嵌入式系统-第1章嵌入式系统概论-2012
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 +
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。
嵌入式系统基础-复习提纲
嵌入式系统基础复习题第1章嵌入式系统概论1、什么是嵌入式系统？嵌入到对象体系中的专用计算机应用系统。
2、嵌入式系统的3个基本特点？嵌入性、专用性、计算机3、什么是嵌入式处理器，嵌入式处理器可以分为几大类？嵌入式处理器是为了完成特殊的应用而设计的特殊目的的处理器。
分为嵌入式微处理器、嵌入式微控制器、嵌入式DSP处理器、嵌入式片上系统（SOC）。
4、什么是嵌入式操作系统和？有何特点？列出常见的几种嵌入式操作系统及特点。
5、试比较说明JA TG工具和ISP工具的异同点？6、从硬件系统来看，嵌入式系统由哪几部分组成？画出简图。
第2章ARM7体系结构1、什么是RISC指令系统？什么是CISC指令系统？RISC是精简指令集计算机的缩写。
CISC是复杂指令集计算机的缩写。
2、ARM与ARM公司有什么区别？举出2个以上的ARM公司当前应用比较多的ARM处理器核？ARM7系列、ARM9系列、ARM10系列、ARM11系列、intel的Xscale系列和MPCore系列。
3、ARM7TDMI中的T、D、S、I分别表示什么含义？T：支持高密度16位的Thumb指令集D：支持片上调试S：ARM7TDMI 的可综合（synthesizable）版本（软核）I：支持EmbededICE观察硬件M：支持64位乘法4、ARM7TDMI处理器采用什么样的体系结构，其可寻址地址空间多大？ARM处理器使用冯.诺依曼结构使用单个平面的232个8位字节地址空间。
地址空间可以看作是包含230个32位字，或231个16位半字。
5、ARM7TDMI与ARM9处理器采用几级流水线处理，使用何种存储器编址方式？ARM7TDMI处理器采用三级流水线。
ARM处理器将存储器看做是一个从0开始的线性递增的字节集合。
6、ARM处理器有几种模式和ARM处理器状态有什么区别？各种工作模式下分别有什么特点?R M处理器模式指用户模式、快中断模式、中断模式、管理模式、中止模式、未定义模式和系统模式。
第一章、嵌入式系统设计概论 ppt课件
在制造工业、过程控制、通讯、仪器、仪表、 汽车、船舶、航空、航天、军事装备、消费类 产品等方面均是嵌入式计算机的应用领域。
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12
经典应用
CISCO的路由器 华为、中兴的以太网交换机 恒基伟业的商务通PDA； 摩托罗拉的手机 美国宇航局的火星探测器 Sony的机器狗AIBO
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后PC技术的时代
小到mp3，PDA等微型数字化产品，大到 网络家电，智能家电，车载电子设备 嵌入式系统是这个后PC时代的擎天之柱 1999年世界电子产品产值已超过12000亿 美元，2000年达到13000亿美元，预计 2005年，销售额将达18000亿美元。
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普适计算是指使用小型计算设备、在位置 不断移动的过程中或在地理位置分布很广 的范围内，在不稳定的通信条件下实现联 机事务处理和企业核心数据访问。 普适计算是指无所不在的、随时随地可以 进行计算的一种方式； 主要针对移动设备； 普适计算设备可以一直或间断地连接着网 络
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普适计算和无线互联及网络计算比较
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历史
电脑用于控制设备或嵌入系统的历史几乎 电脑自身的历史一样长 计算机控制系统 单片机掀起电子化浪潮 微处理器高速发展推动了嵌入式系统
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嵌入式系统的演变
8031/8051单片机系统，自行编写程序； 68360/386EX控制系统，自己编写简单的 操作系统； 32位嵌入式处理器＋pSoS嵌入式操作系 统＋tcp/ip协议栈； 各种SoC+嵌入式Linux/VxWorks+嵌入式 Web 设备server以及各种复杂网络协议栈 ＋GUI图形界面＋无线模块＝现代可移动 的网络智能设备
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 …
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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
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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。
第1章嵌入式系统概论
第1章 嵌入式系统概论
如何选择操作系统：
商用的如VxWorks，emBos等价格高，采用不易。 WinCE操作系统 由于WinCE开发都是大家熟悉的VC++环境，所以学过 Windows程序设计课程不会有多大难度，这也是WinCE容易 被人们接受的原因，开发环境方便快速，微软的强大技术支 持。 目前，嵌入式ARM+linux是一个发展很热的方向。
第1章 嵌入式系统概论
1.5嵌入式系统的开发模式
宿主机
目标机 串口线
网线
第1章 嵌入式系统概论
• 嵌入式系统的软件使用交叉开发平台进行开发。 – 系统软件和应用软件在主机开发平台上开发 – 系统软件和应用软件在嵌入式硬件平台上运 行。 • 宿主机（Host）是用来开发嵌入式软件的系统。 • 目标机（Target）是被开发的目的嵌入式系统。 • 交叉编译器（Cross-compiler）是进行交叉平台 开发的主要软件工具。它是运行在一种处理器体 系结构上，但是可以生成在另一种不同的处理器 体系结构上运行的目标代码的编译器。
第1章 嵌入式系统概论
1.6嵌入式系统的测试
• 测试目的:
– – – – 找到软硬件设计中的错误 减少风险 节约成本 提高性能
测试什么: • 功能调试(黑盒测试)
– 压力测试,边界测试,异常测试 – 错误测试,随机测试,性能测试������
• 覆盖测试(白盒测试)
– 语句测试,判定和分支测试,条件覆盖
第1章 嵌入式系统概论
第1章 嵌入式系统概论
第1章 嵌入式系统概论
第1章 嵌入式系统概论
(3) 支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集。
(4) 支持32位的高速AMBA总线接口。
嵌入式系统及应用——第1章 嵌入式系统概论
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。 为了合理地调度多任务、利用系统资 源、系统函数以及和专家库函数接口， 用 户 必 须 自 行 选 配 RTOS （ Real － Time Operating System ）开发平台，这样才 能保证程序执行的实时性、可靠性，并 减少开发时间，保障软件质量。
课程的主要内容
• 嵌入式系统导论（概念、分类、发展 历程、特点、应用领域、发展趋势） • 嵌入式硬件系统（基本组成，嵌入式 微处理器，外围电路等） • 嵌入式软件系统（分类、特点、体系 结构、运行流程、操作系统、开发方 法） • 嵌入式系统领域的一些新动态和成果
教材
嵌入式系统原理及应用开发技术 （第2版），桑楠等，高教出版社，
（２）专用性强
嵌入式系统的个性化很强，其中的软件系 统和硬件的结合非常紧密，一般要针对硬件进 行系统的移植。 即使在同一品牌、同一系列的产品中也需 要根据系统硬件的变化和增减不断进行修改。 同时针对不同的任务，往往需要对系统进 行较大更改，程序的编译下载要和系统相结合， 这种修改和通用软件的“升级”是完全不同的 概念。
• POSIX 1003.b定义 能够在限定响 应时间内提供所需水平服务的计算机 系统 • 一般性定义 一个实时系统是指计 算的正确性不仅取决于程序的逻辑正 确性，也取决于结果产生的时间：如 果系统的时间约束条件得不到满足， 将会发生系统出错。
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
2021
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·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
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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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·现实中的嵌入式系统
嵌入式系统第一章 嵌入式系统概述
• 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
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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
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第一章 嵌入式系Biblioteka 概论一些嵌入式系统应用案例
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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）
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• CAN、蓝牙、Zigbee、Modbus、LIN协议栈
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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》课程教学大纲
《嵌入式系统》课程教学大纲学分：3学时：64适用专业：电子信息、通信技术前导课程：电路分析基础、模拟电路、数字电路、高频电路、单片机原理、C语言后续课程：一、课程的性质和任务本课程围绕目前流行的32位ARM处理器和嵌入操作系统，讲述嵌入式系统的概念、软硬件组成、开发过程以及嵌入式应用程序和驱动程序的开发设计方法。
《嵌入式系统》是培养学生具有嵌入式系统的应用知识、嵌入式系统的初步分析能力和具有使用RTOS （实时操作系统）构成嵌入式系统的应用能力等方面的学科，是电子信息与计算机类或相关工科专业的一门专业课。
二、课程的教学基本要求本课程是一门综合性、实践性、应用性很强的专业课。
课程教学所要达到的目的是：使学生掌握嵌入式系统体系结构，嵌入式处理器结构（ARM架构为主），异常处理、系统控制过程、存储处理、ARM内部资源、各种I/O接口；嵌入式系统开发应用方法；实时多任务操作系统。
本课程将为学生今后从事嵌入式系统研究与开发打下坚实的基础。
三、教学内容和要求（一）理论教学内容和要求第一章：嵌入式系统的概况1、讲授内容：主要讲解嵌入式系统的定义、嵌入式系统的分类、嵌入式系统的组成及嵌入式系统的应用领域和发展趋势。
2、基本要求：使学生明确学习本课程的目的。
第二章：嵌入式系统的硬件基本知识1、讲授内容：1、ARM体系的硬件架构2、冯.诺依曼体系结构和哈佛体系结构3、RISC体系结构4、流水线技术2、基本要求：了解嵌入式系统的硬件基础。
第三章：嵌入式操作系统1、讲授内容：1、嵌入式操作系统的分类2、嵌入式操作系统的特点3、实时操作系统4、目前市场上流行的嵌入式操作系统2、基本要求：掌握嵌入式操作系统的分类和特点，明确实时操作系统的内核特点第四章：ARM架构的嵌入式微处理器1、讲授内容：目前基于ARM架构的嵌入式微处理器：I44B0，2410，LPC2000的架构及特点。
2、基本要求：要求掌握不同处理的的特点及使用场合。
第1章 嵌入式系统概述1
1.4.5 ARM10E处理器系列
ARM10E系列处理器采用了新的节能模式， 提供了64位的Load/Store体系，支持包括向量 操作的满足IEEE 754的浮点运算协处理器，系 统集成更加方便，拥有完整的硬件和软件开发 工具。ARM10E系列包括ARM1020E、ARM1022E 和ARM1026EJ-S三种类型。
1．嵌入式系统硬件平台
嵌入式系统硬件平台是整个嵌入式操作系 统和应用程序运行的硬件平台，不同的应用通 常有不同的硬件环境。在嵌入式系统中硬件平 台具有多样性的特点。
（1）嵌入式RISC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 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
Cortex-M3改进了代码密度，减少了中断 延时并有更低的功耗。Cortex-M3中实现了最 新的Thumb-2指令集。MPCore提供了Cache的 一致性，每个支持1～4个ARM11核，这种设计 为现代消费类产品对性能和功耗的需求进行了 很好的平衡。
1.4.10 各种处理器系列之间的比较
表1-3 ARM系列处理器属性比较
ARM9/9E系列
向量浮点运算（Vector Floating Point）系列
ARM系列
ARM10E系列
包含类型
ARM1020E ARM1022E ARM1026EJ-S
ARM11系列
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
第1章 概述 《嵌入式系统》课件
——
4
可编程逻辑器件（CPLD/FPGA）
第三节 嵌入式操作系统
——
嵌
入 式
目前，计算机上常见操作系统有
系 统
DOS、OS/2、UNIX、XENIX、
Linux、Windows、Netware。
第 一
常见的嵌入式操作系统有：
章
1.Windows CE
概 述
2.VxWorks
3.μrC/OS
4.QNX
式
系
组成
特点
架构
统
第 一 章 概 述
1.运算器 2.控制器 3.寄存器
1.实时性 2.多任务性 3.可扩展性 4.安全可靠 5.低功耗 6.高集成
1.冯·诺依 曼结构
2.哈佛结构
第二节 嵌入式微处理器
嵌入式微处理器的分类
嵌
入
式
系 统
1
嵌入式微控制器
第 一
2
嵌入式微处理器
章
概
述
3
数字信号处理器（DSP)
5.嵌入式Linux
第四节 嵌入式系统的应用
——
嵌 入
1.工业控制
式 系
2.交通管理
统
3.信息家电
4.家庭智能管理
第
一
5. POS网络和电子商务
章 概
6.环境工程
述
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嵌入式系统 应用领域
嵌入式系统
第一章 概述
目录
嵌
入 式
1
嵌入式系统简介
系
统
第
2
嵌入式微处理器
一
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技术上两条出路
发展到多核 发展到SOC（系统芯片，system on chip）
集成外围电路到处理器中
产业上的出路
PC市场有没有出路，来源于对多核计算机的需求 将成熟的32位计算机技术融合（嵌入）到非PC产品中 使用计算机网络技术取代通讯
10
计算机系统的创新：多核
信息家电
汽车电子
智能仪器仪表 通讯设备 其他
14
嵌入式系统：PDA
个人信息助理 掌上电脑
Nokia 6110 四频 HSDPA / GPS 导航器
iPad2
SONY GPS导航器
Map-Star的GPS定位设备
PDA 手机 + GPS 导航＝ Dopod U1000，且支持SkyPE
Nike的Speed+手表
韩国防性罪犯的电子手镯
爱国者视频MP4手表
21
嵌入式系统：运动玩具游戏
GTX公司定位的运动跑鞋
内置的GPS接收器和可充电电池
遥控蜻蜓 次世代三大主流
三款主机Xbox 360，WII，PS3
GameCube
Wii, 手柄, 手套, 枪
网络微波炉、网络电饭煲、网络空调等家电
24
嵌入式系统：智能家居
智能家具 智能家电
智能型垃 圾桶 i.Master
DangerBomb 闹钟 不起床就爆炸啰
Roto-Rooter公司马桶 高科技的捕鼠器 组合笔记本/ipod/冰 浙江大学显示营 遮断红外线光束掉下笼子 箱/Xbox360/健身 养智能果汁机
3路本地输出。
多媒体能力提升 AVX指令 Cilk、TBB、OpenMP、OpenCL、IPP、MKL、OpenCV 支持D11、OpenGL，提供图形性能分析器测试图形计算能力、CPU与 GPU的运行时功耗
软件
嵌入式系统：手机
普通手机 智能手机
与PDA结合 gphone
嵌入式实验
6
参考文献（4）
ESWEEK
EMSOFT: International Conference on Embedded Software CASES: International Conference on Compilers Architectures and Synthesis for Embedded Systems CODES+ISSS: International Conference on Hardware-Software Codesign and System Synthesis IEEE Real-Time Systems Symposium IEEE Real-Time and Embedded Technology and Applications Symposium Design Automation Conference ACM SIGPLAN/SIGBED 2009 Conference on Languages, Compilers, and Tools for Embedded Systems
实际难点多
机会与挑战并存
11
计算机系统的创新：桌面计算机
平板计算机 个人电脑
Viewsonic无 线遥控平板
ModBook 平板电脑 Toshiba平板电脑
「双屏幕」笔记本电脑
人人电脑计划(OLPC)
ClickStart My First Computer
12
计算机系统的创新： UMPC
XtremeMac开发的iPod音箱 Archos带 Wifi的704
IPEVO支持Skype电话
Sony家用影音综合设备
19
嵌入式系统：办公用品
录音笔 FLY数字笔
能“看懂”在专用纸上所写的内容 能“阅读”写作和纠正语法错误 完成简单的算术运算 将英文互相翻译成西班牙文等 存储100页便笺 2000LPI分辨率 32MB板载内存 可通过USB连接电脑 笔迹识别软件 使用可卷电子纸的电子书阅读器
4
嵌入式系统
参考文献(2)
嵌入式软件
嵌入式系统软件教程 原书名：AN EMBEDDED SOFTWARE PRIMER，ADDISON WESLEY/PEARSON， DAVID E.SIMON，译者：陈向群，机械工业出版社， 2005年9月 嵌入式软件基础：C语言与汇编的融合（影印版） FUNDAMENTALS OF EMBEDDED SOFTWARE: WHERE C AND ASSEMBLY MEET，PRENTICE HALL， DANIEL W. LEWIS，高等教育出版社，2004年8月 构建嵌入式LINUX系统 原书名：BUILDING EMBEDDED LINUX SYSTEMS，O‘REILLY， KARIM YAGHMOUR，译者：O’REILLY TAIWAN公司，中国电力出版社，2004年12月 嵌入式实时操作系统ΜC/OS-II（第2版） 原书名：MICROC/OS-II THE REAL-TIME KERNEL,SECOND EDITIO，CMP， JEAN BROSSE，译者：邵贝贝，北京航空航天大学出版社，2003年5月 嵌入式软件与HOPEN系统 钟锡昌 张倪，北京航空航天大学出版社，2004年6月 嵌入式实时操作系统VxWorks及其开发环境Tornado 孔祥营等，中国电力出版社，2002
2006年突然推出双核，年底到四核 2006年Q4英特尔内部已有16核处理器 2007年2月英特尔展示了80核计算机 2008年10月，英特尔展示32硬核128逻辑核的larlabee 此后，多核成为硬件的主流 市场对多核的反应
技术准备不足
多处理器技术长期以来针对服务区 并行计算技术针对科学计算 应用软件，事务处理如何使用多核？ 系统软件对多核的支持不足 软件开发对多核支持不足
2
考核
论文要求
课程内容
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章
嵌入式系统概论 嵌入式处理器 嵌入式外设 嵌入式操作系统 嵌入式系统节能计算 片上系统SOC 嵌入式系统与多核 嵌入式系统与物联网
3
参考文献(1)
嵌入式系统理论与技术
胡威 计算机学院 2012年 huwei@
基本信息
联系方式
Email: huwei@ 办公室：教三521 QQ：14393908 考勤+分组讨论+论文 4000字以上，标题小三号字体，加黑 一级标题四号字体加黑 二级及以下标题小四号字体，加黑 正文小四号字体 参考文献：≥15篇，英文文献不少于5篇 写清楚班级，学号，姓名，email，联系电话 电子文件以doc形式发送到信箱，纸版统一交
Sony
Ultra-Mobile PC 小巧的体积可以使UMPC轻 松放到书包里面，随身携带 UMPC外形设计新潮，集成 各种附加功能，一般有网络、 GPS、键盘或屏幕手写等模 块。 netbook UMPC
HTC Athena
13
嵌入式系统
移动终端
UMPC，PDA，手机，移动电子书以及电子词典 智能冰箱、洗衣机、智能空调、数字电视、微波炉、无线家庭网关、 数码相机与数码摄像机、游戏机 车载、车控
配备电子食谱 的锅铲coo.boo
25
智能割草机
Genius数字便笺
Polymer Vision手机书
20
嵌入式系统：手表
Martin Frey手表
日程表 和手机联动 获取网络连接和GPS定位信息 1英寸的显示屏 USB接口 可播放音乐 支持蓝牙 结合 iPod 和运动计测 可追踪罪犯的定位和坐标
手表手机：M300
7
RTSS, RTAS Nhomakorabea
DAC
LCTES
嵌入式系统 什么是嵌入式计算机
——从产品的角度看嵌入式
背景：计算机系统的三大应用领域
服务器
以往计算机分类：
目标：
可用性 可扩展性 有效带宽
大型计算机、中型机、小型机和 微计算机 超级计算机，大型计算机、工作 站、微计算机、亚微计算机
目前计算机分类：
利润最大的市场 包括大型机、超级计算机等 办公等用途 最广阔的市场 包括台式机，笔记本 非计算机形态 潜力最大的市场
桌面
嵌入式
亚微计算机(嵌入式计算机) 是以嵌入 式系统的形式隐藏在各种装置、 产品和系统中
9
动力
计算机硬件发展危机
VLSI发展到ULSI 主频瓶颈 3.8G 提高片内核的数量
嵌入式操作系统
5
参考文献(3)
嵌入式软件开发环境
WINDOWS CE嵌入式系统 何宗键，北京航空航天大学出版社，2006年9月 深入Brew游戏开发 卜佳俊，张海翔，陈天洲，清华大学出版社，2004 嵌入式intel架构微机原理实验教程 陈章龙，陈天洲等，北京航空航天大学出版社，2006年8月 嵌入式系统开发原理与实践 陈文智，清华大学出版社2005年8月