第01讲-嵌入式系统的基本概念与组成

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第1章嵌入式系统基础知识概要

地址
数据（十六进制）数据（二进制）
01100111 01000101 （a）小端存储法 0x6000 0x6001 0x23 01100111 0x45 01000101
0x6002
0x67 00100011
0x6003
0x89 00000001
（b）大端存储法图1.2.2 大端和小端存储法示例
1.2 嵌入式微处理器体系结构

1.2.1 冯· 诺依曼结构与哈佛结构 1．冯· 诺依曼（Von Neumann）结构目前使用冯．诺依曼结构的CPU和微控制器品种有很多，例如Intel公司的8086系列及其他CPU，ARM公司的ARM7、MIPS公司的MIPS处理器等。 2．哈佛（Harvard）结构目前使用哈佛结构的CPU和微控制器品种有很多，除 DSP处理器外，还有摩托罗拉公司的MC68系列、Zilog 公司的Z8系列、ATMEL公司的AVR系列和ARM公司的 ARM9、ARM10和ARM11等。 1.2.2 精简指令集计算机
3．RTOS调度 RTOS中调度的目的则是要尽可能地保证每个任务满足它们的时间约束，及时对外部请求做出响应。实时调度技术常用的有以下两种。（1）抢占式调度和非抢占式调度抢占式调度通常是优先级驱动的调度。（2）静态表驱动策略和优先级驱动策略静态表驱动策略是一种离线调度策略，指在系统运行前根据各任务的时间约束及关联关系，采用某种搜索策略生成一张运行时刻表。在系统运行时，调度器只需根据这张时刻表启动相应的任务即可。

4．RTOS分类 RTOS主要分为强实时（Hard Real-Time）系统和弱实时（Soft Real-Time）系统两类。强实时系统应用在航空航天、军事、核工业等领域中，弱实时系统如视频点播系统、信息采集与检索系统等。 5．实时任务分类实时任务的分类方法有多种，根据任务的周期划分，可以分为周期任务、偶发任务和非周期任务3类。根据是否允许任务超时，以及超时后对系统造成的影响，任务又分为强实时任务、准实时任务、弱实时任务和弱一强实时任务4类。 6．RTOS操作系统和内核 RTOS从单用途专用系统向多用途通用操作系统（如实时Linux等）发展。RTOS从只支持强实时及其应用发展到既支持强实时也支持弱实时及其应用方面，如开放实时系统的服务质量（QoS）多媒体应用、复杂分布式实时系统等。

第一章嵌入式系统基本概念

SoC嵌入式系统微处理器所具有的其他优点 SoC嵌入式系统微处理器所具有的其他优点如下：如下： • 利用改变内部工作电压，降低芯片功耗。利用改变内部工作电压，降低芯片功耗。 • 减少芯片对外管脚数，简化制造过程。减少芯片对外管脚数，简化制造过程。 • 减少外围驱动接口单元及电路板之间的信号传递，可以加快微处理器数据处理的速度。传递，可以加快微处理器数据处理的速度。 • 内嵌的线路可以避免外部电路板在信号传递时所造成系统杂讯。时所造成系统杂讯。
嵌入式系统的几个重要特征
(1)系统内核小 (1)系统内核小
• 由于嵌入式系统一般是应用于小型电子装置的，由于嵌入式系统一般是应用于小型电子装置的，系统资源相对有限，系统资源相对有限，所以内核较之传统的操作系统要小得多。统要小得多。 • 比如ENEA公司的OSE分布式系统，内核只有5K，比如ENEA公司的OSE分布式系统，内核只有5K， ENEA公司的OSE分布式系统 5K Windows的内核则要大得多的内核则要大得多。而Windows的内核则要大得多。
§1.2
嵌入式操作系统介绍
嵌入式软件的核心: 嵌入式软件的核心:嵌入式实时多任务操作系统 system)。 (RTOS –real time operation system)。嵌入式操作系统：支持嵌入式系统的工作的操作系统。嵌入式操作系统：支持嵌入式系统的工作的操作系统。嵌入式系统一般具有实时特点，嵌入式系统一般具有实时特点，这里把嵌入式操作系统和实时操作系统不加区别对待。实时操作系统不加区别对待。实时操作系统的概念实时系统：实时系统：系统的正确运行要同时满足特定的逻辑和时间关系。间关系。实时操作系统RTOS（real time operation system)：实时操作系统（：是指能支持实时控制系统工作的操作系统。是指能支持实时控制系统工作的操作系统。

嵌入式系统基础了解嵌入式硬件与软件开发

嵌入式系统基础了解嵌入式硬件与软件开发嵌入式系统是一种特殊的计算机系统，它被嵌入到了各种设备中，如家用电器、汽车、医疗设备等。

嵌入式系统既包括硬件部分也包括软件部分，是一门综合性的学科。

本文将介绍嵌入式系统的基础知识，包括嵌入式硬件和软件开发。

一、嵌入式硬件嵌入式硬件是嵌入式系统中的物理部分，它包括处理器、内存、输入输出设备、外围接口等。

下面将逐一介绍这些硬件组成部分。

1. 处理器：嵌入式系统中的处理器通常是一款低功耗、高性能的芯片，如ARM架构的处理器等。

处理器是嵌入式系统的核心，负责执行指令和控制其他硬件设备的工作。

2. 内存：嵌入式系统的内存通常包括RAM和ROM两种。

RAM是用来存储程序和数据的临时存储器，而ROM则是用来存储固化的程序和数据的只读存储器。

3. 输入输出设备：嵌入式系统的输入输出设备可以是触摸屏、键盘、麦克风、摄像头等。

这些设备可以让用户与嵌入式系统进行交互，并获取用户输入的信息。

4. 外围接口：嵌入式系统通过外围接口与外部设备进行通信，如串口、SPI接口、I2C接口等。

外围接口可以连接传感器、执行器等外部设备，实现各种功能。

二、嵌入式软件开发嵌入式软件开发是指在嵌入式硬件上运行的程序的开发过程。

嵌入式软件通常是实时系统，要求对响应时间有很高的要求。

下面将介绍嵌入式软件开发的基本流程以及常用的开发工具。

1. 基本流程：嵌入式软件开发的基本流程包括需求分析、系统设计、编码、调试和测试等步骤。

需求分析是确定系统功能和性能要求的过程，系统设计是根据需求设计软件架构和模块划分，编码是将设计的模块实现成具体的代码，调试和测试是验证软件的正确性和性能是否满足要求。

2. 开发工具：常用的嵌入式软件开发工具有编译器、调试器和仿真器等。

编译器用来编译源代码生成可执行文件，调试器用来调试程序的运行过程，仿真器可以模拟出硬件环境，方便软件的开发和测试。

三、嵌入式系统的应用领域嵌入式系统广泛应用于各个领域，下面将介绍几个典型的应用领域。

1、嵌入式系统基本知识讲解

1.1.2 中间层
介于硬件层与系统软件层之间，将硬件的细节进行屏蔽，
便于操作系统调用，因此称为为中间层，也称硬件抽象层（ Hardware Abstract Layer,HAL）或板级支持包（Board Support Package）。具有硬件相关性和操作系统相关性特点。
操作系统
BSP
操作系统统一接口
嵌入式改变未来！
嵌入式系统基础知识
2021/4/14
1
嵌入式系统基础知识
1、嵌入式系统总体结构 2、嵌入式系统硬件基础 3、嵌入式系统设计方法
2021/4/14
2
嵌入式系统组成
驱动器 1 驱动器 2
...... 驱动器 N
机械装置被控对象
传感器 1 传感器 2
...... 传感器 N
应用层软件层中间层
（3）系统级初始化：这是一个以软件初始化为主的过程，主要是进行操作系统初始化及CPU控制权移交。
中间层2
硬件相关的设备驱动程序
➢ 与初始化过程相反，硬件相关的设备驱动程序的初始化和使用通常是一个从高层到底层的过程。
➢ BSP不直接使用设备驱动程序通常 ➢ 与操作系统中通用的设备驱动程序关联起来，在应用
1.1.1 硬件层
嵌入式系统硬件通常指除被控对象之外的嵌入式系统要完成其功能所具备的各种设备，由嵌入式处理器、存储器系统、通用设备接口（A/D、D/A、I/O等）和一些扩展外设组成。
嵌入式系统的硬件层是以嵌入式处理器为核心的
嵌入式系统外设是指为了实现系统功能而设计、提供的接口或设备
1.1 嵌入式系统的总体结构
1. 微处理器结构
典型的微处理器由控制单元、程序计数器（PC）、指令寄存器（IR）、数据通道、存储器等组成

嵌入式系统的定义及组成

嵌入式系统的定义及组成嵌入式系统的定义及组成1.嵌入式系统的定义(1)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、功耗严格要求的专用计算机系统。

(2)嵌入式系统发展的4个阶段：无操作系统阶段、简单操作系统阶段、实时操作系统阶段、面向Internet阶段。

(4)IP核模块有行为、结构和物理3级不同程度的设计，对应描述功能行为的'不同可以分为三类：软核、固核、硬核。

2、嵌入式系统的组成包含:硬件层、中间层、系统软件层和应用软件层(1)硬件层：嵌入式微处理器、存储器、通用设备接口和I/O接口。

嵌入式核心模块=微处理器+电源电路+时钟电路+存储器Cache：位于主存和嵌入式微处理器内核之间，存放的是最近一段时间微处理器使用最多的程序代码和数据。

它的主要目标是减小存储器给微处理器内核造成的存储器访问瓶颈，使处理速度更快。

(2)中间层(也称为硬件抽象层HAL或者板级支持包BSP).它将系统上层软件和底层硬件分离开来，使系统上层软件开发人员无需关系底层硬件的具体情况，根据BSP层提供的接口开发即可。

BSP有两个特点：硬件相关性和操作系统相关性。

设计一个完整的BSP需要完成两部分工作：A、嵌入式系统的硬件初始化和BSP功能。

片级初始化：纯硬件的初始化过程，把嵌入式微处理器从上电的默认状态逐步设置成系统所要求的工作状态。

板级初始化：包含软硬件两部分在内的初始化过程，为随后的系统初始化和应用程序建立硬件和软件的运行环境。

系统级初始化：以软件为主的初始化过程，进行操作系统的初始化。

B、设计硬件相关的设备驱动。

(3)系统软件层：由RTOS、文件系统、GUI、网络系统及通用组件模块组成。

RTOS是嵌入式应用软件的基础和开发平台。

(4)应用软件：由基于实时系统开发的应用程序组成。

第01章、嵌入式系统概述

功能可靠性成本体积功耗
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
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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。

嵌入式系统课程第1讲概述下

特别是设备驱动程序的开发。
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4）软件开发在内核层编程，需要了解OS ，EOS种类多，性能不同，但功能类似，掌握其中一种OS的用法，即可跟快使用其他OS。 5）其他
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.4 嵌入式系统的分类
嵌入式系统分类：嵌入式系统的硬件 ➢ 嵌入式微控制器（ MCU ） ➢ 嵌入式DSP微处理器（DSP） ➢ 嵌入式微处理器（ MPU） ➢ 嵌入式片上系统（SOC） ➢ 嵌入式可编程系统（SOPC）
嵌入式系统原理与应用
第一讲嵌入式系统概述
1
第1章嵌入式系统概述
1. 1 嵌入式系统概念 1.2 嵌入式系统的应用 1.3 嵌入式系统组成 1.4 嵌入式处理器 1.5 嵌入式系统操作系统 1.6 嵌入式系统开发
2
1.1 嵌入式系统概念
.1 嵌入式系统定义
IEEE（国际电气和电子工程师协会）的定义:
成本、体积、功耗等的严格要求
6
嵌入式计算机，则是非通用计算机形态的计算机应用，它是作为嵌入式系统的核心部件的形式隐藏在各种装置、设备、产品和系统中。
嵌入式计算机是计算机技术发展中的一种计算机存在的形式，是从计算机技术的发展中分离出来的。
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
典型嵌入式系统基本组成
应用程序操作系统
软件结构
汽车电子产品（18个嵌入式控制模块）——CAN总线网络
VOLVO S80汽车的CAN总线网络
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智能玩具与机器人
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基于RTLinux的仿人机器人
高 48 cm 重: 6 kg 灵活性：20 DOF 操作系统: RT-Linux 接口形式: USB 1.0 (12Mbps) 响应周期: 1ms 能源： DC24V x 6.2A (150W) 制造：富士通

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。

第1章-嵌入式系统概述PPT课件

1.嵌入式系统 2.嵌入式处理器 3.嵌入式操作系统
2021
1
·概述
经过几十年的发展，嵌入式系统已经在很大程度上改变了人们的生活、工作和娱乐方式，而且这些改变还在加速。嵌入式系统具有无数的种类，每种都具有自己独特的个性。例如，MP3、数码相机与打印机就有很大的不同。汽车中更是具有多个嵌入式系统，使汽车更轻快、更干净、更容易驾驶。
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·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。在应用中，将微处理器装配在专门设计的电路板上，只保留与嵌入式应用相关的母版功能，这样可以大幅减小系统的体积和功耗。虽然嵌入式微处理器在功能上与标准微处理器基本上是一样的，但为了满足嵌入式应用的特殊要求，在其工作温度、抗电磁干扰、可靠性等方面一般都做了各种增强。
个入门内核。
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嵌入式概论补充
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嵌入式系统的定义
嵌入式系统的定义：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、功耗的严格要求的专用计算机系统
2021
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嵌入式系统的定义
广义的嵌入式系统凡是带有微处理器的专用系统都可以
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基本概念—前后台系统
循环中调用相应的函数完成相应的操作，这部分可以看成后台行为，后台也可以叫做任务级。这种系统在处理的及时性上比实际可以做到的要差
中断服务程序处理异步事件，这部分可以看成前台行为，前台也叫中断级。时间相关性很强的关键操作一定是靠中断服务程序来保证的。
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2
·现实中的嵌入式系统

嵌入式系统第一章嵌入式系统概述

• TMS320系列处理器包括用于控制的 C2000系列，移动通信的C5000系列，以及性能更高的C6000和C8000系列。
• DSP56000目前已经发展成为DSP56000，DSP56100， DSP56200和DSP56300等几个不同系列的处理器。
• 另外PHILIPS公司近年也推出了基于可重置嵌入式DSP结构低成本、低功耗技术上制造的R. E. A. L DSP处理器，应用目标是大批量消费类产品。
• 第一章嵌入式系统概述
• 嵌入式处理器 ——嵌入式片上系统(SOC)
随着EDA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System On Chip(SOC)。
•各种通用处理器内核将作为SOC设计公司的标准库，和许多其它嵌入式系统外设一样，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。
CPU（中央处理单元）
输入设备
运算器
输出设备
控制器
存储器
CPU
单片机工作支撑模块
数据存储器
程序存储器
其他模块
内部总线
定时/计数器模块串行通讯接口 A/D转换模块 D/A转换模块通用I/O模块
第一章嵌入式系统概述
1.2嵌入式系统基本构成
• 硬件系统
• CPU • 存储器 • 模拟前向通路 • 模拟后向通路 • 数字输入 • 数字输出 • 人机界面 • 通信系统 • 电源系统
和工业控制计算机相比，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。如STD-BUS、PC104等。

第一章嵌入式系统概述讲述PPT课件

11/10/2020
© 东北大学信息学院物联网研究所115室
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第一章嵌入式系统概论
一些嵌入式系统应用案例
11/10/2020
© 东北大学信息学院物联网研究所115室
第一章嵌入式系Biblioteka 概论一些嵌入式系统应用案例
11/10/2020
© 东北大学信息学院物联网研究所115室
你买的最终产品包含了该系统，并不像一般通用软件或者计算机系统一样，你可以直接看到并购买它！
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第一章嵌入式系统概论
1.2 嵌入式系统的定义（续）
微机学会的定义
➢ 嵌入式系统是以嵌入式应用为目的的计算机系统，可
分为系统级、模块级、芯片级
➢ 系统级：各种类型的工控机
以标准总线互联（背板结构）的工控机：CPCI、 PCI-ISA、VME 、STD
➢ 模块级：各种类型的带CPU的模块嵌入式CPU模块：PC104模块、Biscuit板
英国电机工程师协会的定义
➢ Devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants（用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置）
11/10/2020
© 东北大学信息学院物联网研究所115室
• CAN、蓝牙、Zigbee、Modbus、LIN协议栈
11/10/2020
© 东北大学信息学院物联网研究所115室
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第一章嵌入式系统概论
1.3 嵌入式系统的体系结构（续）
应用层
➢ 与应用密切相关 ➢ 面向目标和用户 ➢ 完成特定的功能 ➢ 例如

嵌入式系统的定义、分类与特点

嵌入式系统的定义、分类与特点1.1.11．嵌入式系统的定义嵌入式系统的定义1：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，适应于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等方面有特殊要求的专用计算机系统。

嵌入式系统的定义2：嵌入到对象体系中的专用计算机系统。

嵌入性、专用性与计算机系统是嵌入式系统的三个基本要素。

对象系统是指嵌入式系统所嵌入的宿主系统。

嵌入式系统与通用计算机系统的本质区别在于系统的应用不同，嵌入式系统是将一个计算机系统嵌入到对象系统中。

这个对象可能是庞大的机器，也可能是小巧的手持设备，用户并不关心这个计算机系统的存在。

在理解嵌入式系统的定义时，不要与嵌入式设备相混淆。

嵌入式设备是指内部有嵌入式系统的产品、设备，例如，内含单片机的家用电器、仪器仪表、工控单元、机器人、手机、PDA 等。

2．嵌入式系统的分类按照上述嵌入式系统的定义，只要满足定义中三要素的计算机系统，都可称为嵌入式系统。

嵌入式系统按形态可分为设备级（工控机）、板级（单板、模块）、芯片级（MCU、SOC）。

有些人把嵌入式处理器当作嵌入式系统，但由于嵌入式系统是一个嵌入式计算机系统，因此，只有将嵌入式处理器构成一个计算机系统，并作为嵌入式应用时，这样的计算机系统才可称作嵌入式系统。

嵌入式系统与对象系统密切相关，其主要技术发展方向是满足嵌入式应用要求，不断扩展对象系统要求的外围电路（如ADC、DAC、PWM、日历时钟、电源监测、程序运行监测电路等），形成满足对象系统要求的应用系统。

因此，嵌入式系统作为一个专用计算机系统，要不断向计算机应用系统发展。

3．嵌入式系统的特点嵌入式计算机系统与通用计算机系统、数字产品相比具有以下特点：（1）嵌入式系统是面向特定应用的。

嵌入式系统中的CPU与通用CPU的最大不同就是前者大多数是专门为特定应用设计的，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，从而有利于整个系统设计趋于小型化。

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。

第一章嵌入式系统基础

硬件
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

第一章嵌入式系统概况.ppt

一般包括有：嵌入式处理器; 存储器; I/O系统和外设。
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嵌入式系统的硬件基本组成
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嵌入式系统组成原理架构
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2）嵌入式系统的软件系统
包括：操作系统、应用软件、驱动层软件与引导程序。
(1)操作系统功能简介操作系统层包含嵌入式内核、嵌入式TCP/IP网
络系统、嵌入式文件系统、嵌入式GUI系统和电源管理等部分。其中嵌入式内核是基础和必备的部分，其他部分要根据嵌入式系统的需要来确定。
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（3）精简系统内核、算法，设备实现小尺寸、微功耗和低成本
为满足这种特性，要求嵌入式产品设计者相应降低处理器的性能，限制内存容量和复用接口芯片。这就相应提高了对嵌入式软件设计技术要求。
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（4）提供精巧的多媒体人机界面
嵌入式设备之所以为亿万用户乐于接受，重要因素之一是它们与使用者之间的亲和利，自然的人机交互界面，如司机操纵高度自动化的汽车主要还是通过习惯的方向盘、脚踏板和操纵杆。人们与信息终端交互要求以GUI屏幕为中心的多媒体界面。手写文字输入、语音拨号上网、收发电子邮件以及彩色图形、图像已取得初步成效。目前一些先进的 PDA在显示屏幕上已实现汉字写入、短消息语音发布，但离掌式语言、同声翻译还有很大距离。
寸、微功耗和低成本；提供精巧的多媒体人机界面；
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（1）支持开发的工具和操作系统
软件系统开发工具和软件包采用实时多任务编程技术交叉开发工具技术简化应用程序设计保障软件质量缩短开发周期
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（2）联网成为必然趋势
为适应嵌入式分布处理结构和应用上网需求，要求配备标准的一种或多种网络通信接口。针对外部联网要求，嵌入设备必需配有通信接口,相应需要TCP/IP协议簇软件支持。由于家用电器相互关联 (如防盗报警、灯光能源控制、影视设备和信息终端交换信息)及实验现场仪器的协调工作等要求，新一代嵌入式设备还需具备IEEE1394、USB、CAN、 Bluetooth或IrDA通信接口，同时也需要提供相应的通信组网协议软件和物理层驱动软件。为了支持应用软件的特定编程模式，如Web或无线Web编程模式，还需要相应的浏览器，如HTML、WML等。

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嵌入式语音芯片
声控玩具仿真宠物车载通信手机
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基于小范围无线通信协议的产品
电话系统无线公文包各类数字电子设备
802.11
嵌入式系统及应用
典型的嵌入式系统组成
应用 OS 驱动层电源管理文件系统/GUI/API Linux、u/COS、Wince… BSP/driver/HAL 软件硬件
Flash SDRAM SRAM
GPIO USB LCD
处理器
MMU
CAN DMA 以太网
输入输出
看门狗复位电路
LCD/触摸屏/鼠标
嵌入式系统及应用
嵌入式系统硬件基本结构
嵌入式系统及应用
软件体系结构
嵌入式系统及应用
无磁传感器水表解决方案
嵌入式系统及应用
基于OMAP5912的智能手持设备方案
嵌入式系统工业是不可垄断的高度分散的工业

PC由WINTEL垄断嵌入式系统工业的基础是以应用为中心的 “芯片”设计和面向应用的软件产品开发。
嵌入式系统及应用
嵌入式系统分类
按表现形式及使用硬件种类：

系统中使用含程序或算法的处理器的嵌入式系统为芯片级嵌入系统中使用某个核心模块的嵌入式系统为模块级嵌入非实时系统（如PDA）软实时系统（消费类产品）硬实时系统（工业实时控制系统）
嵌入式系统及应用
Байду номын сангаас
OMAP5912内部功能框图
嵌入式系统及应用
OMAP5912嵌入式开发平台
嵌入式系统及应用
2410开发板
嵌入式系统及应用
未来的嵌入式产业
用户需求任何时间任何地点任何渠道任何内容
嵌入式系统及应用
3C技术消费类
技术需求
SoC
通信
计算机
RTOS
思考题
熟悉的嵌入式产品？未来的嵌入式产品？嵌入式系统的组成部分？列举几个生活中常见的嵌入式系统实例嵌入式系统的特点？
嵌入式系统及应用
嵌入式系统概述
嵌入式系统及应用
什么是嵌入式系统
小至电子体温计,大致飞机的自动导航系统
嵌入式系统及应用
定义
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。
嵌入式系统及应用
定义2
英国电机工程师学会的定义: “嵌入式系统为控制、监视或辅助设备、机器或甚至工厂操作的装置”
嵌入式系统及应用
按软件实时性需求分

嵌入式系统的应用范围
军事国防网络通信日常生活用品公共场所汽车
嵌入式系统及应用
嵌入式系统应用
嵌入式移动数据库
在未来的军事、航空、国土资源管理、移动医疗等领域嵌入式数据库系统将占据一定的主导作用
嵌入式系统及应用
智能家居网络
家居布线系统家庭电脑网络音视频系统智能照明系统家庭通讯系统空调暖通和水管理系统家庭安防系统家庭智能化集成系统家庭自动化控制系统

通常执行特定功能以微电脑和外围构成核心严格的时序和稳定性要求全自动操作循环
嵌入式系统及应用
嵌入式系统的特点
面向特定应用技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统硬件和软件都必须高效率地设计，量体裁衣、去除冗余嵌入式系统本身不具备自举开发能力
嵌入式系统及应用
嵌入式系统工业的特点和要求