第1章 嵌入式系统基础
嵌入式系统教案(李震)
嵌入式系统教案(李震) -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN嵌入式系统教案(李震)嵌入式系统教案教材：《ARM9嵌入式系统设计—基于S3C2410与Linux（第二版）》，徐英慧，马忠梅，王磊，王琳编著，北京航空航天大学出版社课时分配：理论课32学时，实验课8学时，共40学时第1章嵌入式系统基础一、教学目的：介绍嵌入式系统的基本概念，包括嵌入式系统的概念、特点及应用，由本章了解嵌入式系统的基础知识，掌握嵌入式的发展方向。
学时分配：2学时二、教学重点：实时操作系统的多任务内核，实时操作系统的任务管理机制三、教学难点：理解和掌握嵌入式系统中任务间采用的共享数据结构和消息机制等两种通信方式，嵌入式系统的优先级继承，抢占式调度和非抢占式调度间的区别。
四、教学方法：课题讲授及嵌入式系统在精细农业中的应用实例演示五、教学过程设计：（2学时）一、嵌入式系统概念（一）嵌入式系统的定义（二）嵌入式系统的组成（三）嵌入式系统的特点（四）嵌入式系统的应用（五）实时系统二、嵌入式处理器（一）嵌入式处理器分类（二）微控制器的定义及特点（三）嵌入式微处理器的定义及特点，介绍主流的微处理器，包括ARM、MIPS、MC68K、PowerPC、X86微处理器等。
（四）DSP处理器的定义及特点（五）片上系统的定义及特点（六）典型的嵌入式处理器三、嵌入式操作系统（一）操作系统的概念和分类（二）实时操作系统（三）常见的嵌入式操作系统四、实时操作系统的内核（一）任务管理（二）任务间的通信和同步（三）存储器管理（四）定时器和中断管理五、嵌入式技术发展现状及趋势六、思考题1、什么是嵌入式系统它由哪几部分组成（作业）2、嵌入式系统有何特点？（作业）3、嵌入式处理器分为哪几类？4、ARM英文原意是什么它是一个怎样的公司其处理器有何特点5、什么事实时系统实时系统有何特点如何划分6、实时操作系统常用的任务调度算法有哪几种？第2章嵌入式系统开发过程一、教学目的：介绍嵌入式软件的开发过程和调试手段，使学生了解嵌入式软件与普通计算机软件在开发和调试上的区别。
ARM嵌入式系统基础教程第二版课后习题答案
第1章嵌入式系统概述(1)举出3个本书中未提到的嵌入式系统的例子。
答：键盘、鼠标、扫描仪。
(2)什么叫嵌入式系统？答：嵌入到对象体系中的专用计算机应用系统。
(3)什么叫嵌入式处理器？嵌入式处理器分为哪几类？答：嵌入式处理器是为完成特殊的应用而设计的特殊目的的处理器。
分为3类：1.注重尺寸、能耗和价格；2.关注性能；3.关注全部4个需求——性能、尺寸、能耗和价格。
(4)什么是嵌入式操作系统？为何要使用嵌入式操作系统？答：嵌入式操作系统是操作系统的一种类型，是在传统操作系统的基础上加入符合嵌入式系统要求的元素发展而来的。
原因：1.提高了系统的可靠性；2.提高了开发效率，缩短了开发周期。
3.充分发挥了32位CPU的多任务潜力。
第2章 ARM7体系结构1.基础知识(1)ARM7TDMI中的T、D、M、I的含义是什么？答：T：高密度16位Thumb指令集扩展；D：支持片上调试；M：64位乘法指令；I：Embedded ICE硬件仿真功能模块。
(2)ARM7TDMI采用几级流水线？使用何种存储器编址方式？答：3级；冯·诺依曼结构。
(3)ARM处理器模式和ARM处理器状态有何区别？答：ARM处理器模式体现在不同寄存器的使用上；ARM处理器状态体现在不同指令的使用上。
(4)分别列举ARM的处理器模式和状态？答：ARM的处理器模式：用户模式、系统模式、管理模式、中止模式、未定义模式、中断模式、快速模式；ARM的处理器状态:ARM状态、Thumb状态。
(5)PC和LR分别使用哪个寄存器？答：PC:R15；LR:R14。
(6)R13寄存器的通用功能是什么？答：堆栈指针SP。
(7)CPSR寄存器中哪些位用来定义处理器状态？答：位31~28：N、Z、C、V，条件代码标志位；27~8：保留位；7~0：I、F、T、M4~0，控制标志位。
(8)描述一下如何禁止IRQ和FIQ的中断。
答：当控制位I置位时，IRQ中断被禁止，否则允许IRQ中断使能；当控制位F置位时，FIQ 中断被禁止，否则允许FIQ中断使能。
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。
嵌入式系统习题查根龙
嵌入式系统温习第一章嵌入式系统基础一、嵌入式系统的概念？二、嵌入式系统的组成？3、嵌入式系统的特点？4、嵌入式系统的应用？五、嵌入式处置器的分类，常见的嵌入式处置器有哪些？六、什么是嵌入式操作系统？嵌入式操作系统有哪些类型？7、什么是实时操作系统？实时操作系统的组成和特点。
它有哪些特征？八、常见的嵌入式操作系统有哪些？九、实时操作系统常常利用的任务调试算法有哪几种？10、用什么方式解决优先级反转问题？1一、单片机是不是嵌入式系统？它与ARM嵌入式系统有何异同？1二、嵌入式系统与通用运算机之间的区别。
第二章嵌入式系统开发流程一、嵌入式系统开发进程分为哪几个阶段？每一个阶段的特点是什么？二、嵌入式软件开发流程。
3、嵌入式系统有哪几种调试方式？此刻最流行的是哪一种？利用什么接口？4、什么是板级支持包？它一般应完成哪些工作？第三章ARM的体系结构一、ARM的英文命名是什么？AMR处置器有人材特点？二、运算机中的两种典型体系结构是什么，各自的特点是什么？3、试比较RISC体系结构和CISC体系结构的特点。
4、ARM支持哪些数据类型？五、ARM处置器支持的数据类型有哪些？六、画出别离采用小端格式和大端格式寄存0x的存储器示用意。
设存储器的初始地址为0x4000。
7、在ARM处置器的存储空间中，有一段存储空间中存储的数据如下所示：①假设，存储空间中的数据是以大端存储的，那么地址0x8000中存储的一个字是什么？地址0x8000中存储的一个半字是什么？地址0x8003中存储的一个字节是什么？②若是，存储空间中的数据是小端存储的，上述问题的答案别离是什么？八、在ARM处置器的存储空间中，有一段存储空间中存储的数据如下所示：假设，存储空间中的数据是以小端存储的，R0中的值为0x8000。
回答以下问题：①执行完LDR R1，[R0]后，R1的值是多少？②执行完LDR R1，[R0]，#4后，R1的值是多少？③执行完LDR R1，[R0，#2]后，R1的值是多少？④执行完LDMIA R0，｛R1-R4｝后，R0中的值如何转变？⑤执行完LDR R0，[R1，R2，LSL #3]后，R1的值如何转变？九、ARM处置器一共有几种中工作模式，别离是？那种模式下，专业寄放器最多。
第1章 嵌入式系统基础(新)1
重庆大学电气工程学院
嵌入式系统及其应用
2、嵌入式操作系统
• 嵌入式操作系统具有通用操作系统的 一般功能，如向上提供对用户的接口 （如图形界面、库函数API等），向下 提供与硬件设备交互的接口（如硬件 驱动程序等），管理复杂的系统资源， 同时，它还在系统实时性、硬件依赖 性、软件固化性以及应用专用性等方 面，具有更加鲜明的特点。
嵌入式系统及其应用
无线便携式考场信息管理终端 重庆大学电气工程学院
嵌入式系统及其应用
基于ECX平台的变电站值班机器人 重庆大学电气工程学院
嵌入式系统及其应用
嵌入式系统的存在形式
嵌入式系统的存在形式通常有两种： 一种，是作为一个大系统中功能和结构相 对独立但又和其它部分密不可分的形式而 存在。
靠性高、体积小、成本低、功耗小的专用 计算机系统。
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嵌入式系统及其应用
随着信息技术的发展，嵌入式系统在很多 的产业得到了非常广泛的应用并有力的推动 了这些产业的发展。例如在各种消费电子产 品、车载电子产品、办公自动化产品、智能 家电产品、工业自动化产品以及国防、航天 等众多领域中都可以找到嵌入式系统的应用 实例。
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嵌入式系统及其应用
2、基于单片机的 锅炉控制系统的解决方案
• 现在有一些生产企业使用基于单片机的锅 炉控制系统，这种系统由8位MCU、控制执 行机构、LED数码管、发光二极管、按键 等组成，完成以下功能：实时准确检测锅 炉的运行参数；综合分析及时发出控制指 令；诊断故障与报警管理;历史记录运行参 数；计算运行参数，保证锅炉的安全、稳 定运行。
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嵌入式系统及其应用
• 图1.7 服务器软件结构
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。
1.1 嵌入式系统的定义和组成
逻辑结果正确 在要求的时间内
2．RTOS特点
约束性
时间约束 资源约束（能耗，费用） 执行顺序约束（多任务操作系统，每一组任务都要 在时间约束内完成） 性能约束（可靠性）
完成实时任务所需的执行时间应该是可知的 在系统最坏情况下都能正常工作或避免损失
可预测性
可靠性
交互性
硬件层
output
analog
CPU
input
analog
embedded computer
mem
嵌入式微处理器
嵌入式微处理器的体系结构
冯· 诺依曼体系结构 哈佛体系结构(指令数据分别存储在不同 memory中，且不同总线)，
精简指令系统（Reduced Instruction Set Computer，RISC） 复杂指令集系统CISC（Complex Instruction Set Computer, CISC）。
硬盘、NAND Flash、CF卡、MMC和SD卡等 用来存放大数据量的程序代码或信息，
容量较大 读取速度慢
通用设备接口和I/O接口
与外界交互所需要的通用设备接口
GPIO、 A/D（模／数转换接口） D/A（数／模转换接口） RS-232接口（串行通信接口） Ethernet（以太网接口） USB（通用串行总线接口） 音频接口 VGA视频输出接口 I2C（现场总线） SPI（串行外围设备接口） IrDA（红外线接口）
轻型、占用资源少、高性能、高可靠性、 便于移植、可配置 实现方法：
第一章 嵌入式系统基础
从20世纪70年代单片机的出现到今天各式各样的微处理器、微 控制器的大规模应用，嵌入式系统已有30多年的发展历史了。 嵌入式系统的最初应用是单片机。虽然此时出现的设备已具备 嵌入式的应用特点，但基本上是8位的芯片，执行一些单线程的 程序，因此，谈不上“系统”的概念。 从80年代早期开始，程序员开始用商业级的操作系统来编写嵌 入式应用软件。缩短了开发周期，降低了开发成本。1981年 Ready System发展了世界上第1个商业嵌入式实时内核 （VRTX32）。 之后，许多公司纷纷推出了自己的嵌入式操作系统，运行在各 种不同的微处理器上。如WindRiver的VxWorks，Microsoft的 Win CE，3Com的PalmOS等。 目前处于正在迅速发展的阶段：以基于Internet为标志的嵌入式 系统。
主要功能：
－ 处理器管理； － 存储器管理； － 设备管理； － 文件管理； － 用户接口；
操作系统的分类
SoC的核心技术是IP核（Intellectual Property Core，知识产 权核）构件。 IP核：硬核、软核和固核。 可在设计中采用IP核技术完成系统硬件的设计。 IP技术中把不同功能的电路模块称为IP，这些IP都是经过 实际制作并证明是正确的。 在EDA设计中，把这些IP组织在一个IP元件库中，供用户 使用。设计时，用户需知道IP模块的功能、技术和性能。 最后，把不同的IP模块嵌在一个硅片上，形成完整的应用 系统。 IP技术大大简化了SoC的设计过程，缩短了设计时间。
SDRAM或DDR内存条
硬盘 鼠标、键盘、麦克等 显示器 主板集成 主板集成或外接卡
1.14 嵌入式系统的特点
（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，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。 – 比如ENEA公司的OSE分布式系统，内核只有5K，而 Windows的内核则要大得多。
嵌入式系统基础教程第01讲第1章绪论
嵌入式系统是“用于控制、监视或 者辅助设备、机器和车间运行的装 置。”
英文原文为：devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants.
顾名思义： 包含（安装）在电子装置（应用对象）内 部的计算机系统称为嵌入式系统。
基本描述： 专门用途的计算机系统 常常用于控制 广泛存在 包含硬件和软件
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嵌入式系统的释义
全称
嵌入式计算机 嵌入式计算机系统
简称
嵌入式系统
相关术语
嵌入式设备 嵌入式技术 有时还进一步简称为嵌入式
构、ARM嵌入式程序设计、uCOS-II操作系统、 设备驱动、 uCLinux操作系统。借用为宜。
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参考资料
Real-time Embedded Software Systems OSEK/VDX Operating System. Version 2.2.2.
July 5th, 2004. Charting Past, Present, Future Research in
嵌入式操作系统
Linux （源代码）
实验项目
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实验系统的内容
配套8个实验项目，具体是：
开发环境建立实验：1个/平台 实时内核实验：7个
任务的基本管理 优先级反转 优先级继承 信号量：哲学家就餐问题的实现 消息队列 时钟中断 µC/OS-II的内存分配
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教材及参考资料
嵌入式系统基础教程，俞建新等主编，机械工业出版社. 嵌入式实时操作系统及应用开发，罗蕾主编，北京航空航天大学出版
第1章嵌入式系统基础知识(70)PPT课件
（4）面向Internet阶段
进入21世纪，Internet技术与信息家电、工业控制技术等的 结合日益紧密，嵌入式技术与Internet技术的结合正在推动着 嵌入式系统的飞速发展。
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2.嵌入式系统发展趋势
面对嵌入式技术与Internet技术的结合，嵌入式系统的研究 和应用在飞速发展。
（2）简单操作系统阶段 20世纪80年代，出现了大量具有高可靠性、低功耗的嵌入式
CPU（如Power PC等），芯片上集成有微处理器、I/O接口、 串行接口及RAM、ROM等部件，面向I/O设计的微控制器在嵌 入式系统设计应用。一些简单的嵌入式操作系统开始出现并得 到迅速发展，程序设计人员也开始基于一些简单的“操作系统 ”开发嵌入式应用软件。此时的嵌入式操作系统虽然还比较简 单，但已经初步具有了一定的兼容性和扩展性，内核精巧且效 率高，大大缩短了开发周期，提高了开发效率。
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1.1.2 嵌入式系统发展趋势
1．嵌入式系统的发展历史
从单片机的出现到各种嵌入式微处理器、微控制器的广泛应 用，嵌入式系统的应用可以追溯到20世纪60年代中期，嵌入式 系统的发展历程，大致经历了以下4个阶段。 （1）无操作系统阶段
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嵌入式系统发展历史
（3）实时操作系统阶段
20世纪90年代，面对分布控制、柔性制造、数字化通信和信 息家电等巨大市场的需求，嵌入式系统飞速发展。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，实时多 任务操作系统逐渐形成，系统能够运行在各种不同类型的微处 理器上，具备了文件和目录管理、设备管理、多任务、网络、 图形用户界面(GUI)等功能，并提供了大量的应用程序接口 (API)，从而使应用软件的开发变得更加简单。
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
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1、硬件设备
• (1) 存储设备 • 存储设备主要用于各类数据的存储，常用 的有静态易失型存储器（RAM、SRAM）、 动态存储器（DRAM）和非易失型存储器 （ROM、EPROM、EEPROM、FLASH） 三种。 • 其中FLASH凭借其可擦写次数多、存储速 度快、存储容量大、价格便宜等优点，在 嵌入式领域内得到了广泛应用。
• 2、Windows CE
• WinCE 是一种针对小容量、移动式、智 能化、32位、小型设备的模块化实时嵌人 式操作系统。为建立针对掌上设备、无线 设备的动态应用程序和服务提供了一种功 能丰富的操作系统平台，它能在多种处理 器体系结构上运行，并且通常适用于那些 对内存占用空间具有一定限制的设备。
1.1.3嵌入式系统的特点
• 4、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 中。 • 5、嵌入式系统本身不具备自举开发能力， 即使设计完成以后用户通常也是不能对其 中的程序功能进行修改的，必须有一套开 发工具和环境才能进行开发。
1.2 嵌入式系统的发展 和应用领域
1.5嵌入式系统应用方案
1.5.1 基于嵌入式的 视频网络监控系统
1、系统总体结构
2、 系统实现
• （1） 硬件平台设计 本系统以嵌入式Linux为基础，根据设计 的嵌入式目标板编写相应的BootLoader程 序，然后裁剪出合适的内核和文件系统。 目标板的CPU采用嵌入式处理器S3C2410。 它只需很少的外围芯片就可以实现RS-232 串行口和100/10M的以太网接口。能够与常 用的外围设备(如SDRAM、ISDN收发器)实 现无缝连接，从而简化了外围电路的设计， 降低了产品成本、体积和功耗。
1.2.2 嵌入式系统的发展前景及趋势
• 1、从嵌入式系统的应用来说，其发展 有以下几个方面： （1）家庭信息网络 （2）移动计算设备 （3）网络设备 （4）自动化与测控仪器仪表 （5）交通电子与嵌入式系统
嵌入式技术在电子通讯中的应用
• 手机、小灵通、智能手机、3C合一……
信息家电——数字机顶盒
1.4
嵌入式系统的开发过程
1.4 嵌入式系统的开发过程
• 嵌入式系统的开发与通用系统的开发 方法是不同的，它涉及软件和硬件两 个部分，其开发流程如图1.5所示。
图l.5 嵌入式系统的开发流程
各模块的说明
• 1、系统需求分析
• 根据项目需求，确定设计任务和设计目标， 对系统的功能、性能、生产成本、功耗、 物理尺寸及重量等内容进行设定，并根据 这些需求分析，制定出设计说明书。
1.3.2 几种有代表性的嵌入式操作系统
• 3、嵌入式Linux
• 嵌入式Linux最大的特点是源代码公开并 且遵循GPL协议。软件的开发和维护成本 很低。
1.3.2 几种有代表性的嵌入式操作系统
• 4、μC/OS一Ⅱ • μC/OS一Ⅱ是著名的源代码公开的实时内 核，是专为嵌入式应用设计的 。它是在 原版本μC/OS的基础上做了重大改进与升 级。
基于VXworks的火星探路者
2004年“勇气号”再次登陆火 星
机器鱼的智能控制
基于ARM的嵌入式控制器方案设计
主控计算 机
无线通信 模块
基于ARM的嵌入式控制器
GPS 导 航 子 系 统
压 力 深 度 传 感 器
罗 盘 定 位 子 系 统
测 距 传 感 器
尾鳍驱动子 系统
上升下潜 子系统
机器鱼关节电 机
• 3、硬件/软件协同设计
• 描述系统如何实现所述的功能需求，包括 对硬件、软件和执行装置的功能划分，软 件、硬件的组成及设备选型等。 • 在嵌入式系统的开发过程中，通常很难把 系统的软件和硬件完全分开，因此，在考 虑系统设计时，应先考虑系统软件的结构， 然后再考虑它的硬件实现。
各模块的说明
• 4、系统集成
（2）软件设计与实现
视频监控系统软件结构采用的是浏览器／服 务器(B／S)网络模型，即由客户端通过 Web向服务器提出请求，服务器对请求做 出确认响应并执行相应的任务(如向客户端 发送组播地址、图像格式、压缩格式等)， 建立连接后就可以在客户端监控被控点， 从而实现远程网络监控。服务器(Web Server)端即现场监控点的软件结构包括采 集模块、压缩编码模块、网络通信模块、 控制模块等，如图1.7所示。
1.1.1嵌入式系统基本概念
• 嵌入式系统（Embedded System）是当 今最为热门的领域之一，它迅猛的发展势 头引起了社会各方面人士的关注。
图1.1 嵌入式系统设备
图1.2 嵌入式系统开发板
嵌入式系统定义
• 嵌入式系统是以应用为中心，以计算 机技术为基础，并且软硬件是可裁剪 的，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。
1.1.2 嵌入式系统的体系结构
嵌入式系统作为一类特殊的计算机系统， 一般包括以下3个方面： 硬件设备、嵌入式操作系统和应用软件。
1、硬件设备
• 硬件设备包括嵌入式处理器和外围设 备。 • 嵌入式处理器（CPU）是嵌入式系统 的核心部分。 • 外围设备是嵌入式系统中用于完成存 储、通信、调试、显示等辅助功能的 其他部件。嵌入式外围设备按功能可 以分为存储设备、通信设备和显示设 备三类。
• 将计算机嵌入到一个对象体系中，这是理 解嵌入式系统的基本出发点。
2、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。
各模块的说明
• 2、体系结构设计
• 描述系统如何实现所述的功能需求，包括 对硬件、软件和执行装置的功能划分，软 件、硬件的组成及设备选型等。 • 在嵌入式系统的开发过程中，通常很难把 系统的软件和硬件完全分开，因此，在考 虑系统设计时，应先考虑系统软件的结构， 然后再考虑它的硬件实现。
各模块的说明
2、嵌入式操作系统
• 嵌入式操作系统具有通用操作系统的 一般功能，如向上提供对用户的接口 （如图形界面、库函数API等），向下 提供与硬件设备交互的接口（如硬件 驱动程序等），管理复杂的系统资源， 同时，它还在系统实时性、硬件依赖 性、软件固化性以及应用专用性等方 面，具有更加鲜明的特点。
3、应用软件
教材：嵌入式系统设计与应用
作者：张思民 出版：清华大学出版社
第1章
嵌入式系统基础
第一章 嵌入式系统基础
• • • • • 1.1 嵌入式系统简介 1.2 嵌入式系统的发展和应用领域 1.3 嵌入式操作系统 1.4嵌入式系统的开发过程 1.5嵌入式系统的应用方案
1.1嵌入式系统简介
1.1.1嵌入式系统基本概念 1.1.2 嵌入式系统的体系结构 1.1.3嵌入式系统的特点
• 应用软件是针对特定应用领域，基于 某一固定的硬件平台，用来达到完成 预期目标的计算机软件。 • 由于嵌入式系统自身的特点，决定了 嵌入式系统的应用软件不仅要求达到 准确、安全和稳定的标准，而且还要 进行代码精简，以减少对系统资源的 消耗，降低硬件成本。
1.1.3嵌入式系统的特点
• 1、嵌入式系统功耗低、体积小、专用性强。 • 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。 • 3、由于空间和各种资源相对不足，嵌入式 系统的硬件和软件都必须高效率地设计， 系统要精简，量体裁衣、去除冗余。
1.2.1 嵌入式系统的发展历史
• 1、始于微型机时代的嵌入式应用 • 2、现代计算机技术的两大分支 • 3、两大分支发展的里程碑事件
1、始于微型机时代的嵌入式应用
• 1946年诞生了大型昂贵电子数字计算机。 • 20世纪70年代，微处理器的出现，产生了 小型、价廉的微型机。 • 把嵌入到对象体系中，实现智能化控制的 计算机，称作嵌入式计算机系统。
嵌入式系统与机器人技术
图：卡耐基梅隆大学和瑞士EPFL研制的机器人控制器 （采用卡西欧PDA和Windows CE）
智能机器人
基于Win CE的移动机器人平台
基于Win CE的机器人装配平台
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
• 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。
信息家电——消费电子
SAN公司的信息家电产品
嵌入式技术在汽车电子中的应用
—（18个嵌入式控制模块） —CAN总线网络
VOLVO S80汽车的CAN总线网络
嵌入式技术在军事方面的应用
阿富汗参加反恐作战的“赫耳 墨斯”价值4万美元，可携带2 架摄像机，发挥了很好作用。