嵌入式系统简介(1)
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 +
什么是嵌入式系统
什么是嵌入式系统什么是嵌入式系统嵌入式系统简介'嵌入式系统'一般指非PC系统，有计算机功能但又不称之为计算机的设备或器材。
它是以应用为中心，软硬件可缩扩的，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；主要由嵌入式处理器、相关支撑硬件、嵌入式操作系统及应用软件系统等组成。
与通用型计算机系统相比，嵌入式系统功耗低、可靠性高；功能强大、性能价格比高；实时性强，支持多任务；占用空间小，效率高；面向特定应用，可根据需要灵活定制。
嵌入式系统应用广泛：几乎包括了生活中的所有电器设备，如掌上PDA、移动计算设备、电视机顶盒、手机上网、数字电视、多媒体、汽车、微波炉、数字相机、家庭自动化系统、电梯、空调、安全系统、自动售货机、蜂窝式电话、消费电子设备、工业自动化仪表与医疗仪器等嵌入式系统中操作系统介绍嵌入式操作系统是一种支持嵌入式系统应用的操作系统软件，它是嵌入式系统(包括硬、软件系统)极为重要的组成部分，通常包括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、标准化浏览器等Browser。
嵌入式操作系统具有通用操作系统的基本特点，如能够有效管理越来越复杂的系统资源；能够把硬件虚拟化，使得开发人员从繁忙的驱动程序移植和维护中解脱出来；能够提供库函数、驱动程序、工具集以及应用程序。
与通用操作系统相比较，嵌入式操作系统在系统实时高效性、硬件的相关依赖性、软件固态化以及应用的专用性等方面具有较为突出的特点。
一般情况下，嵌入式操作系统可以分为两类，一类是面向控制、通信等领域的实时操作系统，如WindRiver 公司的VxWorks、ISI的pSOS、QNX系统软件公司的QNX、ATI的Nucleus等；另一类是面向消费电子产品的非实时操作系统，这类产品包括个人数字助理(PDA)、移动电话、机顶盒、电子书、WebPhone等。
目前RTLinux以免费软件的特点越来越被大家重视。
1. 什么是嵌入式系统？其特点有些什么？
1. 什么是嵌入式系统？其特点有些什么？答:嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。
特点：（1）通常是面向特定应用，低功耗、体积小、集成度高；（2）是技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统；（3）软硬件必须高效率地设计，根据应用需求量体裁衣，去除冗余；（4）与具体应用有机结合，具有较长的生命周期；（5）为提高执行速度和系统可靠性，软件一般固化在存储器芯片或单片机本身中；（6）本身不具备自举开发能力，必须有一套开发工具和环境才能进行开发。
2. 嵌入式系统的BooTLoader的功能是什么？答： BooTLoader是系统加电后,操作系统内核或用户应用程序运行之前，首先必须运行的一段程序，即引导加载程序。
通过这段程序,为最终调用操作系统内核、运行用户应用程序准备好正确的环境。
3. 什么是嵌入式操作系统？为何要使用嵌入式操作系统？答：嵌入到对象体系中的专用计算机应用系统。
4. 目前嵌入式操作系统有哪些？答：（1）Windows CE（2）VxWorks（3）pSOS（4）QNX（5）Palm OS（6）嵌入式Linux 5. 构造嵌入式开发环境有哪几种形式？答：（1）交叉开发环境（2）软件模拟环境（3)评估电路板6. 嵌入式系统开发的基本流程?答：（1）系统定义与需求分析（2）规格说明（3）系统结构设计（4）构件设计（5）系统集成7. 什么是可编程片上系统？答：用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上,称作可编程片上系统PSOC.它是一种特殊的嵌入式系统，首先它是SOC，即由单个芯片实现整个系统的主要逻辑功能，具有一般SOC基本属性；其次，它又具备软硬件在系统可编程的功能，是可编程系统，具有可裁剪、可扩充、可升级等灵活的设计方式。
8. 有时要使用Thumb技术的原因?答：16位Thumb指令集是32位ARM指令集的子集，用16位代码密度的指令获得32位处理器的性能既节省存储空间及成本，又不降低处理性能，低功耗，小体积，低成本。
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
第一章 嵌入式系统概述1
土星探测
自1997年10月15日发射以来， 经历了7年35亿公里航程的卡西 尼号太空船在2004年7月1日10 时30分进入土星轨道，开始进 行人类有史以来对土星及其31 颗已知卫星最详尽的探测。
嵌入式设备无处不在，但桌面系统还依然有用。
无处不在的计算机是计算机与使用者的比率达到和超 过100:1的阶段 无处不在的计算机包括通用计算机和嵌入式计算机系 统 在100:1比例中95%以上都是嵌入式计算机系统，并非 通用计算机
形式多样、面向特定应用
一般用于特定的任务，其硬件和软件都必须 高效率地设计，量体裁衣、去除冗余，而通 用计算机则是一个通用的计算平台。 它通常都具有低功耗、体积小、集成度高等 特点，能够把通用微处理器中许多由板卡完 成的任务集成在芯片内部。 嵌入式软件是应用程序和操作系统两种软件 的一体化程序。
即使远在火星和土星
火星与地球， 这一对在星空 中遥遥相望的 “兄弟”，将 迎来6万年来 “最亲密的接 触”，在2003 年8月27日这 一天，火星距 离地球最近达 到55756622(5 千多万)公里。 勇气号 面对6万年才有一次 的机会，科学家们 积极行动起来—— —从6月开始，先后 有欧洲的“火星快 车”、美国“勇气 号”和“机遇号” 等三颗火星探测器 飞往火星，而日本 一颗本已在太空 “迷失方向”的火 星探测器也在关键 时刻及时“醒”来， 开始了久违的火星 之旅。
处理器和处理器体系结构类型多
通用计算机采用少数的处理器类型和体 系结构，而且主要掌握在少数大公司手 里。 嵌入式系统可采用多种类型的处理器和 处理器体系结构。 在嵌入式微处理器产业链上，IP设计、 面向应用的特定嵌入式微处理器的设计、 芯片的制造已形成巨大的产业。大家分 工协作，形成多赢模式。 有上千种的嵌入式微处理器和几十种嵌 入式微处理器体系结构可以选择。
嵌入式系统简介
§1.1.2 嵌入式系统的应用
4.通信
电话交换机、卫星和全 球定位系统（GPS）、 移动电话等。
5.办公设备
电话系统、传真系统、 复印机、照相机和摄像 机、商用电脑、掌上电 脑等。
2020/11/25
§1.1.2 嵌入式系统的应用
6.银行和金融
自动柜员机、信用卡 系统、验钞机、点钞 机、安全系统等。
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由上面的定义，可以看出嵌入式系统的一些特征：
1.嵌入式系统是以嵌入式应用为目的的计算机 系统。
电子计算机是为解决海量数值计算而发明和 发展起来的。 而微型机一旦进入对象体系中后，便失去了 通用计算机的形态和功能，变成了形形色色的 自动化系统。 从而导致了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。
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§1.1.1 嵌入式系统的概念与特点
一、嵌入式系统（Embedded System）定 义：
嵌入式系统是指用于实时控制、监视、管理 或辅助其他设备运行的设备，可以是专用或多 用途（但一般具有可编程的特性）的设备，“ 嵌入”意味着这些系统本身与所控制和管理的 系统融为一体的，是其中的一个有机组成部分 ，是各种控制系统的基本构造单元。
7.医疗诊断监视系统
心脏起搏器、理疗控 制系统、热疗机、X光 设备、电磁成像系统 等。
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§1.1.2 嵌入式系统的应用
8.家庭中的应用
*每个家庭使用的嵌入式处 理器约30～40个;
*一台PC机中就可能使用 了10来个嵌入式处理器;
*其他家电中，电冰箱、微 波炉、洗衣机、录像机、电 子钟、洗碗机、DVD播放机 、电视机、音响设备、通用 遥控器、电子玩具、电子宠 物等.
精品课件-ARM Cortex-A9多核嵌入式系统开发-第一章
第1章 嵌入式系统概述
1软件是整个系统
应用软件 应用层
文件系统/图形用户应用程序接口
的控制核心，控制整个系统 的运行，提供人机交互的信
OS层
嵌入式操作系统
硬件设备驱动层 设备驱动程序、HAL、BSP
息等。在嵌入式系统不同的 应用领域和不同的发展阶段， 嵌入式系统软件组成也不完
安全、地震监测网、实时气象信息网、水源和空气污染监 测都涉及大量数据的实时处理分析。 国防与航天
神舟飞船和长征火箭中有很多嵌入式系统，导弹的 制导系统也是一种嵌入式系统。
第1章 嵌入式系统概述
1.3 嵌入式系统的概念和特点
概念： 按照IEEE(国际电气和电子工程师协会)的定义，
嵌入式系统即“控制、监视或者辅助装置、机器和设备运 行的装置”(原文为devices used to control，monitor， or assist the operation of equipment，machinery or plants)。这主要是从应用上加以定义的，从中可以看出嵌 入式系统是软件和硬件的综合体，并且涵盖机械等附属装 置。
第1章 嵌入式系统概述
Linux： 遵循GPL协议的开放源码的操作系统，使用时
无需交纳许可费用。内核可任意裁剪，几乎支持所有的 32位、64位CPU；内核中支持的硬件种类繁多，几乎可以 从网络上找到所有硬件驱动程序；支持几乎所有的网络 协议；有大量的应用程序可用，从编译工具、调试工具 到GUI程序。其缺点在于实时性，虽然2.6版本的Linux在 实时性方面有较大改进，但是仍无法称为实时操作系统。
图1.2 嵌入式系统软件子系统 全相同，但基本上可以分为
组成框图
应用层、操作系统(OS)层和
嵌入式实时操作系统简介
嵌入式实时操作系统简介嵌入式实时操作系统简介一：引言嵌入式实时操作系统（RTOS）是一类特殊的操作系统，用于控制和管理嵌入式系统中的实时任务。
本文将介绍嵌入式实时操作系统的基本概念、特点和应用领域。
二：嵌入式实时操作系统的定义1. 实时操作系统的概念实时操作系统是一种能够处理实时任务的操作系统。
实时任务是指必须在严格的时间约束内完成的任务，例如航空航天、工业自动化和医疗设备等领域的应用。
2. 嵌入式实时操作系统的特点嵌入式实时操作系统相比于通用操作系统具有以下特点：- 实时性：能够满足严格的时间要求，保证实时任务的及时响应。
- 可靠性：具备高可用性和容错能力，能够保证系统的稳定运行。
- 精简性：占用资源少，适应嵌入式系统的有限硬件资源。
- 可定制性：能够根据具体应用需求进行定制和优化。
三：嵌入式实时操作系统的体系结构1. 内核嵌入式实时操作系统的核心部分，负责任务和资源管理、中断处理和调度算法等。
- 任务管理：包括任务的创建、删除、挂起和恢复等。
- 资源管理：包括内存、文件系统、网络资源等的管理。
- 中断处理：负责中断的响应和处理。
- 调度算法：根据任务的优先级和调度策略进行任务的调度。
2. 设备管理嵌入式实时操作系统需要与各种外设进行通信和交互，设备管理模块负责管理设备驱动、中断处理和设备的抽象接口等。
3. 系统服务提供一系列系统服务，例如时钟管理、内存管理和文件系统等，以支持应用程序的运行。
四：嵌入式实时操作系统的应用领域嵌入式实时操作系统广泛应用于以下领域：1. 工业自动化：用于控制和监控工业设备和生产过程。
2. 航空航天：用于飞行控制、导航和通信系统。
3. 交通运输：用于车辆控制和交通管理。
4. 医疗设备：用于医疗仪器和设备控制和数据处理。
附件：本文档附带示例代码和案例分析供参考。
注释：1. 实时任务：Real-Time Task，简称RTT。
2. 嵌入式系统：Embedded System，简称ES。
嵌入式系统中的仿真技术
嵌入式系统中的仿真技术嵌入式系统是指内嵌在各种设备或系统中，以实现特定功能的计算机系统。
在嵌入式系统设计和开发中，仿真技术起着至关重要的作用。
本文将从嵌入式系统的概念入手，详细介绍嵌入式系统中的仿真技术及其应用。
一、嵌入式系统简介嵌入式系统是一种特殊的计算机系统，它通常被嵌入到其他系统或设备中，来实现特定的功能。
与传统计算机系统相比，嵌入式系统通常具有体积小、功耗低、性能可靠、实时性强等特点。
嵌入式系统应用广泛，如家电、汽车、医疗设备、通信设备等领域。
二、仿真技术在嵌入式系统中的作用仿真技术是一种重要的工具，可以在系统设计和开发的早期阶段进行大规模的测试和排错，以降低后期修改的风险和成本。
在嵌入式系统中，仿真技术的主要作用如下：1. 性能评估：通过仿真技术，可以对嵌入式系统的性能进行全面的评估，包括响应时间、功耗、资源利用率等指标。
这有助于性能优化和系统设计的合理规划。
2. 硬件软件协同开发：嵌入式系统中通常包含硬件和软件两部分，二者需要协同开发。
仿真技术可以使硬件和软件开发团队在早期阶段进行集成测试，验证硬件和软件之间的接口和交互是否正确，提高开发效率。
3. 故障分析与调试：嵌入式系统的开发过程中，可能会出现各种故障和问题。
通过仿真技术，可以模拟各种用户场景和异常情况，以帮助开发人员分析和解决问题。
4. 系统验证和验证：在嵌入式系统完成开发后，需进行系统验证和验证。
仿真技术可以模拟真实环境下的系统行为，对系统功能进行全面的测试，确保系统的正确性和稳定性。
三、嵌入式系统仿真技术的应用嵌入式系统中的仿真技术广泛应用于多个方面，包括以下几个方面：1. 功能仿真：通过软件仿真技术，模拟系统功能的运行情况，验证系统设计的正确性和可行性。
这有助于系统的迭代开发和功能优化。
2. 性能仿真：嵌入式系统的性能对于实际应用至关重要。
通过仿真技术，可以对系统的性能进行全面的评估和优化，确保系统的响应时间、功耗等指标满足需求。
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。
ARM嵌入式系统简介
工业控制中的ARM嵌入式系统
工业控制
ARM嵌入式系统在工业控制领域的应用也非常广泛，如自动化生产线、机器人控制系统 等。通过ARM嵌入式系统，可以实现设备的远程控制、自动化运行和智能化管理等功能 ，提高工业生产的效率和稳定性。
ARM指令集的特点与优势
01 02 03 04
ARM指令集具有简单、高效、易于理解和实现的特点，使得ARM处 理器在功耗、面积和性能方面具有优秀的表现。
ARM指令集支持大量的寄存器和寻址模式，使得指令执行更加灵活 和高效。
ARM指令集还支持条件执行和并行执行，能够进一步提高处理器的 性能和效率。
ARM指令集的开放性和可定制性使得ARM处理器广泛应用于各种嵌 入式系统领域，如智能家居、物联网、智能终端等。
AI和机器学习
嵌入式系统将越来越多地用于实现人 工智能和机器学习功能，需要更高效 的算法和硬件实现。
安全性和可靠性
随着嵌入式系统在关键任务中的应用 增加，对安全性和可靠性的需求将更 高，需要更多的研究和投资来确保系 统的安全性和可靠性。
05
ARM嵌入式系统应用案例
智能家居中的ARM嵌入式系统
• 智能家居：ARM嵌入式系统在智能家居领域的应用广泛，如智能照明、智能 安防、智能环境监测等。通过ARM嵌入式系统，可以实现家居设备的远程控 制、自动化控制和智能化管理，提高生活便利性和舒适度。
疗器械等。
02
ARM架构与指令集
ARM架构简介
1
ARM架构是一种基于精简指令集（RISC）的微 处理器架构，具有低功耗、高性能、低成本等优 点。
嵌入式课件(ppt)
嵌入式系统已经广泛应用于各个科技领域和日常生活的每个角落，由于其本 身的特性，使得我们很难发现它的存在。甚至一些从事嵌入式系统开发的科技人 员也只知单片机，不知道嵌入式系统。本节从嵌入式系统的定义开始，阐述嵌入 式系统的含义、特点等，以使读者加深对嵌入式系统的理解。
§1.1.1 嵌入式系统的定义 §1.1.2 嵌入式系统的组成 §1.1.3 嵌入式系统的特点 §1.1.4 嵌入式系统的应用 §1.1.5 嵌入式系统的发展
由上述可以看出，嵌入式系统是一个外延极广的概念，凡是与产品结合在一起的、 具有嵌入式系统特点的系统都可以称为嵌入式系统。
第1章 嵌入式系统设计基础
4
嵌入式系统的组成
嵌入式系统一般有3个主要的组成部分： 硬件。图1.1给出了嵌入式系统的硬件组成。其中，处理器是系统的运算核心； 存储器（ROM、RAM）用来保存可执行代码，以及中间结果；输入输出设备完成 与系统外部的信息交换；其他部分辅助系统完成功能。 应用软件。应用软件是完成系统功能的主要软件，它可以由单独的一个任务来 实现，也可以由多个并行的任务来实现。 实时操作系统（Real-Time Operating System，RTOS）。该系统用来管理应 用软件，并提供一种机制，使得处理器分时地执行各个任务并完成一定的时限要 求。
由于对嵌入式系统含义的理解因人而异，所以不同的书籍对嵌入式系统的定义也 不尽相同。下面给出了一些文献中对嵌入式系统的定义：
“Computer as Components – Principles of Embedded Computing System Design”一书的作者Wayne Wolf认为：“什么是嵌入式计算系统？如果不严格地定 义，它是任何一个包含可编程计算机的设备，但是它本身却不是一个通用计算机。”
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
嵌入式系统论文(1)
嵌入式系统论文(1)摘要嵌入式系统是一种以特定功能为目的、在系统内部固化了处理器、存储器和各种外设等组成的计算机系统。
本文主要介绍嵌入式系统的发展历程、应用领域、架构、软硬件设计以及未来发展趋势等内容。
发展历程嵌入式系统最早源于20世纪70年代的单片机，随着科技的不断进步，嵌入式系统也得到了长足的发展。
20世纪80年代，嵌入式系统开始广泛应用于各个行业，如通信、航空、军事、医疗等领域。
90年代初期，嵌入式系统逐渐进入家庭电器、汽车等领域，并随着智能手机、IoT等技术的出现，嵌入式系统已经深入到了人们的日常生活中。
应用领域嵌入式系统的应用领域非常广泛，可以应用于各种机器人、智能家居、智能工厂、医疗设备等领域。
在智能家居领域中，嵌入式系统可以通过连接各种传感器和设备，实现对家庭环境的自动控制和调节；在智能制造领域中，嵌入式系统可以协同工业机器，实现智能生产线的自动化控制；在医疗设备领域，嵌入式系统可以配合电子设备，实现医疗监测、诊断和治疗等功能。
架构嵌入式系统的架构可以分为单核架构和多核架构两种形式。
单核架构是指系统中只有一个CPU核心，各个模块和外设共享该CPU核心资源，因此需要对CPU核心进行优化和资源分配，使得各个功能模块可以充分利用CPU核心的处理能力；多核架构是指系统中有多个CPU核心，每个核心负责处理不同的任务，可以提高系统的并发处理能力和整体性能，并减少各个模块和外设之间的干扰和耦合。
软硬件设计嵌入式系统开发需要涉及到软硬件设计两个方面。
硬件设计主要包括电路设计、原理图设计、PCB设计等工作，需要考虑系统整体性能，以及各个外设之间的数据交互和控制。
软件设计主要包括嵌入式操作系统选型、驱动程序编写、应用程序开发等工作，需要考虑系统整体稳定性，及应用程序对硬件资源的使用情况。
未来发展趋势未来，嵌入式系统将与人工智能和大数据等技术结合，推动智能化的发展。
在智能家居领域中，嵌入式系统可以通过程序学习，自动适应家庭环境，提供更加智能化的服务；在智能制造领域中，嵌入式系统可以通过类人智能算法，实现智能优化和协同控制；在医疗设备领域中，嵌入式系统可以通过云计算技术，实现医疗数据的共享和分析等功能。
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ARM = Advanced RISC Machines 7 = 体系结构 T = THUMB 代码支持 D = Debug 硬件调试模块支持 M = 增强的乘法指令集 I = Embedded ICE Logic
第1章 嵌入式系统简介
1 嵌入式系统的定义 2 嵌入式系统与单片机和PC的 关系 3 嵌入式系统的组成
ARM9E Family ARM926EJ-S ARM946E ARM946E-S ARM966E-S
ARM10 Family ARM1020E ARM1022E ARM1026EJ-S
ARM11 Family ARM11 Family
ARM CORTEX A系列 R系列 M系列
ARM7TDMI参数含义
ARM嵌入式技术
ARM处理器分类
➢ ARM微处理器目前包括下面几个系列，除了具有ARM体系结 构的共同特点以外，每一个系列的ARM微处理器都有各自 的特点和应用领域。
ARM7系列 ARM9系列 ARM9E系列 ARM10E系列 ARM11系列 Securcore系列 Intel的StrongARM Intel的Xscale，
1991 年ARM 公司成立于英国剑桥，主要出售芯片设计技 术的授权。目前，采用ARM技术知识产权（IP）核的微处 理器，即我们通常所说的ARM 微处理器，已遍及工业控 制、消费类电子、通信系统、网络系统、无线系统等各类 产品市场，基于ARM 技术的微处理器应用约占据了32 位 RISC 微处理器75 %以上的市场份额，ARM 技术正在逐步 渗入到我们生活的各个方面。
ARM体系版本6是2001年发布的。其主要特点是增加了 SIMD(单指令多数据)功能扩展。SIMD功能扩展为包括音 频/视频处理在内的应用系统提供了优化功能。它可以使 音频/视频处理性能提高4倍。ARM体系版本6首先在2002 年春节发布的ARM11处理器中使用。
ARM还定义了一些拥有特定功能的变种(Variant)。
嵌入式系统设计的核心是软件设计（占70%左右的工作 量），单片机系统软硬件设计所占比例基本相同。
嵌入式系统 与 PC机
嵌入式系统一般是专用系统，而PC是通用计算平台。 嵌入式系统的资源比PC少得多。 嵌入式系统软件故障带来的后果比PC机大得多。 嵌入式系统一般采用实时操作系统。 嵌入式系统大都有成本、功耗的要求。 嵌入式系统得到多种微处理体系的支持。 嵌入式系统需要专用的开发工具。
与版本4相比，版本5增加或者修改了下列指令： 提高了T变种中ARM/Thumb混合使用的效率。 对于T变种的指令和非T变种的指令使用相同的代码生成技术。 增加了前导零计数(count leading zeros)指令，该指令可以使整数除法和中
断优先级排队操作更为有效。 增加了软件断点指令。 为协处理器设计提供了更多的可选择的指令。 更加严格地定义了乘法指令对条件标志位的影响。 ARM7,ARM9
处理器部分：全世界嵌入式处理器的种类有1000多 种，其中以ARM公司授权的ARM系列，MIPS公 司的MIPS系列，IBM公司的POWER PC INTER的 X86系列，以及MOTOROLA公司的68K系列为主。
嵌入式系统的软件部分 ：
操作系统部分：操作系统分为免费的UCOSII、 LINUX，商用的VXWORKS、WINDOWS CE等。
4 为什么要学习嵌入式系统
嵌入式系统
嵌入式系统
嵌入式系统
基于VXworks的火星探 路者
学习嵌入式系统是多方面的需求
市场需求—— 中国具有世界最大嵌入式技术市场， 将成为世界第一的手持仪器设备、信息家电、城市建 设、工业控制、军事应用……嵌入式技术无处不在。
企业人才需求—— 软硬件设计人才，应用开发人才 ，综合性人才……
各半导体公司(ARM公司合作伙伴)在上述的处理器内核或处理器核基础上进 行再设计，嵌入各种外围和处理部件，形成各种嵌入式微处理器和嵌入式微 控制器。、
ARM芯片具有RISC体系的一般特点，除此之外，ARM体系采用了一些特别 的技术，在保证高性能的同时尽量减少芯片体积，降低芯片的功耗。
ARM架构自诞生至今，已经发生了很大的演变，至今已定义7种不同的版本。
动
器
电
机
空
费
化
仪
工
测
航
电
应
用
嵌入式系统设计
微处理器
微处理器及接口
+
操作系统
操作系统及应用
电子工程专业
计算机软件专业
感谢下 载
《单片机与嵌入式系统应用》定义
嵌入式系统是嵌入到对象体系内部的专用计算机系统。
一般定义
“以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬 件可裁剪、功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要 求的专用计算机系统。”
从以下几个方面来理解国内对嵌入式系统的定义：
嵌入式系统是面向用户、面向产品、面向应用的，它必 须与具体应用相结合才会具有生命力、才更具有优势。 可以这样理解上述三个方面的含义，即嵌入式系统是 与应用紧密结合的，它具有很强的专用性，必须结合 实际系统需求进行合理的裁减利用。
嵌入式系统与单片机、PC相比较
采用32位RISC嵌入式微处理器和实时操作系统组成的嵌入式 控制系统，与传统基于单片机的控制系统和基于PC的控制方 式相比，具有以下特点：
• 性能方面：采用32位RISC结构微处理器，主频从30MHz 到200MHz以上，处理能力大大超出单片机系统，接近 PC机的水平，但体积更小，能够真正地“嵌入”到设备 中；
v4版架构： 半字的读取和写入指令。 读取(Load)带符号的字节和半字数据的指令。 增加了T变种，可以使处理器状态切换到Thumb状态，在
该状态下指令集是16位的Thumb指令集。 增加了处理器的特权模式。在该模式下，使用的是用户模
式下的寄存器。 版本4不再强制要求与以前的26位地址空间兼容。
嵌入式系统的几个重要特征
（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。 （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。
（３）系统精简
嵌入式系统一般没有系统软件和应用软件的明 显区分，不要求其功能设计及实现上过于复杂， 这样一方面利于控制系统成本，同时也利于实 现系统安全。
ARM指令为32位的长度，Thumb指令为16位长度。Thumb指令集为ARM指令 集的功能子集，但与等价的ARM代码相比较，可节省30％～40％以上的存储 空间，同时具备32位代码的所有优点。
ARM公司为ARM架构处理器提供了ARM处理器内核(如ARM7TDMI、 ARM9TDMI、ARM10TDMI等)和ARM处理器核(ARM710T/720T/740T、 ARM920T/922T/940T、ARM926E/966E及ARM1020E等)。
ARM与嵌入式技术
➢ ARM嵌入式技术
ARM（Advanced RISC Machines）是英国知识产权核（IP） 设计公司，既可以认为是一个公司的名字，也可以认为是 对一类微处理器的通称，还可以认为是一种技术的名字。
ARM架构是一个32位精简指令集（RISC） 中央处理器 （processor）架构，其广泛地使用在许多嵌入式系统设计。 由于节能的特点，ARM处理器非常适用于移动通讯领域， 符合其主要设计目标为低耗电的特性。
• 实时性方面：嵌入式控制器内嵌实时操作系统（RTOS）， 能够完全保证控制系统的强实时性，这一点优于PC机；
• 人机交互方面：嵌入式控制器可支持大屏幕的液晶显示器，
提供功能强大的图形用户界面，这方面与PC机相比毫不 逊色；
• 系统升级方面：嵌入式控制器可为控制系统专门设计，其
功能专一，成本较低，而且开放的用户程序接口（API） 保证了系统能够快速升级和更新。
定时器
单 硅 晶
片
嵌入式系统 与 单片机系统
目前嵌入式系统的主流是以32位嵌入式微处理器为核心 的硬件设计和基于实时操作系统（RTOS）的软件设计 。
单片机系统多为8位、16位机，不适合运行复杂的操作 系统，难以进行复杂的运算及处理功能。
嵌入式系统强调基于平台的设计、软硬件协同设计，单 片机大多采用软硬件流水设计。
第1章 嵌入式系统简介
1 嵌入式系统的定义
2 嵌入式系统与单片机和PC 的关系
3 嵌入式系统的组成 4 为什么要学习嵌入式系统
IEEE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）。
ARM 处理器共有37个寄存器，被分为若干个组，这些寄存器包括： － 31个通用寄存器，包括程序计数器（PC 指针），均为32位的寄存器； － 6个状态寄存器，用以标识CPU的工作状态及程序的运行状态，均为32位。
ARM微处理器支持两种指令集：
ARM指令集和Thumb指令集（Thumb-2）
目前：ARM CORTEX嵌入式处理器
ARM 微处理器的特点
RISC体系结构具有如下特点： 采用固定长度的指令格式，指令归整、简单、基本寻址方式简单； 使用单周期指令，便于流水线操作执行； 大量使用寄存器，数据处理指令只对寄存器进行操作，只有加载/存储指
令可以访问存储器，以提高指令的执行效率。
USB
LCD Keyboard
Other
嵌入式系统的软/硬件框架
功能层 软件层 中间层 硬件层
应用程序
文件系统
ห้องสมุดไป่ตู้图形用户 接口
任务管理
实时操作系统(RTOS)