嵌入式系统概述(浙江大学)
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。
浙江大学本科课程简介和教学大纲
课程简介和教学大纲课程代码：15120660 课程名称：嵌入式系统设计学分： 5.0 周学时：4.0-2.0面向对象：大学本科生预修课程要求：微机原理、C程序设计一、课程介绍（100-150字）（一）中文简介《嵌入式系统设计》是工科学生学习掌握嵌入式系统的结构原理、ARM处理器核的设计原理和方法、理解操作系统的基本原理、学习掌握嵌入式应用软件开发的主要流程和相关技术的一门课程，重点在于理解ARM体系结构及其组成嵌入式系统的结构原理基础上，培养学生具备初步的嵌入式系统软硬件设计开发能力。
课程内容主要包括ARM处理器核的设计原理，ARM体系结构，ARM编程模型及指令集，ARM调试结构与存储器层次，操作系统的I/O接口技术、操作系统进程与线程的概念和管理、并发、进程间通信，操作系统的内存管理策略，调度算法和实时调度算法等内容，并以树莓派实验板为基础进行相应的实验设计，掌握嵌入式系统设计开发能力。
（二）英文简介《Embedded System Design》is one of the basic courses for engineering students to master the structural principle of embedded system, principle and method of ARM core design, basic principle of operating system, the main process of embedded application software development and related technologies. The priority of this course is making students have an initial capacity of embedded system hardware and software design and development based on understanding the ARM architecture and composition of the embedded system. Course content includes core design of ARM processor, ARM architecture, ARM programming model and instruction set, ARM debug architecture and memory hierarchy, IO technologies of operating system, concept and management of operating system processes and threads, concurrent, inter-process communication, memory management, scheduling algorithm and real-time scheduling algorithm etc. Experimental design on Raspberry Pi2 development board may also be made to know the embedded system design and development process well.二、教学目标（一）学习目标本课程通过嵌入式系统的开发平台，使学生熟悉嵌入式应用开发流程，更方便地学习和理解嵌入式系统的基础知识，使学生具备基本的嵌入式系统的软硬件设计能力。
浙江大学嵌入式嵌入式系统7
(1)总体规划 市场预测－〉技术准备－〉资金准备－〉资料收集－〉
资料研究－〉项目需求报告编制－〉项目需求报告讨论 准备－〉项目需求报告讨论－〉项目需求报告修改－〉 项目需求报告验收 －〉参与者及职责－〉输出成果及后 序工作－〉技术可行性实验－〉项目计划书。 (2)项目立项 立项申请－〉项目立项评估－〉项目进度计划－〉项目 立项审批。 (3)需求分析 资料收集－〉需求分析编制－〉讨论准备－〉需求分析 讨论－〉需求分析修改－〉需求分析验收。
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三、 开发环境
嵌入式系统，是指嵌入于 宿主设备，智能地完成宿
嵌入 式 软件
嵌入式应用软件
嵌 入 式
主设备功能的计算/控制系
嵌入式操作系统
开 发
统。
工
嵌入 式
嵌入式硬件模块
具
嵌入式系统开发环境，是
硬件
嵌入式处理器
以开发嵌入式系统为目的
的工程开发环境。包括办
公环境支持、软件支持、
硬件设备支持。
软件支持，指集成开发环 境与软件模拟器等。
硬件支持，指仿真器、目 标板、示波器、烧录器等 。
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3.1集成开发系统
集成开发系统提供高效明晰的图形化的嵌入式应用软 件开发平台，包括一整套完备的面向嵌入式系统的开 发和调试工具 。（BDM/JTAG仿真器）等
11
31.1编译器
8
UML的应用
I-Logix公司的Rhapsody系列产品 基于统一建模语言UML的可视化编程环境 把UML各类视图映射为具体目标机程序语
言 用于复杂实时嵌入式应用软件从分析、设
计一直到代码实现和软件测试的开发环境 NASA的火星探路者航天器就是运用
Rhapsody在VxWorks上开发应用程序。
嵌入式系统概述
嵌入式系统概述随着科技的不断进步和发展，嵌入式系统越来越不可或缺，已经广泛应用于生产制造、智能家居、医疗健康、车联网、工业自动化、农业智能、安防监控等众多领域。
那么，什么是嵌入式系统呢？嵌入式系统一般指嵌入到机器或电子设备中的微型计算机系统，通常由处理器、存储器、输入输出设备、各种外设接口和运行嵌入式操作系统组成，具有较强的实时性、稳定性、可靠性、易集成等特点。
嵌入式系统的应用嵌入式系统由于其硬件配置的固定性和软件的高度个性化，被广泛应用于各种场合，如智能手机、平板电脑、安防监控、车联网、医疗设备等，其应用范围越来越广泛，应用场景越来越多元化。
例如，在智能家居领域，嵌入式系统可以实现智能家电的智能控制、智能安防、智能家居影音、智能家居照明等功能。
在车联网领域，嵌入式系统可以实现车辆定位、车载娱乐、车辆诊断、智能驾驶等功能。
在医疗健康领域，嵌入式系统可以实现医疗器械的监测、病人的远程监控和诊断等方面。
嵌入式系统的组成嵌入式系统通常由处理器、存储器、输入输出设备和各种外设接口组成。
其中，处理器是系统的核心部分，它负责对数据的处理和计算。
存储器用于存储程序和数据，包括程序存储器和数据存储器。
输入输出设备则是连接系统与外界的接口，包括显示器、键盘、鼠标、摄像头、麦克风等。
外设接口则是系统与各种外设进行通讯的接口，包括串口、并口、USB、网口等。
嵌入式系统的开发嵌入式系统的开发包括硬件开发和软件开发两个方面。
硬件开发主要包括电路原理设计、PCB设计、射频设计等，软件开发则分为低层驱动程序开发和应用程序开发两个部分。
低层驱动程序主要包括系统启动代码、操作系统内核、设备驱动程序等。
应用程序则是根据需求编写的具体程序，它能实现系统的各种功能，如数据采集、数据处理、通讯控制、用户界面等。
嵌入式系统的发展趋势随着科技的不断发展，嵌入式系统的应用范围越来越广泛，发展趋势也越来越明显。
其主要体现在以下几个方面：1. 泛在化：嵌入式系统将越来越普及和多样化，从智能手机、平板电脑、智能电视、智能家电等到车联网、智能交通、医疗健康、智能城市等领域。
嵌入式考点整理-王勇浙大第二版
嵌入式考点整理-王勇浙大第二版1.嵌入式系统的定义:以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、对系统的功能、可靠性、成本、体积、功耗等有严格要求的专用计算机系统。
P1嵌入式系统基本特征：P21）具有特定的功能，用于特定的任务2）极其关注成本3)有功耗要求4）有实时性要求5)运行环境广泛6）软件通常要求固态化存储7）软硬件可靠性要求更高8)具有较长的生命周期；2.嵌入式系统可以分为哪几类，比如依据使用的微处理器划分P5嵌入式微控制器（MCU=MicroConctroller Unit单片机）低端的微控制器嵌入式微处理器（MPU=MicroProcessor Unit）中高端的嵌入式微处理器嵌入式DSP处理器（Digital Signal Processor）通信领域的DSP 系统嵌入式片上系统（SOC=System on Chip）高度集成的片上系统3.嵌入式操作系统的特点：P12P1651.可剪裁性2.可移植性3.可靠性4.功耗管理5.实时性操作系统：连接计算机硬件与应用程序的系统程序组成：与硬件相关的底层驱动软件，系统内核，设备驱动接口，通信协议，图形界面等4.嵌入式系统开发与设计的主要步骤:P14需求分析，详细说明，结构设计，组件设计，系统集成5.操作系统的基本功能P12进程管理，进程间通信与同步，内存管理，I/O资源管理6.实时操作系统的概念实时系统（RTOS）是具有实时性且能支持实时控制系统工作的操作系统。
其首要任务是调动一切可利用的资源来完成实时控制任务，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事件在规定时间内做出正确的响应。
【特征：实时性：实时系统所产生的结果在时间上有严格的要求，只有符合时间要求的结果才是正确的。
并行性：要求系统有并行处理能力，以便能同时相应来自不同端口的输入信号。
多路性：对多个不同的现场进行采集，以及对多个对象和多个执行实行控制。
嵌入式系统概述浙江大学71页PPT
❖ 知识就是财富 ❖ 丰富你的人生
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
嵌入式系统概述浙江大学
41、实际上，我们想要的不是针对犯 罪的法 律，而 是针对 疯狂的 法律。 ——马 克·吐温 42、法律的力量应当跟随着公民，就 像影子 跟随着 身体一 样。— —贝卡 利亚 43、法律和制度必须跟上人类思想进 步。— —杰弗 逊 44、人类受制于法律，法律受制于情 理。— —托·富 勒
第章嵌入式系统概述
22
未来嵌入式系统的发展趋势
23
嵌入式系统概述
➢ 1.嵌入式系统 ➢ 2. 嵌入式系统组成 ➢ 3.嵌入式处理器 ➢ 4.嵌入式操作系统
24
1.2 嵌入式系统的组成
微处理器、外围硬件、嵌入式操作系统、应用程序以及开发环 境(软件分3层：HW/FM/AP ，HW硬件驱动或接口操作； FM中间层；AP应用层）
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嵌入式系统应用领域－信息家电
信息家电将成为嵌入式系统最大的应用领 域。
只有按钮、开关的电器显然已经不能满足 人们的日常需求。
具有用户界面，能远程控制，智能管理的 电器是未来的发展趋势，如冰箱、空调等 的网络化、智能化等。
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嵌入式系统应用领域－消费类电子
12
消费类电子—智能玩具、手持通讯的核心
●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。
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•嵌入式系统的历史
单片机模式和计算机模式
计算机学科
电子商务
消费电子
信息家电 智能玩具 通信设备 移动存贮
网络 9
工业控制 、工业设备
过去在工业过程控制、数字机床、电力系 统、电网安全、电网设备监测、石油化工 系统等方面，大部分低端型设备主要采用 是８位单片机。
随着技术发展，目前许多设备除了进行实 时控制，还须将设备状态，传感器的信息 等在显示屏上实时显示。 需要性能更高的控制系统。
4
现实中的嵌入式系统
5
《嵌入式系统概述 》课件
实时操作系统
总结词
实时操作系统是嵌入式系统中用于实现实时处理的关键技术 。
详细描述
实时操作系统能够提供多任务管理和调度功能，确保关键任 务能够在规定的时间内完成。它具有高度的可靠性和确定性 ，能够处理突发事件和异常情况，保证系统的稳定性和实时 性。
精简指令集计算机
总结词
精简指令集计算机是一种针对嵌入式系统设计的计算机架构，它能够提高系统的性能和 能效。
可靠性设计涉及硬件和软件两个方面。硬件方面，选用高 质量的元器件、进行严格的测试和筛选是关键。软件方面 ，通过容错技术、恢复机制和错误检测与纠正等技术，提 高系统的可靠性和稳定性。此外，在系统设计中还需要考 虑环境适应性、安全性和电磁兼容性等方面，以确保嵌入 式系统在各种复杂环境中的稳定运行。
PART 04
《嵌入式系统概述》 ppt课件
REPORTING
• 嵌入式系统简介 • 嵌入式系统的组成 • 嵌入式系统的关键技术 • 嵌入式系统的发展趋势 • 嵌入式系统的未来展望
目录
PART 01
嵌入式系统简介
REPORTING
定义与特点
总结词
嵌入式系统的定义、特点
详细描述
嵌入式系统是一种专用的计算机系统，它被嵌入到其他设备中，作为这些设备的控制核心。它具有特定的功能和 性能要求，通常需要满足高可靠性、低功耗、小体积等要求。嵌入式系统的主要特点是软硬件紧密结合，软件需 要根据硬件平台进行定制。
低功耗设计
总结词
低功耗设计是嵌入式系统中的重要技术之一，它能够延长设备的运行时间并降低 能源消耗。
详细描述
嵌入式系统的低功耗设计主要涉及硬件和软件两个方面。硬件方面，低功耗的处 理器和外围设备是关键，它们能够降低整个系统的能耗。软件方面，通过优化算 法和调度策略，减少不必要的计算和等待时间，降低系统能耗。
浙江大学高级嵌入式体系结构课件-高级计算机体系结构-第一章汇编
ZJU_Advanced Computer Architecture_sqs
7
Three different computing markets
Desktop Computing
The first, and still the largest market in dollar terms, is desktop computing.
2. 选择一个嵌入式相关体系结构内容，撰写一篇字数不少于
8000字的综述（分析）报告（参考文献要求在10篇以上，并 且引用的参考文献必须在文中加以引用标注，参考文献一并提 交）。
提交时间：待定； 地址： 待定；
ZJU_Advanced Computer Architecture_sqs
5
现代计算机技术的核心体现
ZJU_Advanced Computer Architecture_sqs
2
教材
英文原版： 《Computer Architecture--
A Quantitative Approach》3ed、4th.
John L.Hennessy, David A.Patterson 机械工业出版社原版影印
application-specific circuitry.
₠ DSP
ZJU_Advanced Computer Architecture_sqs
9
嵌入式体系特征
1. The designer uses a combined hardware/software solution that includes some custom hardware and an embedded processor core that is integrated with the custom hardware, often on the same chip.
浙江大学高级嵌入式体系结构课件4 Benchmark
ComputerArchitecture_Chapt1_3
What we learned last class ?
q Cost trends
!
q Dependability
!
q Performance metrics
•
Figure 4. Denormalizing a user information table.
The Pathologies of Big Data
1
Running Benchmarks
q Key factor: Reproducibility by other experimenters.
q Details, details, and more details !!! List all assumptions and conditions of your experiments.
Ø i.e. program input, version of the program, version of
the compiler, optimization level, OS version, main memory size, disk types, etc.
q A system’s software configuration can significantly affect the performance results for a benchmark. 5
machines or different programs. Why?
• • Performance and Execution time are reciprocals Maximizing performance means minimizing response (execution) time
浙江大学嵌入式课件--嵌入式系统3
微处理器逻辑设计与实现
处理器结构级评价工具总结 寄存器级结构图 指令逻辑寄存器级描述 指令物理寄存器级描述 数据通路设计 控制器设计 中断控制设计 处理器集成
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处理器结构级评价工具总结:指令级模拟
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寄存器级结构图
41
微处理器设计
42
处理器逻辑设计:数据通路和控制器
43
微处理器的系统结构设计 微处理器的执行机制设计 微处理器流水线结构设计 微处理器逻辑设计与实现 处理器逻辑综合(Synopsys) 处理器物理综合(Candence) 处理器的验证与测试
17
微处理器的系统结构设计 微处理器的执行机制设计 微处理器流水线结构设计 微处理器逻辑设计与实现 处理器逻辑综合(Synopsys) 处理器物理综合(Candence) 处理器的验证与测试
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微处理器的执行机制设计
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微处理器的执行机制设计
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微处理器的执行机制设计
21
微处理器的执行机制设计
– – – –
–
– – – –
大规模的片上分布式DRAM 深度流水线 8-12 20级以上 Advanced Super-scalar：16-32指令/clock cycle Super-speculative Processor：fine-grain heavy speculation Trace Processor Vector Intelligent RAM Procssor, V-IRAM on-chip multiprocessor Instruction-level Distributed Processing ( ILDP) Clustered Dependence-based Architecture
嵌入式系统概述范文
嵌入式系统概述范文嵌入式系统是一种专门用于特定应用领域的计算机系统，通常用于控制和操作各种设备和系统。
它由硬件和软件组成，可以执行特定的功能，如控制、实时处理、通信和监控等。
嵌入式系统的应用范围非常广泛，包括消费电子、汽车、医疗设备、通信设备、工业控制等。
1.实时性：嵌入式系统通常需要实时响应和处理数据，以保证系统的准确性和稳定性。
它们需要及时采集和处理传感器数据，并以适当的方式响应外部事件。
2.资源受限：由于嵌入式系统往往是为特定应用设计的，它们通常具有较小的存储和处理能力。
此外，嵌入式系统还需要考虑功耗和体积的限制，以适应各种应用环境。
3.实时嵌入：由于嵌入式系统通常嵌入到物理设备中，与其紧密集成，因此嵌入式系统需要具有高度的稳定性和可靠性，以适应长时间运行和恶劣环境的要求。
嵌入式系统的硬件通常由处理器、存储器、输入输出设备和各种传感器组成。
处理器是嵌入式系统的核心，它负责执行软件指令，处理各种数据和信号。
存储器用于存储程序和数据，包括随机访问存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。
输入输出设备用于与外部环境进行通信和交互，如键盘、显示器、传感器和执行器等。
嵌入式系统的软件通常由操作系统和应用软件组成。
操作系统负责管理系统资源、调度任务和处理中断等，以保证系统的稳定性和实时性。
应用软件则运行在操作系统之上，根据特定的应用需求提供各种功能和服务。
开发嵌入式软件需要掌握特定的编程语言和开发工具，如C/C++和嵌入式开发环境等。
嵌入式系统的开发过程通常包括需求分析、系统设计、软硬件开发、集成测试和部署等阶段。
需求分析阶段主要确定系统的功能和性能需求，以及硬件和软件的具体要求。
系统设计阶段负责确定系统的体系结构和模块划分，以及确定各个模块之间的接口和通信方式。
软硬件开发阶段负责实现系统的硬件和软件设计，包括电路设计、PCB布局、软件编写和调试等。
集成测试阶段将不同模块和组件集成到一起，并进行功能、性能和可靠性测试。
嵌入式系统-浙江大学PPT课件
手持仪
监控仪
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嵌入式系统：交通相关
汽车电子
处理器个数可达三位数 车载
娱乐，定位等
车控
ABS、EBD等
其他
中国版月球车
汽车立体声音 响HD Radio扩展包
改装遮阳板 DVD / TV / MP3
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嵌入式系统：军工
武器控制系统 数字化单兵系统
有苛刻要求
尺寸和重量 功率消耗 震动和冲击 温度和湿度
软件代码高质量、高可靠性
可能无系统软件 软硬件紧密结合，协同开发
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其他可能有的要求
实时性强 功耗低 支持升级
软件和硬件结合紧密
由于定制，可能无硬盘，无通用操作系统 产品升级换代困难 和硬件同步升级
具有较长的生命周期
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定义
微软在2002年将嵌入式系统定义为完成某一特定功能、 或是使用某一特定嵌入式应用软件的计算机或计算装置。
脑手机放在底座上成为电脑
韩国电信手机/电视遥 控器二合一产品
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嵌入式系统：PMP
Portable Media Player
Meizu M8
Ipod nano
Nike的 iPod 帽
iLuv可即时将视频录制到iPod/ 闪存卡上，与以前技术相反
XtremeMac开发的iPod音箱
Archos带 IPEVO支持Skype电话 Wifi的704
浙江大学显示营 养智能果汁机
箱/Xbox360/健身 遮断红外线光束掉下笼子
配备电子食谱 的锅铲coo.boo
17
浙江大学产品创新中心的智能割草机
18
智能营养果汁机
嵌入式系统概述
通用计算机产业是垄断的。
嵌入式系统与技术是一个分散的工业，充满竞
争、机遇与创新。
没有哪一个系列的处理器和操作系统能够垄断
全部市场即便在体系结构上存在着主流，但各
不相同的应用领域决定了不可能有少数公司，
少数产品垄断全部市场。因此嵌入式系统领域
的产品和技术，必然是高度分散的，留给各个
行业的中小规模高技术公司的创新余地很大。
12.
一般专用于特定的任务，而PC是一个通用计算机。
使用多种类型的处理器和处理器体系结构。
及其关注成本
有实时约束
使用实时多任务操作系统
软件故障造成的后果比PC系统更严重
大多有功耗约束
经常在极端的环境下运行
系统资源比PC少的多
通常所有的目标代码存放在ROM中
需要专用工具和方法进行开发设计
嵌入式系统的数量远远超过PC
电子产品到大型通信设备，无所不包。
处理器芯片主要型号是PowerPC 750，它于1997年
研制成功，最高的工作频率可以达到500MHz，采
用先进的铜线技术。该处理器有许多品种，以便适
合各种不同的系统。包括IBM小型机、苹果电脑和
其他系统。
嵌入式的PowerPC 405（主频最高为266MHz）和
PowerPC 440（主频最高为550MHz）处理器内核可
1.4嵌入式系统的应用领域
1.4嵌入式系统的应用领域
1.5嵌入式系统的产品
网络设备:交换机、路由器,MODEM
消费电子:手机、MP3、PDA 、可视电话、
电视机顶盒、数字电视、数码照相机、
数码摄像机、信息家电
办公设备:打印机、传真机、扫描仪
浙江大学-嵌入式课件6 嵌入式软件基础
GPRMC
• <消息 ID>,<UTC 时间>,<数据有效性状态>,<纬 度>,<南北指示示>,<经度>,<东⻄西指示示>,<运动速度 >,<运动方方向>,<UTC 日日期>,<磁场变动>,<数据模 式>,<校验和><行行尾> • $GPRMC,004319.00,A,3016.98468,N, 12006.39211,E,0.047,,130909,,,D*79
GPRS接口口
• ⻄西⻔门子子MC52i • 内置TCP/IP协议栈 • GPRS上的socket通信是一一种代理方方式 • tcp的链路保持是由GSM信令实现而而非非socket层 • AT指令接口口
AT指令
• DTE向DCE主动发送指令 • 指令以AT开头 • AT+CSMS=1 • DCE回答结果，并以OK或ERROR结束 • 所有的通信都是文文本的，以0D0A结束
定时器
• 硬件上通常具有多个定时器 • 程序逻辑上需要定时器用用于： • 等待一一定时间后再做某事 • 某个等待（如串口口的回答）不能超时 • 一一定时间后需要做某事（不等待）
EE vs CS
• EE习惯为每一一个定时需要开启一一个硬件定时器 • 定时器时间到了产生生中断，中断响应程序去做事， 或设标志，在主程序中读到标志做事 • CS习惯用用一一个硬件定时器产生生时间，在每个时间 节拍判断有什么挂着要做的事情的时间到了 • 因为1970年代的PDP11只有一一个硬件定时器！
STM32 F0 SERIES - ARM CORTEX™-M0 ENTRY-LEVEL MCUS
第1章 嵌入式系统概述
6
1.3 应用领域和发展方向
嵌入式系统的应用领域主要有：
信息电器 移动计算设备 网络设备 工控、仿真、医疗仪器等
7
2. 嵌入式系统设计
嵌入式系统的设计可以分成三个阶段：分 析、设计和实现 硬件和软件的选择包括：处理器、硬件部 件、操作系统、编程语言、软件开发工具、 硬件调试工具、软件组件等
Intel StrongARM SA-1100处理器采用在 软件上兼容 ARMv4体系结构 Intel StrongARM处理器是便携式通讯产 品和消费类电子产品的理想选择
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3.4 XScale处理器
XScale 处理器是基于 ARMv5TE体系结构 的解决方案，是一款全性能、高性价比、 低功耗的处理器 支持16位的Thumb指令和 DSP指令集， 已使用在数字移动电话、个人数字助理和 网络产品等场合
24
5. 嵌入式系统开发
嵌入式系统的开发过程 ：
选 择 嵌 入 式 处 理 器 （ 硬 件 平 台 ）
选 择 嵌 入 式 操 作 系 统 （ 软 件 平 台 ）
否
开 发 嵌 入 式 应 用 软 件
测 试 通 过
是
系 统 测 试
开 发 结 束
25
5.1 交叉编译与链接
交叉编译器和交叉链接器是能够在宿主机 上运行，并且能够生成在目标机上直接运 行的二进制代码的编译器和链接器 基于ARM体系结构的 gcc交叉开发环境 中，arm-linux-gcc是交叉编译器， armlinux-ld是交叉链接器 嵌入式系统在链接过程中通常都要求使用 较小的函数库，如 uClibc、uClibm 和 newlib等
嵌入式系统概述
1.嵌入式系统简介嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，可根据实际需求对软硬件进行裁剪，满足应用系统的功能、可靠性、成本、体积等要求的专用计算机系统。
通常情况下，系统装置由嵌入式计算机系统和所应用的被控对象组成。
前者是整个嵌入式系统的核心，由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统和应用软件构成；而后者则用于接收前者发出的控制、监视和管理命令，完成所规定的操作或任务。
由此可见，嵌入式技术是结合计算机、电子和半导体等技术精髓，并将其具体应用到各个行业的先进新兴技术。
2. 嵌入式系统的发展与应用如果问哪种计算机最普及，有人会说是PC机，可实际上嵌入式系统在数量上远远超过了以PC机为代表的通用计算机，只是嵌入式系统一般集成在设备内部，不象PC那样本身是一个独立的系统，配备显示器、键盘、鼠标等标准设备。
人们在使用设备时，往往在意的是设备提供的功能，而忽略了在设备内部高速运转、起着核心作用的嵌入式系统，例如在用MP3欣赏音乐的时候，人们只关心音乐的音质、操控方式、系统容量、支持的音乐格式等，有多少人会关心在MP3内部发挥作用的嵌入式计算机呢？可实际上所有的功能都是内部的计算机完成的。
早期计算机由电子管组成，体积庞大，主要用于完成复杂的计算任务。
随着晶体管计算机的出现，尤其是集成电路在计算机中的应用，计算机体积越来越小、性能越来越强，除了数值计算外，计算机还可以实现数据采集、信息处理、自动控制等功能，将专门设计的计算机集成到传统设备中，可显著提高设备的性能。
此时，一种新的计算机类型——嵌入式系统应运而生。
嵌入式系统发展之初，因为计算机还是个昂贵的电子设备，所以应用仅限于军事、工业控制等成本不敏感的领域。
随着微处理器技术的飞速发展，计算机集成度越来越高，在性能提高的同时，计算机也变得越来越小、越来越廉价，嵌入式系统的进入蓬勃发展时期。
现代社会生活中，嵌入式系统无处不在，广泛应用在国防电子、数字家庭、工业自动化、汽车电子、医学科技、消费电子、无线通讯、电力系统等各行各业。
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嵌入式系统与桌面通用系统的区别(3/7)
嵌入式系统中使用的操作系统一般是实时操作系统 嵌入式实时操作系统数量众多，如：
VxWorks Windows CE pSOS QNX uc／OS
嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技 术为基础，采用可剪裁软硬件，适用于对 功能、可靠性、成本、体积、功耗等有严 格要求的专用计算机系统。
计算机应用领域的划分
小型专用型
桌面通用型
高端服务型
嵌入式系统与桌面通用系统的区别(1/7)
嵌入式系统中运行的任务是专用而确定的
心脏监视器只需运行信号输入、信号处理、心电图显示任务 如要更改任务，需要对整个系统进行重新设计或在线维护
早期：10％；90年代初：30％；目前：80～90％
嵌入式系统开发工具越来越丰富 嵌入式系统产业链形成
前车门控 制系统 发动器控 制系统
座椅控制 系统
后车门控 制系统
尾灯控制 系统
所有的控 制系统都 是一个完 整的嵌入 式系统
马达 控制器 车灯
两大分支
嵌入式软件市场规模
• 全球规模600亿美元，过去三年中，年均增长速度超过 12.5%。
嵌入式系统与桌面通用系统的区别(7/7)
嵌入式系统开发是一项综合的计算机应用技术
系统结构：状态控制器、中断控制器处理 汇编语言：操纵外围设备、端口 操作系统：设置运行任务、通讯、互斥 编译原理：交叉编译、bootloader加载
提纲
嵌入式系统的发展历程
嵌入式系统出现于20世纪60年代，40多年来随着计算机技 术、电子信息技术的发展，嵌入式系统的各项技术蓬勃发 展，市场迅猛扩大，已深入生产和生活的各个角落。
国产嵌入式实时操作系统，如：
HOPEN DeltaOS 。。。OS
嵌入式系统与桌面通用系统的区别(4/7)
嵌入式系统运行需要高可靠性保障，比桌面系统的故障 容忍能力弱很多
嵌入式系统需要忍受长时间、无人值守条件下的运行 嵌入式系统运行的环境恶劣
嵌入式系统与桌面通用系统的区别(5/7)
嵌入式系统大都有功耗约束
如：珍贵文物微气象环境监测 要求1分钟采样一次，每个采样节点采用电池供电，1年更新
一次。采用常规的方法，能量只能持续工作5天！ 引入间歇工作方式，从而降低功耗，节省能量。 WSN（无线传感网）节点一般能工作1-2年
嵌入式系统与桌面通用系统的区别(6/7)
桌面通用系统需要支持大量的、需求多样的应用程序
对系统中运行的程序不作假设 程序升级、更新等方便
嵌入式系统与桌面通用系统的区别(2/7)
嵌入式系统往往对实时性提出较高的要求。
实时系统：指系统能够在限定的响应时间内提供所需水平的服务。 （POSIX 1003.b ）
嵌入式实时系统可分为：
嵌入式系统发展的三个阶段
嵌入式系统的出现和兴起
（1960－1970）
嵌入式系统走向繁荣，软件、硬件日臻完善（1971－1989）
嵌入式系统应用走向纵深化发展
（1990－至今）
嵌入式系统的出现和兴起
第一代电子管计算机(1946～1957年)，无法满足嵌入式计算所要求 的体积小、重量轻、耗电少、可靠性高、实时性强等一系列要求。
嵌入式系统比桌面通用系统可用资源少得多
为降低系统成本，降低功耗，嵌入式系统的资源配置遵循够用 就行！
因此早年的嵌入式系统的主题是“裁剪” 随着集成化模块化趋势，目前某些领域的嵌入式系统，如刀片
式路由器，其可用资源接近甚至超过桌面通用系统
嵌入式系统的开发需要专用工具和特殊方法
开发：交叉编译、交叉链接 调试：仿真器、虚拟机 更新：在线升级等
嵌入式系统走向繁荣，软、硬件日臻完善
嵌入式系统的大发展是在微处理问世之后：
1971年11月，Intel公司推出了第一片微处理器Intel4004。
人们再也不必为设计一台专用机而研制专用的电路、专用的运 算器了，只需以微处理器为基础进行设计。 1976年，第一个单片机Intel 8048出现。 1982年，第一个DSP出现，比同期的CPU快10～50倍。 80年代后期，第三代DSP芯片出现。
嵌入式系统 1 嵌入式系统概述
提纲
提纲
嵌入式系统定义
IEEE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 （devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants）
软件技术的进步使嵌入式系统日臻完善：
早期嵌入式系统：采用汇编语言，基本不采用操作系统 硬件的提升 软件技术发展
嵌入式系统应用走向纵深化发展
应用充分普及：工业控制、数字化通讯、数字化家电
汽车：50个以上嵌入式微处理器 飞机：70个以上嵌入式系统
嵌入式微处理器32位、64位、128位 嵌入式实时操作系统使用比率越来越高
60年代，第二代晶体管计算机系统开始应用： 第一台机载专用数字计算机是美国海军舰载轰炸机“民团团员” 号研制的多功能数字分析器(Verdan)。 1962年美国乙烯厂实现了工业装置中的第一个直接数字控制。
1965～1970年，第三代集成电路化计算机系统应用： 第一次使用机载数字计算机控制：1965年发射的Gemini3号 第一次通过容错来提高可靠性：1968年阿波罗4号、土星5号。
• 国内，2009年嵌入式软件规模300亿元以上，过去三年中， 年均增长速度超过20%，预计未来三年高达25%。
全球分工与格局
• 美国——掌握了最先进的软件技术，控制着软件开发平台 和软件工具，在全球软件产业链中居于领先地位。
• 日本、英国、法国、德国——充分利用本国信息化的机遇， 大力发展系统软件、开发工具软件以及行业应用软件，在 某些系统软件领域和软件应用领域具有全球竞争优势。