第一章：嵌入式系统与嵌入式操作系统讲解
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。
嵌入式操作系统教程第一章
2.进程的挂起和恢复
由相应的进程挂起服务模块和恢复服务模块执行。
17
嵌 入 式 操 作 系 统 基 础
§1.5 存储管理
一、计算机存储的层次
第 一 章 操 作 系 统 的 基 本 概 念
可挥发性存储装置：系统掉电后，其所存储的信息会丢失殆 尽，属存储管理范畴。 非挥发性存储装置：可永保存其上存储的信息，属设备管 理范畴。
第 一 章 操 作 系 统 的 基 本 概 念
嵌 入 式 操 作 系 统 基 础
§1.7 文件管理
一、文件、文件结构和文件系统 1.文件的基本概念
信息的一种组织形式，是存放在外存储器中的一组相关 信息的集合，具有用于相互区别的名称。
第 一 章 操 作 系 统 的 基 本 概 念
2.文件的逻辑结构
字符流式文件：由字符序列组成，文件内的信息不再划分结 构。 记录式文件：具有特定结构，内部信息划分为多个记录，用 户必需以记录为单位来组织和使用信息。 连续结构文件：以记录存入的时间为。 有序结构文件：按某项值大小排序。
一 章 操 作 系 统 的 基 本 概 念
三、 操作系统的定义
操作系统是计算机系统中的一个大型的系统软件，它管 理和控制计算机系统中的全部软、硬件资源，合理地组织计 算机的工作流程，为用户应用程序的运行提供一个友好的界 面和良好的工作环境。 6
嵌 入 式 操 作 系 统 基 础
第 一 章 操 作 系 统 的 基 本 概 念
第 一 章 操 作 系 统 的 基 本 概 念
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西安电子科技大学嵌入式实时操作系统第1章PPT课件
第1章 嵌入式系统导论
在早期，由于嵌入式应用范围比较狭窄，大多用于工业 控制领域，人们还可以勉强将通用计算机通过改装、加固、 定制专业软件等方法，嵌入到大型系统中去实现嵌入式应用。 但随着经济、技术的高速发展，嵌入式应用越来越广泛，已 经深入到我们生活中的方方面面，小到彩电、空调、洗衣机、 手机，大到飞机、导弹、汽车等，嵌入式应用对计算机的功 能、体积、功耗、价格、重量、可靠性等方面的要求也越来 越苛刻，通过改造通用计算机的传统方法已远远不能胜任。 因此，嵌入式计算机不得不脱离通用计算机系统，走上独立 发展的道路。这就形成了现代计算机两大分支并行发展的时 期。
第1章 嵌入式系统导论
早在1614年，苏格兰人John Napier就发表论文公布他发 明了一种可以进行四则运算和方根运算的精巧装置。1848年， 英国数学家George Boole创立二进制代数学，为现代二进制 计算技术的发展铺平了道路。1937年，Bell试验室的George Stibitz展示了用继电器表示二进制的装置，尽管它是个展品， 但却是世界上的第一台二进制电子计算机。1946年2月15日， 名为ENIAC的计算机在美国诞生了，这是第一台现代意义 上的数字计算机，它的诞生具有划时代的意义，表明了现代 数字计算机时代的到来。在随后的近三十年里，计算机一直 为少数精英所掌握，主要用于实验室里的数值求解。
第一章：嵌入式系统与嵌入式操作系统讲解
开发平台是通用计算机
二次开发性 应用程序
一般不能再做编程开发
固定 应用软件与操作系统整合一体
在系统中运行
应用程序可重新编制 多种多样，与操作系统相互独立
嵌入式软件系统
嵌入式软件是计算机软件的一种 安装运行在嵌入式系统上，控制嵌入式系统的
运行。它既具有通用计算机软件的一般特性， 也有自身的独特属性。 理解嵌入式软件的特有属性，可以从软件功能 作用及其运行平台等角度进行分析。
嵌入式系统的多种解释
嵌入式系统受内置于其中的计算机部件控制，这 个部件可能是微控制器。
嵌入式系统由微控制器控制，软件驱动运行，可 靠性好，具有实时控制性能。
嵌入式系统就是将计算机系统内置于一个电子产 品中。
嵌入式系统就是包含微处理器或微控制器的电子 产品。
嵌入式系统包含一个可编程的非通用计算机，即 基于可编程的微处理器控制的系统。
嵌入式应用系统
把计算机可执行程序嵌入到（或称安装到）某 个设备中，如，手机、汽车、照相机、洗衣机、 空调器等家用电器，或飞机、导弹、卫星等大 型设备，控制这些设备的运转，使设备工作运 行的自动化程度大大提高，并在功能和性能方 面都得到提升，整体系统的质量大大提高。
这些设备就可视为嵌入式系统 这些预制或安装的软件就是嵌入式软件。如何
嵌入式系统就是一个具有嵌入软件和计算机硬 件，并受嵌入软件和计算机硬件的运行控制， 完成特定功能的系统。通常将嵌入式计算机系 统简称为嵌入式系统。
嵌入式系统与通用计算机系统
嵌入式系统是不同于通用计算机系统的一种专 用计算机系统
不以独立的物理设备的形态出现，即：它没有 一个统一的外观，它的部件根据主体设备以及 应用的需要，嵌入在该设备的内部，发挥着运 算、处理、存储以及控制等作用。
嵌入式操作系统概述PPT教案
件系统，TCP/IP网络系统，窗口图形系统等。 随着嵌入式系统应用领域的扩展，目前嵌入式操作系统
的市场在不断细分，出现了针对不同领域的产品，这些 产品按领域的要求和标准提供特定的功能。
❖ 嵌入式系统最初的应用是基于单片机的，大多以可编程控制器的形式 出现，具有监测、伺服、设备指示等功能，通常应用于各类工业控制 和飞机、导弹等武器装备中，一般没有操作系统的支持，只能通过汇 编语言对系统进行直接控制，运行结束后再清除内存。
❖ 这些装置虽然已经初步具备了嵌入式的应用特点，但仅仅只是使用8 uation only.位的CPU芯片来执行一些单线程的程序，因此严格地说还谈不上"系
嵌入式操作系统的演变（5/7）
实时操作系统阶段
❖ 20世纪90年代，在分布控制、柔性制造、数字化通信和信息家电 等巨大需求的牵引下，嵌入式系统进一步飞速发展，而面向实时信 号处理算法的DSP产品则向着高速度、高精度、低功耗的方向发 展。随着硬件实时性要求的提高，嵌入式系统的软件规模也不断扩 大，逐渐形成了实时多任务操作系统（RTOS），并开始成为嵌入
嵌入式操作系统概述
会计学
1
第一章 嵌入式操作系统概述
一、嵌入式操作系统概述 二、嵌入式操作系统基本概念 三、嵌入式实时操作系统C/OS
uation only. right 2004-2011 Aspose Pty Ltd.
一、嵌入式操作系统概述
概述
嵌入式操作系统的演变
嵌入式操作系统的分类
嵌入式操作系统的体系结构
嵌入式操作系统一般由内核、嵌入式TCP/IP网络系统、 嵌入式文件系统等组成。
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ARM教案》课件
《嵌入式ARM教案》课件第一章：嵌入式系统概述1.1 嵌入式系统的定义介绍嵌入式系统的概念、特点和应用领域解释嵌入式系统与通用计算机系统的区别1.2 嵌入式系统的历史与发展概述嵌入式系统的发展历程介绍嵌入式系统在不同领域的应用发展情况1.3 嵌入式系统的组成与架构讲解嵌入式系统的常见架构介绍嵌入式系统的主要组成部分及其作用1.4 嵌入式系统的优势与挑战阐述嵌入式系统的优势分析嵌入式系统面临的挑战和发展趋势第二章：ARM处理器简介2.1 ARM处理器的发展历程介绍ARM公司的起源和发展历程讲解ARM处理器的发展阶段和产品系列2.2 ARM处理器的特点与优势阐述ARM处理器的特点分析ARM处理器在嵌入式系统中的应用优势2.3 ARM处理器的架构与工作原理讲解ARM处理器的架构设计介绍ARM处理器的工作原理和指令集2.4 ARM处理器的选型与评估指导如何选择合适的ARM处理器介绍评估ARM处理器性能的方法和指标第三章：嵌入式操作系统基础3.1 嵌入式操作系统的概念与分类解释嵌入式操作系统的定义和分类介绍常见的嵌入式操作系统及其特点3.2 嵌入式操作系统的核心功能与架构讲解嵌入式操作系统的核心功能阐述嵌入式操作系统的常见架构设计3.3 嵌入式操作系统的移植与优化介绍嵌入式操作系统移植的基本步骤讲解嵌入式操作系统的优化方法和技巧3.4 嵌入式操作系统的应用与案例分析分析嵌入式操作系统在实际应用中的案例探讨嵌入式操作系统的发展趋势和挑战第四章：嵌入式系统设计与开发流程4.1 嵌入式系统设计的基本原则介绍嵌入式系统设计的重要原则讲解设计过程中需要考虑的因素4.2 嵌入式系统硬件设计讲解嵌入式系统硬件设计的基本步骤和方法介绍硬件选型和硬件设计中的注意事项4.3 嵌入式系统软件设计阐述嵌入式系统软件设计的基本步骤和方法讲解软件开发工具和编程语言的选择4.4 嵌入式系统开发的流程与实践介绍嵌入式系统开发的典型流程分析实际开发过程中需要注意的问题和实践经验第五章：嵌入式系统编程基础5.1 嵌入式编程语言概述介绍嵌入式编程的常用语言及其特点分析不同编程语言在嵌入式系统中的应用场景5.2 C语言编程基础讲解C语言的基本语法和编程技巧介绍C语言在嵌入式编程中的应用和实践5.3 汇编语言编程基础介绍汇编语言的基本概念和语法讲解汇编语言在嵌入式编程中的应用和实践5.4 嵌入式编程的实践技巧讲解嵌入式编程的常见技巧和注意事项分析实际项目中遇到的问题和解决方法《嵌入式ARM教案》课件第六章：嵌入式系统硬件接口与驱动6.1 嵌入式系统硬件接口概述介绍嵌入式系统中常见的硬件接口类型讲解硬件接口的工作原理和功能6.2 UART接口与驱动编程讲解UART接口的基本概念和功能介绍UART接口的驱动编程方法和实践6.3 I2C接口与驱动编程介绍I2C接口的基本概念和协议讲解I2C接口的驱动编程方法和实践6.4 SPI接口与驱动编程讲解SPI接口的基本概念和协议介绍SPI接口的驱动编程方法和实践第七章：嵌入式系统存储与文件系统7.1 嵌入式系统存储概述介绍嵌入式系统中常见的存储设备和技术讲解存储器接口和存储器控制器的选择7.2 NAND闪存与驱动编程介绍NAND闪存的基本概念和特点讲解NAND闪存的驱动编程方法和实践7.3 NOR闪存与驱动编程讲解NOR闪存的基本概念和特点介绍NOR闪存的驱动编程方法和实践7.4 文件系统的设计与实现讲解嵌入式文件系统的设计原理介绍常见嵌入式文件系统的实现方法和实践第八章：嵌入式系统网络通信8.1 嵌入式系统网络通信基础介绍嵌入式系统网络通信的基本概念和技术讲解网络通信协议和网络架构8.2 TCP/IP协议栈与嵌入式网络应用讲解TCP/IP协议栈的基本原理和组成介绍基于TCP/IP协议栈的嵌入式网络应用实践8.3 Wi-Fi通信模块与驱动编程介绍Wi-Fi通信模块的基本概念和功能讲解Wi-Fi通信模块的驱动编程方法和实践8.4 蓝牙通信模块与驱动编程讲解蓝牙通信模块的基本概念和功能介绍蓝牙通信模块的驱动编程方法和实践第九章：嵌入式系统实时性与调度策略9.1 嵌入式系统实时性概述讲解嵌入式系统实时性的概念和重要性介绍实时系统的分类和实时性要求9.2 嵌入式调度策略与算法讲解嵌入式系统的调度策略和算法分析不同调度策略的优缺点和适用场景9.3 实时操作系统（RTOS）简介介绍实时操作系统的基本概念和特点讲解RTOS在嵌入式系统中的应用和实践9.4 实时调度器的实现与优化讲解实时调度器的实现方法和流程介绍调度器的优化技巧和注意事项第十章：嵌入式系统项目管理与实践10.1 嵌入式系统项目管理概述介绍嵌入式系统项目管理的概念和重要性讲解项目管理工具和方法在嵌入式系统中的应用10.2 项目需求分析与规划讲解项目需求分析和规划的方法介绍需求文档编写和项目进度管理的实践经验10.3 嵌入式系统开发的实践技巧讲解嵌入式系统开发中的实践技巧和注意事项分享实际项目开发中的经验和最佳实践10.4 项目验收与维护介绍项目验收的标准和方法讲解项目维护和升级的策略与实践《嵌入式ARM教案》课件第十一章：嵌入式系统安全与加密技术11.1 嵌入式系统安全概述讲解嵌入式系统安全的重要性介绍常见的嵌入式系统安全威胁和攻击手段11.2 加密技术在嵌入式系统中的应用介绍加密技术的基本原理和算法讲解加密技术在嵌入式系统中的应用场景和实践11.3 安全存储与传输讲解如何在嵌入式系统中实现安全存储和传输介绍常见的加密存储和传输技术及其实现方法11.4 安全认证与授权讲解嵌入式系统中的安全认证和授权机制介绍常见的认证和授权方法及其在嵌入式系统中的应用第十二章：物联网与嵌入式系统的融合12.1 物联网概述介绍物联网的概念、架构和应用领域讲解物联网与嵌入式系统的关联和融合趋势12.2 物联网协议与技术讲解物联网中常用的通信协议和技术介绍物联网协议栈和网络架构12.3 物联网在嵌入式系统中的应用案例分析物联网在嵌入式系统中的应用案例探讨物联网技术在嵌入式系统中的实践经验和挑战12.4 物联网安全与隐私保护讲解物联网安全的重要性和挑战介绍物联网中的安全技术和隐私保护措施第十三章：嵌入式系统在智能家居的应用13.1 智能家居系统概述介绍智能家居系统的概念、架构和应用讲解智能家居系统与嵌入式系统的关联和融合13.2 智能家居设备与控制讲解智能家居设备的选择和控制方法介绍智能家居设备的嵌入式系统设计和开发实践13.3 智能家居平台的构建与优化讲解智能家居平台的构建方法和实践介绍智能家居平台的优化技巧和注意事项13.4 智能家居安全与隐私保护讲解智能家居系统中的安全问题和隐私保护需求介绍智能家居系统中的安全技术和隐私保护措施第十四章：嵌入式系统在工业控制的应用14.1 工业控制系统概述介绍工业控制系统的概念、架构和应用领域讲解嵌入式系统在工业控制中的应用和重要性14.2 工业控制设备与接口讲解工业控制设备的选择和接口技术介绍工业控制设备的嵌入式系统设计和开发实践14.3 工业控制协议与通信讲解工业控制中常用的通信协议和技术介绍工业控制协议的实现和通信实践14.4 工业控制系统的安全性与优化讲解工业控制系统中的安全问题和优化需求介绍工业控制系统中的安全技术和优化措施第十五章：嵌入式系统在自动驾驶的应用15.1 自动驾驶系统概述介绍自动驾驶系统的概念、架构和应用前景讲解嵌入式系统在自动驾驶中的应用和挑战15.2 自动驾驶感知与决策讲解自动驾驶系统中的感知技术和决策算法介绍嵌入式系统在自动驾驶感知和决策中的应用15.3 自动驾驶控制与执行讲解自动驾驶系统中的控制技术和执行策略介绍嵌入式系统在自动驾驶控制和执行中的应用15.4 自动驾驶安全与伦理问题讲解自动驾驶系统中的安全问题和伦理挑战介绍自动驾驶系统中的安全技术和伦理指导原则重点和难点解析1. 嵌入式系统的基本概念、特点和应用领域。
第1章嵌入式系统基础(张思民)
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 • 通用计算机系统的技术要求是高速、海量 的数值计算；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对象的 智能化控制能力；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。
基于嵌入式系统的解决方案
• 本小节介绍一个基于嵌入式平台对锅炉控制器功 能进行多方面扩展的解决方案。本方案在硬件上 采用ARM9芯片，大大提升处理能力。以LCD显 示器和触摸屏为用户提供友善易用的人机交互界 面。增加USB接口，方便导入导出数据。增加 RS232（或RS485）和以太网接口，增强锅炉基 于网络的信息管理功能。软件上采用嵌入式Linux 操作系统，增强系统的可靠性;嵌入数据库，增强 数据管理功能;以MiniGUI作为图形用户界面支持 系统，使图形用户界面美观易用。
• 应用于嵌入式系统中的通信设备包括 RS-232接口（串行通信接口）、SPI （串行外围设备接口）、IrDA（红外 线接口）、I2C（现场总线）、USB （通用串行总线接口）、Ethernet （以太网接口）等。
• 应用于嵌入式系统中的外围显示设备 通常是阴极射线管（CRT）、液晶显 示器（LCD）和触摸板（Touch Panel）等。
• 图1.7 服务器软件结构
1.5.2
基于嵌入式系统的 锅炉控制方案
1、引言
• 锅炉微计算机控制，是近年开发的一 项新技术，它是微型计算机软硬件、 自动控制、锅炉节能等几项技术紧密 结合的产物。
• 锅炉微机控制系统，一般由以下几部分组成，即 由锅炉本体、一次仪表、微机、手自动切换操作、 执行机构及阀、滑差电机等部分组成。一次仪表 将锅炉的温度、压力、流量、氧量、转速等量转 换成电压、电流等送入微机;手自动切换操作部分， 手动时由操作人员手动控制，用操作器控制水泵、 吹风机及各种阀门等，自动时对微机发出控制信 号经执行部件进行自动操作。微机对整个锅炉的 运行进行监测、报警、控制以保证锅炉正常、可 靠地运行。除此以外为保证锅炉运行的安全，在 进行微机系统设计时，对锅炉水位、锅炉汽包压 力等重要参数设置常规仪表及报警装置，以保证 水位和汽包压力有双重甚至三重报警装置，以免 锅炉发生重大事故。
第1章嵌入式系统概述解析
嵌入式设备无处不在， 但桌面系统还依然有用
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嵌入式系统与应用
通用计算机－看得见的计算机
如：PC机、服务器、大型计算机等。
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嵌入式系统与应用
通用计算机－看得见的计算机
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嵌入式系统与应用
通常，将嵌入式计算机系统简称为嵌入式系统。
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简单地讲
嵌入式系统与应用
嵌入到对象体中的专用计算机系统。 三要素：嵌入、专用、计算机。 嵌入式系统的特点：
嵌入性：嵌入到对象体系中，有对象环境要求； 专用性：软、硬件按对象要求裁减； 计算机：实现对象的智能化功能。
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广义地说
嵌入式系统与应用
一个嵌入式系统就是一个具有特定功能或用途的 计算机软硬件集合体。
作机器和设备的装置”
（原文为devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants）
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。
第二阶段：始于70年代的个人计算机（PC机）。 第三阶段：计算机正迈入下一个充满机遇的阶
段—“后PC时代”或“无处不在的计算机”阶 段。
3
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计算的发展过程
嵌入式系统与应用
资
普适计算
源 使 用 的
协同计算
基于网络的
个人计算
普适计算于开放系统的客 户/服务器
嵌入式操作系统（Embedded OS，EOS）：负责 嵌入式系统全部软、硬件资源的分配、调度、控 制、协调；能够通过加载/卸载某些模块来达到系 统所要求的功能。
《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。
《嵌入式系统开发与应用》教学教案
《嵌入式系统开发与应用》教学教案第一章：嵌入式系统概述1.1 教学目标让学生了解嵌入式系统的定义、特点和应用领域让学生掌握嵌入式系统的基本组成部分及其工作原理让学生了解嵌入式系统的发展趋势和未来发展方向1.2 教学内容嵌入式系统的定义和特点嵌入式系统的基本组成部分：处理器、存储器、输入输出接口等嵌入式系统的应用领域：家电、工业控制、医疗设备等嵌入式系统的发展趋势和未来发展方向1.3 教学方法采用讲授法，讲解嵌入式系统的定义、特点和应用领域采用案例分析法，分析具体的嵌入式系统应用实例采用小组讨论法，让学生分组讨论嵌入式系统的发展趋势和未来发展方向1.4 教学评价课堂问答：学生能够回答嵌入式系统的定义、特点和应用领域的问题案例分析报告：学生能够分析具体的嵌入式系统应用实例第二章：嵌入式处理器2.1 教学目标让学生了解嵌入式处理器的定义、分类和性能指标让学生掌握嵌入式处理器的基本组成和工作原理让学生了解嵌入式处理器的选择方法和应用领域2.2 教学内容嵌入式处理器的定义和分类：单片机、ARM、DSP等嵌入式处理器的主要性能指标：主频、缓存、功耗等嵌入式处理器的基本组成：内核、外围电路、接口等嵌入式处理器的选择方法和应用领域2.3 教学方法采用讲授法，讲解嵌入式处理器的定义、分类和性能指标采用实验演示法，展示嵌入式处理器的基本组成和工作原理采用案例分析法，分析具体的嵌入式处理器应用实例2.4 教学评价课堂问答：学生能够回答嵌入式处理器的定义、分类和性能指标的问题案例分析报告：学生能够分析具体的嵌入式处理器应用实例第三章：嵌入式操作系统3.1 教学目标让学生了解嵌入式操作系统的定义、特点和分类让学生掌握嵌入式操作系统的基本组成和工作原理让学生了解嵌入式操作系统的选择方法和应用领域3.2 教学内容嵌入式操作系统的定义和特点：实时性、小型化、可移植性等嵌入式操作系统的分类：裸机、实时操作系统、嵌入式中间件等嵌入式操作系统的基本组成：内核、驱动程序、应用程序等嵌入式操作系统的选择方法和应用领域3.3 教学方法采用讲授法，讲解嵌入式操作系统的定义、特点和分类采用实验演示法，展示嵌入式操作系统的基本组成和工作原理采用案例分析法，分析具体的嵌入式操作系统应用实例3.4 教学评价课堂问答：学生能够回答嵌入式操作系统的定义、特点和分类的问题案例分析报告：学生能够分析具体的嵌入式操作系统应用实例第四章：嵌入式系统设计与开发流程4.1 教学目标让学生了解嵌入式系统设计的任务和步骤让学生掌握嵌入式系统开发的基本流程和方法让学生了解嵌入式系统开发的工具和环境4.2 教学内容嵌入式系统设计的任务和步骤：需求分析、硬件选型、软件设计等嵌入式系统开发的基本流程：系统设计、硬件实现、软件开发等嵌入式系统开发的工具和环境：集成开发环境、编程语言、调试工具等4.3 教学方法采用讲授法，讲解嵌入式系统设计的任务和步骤采用实验演示法，展示嵌入式系统开发的基本流程和方法采用案例分析法，分析具体的嵌入式系统开发实例4.4 教学评价课堂问答：学生能够回答嵌入式系统设计的任务和步骤的问题案例分析报告：学生能够分析具体的嵌入式系统开发实例第五章：嵌入式系统应用实例分析5.1 教学目标让学生了解嵌入式系统在各个领域的应用实例让学生掌握第六章：嵌入式系统在家电领域的应用6.1 教学目标让学生了解嵌入式系统在家电领域的应用实例让学生掌握家电领域中嵌入式系统的解决方案和设计要点让学生了解家电领域中嵌入式系统的发展趋势6.2 教学内容嵌入式系统在家电领域的应用实例：电视、冰箱、空调等家电领域中嵌入式系统的解决方案和设计要点：人机界面设计、网络通信等家电领域中嵌入式系统的发展趋势：智能化、网络化、节能化等6.3 教学方法采用讲授法，讲解嵌入式系统在家电领域的应用实例采用案例分析法，分析具体的嵌入式系统在家电领域的应用实例采用小组讨论法，让学生分组讨论家电领域中嵌入式系统的发展趋势6.4 教学评价课堂问答：学生能够回答嵌入式系统在家电领域的应用实例的问题案例分析报告：学生能够分析具体的嵌入式系统在家电领域的应用实例第七章：嵌入式系统在工业控制领域的应用7.1 教学目标让学生了解嵌入式系统在工业控制领域的应用实例让学生掌握工业控制领域中嵌入式系统的解决方案和设计要点让学生了解工业控制领域中嵌入式系统的发展趋势7.2 教学内容嵌入式系统在工业控制领域的应用实例：PLC、等工业控制领域中嵌入式系统的解决方案和设计要点：实时性、稳定性等工业控制领域中嵌入式系统的发展趋势：自动化、智能化等7.3 教学方法采用讲授法，讲解嵌入式系统在工业控制领域的应用实例采用案例分析法，分析具体的嵌入式系统在工业控制领域的应用实例采用小组讨论法，让学生分组讨论工业控制领域中嵌入式系统的发展趋势7.4 教学评价课堂问答：学生能够回答嵌入式系统在工业控制领域的应用实例的问题案例分析报告：学生能够分析具体的嵌入式系统在工业控制领域的应用实例第八章：嵌入式系统在医疗设备领域的应用8.1 教学目标让学生了解嵌入式系统在医疗设备领域的应用实例让学生掌握医疗设备领域中嵌入式系统的解决方案和设计要点让学生了解医疗设备领域中嵌入式系统的发展趋势8.2 教学内容嵌入式系统在医疗设备领域的应用实例：心电监护仪、超声波设备等医疗设备领域中嵌入式系统的解决方案和设计要点：精度、可靠性等医疗设备领域中嵌入式系统的发展趋势：智能化、小型化等8.3 教学方法采用讲授法，讲解嵌入式系统在医疗设备领域的应用实例采用案例分析法，分析具体的嵌入式系统在医疗设备领域的应用实例采用小组讨论法，让学生分组讨论医疗设备领域中嵌入式系统的发展趋势8.4 教学评价课堂问答：学生能够回答嵌入式系统在医疗设备领域的应用实例的问题案例分析报告：学生能够分析具体的嵌入式系统在医疗设备领域的应用实例第九章：嵌入式系统在交通领域的应用9.1 教学目标让学生了解嵌入式系统在交通领域的应用实例让学生掌握交通领域中嵌入式系统的解决方案和设计要点让学生了解交通领域中嵌入式系统的发展趋势9.2 教学内容嵌入式系统在交通领域的应用实例：智能交通系统、车辆导航等交通领域中嵌入式系统的解决方案和设计要点：实时性、安全性等交通领域中嵌入式系统的发展趋势：智能化、高效化等9.3 教学方法采用讲授法，讲解嵌入式系统在交通领域的应用实例采用案例分析法，分析具体的嵌入式系统在交通领域的应用实例采用小组讨论法，让学生分组讨论交通领域中嵌入式系统的发展趋势9.4 教学评价课堂问答：学生能够回答嵌入式系统在交通领域的应用实例的问题案例分析报告：学生能够分析具体的嵌入式系统在交通领域的应用实例重点和难点解析一、嵌入式系统概述：理解嵌入式系统的定义、特点和应用领域，以及嵌入式系统的基本组成和工作原理。
哈工大嵌入式操作系统课件—1 嵌入式系统简介
嵌入式操作系统 - Linux
嵌入式Linux种类 - Hard Hat Linux: Monta Vista - RTLinux: New Mexico Institute of Technology - Embedix: Lineo
Agenda
嵌入式系统概述 嵌入式系统硬件基础 嵌入式系统软件基础 嵌入式系统开发过程
目标板是一个独立的开发系统，包含了引导、 操作以及开发额外软件所必须的软件。 非常适合以PC为主的高级嵌入式系统开发应 用。
独立式开发环境
宿主机/目标设备
*引导加载程序 *内核 *完整的根文件系统 *开发环境
嵌入式软件开发工具
应用软件开发： 1. Windriver公司Tornado for VxWorks 2. 嵌入式Linux的开发工具链gcc，gdb和make
在实时系统中，系统的正确性不仅仅依赖于计 算的逻辑结果而且依赖于结果产生的时间 实时操作系统必须在指定的时间内对外部或内 部的事件进行响应和处理 需要高效的中断处理能力来处理异步事件和高 效的I/O能力来处理有严格时间限制的数据收 发应用
实时操作系统的性能参数
系统响应时间(System response time ) 系统发出处理要求到系统给出应答信号的时间。 任务切换时间(Context-switching time) 是任务之间切换而使用的时间。 中断延迟(Interrupt latency ) 是计算机接收到中断信号到操作系统作出响 应，并转入中断服务程序的时间。
Agenda
嵌入式系统概述 嵌入式系统硬件环境 嵌入式系统软件基础 嵌入式系统开发过程
第一部分(入门篇)讲稿-----嵌入式系统入门
5. QNX
是一款实时操作系统，由加拿大QNX 软件系统有限公司开发。 主要应用于自动化、控制、机器人科学、电信、数据通信、航空航天、计算机网 络系统、医疗仪器设备、交通运输、安全防卫系统、POS机、零售机等任务关键 型应用领域。 特点:用户可以把应用程序代码和QNX 内核直接编译在一起,非常好的可移植性。
IEEE定义
根据IEEE（国际电气和电子工程师协会）的定 义： 嵌入式系统是“用于控制、监视或者辅助 操作机器和设备的装置” （原文为:devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants）。 可以看出此定义是从应用上考虑的，嵌入 式系统是软件和硬件的综合体。
交叉开发环境
认识Linux内核版本
主版本 1.0 2.0 2.2 2,3年更新 2,3年更新 稳定版 2.0.40 2.2.12 1,2月更新 1,2月更新 2.4 2.6
2.4.18 2.6.7
稳定版更新 2.6.11.1 -- 2.6.11.7 1,2周更新 1,2周更新
4.嵌入式Linux开发环境 4.嵌入式Linux开发环境 嵌入式Linux
第一部分
教学内容: 教学内容:
入门篇
1.嵌入式系统概述 1.嵌入式系统概述 2.嵌入式操作系统介绍 2.嵌入式操作系统介绍 3.嵌入式Linux操作系统 3.嵌入式Linux操作系统 嵌入式Linux 4.嵌入式Linux开发环境 4.嵌入式Linux开发环境 嵌入式Linux 5.嵌入式Linux系统开发要点 5.嵌入式Linux系统开发要点 嵌入式Linux
1.3嵌入式系统的应用
（1）军用； （2）家用； （3）工业用； （4）商用； （5）办公用； （6）医用电子设备；
西安电子科技大学嵌入式实时操作系统课件 第1章
第1章 嵌入式系统导论
1.1.2 嵌入式系统的定义
嵌入式计算机系统简称嵌入式系统，它的应用发源于微 机，发展于单片机。那么，究竟什么是嵌入式系统呢？嵌入 式系统的定义是怎样的呢？ 依据IEEE(国际电气和电子工程师协会)的定义： “Device used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants”，即嵌入式系统为控制、监 视或辅助设备、机器甚至工厂运作的装置。它是一种计算机 软件和硬件的综合体，特别强调“量身定制”的原则，也就 是基于某种特殊的用途，设计者就会根据这些用途设计出一 种截然不同的系统来。
在理解嵌入式系统的定义的时候，要分清嵌入式系统与
嵌入式应用系统的区别。嵌入式应用系统是指内部含有嵌入 式系统的设备、装置或者系统，例如手机、数字彩电、空调、 工控单元、PDA、汽车、导弹等。这种区别就好像我们常说 的单片机系统与单片机应用系统的区别一样。尽管人们常常 在不严格的场合将单片机系统和单片机应用系统混称，但是 概念上的差别是很明显的。
第1章 嵌入式系统导论
按照定义，只要满足嵌入式系统三要素的，都可以称为
嵌入式系统。因此，嵌入式系统根据其形态和规模的不同可 分为： (1) 系统级，包括工控机、嵌入到应用系统中的通用计 算机等； (2) 板级，包括各种CPU主板； (3) 芯片级，如CPU、MCU、SOC、DSP、MPU等。
第1章 嵌入式系统导论
第1章 嵌入式系统导论
Wayne Wolf在其所著的嵌入式系统设计教科书上对嵌
入式系统的定义是：“Loosely defined, it is any device that includes a programmable computer but is not itself a generalpurpose computer”，即不严格地定义，嵌入式系统是包含可 编程计算机的任意设备，而它本身并不是被作为通用计算机 而设计的。书中他还说：“一台个人电脑不能称之为嵌入式 计算系统，尽管它常常被用于搭建嵌入式系统。”
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第一章 嵌入式软件与嵌入式操作系统
本章内容
嵌入式系统 嵌入式应用软件 嵌入式操作系统
嵌入式系统
什么是嵌入式系统？它与其他系统相比，有何 特殊之处？
树立正确的嵌入式系统基本概念和基本目标， 对于开发嵌入式系统，了解、掌握安装运行于 嵌入式系统之上的软件，具有首要意义。
系统功能的实时中断和调度。针对嵌入式系统某些重 要功能的偶发控制需求，需要满足由某些重要条件引 发的功能需求，即满足重要事件的实时控制需求，也 确保后续系统的正常运行需求。
时限（Deadline）要求。如果不能在时限要求时间内， 实现既定功能，就视为系统发生运行错误。
早期的嵌入式系统平台开发简单
运行在嵌入式系统上的软件就是嵌入式操作系 统、应用程序、驱动程序及部分开发工具
嵌入式系统软件的特征
实时性（RealTime）。针对嵌入式系统各项功能的 控制需求，需要满足功能执行的时间限制。
事件响应（React to Event）。 针对嵌入式系统某些 功能的偶发控制需求，需要满足由某些条件引发的功 能需求。
固化代码。在嵌入系统中，嵌入式操作系统和应用软件被固 化在嵌入式系统计算机的ROM中。辅助存储器，如硬盘等， 在嵌入式系统中很少使用，因此，嵌入式操作系统的文件管 理功能应该能够很容易地拆卸，而用各种内存文件系统。
开发嵌入式软件？
嵌入式计算机系统和通用计算机系统 的比较
嵌入式实时操作系统是通用操作系统的一个应 用特例
嵌入式系统通常是面向特定应用的
嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计， 量体裁衣、去除软硬件冗余
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
综合比对如下表所示：
嵌入式系统就是一个具有嵌入软件和计算机硬 件，并受嵌入软件和计算机硬件的运行控制， 完成特定功能的系统。通常将嵌入式计算机系 统简称为嵌入式系统。
嵌入式系统与通用计算机系统
嵌入式系统是不同于通用计算机系统的一种专 用计算机系统
不以独立的物理设备的形态出现，即：它没有 一个统一的外观，它的部件根据主体设备以及 应用的需要，嵌入在该设备的内部，发挥着运 算、处理、存储以及控制等作用。
从嵌入式操作系统的实时性上分类
可分为实时操作系统和非实时操作系统 时限要求严格的系统称为硬实时系统 时限要求不严格的称为软实时系统。
嵌入式操作系统概念
一般由内核、嵌入式TCP/IP网络系统、嵌入 式文件系统等组成。
内核是嵌入式操作系统的基础，也是必备的部 分。它提供任务管理、内存管理、通信、同步 与互斥机制、中断管理、时间管理及任务扩展 等功能。内核还提供特定的应用编程接口。
嵌入式应用系统
把计算机可执行程序嵌入到（或称安装到）某 个设备中，如，手机、汽车、照相机、洗衣机、 空调器等家用电器，或飞机、导弹、卫星等大 型设备，控制这些设备的运转，使设备工作运 行的自动化程度大大提高，并在功能和性能方 面都得到提升，整体系统的质量大大提高。
这些设备就可视为嵌入式系统 这些预制或安装的软件就是嵌入式软件。如何
早期的嵌入式系统功能比较简单，控制软件或 程序部分功能单一，常用汇编语言指令进行设 计开发。随着计算机系统和应用需求的不断发 展。仅仅使用底层编程技术已不能满足开发功 能、开发效率开发性能等方面的需求。
使用嵌入式操作系统作为开发平台已成为现实。
嵌入式开发需要操作系统的支持
由于日益增长的嵌入式软件的开发需求及其开 发平台的不断发展，嵌入式系统与嵌入式操作 系统硬件软件体系结构已密不可分，成为一个 公认稳定的系统平台，共同承担开发嵌入式系 统及其软件的必备工具和平台的任务。
操作方便、简单、提供友好的图形GUI，图形界面，易学易 用。
提供强大的网络功能，支持TCP/IP协议及其它协议，提供 TCP/UDP/IP/PPP协议支持及统一的MAC访问层接口，为各 种移动计算设备预留接口。
强稳定性，弱交互性。嵌入式系统一旦开始运行就不需要用 户过多的干预，这就要负责系统管理的EOS具有较强的稳定 性。嵌入式操作系统的用户接口一般不提供操作命令，它通 过系统调用命令向用户程序提供服务。
嵌入式操作系统
课程介绍
一．计算机科学与技术专业基础课 二．操作系统的后续课程，建立对某种操作系统
实现编程技术的理解和运用 三．讨论嵌入式软件开发技术，为嵌入式系统开
发建立软件基础 四．为嵌入式就业方向奠定软件技术基础，有市
场前景
课程目标
学会嵌入式操作系统平台的嵌入式应用软 件的设计与实现 一．理解嵌入式操作系统基本概念与技术 二．理解嵌入式操作系统内核的工作原理 三．理解嵌入式应用软件的设计与实现原理 四．理解嵌入式软件的运行机制 五．评价嵌入式软件运行性能
什么是系统，应该如何理解系统的概 念和含义？
一般说来，系统就是按照一些固定的程序和规 则，完成某些任务的组织或工作方式。
比如，一块表，是一个能显示时间的系统。
再比如，一台洗衣机，是一个能自动洗衣的系 统。
嵌入式系统定义
上面举例说明的两个系统实例中，表可以看成 是一个机械系统，洗衣机可以看成是一个嵌入 式系统，是一个具有嵌入软件和计算机硬件， 并受嵌入软件和计算机硬件的运行控制，完成 特定功能的系统。
应用软件是面向特定应用领域开发的软件。如 手机软件、路由器软件、交换机软件、飞控软 件等。
按照运行平台划分嵌入式软件
可以分为开发平台的嵌入式软件和嵌入式系统 上的软件。
运行在开发平台上的软件，负责完成嵌入式软 件的设计、开发、编码、运行测试等阶段的工 作，在开发平台上生成可执行软件程序
5. 链接和完成地址重定位之后，生成一个ROM映像文 件，一个能运行在目标硬件的ROM映像。
嵌入式软件开发概述
讨论并解决以下基本问题：
软件设计程序模型 基于实时操作系统（RTOS）多个任务的并发
处理和调度软件 基于操作系统的设备驱动和设备管理软件 设计实现嵌入式系统的软件工具
嵌入式开发工具一般使用说明
嵌入式系统的多种解释
嵌入式系统受内置于其中的计算机部件控制，这 个部件可能是微控制器。
嵌入式系统由微控制器控制，软件驱动运行，可 靠性好，具有实时控制性能。
嵌入式系统就是将计算机系统内置于一个电子产 品中。
嵌入式系统就是包含微处理器或微控制器的电子 产品。
嵌入式系统包含一个可编程的非通用计算机，即 基于可编程的微处理器控制的系统。
需要 不需要
需要 需要 需要 需要 需要 不需要 不需要 不需要 不需要 需要 不需要
机器人
需要 需要 需要 需要 需要 需要 需要 不需要 有时需要 不需要 不需要 不需要 不需要
手机
需要 不需要
需要 不需要 不需要
需要 需要 需要 需要 需要 需要 需系统
程序
需要 不需要
针对具体嵌入式系统，说明各类开发工具的可 用性
如下图所示：
软件工具
自动售 数据采集
货机
系统
编辑器 翻译程序
编译器 汇编程序 交叉编译程序 地址重定位程序 仿真程序 源代码工程软件
RTOS Stethoscope Trace scope 集成开发环境
原型系统
需要 需要 需要 需要 不需要 需要 不需要 不需要 需要 不需要 不需要 不需要 不需要
大多数情况下，嵌入式软件常使用高级语言进 行研发和编程实现。在众多的高级语言中，C 语言得到广泛认可。
基于C语言编程的程序软件生成的可执行程序 最终需要安装在ROM芯片上，控制系统的运 行。
如何将C程序转换为ROM映像文件及 其基本过程？
C程序函数
目标文件的机器代 码
代
编译
码
优
化
调用库函数的机 器指令代码
开发服务于嵌入式系统的嵌入式软件，采用基 于嵌入式操作系统内核功能进行开发，是功能、 性能较为有力的保障。
嵌入式操作系统的商业模式分类
可以分为商用型和开源型。 商用型系统功能稳定、可靠，有完善的技术支
持和售后服务，商品价格由开发费用和版税决 定，常用商用嵌入式操作系统，如windows CE、VxWorks。 开源型系统开放源码，使用花销只包括服务费， 不包括版税， 如Embedded linux，RTEMS， µC/OS-Ⅱ。
特征 外观
嵌入式系统 独特，面向应用，各不相同
通用计算机系统 具有台式机、笔记本等标准外观
组成 运行方式 开发平台
面向应用的嵌入式微处理器 总线和外部接口多集成在处理器 内部 软件与硬件紧密集成在一起
基于固定硬件，自动运行，不可修 改
采用交叉开发方式 开发平台一般采用通用计算机
通用处理器、标准总线和外设 软件和硬件相对独立安装卸载
嵌入式操作系统EOS特性
嵌入式操作系统EOS相对于一般操作系统而言， 它除具备了一般操作系统最基本的功能，如任 务调度、同步机制、中断处理、文件功能等外， 还有以下特性：
可装卸性。开放性、可伸缩性的体系结构。
强实时性。EOS实时性一般较强，可用于各种设备控制当中。
统一的接口。提供各种设备驱动接口。
按照软件作用划分嵌入式软件
一般分为系统软件、支撑软件和应用软件三大 类。
系统软件负责控制、管理计算机系统的资源。 如嵌入式操作系统、嵌入式中间件（CORBA、 Java）等。
支撑软件为辅助软件开发的工具。如系统分析 设计工具、仿真开发工具、交叉开发工具、测 试工具、配置管理工具、维护工具等。
用户可以任意选择运行 或修改生成后再运行
开发平台是通用计算机
二次开发性 应用程序
一般不能再做编程开发
固定 应用软件与操作系统整合一体
在系统中运行