嵌入式计算机系统
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 +
嵌入式系统的定义分类与特点
嵌入式系统的定义分类与特点嵌入式系统是一种特定功能的计算机系统，它主要用于控制、监测和操作各种电子设备和系统。
与通用计算机系统不同，嵌入式系统通常被嵌入到特定的机器或设备中，以完成特定的任务或功能。
嵌入式系统通常由硬件和软件组成，具有以下特点和分类。
一、特点1.实时性：嵌入式系统通常需要在严格的时间约束下完成任务，对于那些对时间要求敏感的应用来说，如空中交通控制、工业自动化等，实时性是嵌入式系统最重要的特点之一2.可靠性：嵌入式系统通常运行在不可控的环境中，如车辆、飞机等，因此可靠性是嵌入式系统的关键特点之一、嵌入式系统需要在各种不稳定的条件下长时间运行，并能适应各种异常情况。
3.低功耗：嵌入式系统通常使用电池或其他有限能源供电，因此低功耗是其重要特点之一、嵌入式系统需要优化硬件和软件设计，以最大程度地减少能耗，延长电池寿命。
4.小型化：嵌入式系统通常需要集成到较小的物理环境中，如智能手机、手表等。
因此，嵌入式系统需要小型化设计，以适应有限的空间和重量要求。
5.高性能：嵌入式系统通常需要处理大量的数据和复杂的计算任务，如高清视频处理、图像识别等。
因此，高性能是嵌入式系统的重要特点之一二、分类1.按应用领域划分：嵌入式系统可按其应用领域划分为工业控制系统、汽车电子系统、医疗设备系统、消费品电子等。
每个领域都有其特定的需求和要求，因此嵌入式系统的设计和实现方式也会有所不同。
2.按系统规模划分：嵌入式系统可按其系统规模划分为小型嵌入式系统和大型嵌入式系统。
小型嵌入式系统通常包括一些简单的功能和任务，如家用电器控制系统、智能手表等；大型嵌入式系统通常具有复杂的功能和任务，如军事导航系统、航空电子系统等。
3.按处理器架构划分：嵌入式系统可按其处理器架构划分为单片机嵌入式系统和微处理器嵌入式系统。
单片机嵌入式系统通常使用单片机作为核心处理器，功能简单，成本低，适用于一些简单的任务和应用；微处理器嵌入式系统通常使用微处理器作为核心处理器，功能复杂，成本较高，适用于一些复杂的任务和应用。
嵌入式系统与通用计算机系统的区别
7
3.系统组成
嵌入式系统是指以应用为中心，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。 • 嵌入式系统主要由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以
及用户应用软件等部分组成。 • 它具有“嵌入性”、“专用性”和“计算机系统”三个基本要素。
8
4. 技术要求和发展方向
• 通用计算机系统的技术要求是高速、海量的数 值计算，其技术发展方向是总线速度的无限提 升、存储容量的无限扩大；
• 嵌入式计算机系统的技术要求则是智能化控制， 技术发展方向是与对象系统密切相关的嵌入性 能、控制能力与控制的可靠性不断提高。
通用计算机与嵌入式系统的区别
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特征
智能化控制能力，
技术发展方向 总线速度的无限提升、存储容量的无限扩大
与对象系统密切相关的嵌入性能、控制能力与控制 的可靠性不断提高。
思考题：
10
1. 嵌入式系统可以作为独立的开发平台使用吗？ 2. PC可以用于搭建嵌入式计算机系统，但PC不能称为嵌入式计算机系统，对吗？ 3. 嵌入式系统的软件都包括哪些？ 4. 嵌入式系统的软件与硬件系统是相互独立的吗？
系统资源充足，有丰富的编译器、集成开发环境、 系统资源紧缺，没有编译器等相关开发工具
调试器等
开发平台和运行平台都是通用计算机
采用交叉编译方式，开发平台一般是通用计算机， 运行平台是嵌入式系统
应用程序可重新编程
一般不能重新编程开发
编程功能电脑，普遍进入社会
变为专用电脑，实现“普及计算”
高速、海量的数值计算
•嵌入式计算机系统即“看不见”的计算机， •一般只是运行平台，不能独立作为开发平台， 它们不能被用户编程， •有一些专用的I/O设备，对用户的接口是应用 专用的。
嵌入式系统的概念
嵌入式系统的概念嵌入式系统是一种特殊的计算机系统，它被设计用来执行特定任务。
在此系统中，硬件和软件被协同工作，以满足特定需求。
嵌入式系统被广泛应用于各个领域，如家电、汽车、航空航天、医疗等，它们的存在对我们的日常生活产生了重要影响。
一、嵌入式系统的定义嵌入式系统是由特定硬件和软件组成的计算机系统，它被设计用来控制、监测、处理和执行特定任务。
与通用计算机系统相比，嵌入式系统通常运行在资源受限、功耗低、体积小的环境中。
嵌入式系统通常以微控制器或专用芯片为核心，通过嵌入式软件实现其功能。
二、嵌入式系统的特点1. 实时性：嵌入式系统需要能够在确定的时间内响应和完成任务。
实时性要求不同的嵌入式系统存在不同的级别，从而保证系统能够满足实际需求。
2. 硬件资源受限：嵌入式系统通常具有有限的硬件资源，如处理器速度、存储容量和外设接口等。
这使得嵌入式系统的设计需要在受限的资源条件下实现所需的功能。
3. 低功耗设计：由于嵌入式系统通常需要长时间运行，对电力消耗的要求较高。
因此，嵌入式系统的设计需要考虑功耗最优化，以延长系统的使用寿命和提高能源利用效率。
4. 实时控制：嵌入式系统经常用于对实时事件的控制和监测，如自动化生产线、交通信号灯和医疗设备等。
这些系统需要在实时环境下进行数据采集、处理和输出，以保证准确性和及时性。
三、嵌入式系统的应用领域1. 家电产品：智能家居和家电产品中广泛采用嵌入式系统，如智能电视、洗衣机、冰箱等。
嵌入式系统使得这些产品能够实现智能控制、远程监测和交互功能，提供更加便捷的生活体验。
2. 汽车领域：现代汽车中大量采用嵌入式系统，如车载导航、智能驾驶辅助系统和车联网等。
嵌入式系统在汽车领域的应用使得汽车具备了更高的安全性、舒适性和智能化。
3. 医疗设备：医疗设备中广泛应用嵌入式系统，如心电图仪、血糖仪和体温计等。
这些系统能够实时采集、处理和传输医疗数据，为医生提供准确的诊断依据和患者的健康监测。
嵌入式系统的原理和应用
嵌入式系统的原理和应用嵌入式系统是一种计算机系统，它通常是用于控制、监视、数据采集等特定目的的。
与个人计算机和服务器等通用计算机系统不同，嵌入式系统的硬件和软件被特别设计和优化，以适应其特定用途的要求。
本文将介绍嵌入式系统的工作原理和应用领域。
一、嵌入式系统的工作原理嵌入式系统通常由处理器、存储器、输入输出接口电路、外设模块等组成。
其核心是处理器，嵌入式系统所用的处理器性能越来越强大，从较老的8位、16位微控制器到现在的ARM Cortex-A 系列、RISC-V等高性能嵌入式处理器。
嵌入式系统可分为硬件和软件两个方面。
嵌入式硬件和通用计算机硬件类似，都由处理器、存储器、I/O模块等部件组成。
相比通用计算机硬件，嵌入式系统硬件的主要特征是小巧、低功耗，通常单板上能整合处理器、存储器、外设模块以及工业标准I/O接口。
嵌入式软件通常是裁剪优化过的，因为嵌入式系统的存储器容量有限，CPU速度也低于PC等通用计算机，所以软件需要更少的计算成本。
通常情况下，嵌入式软件是为相应硬件设计的，并通过编程语言(如C/C++)来进行编写。
嵌入式系统的软件基本上由一个实时操作系统（RTOS）和应用程序组成，RTOS通常是实时性高、稳定性好的嵌入式系统操作系统，常见的RTOS产品有uC/OS、FreeRTOS等。
嵌入式系统使用可升级的固件，这种固件是在嵌入式系统启动时加载到处理器的固定内存区域。
由于它是硬件的一部分，因此它对CPU运行的速度、可靠性和稳定性都有重要影响。
固件可以像软件一样升级，因此在需要升级时，制造商可以通过远程升级(OTA)来即时更新固件软件。
二、嵌入式系统的应用领域近年来，嵌入式系统在各种领域广泛应用，包括飞行器、工业控制、医疗设备、智能家居、汽车电子、IoT等等。
下面简单介绍一些典型的应用领域。
1. 工业自动化嵌入式系统在工业控制、机器人、智能制造等领域得到广泛应用，可以实现工厂资产管理、自动化生产线、产品检测和数据采集等功能。
嵌入式系统概述
嵌入式系统概述嵌入式系统是一种专门设计用于控制某个特定任务的计算机系统。
它通常以微处理器为核心，集成了软件和硬件组件，用于实时控制、监测和交互。
由于嵌入式系统直接嵌入在所控制的设备中，因此它们的体积小、功耗低，并且具有高度的可靠性和实时性。
本文将从嵌入式系统的定义、应用领域以及未来发展的趋势等几个方面对嵌入式系统进行概述和介绍。
1. 嵌入式系统的定义嵌入式系统是一种被嵌入在目标设备中的计算机系统，其目的是实现特定任务或控制设备的功能。
与传统计算机系统相比，嵌入式系统往往具有更小的体积、更低的功耗和更高的可靠性。
它们用于各种领域，包括消费电子、医疗设备、汽车、航空航天和工业控制等。
2. 嵌入式系统的应用领域嵌入式系统广泛应用于各个领域，以下是几个典型的应用领域：2.1 消费电子嵌入式系统在消费电子产品中发挥着重要作用，如智能手机、平板电脑和智能家居设备等。
这些设备需要处理复杂的任务，如多媒体播放、图形处理和无线通信等。
2.2 医疗设备医疗设备中的嵌入式系统用于监测和控制患者的生命体征，并协助医生进行诊断和治疗。
这些设备对实时性和可靠性的要求非常高，如心电图仪、血压仪和呼吸机等。
2.3 汽车现代汽车中的嵌入式系统功不可没，它们控制着车辆的引擎、安全系统和娱乐系统等。
嵌入式系统在实时监测车辆性能、提升安全性能和提供导航服务等方面发挥着重要作用。
2.4 航空航天航空航天领域依赖于高度可靠的嵌入式系统来驱动和控制飞机、卫星和导弹等。
这些系统必须具有高度的安全性和实时性，以确保飞行器的稳定性和准确性。
2.5 工业控制工业控制中的嵌入式系统用于监控和控制生产过程。
它们可以实现自动化的生产线，并提高效率和质量。
嵌入式系统在工业领域中的应用非常广泛，如机器人、传感器和自动化仪表等。
3. 嵌入式系统的未来发展趋势随着科技的不断发展，嵌入式系统也在不断演进和改进。
以下是嵌入式系统未来的发展趋势：3.1 物联网物联网是未来嵌入式系统的一个重要方向。
嵌入式系统的优点和缺点
嵌入式系统的优点和缺点嵌入式系统的概述嵌入式系统是指集成了特定功能的计算机系统，通常被嵌入到其他设备中，并与其他系统相互交互。
嵌入式系统采用了专用的硬件和软件，通常设计用来执行特定的任务，如控制操作、传感和测量、媒体播放等。
这些系统广泛应用于工业自动化、交通运输、医疗设备、家庭电器等领域，成为现代社会不可或缺的一部分。
然而，嵌入式系统也存在一些缺点。
嵌入式系统的优点1. 低成本嵌入式系统通常采用优化的硬件和软件设计，以达到高效能和低成本的目的。
由于专门的硬件设备和精简的软件编程，嵌入式系统可以更加精确地控制和管理特定任务，从而实现高效而优质的性能。
此外，由于嵌入式系统通常集成在其他设备中，可以减少硬件成本和占用空间，使生产商能够更加轻松地将成本控制在成本范围内。
2. 可靠性高嵌入式系统通常需要长时间的运行，因此对可靠性和质量的要求很高。
专门的硬件和软件设计使得嵌入式系统可以抵抗各种环境干扰和故障，以减少系统崩溃和操作失误的风险。
此外，嵌入式系统的优化设计使得它们更加稳定，减少软硬件崩溃的几率，从而使运维成本更低。
3. 优质的性能表现嵌入式系统通常调整为某种特定任务，因此它们可以对制造商的性能要求进行完全的优化。
这些系统可以使用定制化的软件和驱动程序，以最大限度地利用硬件的性能潜力。
由于简单的软件设计和紧凑的硬件设计，嵌入式系统通常比PC和服务器等大型计算机系统具有更高的性能和能源效率。
嵌入式系统的缺点1. 不可扩展性由于嵌入式系统采用了专用的硬件和软件设计，因此它们通常不能容易地进行扩展或升级。
这意味着一旦设计和生产完成，就很难更改和升级系统中的组件和软件。
这可以导致短期内甚至长期内的问题。
2. 硬件配置限制在最初的硬件和软件设计中，嵌入式系统就被配置为执行特定的任务。
如果生产商需要更改系统的目的或加入新的功能，就会面临硬件配置限制的问题，因为嵌入式系统可能无法处理新的需求。
这意味着系统必须重新设计，并重新实施和生产，这将增加成本。
嵌入式系统教学：嵌入式系统及应用PPT课件
仿真器
用于模拟嵌入式系统的运行环境，便 于开发者在真实硬件之前进行调试和 测试。
调试器
用于在嵌入式系统运行过程中进行实 时调试，帮助开发者定位和解决问题。
交叉编译器
将应用程序代码编译为目标硬件平台 上的可执行文件，实现跨平台开发。
03 嵌入式系统的应用
智能家居
智能家居是嵌入式系统的重要应用领域之一，通过嵌入式系 统可以实现家庭设备的智能化控制和管理，提高生活便利性 和舒适度。
、医学影像设备等。
汽车电子
嵌入式系统用于汽车电 子控制系统，如发动机
控制、车身控制等。
嵌入式系统的发展历程
01
02
03
起源
嵌入式系统的概念起源于 20世纪70年代，主要用于 工业控制领域。
发展
随着微处理器技术的发展， 嵌入式系统逐渐普及，应 用领域不断扩大。
趋势
未来嵌入式系统将朝着智 能化、网络化、低功耗等 方向发展。
RTOS技术具有可移植性和可裁 剪性，可以根据实际需求进行 定制化开发，提高系统的可靠 性和性能。
06 嵌入式系统发展趋势与挑 战
物联网时代的嵌入式系统
嵌入式系统在物联网中的应用
嵌入式系统作为物联网的重要组成部分，广泛应用于智能家居、智能交通、智能制造等领域，实现设备间的互联 互通和智能化控制。
提高实际操作能力。
项目实践
组织学生进行嵌入式系统的项目 实践，将理论知识应用于实际项 目中，提高学生的综合应用能力。
注重培养学生的实际动手能力
提供实验设备和实验环境
学校应提供先进的实验设备和实验环境，满足学生进行实验和实 践的需求。
加强实验课程建设
增加实验课程的比重，设计更多具有挑战性和实用性的实验项目， 引导学生主动实践。
嵌入式系统的例子(一)
嵌入式系统的例子(一)嵌入式系统什么是嵌入式系统嵌入式系统（Embedded System）是集成了计算机硬件和软件，专门用来控制特定功能的计算机系统。
它通常被嵌入到一些特定的物理设备或系统中，不像常见的通用计算机系统那样具备多样化的功能。
嵌入式系统在现代科技中起着重要的作用，应用广泛，包括但不限于：- 汽车 - 手机 - 家电 - 医疗设备 - 无人机 - 工业控制设备等。
嵌入式系统的重要性嵌入式系统之所以如此重要，主要有以下几个原因：1. 特定功能由于嵌入式系统被设计用来控制特定功能，它们可以通过集成硬件和软件满足特定需求。
例如，汽车中的嵌入式系统可以控制车辆的引擎、导航系统和娱乐系统等。
这种特定功能使得嵌入式系统能够在各种复杂的设备中发挥作用。
2. 节省成本和空间相比于传统的计算机系统，嵌入式系统通常更简化、更紧凑。
它们通常集成在设备中的电路板上，不需要额外的外部连接。
这样可以节省空间，并减少设备的成本。
此外，嵌入式系统大多数时候不需要高速处理器和大容量存储器，这也降低了成本。
3. 实时性要求很多嵌入式系统需要实时响应，以满足特定应用的需求。
例如，在工业自动化中，嵌入式系统需要及时地接收和处理传感器数据，从而控制设备的运行。
这种实时性要求使得嵌入式系统能够在高压力、高并发的环境下稳定运行。
嵌入式系统的例子嵌入式系统有非常多的应用场景，下面列举几个常见的例子：1. 智能手机智能手机是目前最常见的嵌入式系统之一。
它们集成了处理器、操作系统、存储器、传感器和通信模块等组件，可以实现通话、上网、拍照和娱乐等功能。
智能手机的嵌入式系统需要满足性能稳定、省电和安全性等要求。
2. 家电现代家电产品如电视、空调、冰箱等，都配备了嵌入式系统。
这些嵌入式系统可以通过用户界面和传感器来实现智能控制和自动化。
例如，智能冰箱中的嵌入式系统可以监测食物的存储情况并提醒用户补货。
3. 无人机无人机也是一种广泛应用嵌入式系统的设备。
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
嵌入式系统的概念、特点、组成与应用场合
嵌入式系统的概念、特点、组成与应用场合一、嵌入式系统的概念嵌入式系统是一种以特定功能为目的，嵌入在具有其他功能的系统中的计算机系统。
它是由软件和硬件组成的，并提供特定的功能。
嵌入式系统通常具有较小的体积、较低的功耗、高可靠性和实时性。
二、嵌入式系统的特点1. 实时性：嵌入式系统能够在规定的时间内完成任务，具有高实时性要求。
2. 可靠性：嵌入式系统必须具有高可靠性，以保证系统在各种环境下运行正常。
3. 高效性：嵌入式系统的硬件和软件一般都是专门为实现特定功能而设计的，能够在有限的资源下实现高效率的工作。
4. 稳定性：嵌入式系统要求具有稳定的运行环境，不受外界干扰。
5. 硬件与软件结合：嵌入式系统由硬件和软件两部分组成，两者相互结合，形成一个整体。
三、嵌入式系统的组成1. 微处理器/微控制器：是嵌入式系统的核心，负责控制和处理系统的各种任务。
2. 存储器：包括闪存、RAM、ROM等，用于存储程序代码和数据。
3. 输入/输出设备：包括键盘、鼠标、显示器、打印机等，用于人机交互。
4. 通信接口：通信接口是嵌入式系统与其他设备通信的接口，包括串口、并口、USB、以太网等。
5. 电源系统：提供系统所需的电能，包括直流电源、充电电路、电池等。
四、嵌入式系统的应用场合1. 工业自动化：用于控制生产线和机器人等自动化设备。
2. 汽车电子：用于汽车电子控制单元（ECU）等系统中，包括发动机管理、车身控制、安全系统等。
3. 医疗设备：用于病人监护、诊断和治疗等方面。
4. 家庭电器：如电视、洗衣机、冰箱、电烤箱、热水器等。
5. 智能手机和平板电脑：用于智能手机和平板电脑中的各种功能，如拍照、视频、通话、应用程序等。
6. 空间探测器：用于测量和探测星球、行星等宇宙环境。
7. 军事设施：用于导弹控制、雷达目标跟踪、GPS等。
总之，嵌入式系统是一种以特定功能为目的，嵌入在具有其他功能的系统中的计算机系统。
它具有实时性、可靠性、高效性、稳定性等特点，由微处理器/微控制器、存储器、输入/输出设备、通信接口、电源系统等组成，广泛应用于工业自动化、汽车电子、医疗设备、家庭电器、智能手机和平板电脑、空间探测器、军事设施等领域。
嵌入式系统是什么
嵌入式系统是什么
嵌入式系统是一种专门设计用于特定应用的计算机系统，通常被集成到其他设备或系统中，以执行特定的功能。
与传统的通用计算机系统（如个人电脑）不同，嵌入式系统通常具有以下特点：
1.特定应用：嵌入式系统被设计用于满足特定的应用需求。
它们可以用于各种领域，如汽车、工业控制、医疗设备、家用电器、智能手机、物联网设备等。
2.有限资源：由于嵌入式系统通常具有较小的体积和功耗要
求，因此其硬件资源（如处理器、存储器、输入输出接口等）相对有限。
这使得在设计和开发嵌入式系统时需要更加注重资源的有效利用。
3.实时性要求：许多嵌入式系统需要在特定的时间约束下完
成任务，即实时性要求。
例如，汽车的防抱死制动系统需要在极短的时间内做出响应。
因此，实时性是嵌入式系统设计中的一个重要因素。
4.稳定性和可靠性：嵌入式系统通常被长期运行，对稳定性
和可靠性有较高的要求。
它们需要能够在恶劣的环境条件下正常工作，并且对错误和故障有良好的容错机制。
5.定制开发：由于嵌入式系统是为特定应用而设计的，因此
通常需要进行定制开发。
这包括硬件设计、嵌入式软件开发、驱动程序编写和系统集成等。
6.低功耗和节能性：许多嵌入式系统需要在有限的电力供应
下运行，并需要具备低功耗和节能的特性。
★嵌入式系统的设计和开发涉及到硬件和软件的各个方面，需要综合考虑应用需求、资源限制、实时性要求和可靠性等因素。
★它们在现代生活中扮演着重要角色，使得我们可以使用各种智能设备和系统来提高效率、便捷性和安全性。
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。
简述嵌入式系统常用的定义
嵌入式系统是一种专门设计用于执行特定功能和任务的计算机系统。
它通常被嵌入到其他设备或系统中，以控制、监测或操作设备的各个方面。
以下是对嵌入式系统常用定义的简述：
1.硬件定义：嵌入式系统是由硬件组成的计算机系统，包括处理器、存储器、输入/输出
接口和各种传感器等。
硬件通常是针对特定应用程序进行优化和定制。
2.实时性要求：嵌入式系统通常需要满足实时性要求，即在特定时间限制内完成任务响应。
它们必须能够及时地获取输入数据、处理并产生相应的输出结果。
3.特定应用领域：嵌入式系统被广泛应用于各个领域，如自动化控制、医疗设备、交通运
输、消费类电子产品等。
每个应用领域都有其特定的需求和挑战，因此嵌入式系统需要根据不同的应用场景进行定制。
4.能效和资源受限：嵌入式系统通常具有资源受限的特点，比如较小的存储空间、功耗限
制等。
设计和开发嵌入式系统需要在保证功能性的同时，考虑资源利用率和能效优化。
5.通信和互联：嵌入式系统通常需要与其他设备或系统进行通信和互联。
例如，它们可以
通过无线通信、以太网、总线协议等与外部设备交换数据。
总而言之，嵌入式系统是一种专门设计用于执行特定任务的计算机系统，具有实时性要求、应用领域特定、资源受限和通信互联等特点。
这些系统广泛应用于各个领域，为许多现代技术和设备的自动化和智能化提供关键支持。
嵌入式计算机简介
嵌入式计算机简介嵌入式计算机是一种特殊类型的计算机系统，它被集成在各种机器和装置中，用于控制和管理它们的运行。
与一般的计算机不同，嵌入式计算机系统是针对特定应用需求设计的，它们通常具有小巧、高效、可靠、低能耗、低成本和易于集成的特点。
嵌入式计算机在现代智能化的生产和生活中扮演着重要的角色，应用领域十分广泛，包括电子、汽车、通信和网络设备、医疗器械、家庭电器等。
嵌入式计算机系统通常由三个基本部分组成：处理器、存储器和输入输出接口。
处理器是嵌入式计算机的核心，它能够执行特定的指令集，控制系统运行和数据处理。
存储器用于存储程序和数据，通常分为只读存储器（ROM）和随机存储器（RAM）。
输入输出接口提供与外部设备的通信，包括传感器、执行器、显示屏、键盘等。
随着技术的不断发展，嵌入式计算机系统的硬件平台和软件开发工具也在不断更新和升级。
现在的嵌入式计算机系统可以使用各种处理器架构，包括ARM、X86、PowerPC、MIPS等，同时还可以选择不同的操作系统，如Linux、Windows CE、VxWorks等。
开发过程中可以使用基于C/C++的高级语言，或者使用专业的嵌入式编程语言和工具，例如汇编语言、嵌入式C语言、IAR Embedded Workbench等。
嵌入式计算机系统在现代工业、军事、医疗等领域扮演着重要的角色。
在工业自动化领域，嵌入式计算机系统广泛应用于自动化生产线、机器人、物联网设备和智能传感器等。
在航空、航天和军事领域，嵌入式计算机系统可以用于导航、飞行控制、通讯和武器系统等。
在医疗领域，嵌入式计算机技术可以用于生命体征监测、医学图像处理和诊疗设备控制等。
总之，嵌入式计算机是一种十分重要的技术，其应用范围广泛，对现代工业、医疗、军事、交通等行业的发展和进步起到了积极的推动作用。
随着技术的不断发展和应用领域的不断拓展，嵌入式计算机系统的发展也将逐步走向更加高效、可靠、智能、灵活的方向。
嵌入式系统的定义及特点
嵌入式系统的定义及特点定义：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。
特点：（1）嵌入式系统是面向特定应用的。
嵌入式系统中的CPU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。
（2）嵌入式系统涉及先进的计算机技术、半导体技术、电子技术、通信和软件等各个行业。
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。
（3）嵌入式系统的硬件和软件都必须具备高度可定制性。
（4）嵌入式系统的生命周期相当长。
嵌入式系统和具体应用有机地结合在一起，其升级换代也是和具体产品同步进行的。
（5）嵌入式系统本身并不具备在其上进行进一步开发的能力。
在设计完成以后，用户如果需要修改其中的程序功能，必须借助于一套专门的开发工具和环境。
（6）为了提高执行速度和系统可靠性，嵌入式系统中的软件一般都固化在存储器芯片或单片机中，而不是存贮于磁盘等载体中。
3．与通用计算机相比，嵌入式系统有哪些特点？答：与通用计算机相比，嵌入式系统有以下特点：（1）嵌入式系统通常是面向特定应用的；（2）嵌入式系统的硬件和软件必须高效率地设计，做到量体裁衣、去除冗余；（3）有实时操作系统的支持；（4）嵌入式系统具有较长的生命周期；（5）嵌入式系统中的软件一般都固化在存储器芯片或单片机本身中，而不是存储在磁盘等载体中；（6）具有专门的开发工具支持。
操作系统在嵌入式系统中所起的作用EOS负责嵌入系统的全部软、硬件资源的分配、调度作，控制、协调并发活动；它必须体现其所在系统的特征，能够通过装卸某些模块来达到系统所要求的功能。
嵌入式操作系统在系统实时高效性、硬件的相关依赖性、软件固化以及应用的专用性等方面具有较为突出的特点。
嵌入式系统是以应用为中心，整合了计算机软件、硬件技术，通信技术和微电子技术，嵌入式操作系统（嵌入式linux学习）的功能嵌入式操作系统除具备了一般操作系统（嵌入式linux系统）最基本的功能，如任务调度、同步机制、中断处理、文件处理等外，还有以下两个方面的功能：1.构成一个易于编程的虚拟机平台嵌入式操作系统构成一个虚拟机平台，EOS把底层的硬件细节封装起来，为运行在它上面的软件(如中间件软件和各种应用软件)提供了一个抽象的编程接口。
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。
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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
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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。
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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。
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。
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