 卷 第 ５期 ３
Ｖ１ ３ ｏ． ３
Ｎｏ ５ ．
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文章编号：
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文献标识码： Ａ
２０ ０７年 ３月
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嵌入式系统原理及开发应用部分课后习题答案
更小，相应的擦除电路更少，每个块的最大擦写次数是一百万次； 使用复杂的 I/O 口来串行地存取数据，各产品或厂商方法可能不同，存在较严
重的位反转问题，必须有错误探测/错误更正(EDC/ECC)算法； 用在 8MB~2GB 产品中，适合于数据存储，在 CompactFlash、SecureDigital、
天高任鸟飞,海阔凭鱼跃!
复习整理所用(私人整理,仅供参考)
传输效率高，在 1~16MB 小容量时具有很高的成本效益；���带有 SRAM 接口， 有足够的地址引脚来寻址，可以很容易地存取其内部的每一个字节
占据了容量为 1~16MB 闪存市场的大部分，主要用作代码存储介质。 NANDFlash 特点：
确定性 保证系统的实时性和可预测性； 系统静态配置：任务的数目、执行时序、所占资源、阻塞、通信延迟等都是确 定的。
4、简述嵌入式系统的发展历程。 1946 年 2 月 14 日，世界第一台计算机诞生，人类信息时代到来 20 世纪 60 年代初，嵌入式系统开始萌芽 标志：以晶体管、磁芯存储为基础的计算机被应用于航空、航天、工业控制等 领域。 典型应用：美国海军舰载轰炸机用多功能数字分析仪、导弹发射控制、美国某 乙烯厂 DDC 工业装置、ApolloGuidance、控制电话的电子式机械交换机等。 特点：价格昂贵、系统结构简单、功能单一、处理效率低、存储容量小、用户 接口很少。 20 世纪 70 年代初至 80 年代中期，嵌入式系统进入简单系统阶段 标志：相继出现 Intel4004、4084、8051，Motorola 公司 68HC05，Zilog 公司 的 Z80 等嵌入式微处理器，系统中无或具有简单操作系统。 典型应用：被广泛应用于家用电器、医疗仪器、仪器仪表、交通运输等领域， 例如：电算机(日本 Busicom 公司基于 4004)、微控制器取代旋钮控制的电位计 和可变电容器、1982 年出现首枚多媒体应用的 DSP 芯片等。 特点：微处理器种类繁多、通用性差、价格便宜；系统开销小、效率高等。 20 世纪 80 年代中期至 90 年代末，嵌入式系统进入 RTOS 阶段 标志：嵌入式操作系统被广泛使用，嵌入式应用开始普及。 典型应用：应用领域进一步扩大，例如：手机、数码产品、路由器、交换机、 汽车电子产品等。 特点：嵌入式操作系统内核小、效率高、高度模块化、可扩展；微处理器兼容 性好；为应用程序的开发提供了大量的 API 和 IDE 工具等。 20 世纪 90 年代末至今，嵌入式系统进入网络化阶段 标志：嵌入式设备的网络化和 Internet 接入，正在蓬勃发展…… 典型应用：Internet 技术与嵌入式应用产品的结合，例如：无线终端、平板电 脑、智能手机、智能家电、智能汽车…… 特点：32bit 微处理器占主导地位、嵌入式操作系统从简单走向成熟、与网络
嵌入式系统的组成
1.1.2 嵌入式系统的组成嵌入式系统由硬件和软件两大部分组成，硬件一般由高性能微处理器和外围接口电路组成，软件一般由操作系统和应用程序构成，软件和硬件之间由所谓的中间层（BSP层，板级支持包）连接。
嵌入式系统的硬件有：嵌入式微处理器、存储器、输入输出（I/O、A/D、D/A）。
嵌入式系统的软件有：操作系统、应用软件。
操作系统是连接计算机硬件与应用程序的系统程序。
嵌入式操作系统可以分为实时操作系统和分时操作系统两类。
实时操作系统是指具有实时性，能支持实时控制系统工作的操作系统。
实时操作系统的首要任务是调度一切可利用的资源完成实时控制任务；其次才着眼于提高计算机系统的使用效率，其重要特点是通过任务调度来满足对于重要时间在规定的时间内做出正确的响应。
分时操作系统，软件在时间上的执行并不严格，时间上的延误或者时序上的错误，一般不会造成灾难性后果。
嵌入式系统从组织层次上看，嵌入式系统一般由硬件层、中间层、软件层和功能层组成。
（1）硬件层硬件层由嵌入式微处理器、存储器系统、通用设备接口和I/O接口（A/D、D/A、I/O等）组成。
在一片嵌入式微处理器基础上增加电源电路、时钟电路和存储器电路（ROM和RAM 等），就构成了一个嵌入式核心控制模块。
其中操作系统和应用程序都可以固化在ROM中。
（2）中间层硬件层和软件层之间为中间层，也称为硬件抽象层HAL和板级支持包BSP，它把系统软件与底层硬件部分隔离，使得系统的底层设备驱动程序与硬件无关，一般应具有相关硬件的初始化、数据的输入/输出操作和硬件设备的配置功能。
（3）软件层软件层由实时多任务操作系统RTOS、文件系统、图形用户接口GUI、网络系统及通用组件模块组成。
（4）功能层功能层由基于RTOS开发的应用程序组成，用来完成对被控对象的控制功能。
功能层是面向被控对象和用户的。
在专用的嵌入式板子上面运行GNU/Linux系统已经变得越来越流行。
一个嵌入式Linux 系统从软件的角度看通常可以分为四个层次：（1）引导加载程序。
嵌入式系统的组成
• HAL是位于操作系统内核与硬件电路之间的接口层，其目的是将硬件抽象化，可以通过程序来 控制所有硬件电路，如CPU、I/O、存储器等的操作，从而使设备驱动程序与硬件无关，提高了 系统的可移植性。
• 在定义抽象层时需要根据系统需求规定统一的软硬件接口标准。在功能上应实现相关硬件的初 始化、数据的I/O操作、硬件设备的配置操作等功能。引入抽象层还可以对系统的软硬件进行 并行测试。
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2.嵌入式计算机系统的组成
2.1 嵌入式硬件系统的组成 2.1.2外围设备
• 除了嵌入式处理器以外用于完成存 储、通信、调试、显示等辅助功能 的其他部件。 存储器 接口 人机交互
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 6
2.嵌入式计算机系统的组成
• 2.2 嵌入式软件系统的组成 • 2.2.1 驱动软件
• 使用任何外设都需要有驱动程序的支持，驱动程序不仅要实现设备的基本功能 函数，而且还要提供完备的错误处理函数。
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2.2 嵌入式软件系统的组成
• 2.2 嵌入式软件系统的组成 • 2.2.1 驱动软件
• 2. 板级支持包BSP • ＢＳＰ主要是为驱动程序提供访问硬件设备寄存器的函数包，从而实现对操作系统的支持。 • 不同操作有不同的板级支持包。具体完成二方面的功能：
（１）在系统启动时，完成对硬件的初始化。 如对设备的中断、CPU的寄存器和内存区域的分配等进行操作。
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2.嵌入式计算机系统的组成
2.1 嵌入式硬件系统的组成 2.1.1 嵌入式处理器
嵌入式处理器是嵌入式系统的核心部件 为特定用户群设计 把通用计算机中许多由板卡完成的任务集成在芯
片内部 趋于小型化，并具有高效率、高可靠性 1000多种嵌 入式处理器芯片，其中使用最为广泛
嵌入式系统架构
嵌入式系统架构嵌入式系统是一种专用计算机系统，被嵌入到其他设备中，用来控制和管理这些设备的特定功能。
而嵌入式系统的架构是指其硬件和软件之间的组织结构和工作方式，它直接决定了嵌入式系统的性能和功能。
本文将介绍嵌入式系统架构的基本概念、主要组成部分以及常见的架构类型。
一、嵌入式系统架构的基本概念嵌入式系统的架构是指系统中各个组件的组织方式以及它们之间的交互方式。
一般来说，嵌入式系统架构由以下几个方面构成：1. 处理器：是嵌入式系统的核心部件，负责执行指令和进行数据处理。
处理器的选择可以根据系统的性能要求来确定，有单核处理器、多核处理器等不同类型。
2. 存储器：用于存储指令、数据和中间结果。
常见的存储器包括随机访问存储器（RAM）、只读存储器（ROM）以及闪存等。
3. 输入/输出（I/O）模块：用于与外部设备进行数据交互。
比如，键盘、显示器、传感器等。
I/O模块通常与处理器之间通过总线进行数据传输。
4. 操作系统：是嵌入式系统的核心软件，负责管理和分配系统的资源，提供运行环境和服务。
常见的嵌入式操作系统有实时操作系统（RTOS）和嵌入式Linux等。
5. 通信接口：用于和其他嵌入式系统、计算机或网络进行通信。
通信接口可以是串口、并口、以太网等。
6. 供电与电源管理：嵌入式系统需要一个稳定可靠的电源供应，同时还需要电源管理模块来降低能耗和延长电池寿命。
二、嵌入式系统的主要组成部分嵌入式系统由硬件和软件两个主要组成部分组成。
硬件部分主要包括CPU、内存、存储器、I/O设备等，它们负责系统的数据处理、存储和交互。
软件部分主要包括操作系统、驱动程序、应用程序等，它们控制硬件的工作，实现系统功能。
1. 硬件部分硬件部分是嵌入式系统的基础，它决定了系统的性能和功能。
硬件部分的设计需要根据系统的需求来确定，包括选择适合的处理器、存储器、I/O设备等。
此外，还需要考虑功耗、体积、成本等方面的因素。
2. 软件部分软件部分是嵌入式系统的灵魂，它决定了系统的功能和用户体验。
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第3章 嵌入式硬件平台
4．专用复位电路 阻容复位电路的优点是成本低、电路简单，但是功能 比较弱，而专用复位电路是一种专用的集成电路。由于嵌 入式处理器和智能芯片有的是高电平复位，有的是低电平 复位，因此有的专用复位电路设计了两种复位信号的输出 端。 专用复位电路(如maxim公司的产品)把诸如电压监视、 电池监视等电路功能集成在一起，成为处理器监视电路。 图3-29所示为专用复位电路的功能图。图中输出复位脉冲信 号Reset和Reset*，分别支持高电平复位和低电平复位，输 入可外接复位开关。
3.2 嵌入式硬件平台概述
嵌入式系统的硬件是以嵌入式处理器为 中心，由存储器、I/O单元电路、通信模块、 外部设备等必要的辅助接口组成的。
第3章 嵌入式硬件平台 嵌入式系统的硬件组成
第3章 嵌入式硬件平台
电源
大多数嵌入式系统本身都有电源，且电源的供 电方式具有一种特定的电压范围。嵌入式系统中各 个单元的电压范围有四种：5.0 ± 0.25 V、 3.3 ± 0.3 V、2.0 ± 0.2 V和1.5 ± 0.2 V。此外，嵌 入式系统微控制器中的电可擦可编程只读存储器 (EEPROM)、RS-232串行接口，均需要提供 12 ± 0.2 V的电压。
VREF ( ) D2
第3章 嵌入式硬件平台
第3章 嵌入式硬件平台
人机接口设备 1．键盘 键盘是标准的输入设备，键盘可以用来输入数字型数据
或者选择控制设备的操作模式。 键盘主要由一个开关阵列组成，此外还包括一些逻辑电
路来简化它到微处理器的接口。 开关使用机械接触实现断开或接触电路，如图所示。
第3章 嵌入式硬件平台 图3-15 简单的开关电路
第3章 嵌入式硬件平台
模/数转换器和数/模转换器 模/数(A/D)转换器和数/模(D/A)转换器是非数字设备(即
模拟信号源)和嵌入式系统之间联系的接口。 D/A转换相对简单，转换器接口仅包括输入值，输入值
被连续转换成模拟信号。 A/D转换器是将连续变化的模拟信号转换为数字信号，
以便计算机和数字系统进行处理、存储、控制和显示。A/D 转换需要更复杂的电路，所以也需要更复杂的接口。A/D转 换在将模拟输入转换为数字形式前需要对模拟输入进行采样。 控制信号使得A/D转换器进行采样并将其数字化。
第3章 嵌入式硬件平台
5．看门狗复位电路 如果嵌入式系统的工作环境比较恶劣，则处理器运行 过程中可能出现死机和跑飞的情况，这时需要使处理器强 制复位。强制复位可以使用看门狗复位电路。 看门狗复位电路是一个定时设备，会在事先定义超时 之后将系统复位。这个时间通常是配置好的，看门狗定时 器在加电后的前几个时钟周期内被激活。在许多嵌入式系 统中，通过看门狗定时器进行复位是最基本的要求。当系 统产生错误或者程序中断之后，它会帮助恢复系统。重新 启动后，系统可以正常运行。大多数的微控制器都有片上 看门狗定时器。
第3章 嵌入式硬件平台复位 1．复位电路概述 嵌入源自处理器的复位电路就是使处理器从起始
地址开始执行指令。这个起始地址是处理器程序计 数器(x86系列处理器中是指令指针和代码段寄存器) 加电时的默认设置。处理器复位之后，从存储器的 这个地址开始取程序指令。
第3章 嵌入式硬件平台
2．阻容复位电路
第3章 嵌入式硬件平台
第3章 嵌入式硬件平台
第3章 嵌入式硬件平台
第3章 嵌入式硬件平台
引言 嵌入式系统的硬件除了核心部件——嵌 入式处理器外，还包括存储器系统、外围接 口部件以及连接各种设备的总线系统。其中， 存储器是嵌入式系统存放数据和程序的功能 部件，而外围设备则决定了应用于不同领域 的嵌入式系统的独特功能。
第3章 嵌入式硬件平台
第3章 嵌入式硬件平台
6．软件复位电路 软件复位的方法是通过软件设置一个特殊功能寄存器 的相应位来完成控制器复位的，复位结构和硬件复位一样。 软件复位后, 程序从复位向量处开始运行。例如， L87LPC76X系列在软件复位后，程序从0000H处开始运行。 需要指出的是，嵌入式微控制器在软件复位后转入0000H处 的指令与程序直接跳转到0000H处执行指令的结果是不同的。 软件复位后，控制器的其他寄存器也被初始化成复位状态； 而直接跳转到0000H处执行指令却不会初始化微控制器的硬 件寄存器。
第3章 嵌入式硬件平台
时钟 在嵌入式系统中，处理器需要有一个时钟振荡
(clock oscillator)电路。时钟控制着CPU、系统定时 器和CPU机器周期的各种时序需求。
嵌入式系统通常为了节省电路，把时钟电路集 成在嵌入式处理器上，外面只需要接晶体即可。嵌 入式系统的时钟电路一般有以下几种形式：RC时 钟、石英晶体、石英振荡器、锁相倍频时钟和多时 钟源。
第3章 嵌入式硬件平台
2．ADC0809的引脚
IN3 IN4 IN5
IN6 IN7 START
EOC D3 OE CLOCK
VCC VREF()
GND
D1
1
28
2
27
3
26
4
25
5
24
6 ADC 23
7 8
22
0809 21
9
20
10
19
11
18
12
17
13
16
14
15
IN 2 IN 1 IN 0 ADDA ADDB ADDC ALE D 7( MSB ) D6 D5 D4 D 0( LSB )
3．手动复位电路 手动复位电路一般配合自动复位电路工作。通常的处 理器复位比较方便的设计是阻容复位，有时为配合设计， 增加了手动复位的功能。通常的设计是手动复位开关产生 的复位信号接在复位电路上，而不是直接接在处理器的复 位信号输入端上。复位开关通过复位电路产生信号的优点 是信号的波形比较好，并且复位电路可以去掉开关的抖动。
第3章 嵌入式硬件平台 机械开关的主要问题是图3-16所示的颤动。
图3-16 开关颤动
第3章 嵌入式硬件平台 扫描键盘阵列
第3章 嵌入式硬件平台
+5V X3 12 13 14 15 X2 8 9 10 11 X1 4 5 6 7 X0 0 1 2 3
Y0 Y1 Y2 Y3
第3章 嵌入式硬件平台 2．显示器
多个数字显示器
第3章 嵌入式硬件平台
通信设备
通用异步收发器 通用异步收发器(Universal Asynchronous Receiver and