二、嵌入式基本概念汇总
嵌入式系统基础知识总结
必读：嵌入式系统基础知识总结2016-07-22 电子发烧友网本文主要介绍嵌入式系统的一些基础知识，希望对各位有帮助。
嵌入式系统基础1、嵌入式系统的定义（1）定义：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，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。
（2）嵌入式系统发展的4个阶段：无操作系统阶段、简单操作系统阶段、实时操作系统阶段、面向Internet阶段。
（3）知识产权核（IP核）：具有知识产权的、功能具体、接口规范、可在多个集成电路设计中重复使用的功能模块，是实现系统芯片（SOC）的基本构件。
（4）IP核模块有行为、结构和物理3级不同程度的设计，对应描述功能行为的不同可以分为三类：软核、固核、硬核。
2、嵌入式系统的组成包含:硬件层、中间层、系统软件层和应用软件层（1）硬件层：嵌入式微处理器、存储器、通用设备接口和I/O 接口。
嵌入式核心模块＝微处理器＋电源电路＋时钟电路＋存储器Cache：位于主存和嵌入式微处理器内核之间，存放的是最近一段时间微处理器使用最多的程序代码和数据。
它的主要目标是减小存储器给微处理器内核造成的存储器访问瓶颈，使处理速度更快。
（2）中间层（也称为硬件抽象层HAL或者板级支持包BSP）.它将系统上层软件和底层硬件分离开来，使系统上层软件开发人员无需关系底层硬件的具体情况，根据BSP层提供的接口开发即可。
BSP有两个特点：硬件相关性和操作系统相关性。
设计一个完整的BSP需要完成两部分工作：A、嵌入式系统的硬件初始化和BSP功能。
片级初始化：纯硬件的初始化过程，把嵌入式微处理器从上电的默认状态逐步设置成系统所要求的工作状态。
板级初始化：包含软硬件两部分在内的初始化过程，为随后的系统初始化和应用程序建立硬件和软件的运行环境。
系统级初始化：以软件为主的初始化过程，进行操作系统的初始化。
B、设计硬件相关的设备驱动。
（3）系统软件层：由RTOS、文件系统、GUI、网络系统及通用组件模块组成。
嵌入式提纲复习
1.1 嵌入式系统基本概念从技术的角度定义：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。
IEEE对嵌入式系统的定义为：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”（devices used to control、monitor、or assist the operation of equipment、machinery or plants）这主要是从应用对象上加以定义，涵盖了软、硬件及辅助机械设备。
1.2 嵌入式系统的分类(1) 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）(2) 按实时性要求分（软件范畴）非实时系统（PDA）软实时系统（消费类产品）硬实时系统（工业和军工系统）嵌入式处理器嵌入式处理器可以分为以下几类：嵌入式微处理器EMPU（Embedded Microprocessor Unit）嵌入式微控制器MCU（Microcontroller Unit）嵌入式DSP（Digital Signal Processor）嵌入式片上系统SoC （System On Chip）1.3 常见的嵌入式操作系统∙嵌入式操作系统的种类繁多，但大体上可分为两种——商用型和免费型。
∙目前商用型的操作系统主要有VxWorks、Windows CE 、Psos、Palm OS、OS-9、LynxOS、QNX、LYNX等;∙它们的优点是功能稳定、可靠，有完善的技术支持和售后服务，而且提供了如图形用户界面和网络支持等高端嵌入式系统要求许多高级的功能;缺点是价格昂贵且源代码封闭性，这大大限制了开发者的积极性。
目前免费型的操作系统主要有Linux和µC/OS-II，它们在价格方面具有很大的优势。
嵌入式硬件设计
嵌入式硬件设计嵌入式硬件设计是一种专门用于嵌入式系统的硬件开发方法。
通过硬件设计，可以实现各种嵌入式设备，如智能手机、平板电脑、路由器等的功能。
本文将介绍嵌入式硬件设计的基本概念、流程和技术。
一、嵌入式硬件设计的基本概念嵌入式硬件设计是指在嵌入式系统中设计硬件的过程。
嵌入式系统是一种特殊的计算机系统，它通常用于特定的应用领域，如汽车、医疗设备、工业控制等。
嵌入式系统与普通的计算机系统相比，具有体积小、功耗低、价格低廉等特点。
嵌入式硬件设计主要包括以下几个方面的内容：1.硬件架构设计：确定嵌入式系统的硬件架构，包括处理器选择、内存设置、输入输出接口的设计等。
2.电路设计：根据硬件架构设计，设计嵌入式系统所需的电路，包括电源电路、时钟电路、信号处理电路等。
3. PCB设计：根据电路设计，进行PCB（Printed Circuit Board，印刷电路板）的设计，将电路图布局到电路板上，并进行线路连接。
4.元器件选型：选择适合嵌入式系统的元器件，包括处理器、存储器、传感器等，以满足系统的性能要求。
5.系统调试与测试：对嵌入式系统进行调试和测试，确保系统的稳定性和功能完整性。
二、嵌入式硬件设计的流程嵌入式硬件设计的流程主要包括需求分析、系统设计、电路设计、PCB设计、系统集成等几个阶段。
下面将对每个阶段进行详细介绍。
1. 需求分析：首先，需要明确嵌入式系统的需求，包括功能需求和性能需求。
通过与客户沟通，了解系统的使用场景和用户的需求，进而确定系统的功能和性能指标。
2. 系统设计：在需求分析的基础上，进行系统设计。
系统设计包括软硬件的划分、硬件架构设计和接口定义。
通过系统设计，确定系统所需的硬件资源和软件功能。
3. 电路设计：根据系统设计，进行电路设计。
电路设计包括电路原理图设计和电路板布局设计。
在电路设计中，需要根据硬件资源和接口定义，选择合适的元器件，并设计电路图和布局。
4. PCB设计：根据电路设计，进行PCB设计。
嵌入式通俗理解
嵌入式系统可以被通俗理解为以计算机技术为基础、并且软件硬件可裁剪的一种专用计算机系统。
它通常应用在那些对功能、可靠性、成本、体积、功耗等有严格要求的场合，例如智能家电、工业自动化、医疗设备、通信设备等。
嵌入式系统是软件和硬件的结合，它通常是针对某种特定应用进行特殊定制的，因此它的硬件部分通常比通用计算机系统更加精简，并且需要集成相应的接口和驱动程序。
而软件方面，嵌入式系统通常需要直接对硬件进行编程，以实现对特定功能的控制和管理。
嵌入式系统的开发过程通常也不同于传统的软件开发，它需要硬件工程师和软件工程师紧密合作，共同完成系统的开发和调试。
嵌入式系统的开发工具和开发环境通常也需要针对特定的硬件平台进行定制，以提供高效的开发和调试环境。
嵌入式系统的发展和应用领域不断扩大，随着计算机技术和通信技术的发展，嵌入式系统已经深入到各种应用领域中，例如智能交通、医疗设备、智能家居、工业自动化等等。
这些应用领域的发展也促进了嵌入式系统的不断发展和创新。
对于用户来说，嵌入式系统提供了一种灵活的解决方案，它可以满足各种不同的应用需求，并且可以提供更高的可靠性和安全性。
同时，嵌入式系统的开发过程也具有挑战性，它需要硬件工程师和软件工程师紧密合作，共同完成系统的开发和调试，这需要开发人员具有广泛的知识和技能。
总的来说，嵌入式系统是一种专门为特定应用而设计的计算机系统，它具有独特的优势和特点，如可靠性高、成本低、体积小、功耗低等。
随着计算机技术和通信技术的发展，嵌入式系统已经深入到各种应用领域中，并且不断发展和创新。
嵌入式系统在现代管理中的应用
嵌入式系统在现代管理中的应用随着科技的发展和人类社会的不断进步，嵌入式系统已经在现代社会中扮演了重要的角色。
尤其在现代管理中的应用，嵌入式系统更是发挥了不可替代的作用。
本文将从嵌入式系统的基本概念、嵌入式系统在现代管理中的应用、嵌入式系统的发展及趋势等方面，来探讨嵌入式系统在现代管理中的应用。
一、嵌入式系统的基本概念嵌入式系统是指安装在各种电子设备中的计算机系统，也称为嵌入式计算机系统。
它不仅具有通用计算机的所有功能，如处理器、存储器、输入输出接口和操作系统等，而且还有独特的硬件和软件结构。
它可以由一台或多台计算机、外围设备和必要的软件组成，适用于各种应用，例如控制系统、实时嵌入式系统和用户接口等。
嵌入式系统的设计相对较小，性能比一般计算机弱，但功能非常齐全，最初用于各种控制系统、电子设备和通讯系统等，后逐渐应用于各个领域。
二、1、智能家居智能家居是指采用现代化家居设备和顶尖的信息技术，运用多种通信手段实现居住环境、设备、服装、食品等方面的智能化控制，以达到提高居住品质、节约能源、方便生活的目的。
采用现代智能技术建设的智能家居中，通过将传感器、网关、通信协议、物联网等技术与嵌入式系统相结合，实现智能家居的智能化控制，例如智能家电、智能照明、安全监测等，为人们提供更加舒适、智能的居住环境。
2、智能交通智能交通是指采用各种最先进的信息技术，使交通系统实现智能化的一种交通体系，通过嵌入式系统来实时的收集、处理、传递和管理交通信息，以实现交通运输的优化和智能化控制。
例如，交通信号灯、道路监测设备、自主驾驶汽车等，都是通过嵌入式系统实现智能化的控制和管理，为人们提供更便捷、高效、安全的交通服务。
3、智能医疗智能医疗是指通过计算机、网络、传感器等技术，将医学信息化与智能化相结合，实现医疗信息的全面数字化，使医学诊疗更加准确、高效，并提供智能健康管理服务。
嵌入式系统作为智能医疗设备的核心部件，可以通过感知和跟踪病人的健康状况，对病人进行流程控制和数据记录，同时配合云计算和大数据技术，实现病人健康信息的存储、分析和预测，使医疗服务更加精细化、个性化和智能化。
嵌入式八股文200页
嵌入式八股文200页第一章嵌入式的基本概念与发展趋势1.1 嵌入式的定义及特点嵌入式系统是以微型计算机技术为基础，集成在其他产品中，实现特定功能的计算机系统。
它具有体积小、功耗低、成本低、性能高等特点。
1.2 嵌入式系统的应用领域嵌入式系统广泛应用于消费电子、通信、汽车、医疗、工业控制等领域。
例如，智能手机、智能家居、车载导航系统等都是嵌入式系统的应用。
1.3 嵌入式系统的发展趋势随着科技的进步和人们对智能化产品的需求不断增加，嵌入式系统的发展呈现以下趋势：1.3.1 多核处理器的应用为提高系统性能和处理能力，嵌入式系统逐渐采用多核处理器，实现并行计算和任务分配。
1.3.2 网络连接能力的增强嵌入式系统通过网络连接，实现与云端数据的交互和远程控制，满足人们对智能化、互联网化的需求。
1.3.3 人工智能的集成随着人工智能技术的发展，嵌入式系统逐渐集成人工智能算法和模型，实现智能感知和决策能力。
第二章嵌入式系统的硬件设计与开发2.1 嵌入式系统的硬件组成嵌入式系统的硬件包括处理器、存储器、外设等。
处理器负责计算和控制，存储器用于存储数据和程序，外设用于与外部设备进行交互。
2.2 嵌入式系统的硬件设计流程嵌入式系统的硬件设计流程包括需求分析、系统设计、电路设计、PCB设计、原型制作等步骤，确保系统满足功能和性能要求。
2.3 嵌入式系统的开发工具与环境嵌入式系统的开发工具包括编译器、调试器、仿真器等，用于开发和调试嵌入式软件和硬件。
第三章嵌入式系统的软件设计与开发3.1 嵌入式系统的软件架构嵌入式系统的软件架构包括操作系统、驱动程序、应用程序等。
操作系统负责管理系统资源和调度任务，驱动程序用于控制外设，应用程序实现系统功能。
3.2 嵌入式系统的软件开发流程嵌入式系统的软件开发流程包括需求分析、系统设计、编码、测试、调试等步骤，确保软件的正确性和稳定性。
3.3 嵌入式系统的软件开发工具与技术嵌入式系统的软件开发工具包括编译器、调试器、仿真器等，技术包括C语言、汇编语言、RTOS等。
什么是嵌入式
什么是嵌入式嵌入式有两种理解，一种理解是“嵌入式技术”，它指的是执行专用功能的一种技术手段；另一种理解是“嵌入式系统”，它指的是一个由硬件和软件组成并且能够独立进行运作的器件。
而在这两者之上，则衍生出了各种应用嵌入式的行业。
1、嵌入式技术：嵌入式技术执行专用功能并被内部计算机控制的设备或者系统。
利用嵌入式技术的系统不能使用通用型计算机，而且运行的是固化的软件，用术语表示就是固件（firmware），终端用户很难或者不可能改变固件。
2、嵌入式系统：嵌入式系统的定义是“以应用为中心，以现代计算机技术为基础，能够根据用户需求(功能、可靠性、成本、体积、功耗、环境等)灵活裁剪软硬件模块的专用计算机系统。
”从应用对象上加以定义，嵌入式系统是软件和硬件的综合体，还能够涵盖机械等附属装置。
通常，嵌入式系统是一个控制程序存储在ROM中的嵌入式处理器控制板。
实际上，所有带有数字接口的设备，如手表、微波炉、录像机、汽车等，都使用嵌入式系统，有些嵌入式系统还包括操作系统，但大部分嵌入式系统均是由单独程序实现整体控制逻辑。
3、嵌入式开发大体分为四个方向：（1）嵌入式硬件开发：需要熟悉电路等知识，熟悉各种常用元器件，掌握模拟电路和数字电路设计的开发能力。
（2）嵌入式驱动开发：需要熟练掌握Linux操作系统、系统结构、计算机组成原理、数据结构相关知识。
熟悉嵌入式ARM开发，至少掌握Linux字符驱动程序开发。
（3）嵌入式系统开发：需要掌握Linux系统配置，精通处理器体系结构、编程环境、指令集、寻址方式、调试、汇编和混合编程等方面的内容；掌握Linux 文件系统制作，熟悉各种文件系统格式(YAFFS2、JAFFS2、RAMDISK 等)等。
（4）嵌入式软件开发：需要精通Linux操作系统的概念和安装方法等、掌握面向对象编程的基本思想，以及C++语言的基础内容;精通嵌入式Linux下的程序设计，精通嵌入式Linux开发环境，包括系统编程、文件I/O、多进程和多线程、网络编程、GUI图形界面编程、数据库;熟悉常用的图形库的编程，如QT、GTK、miniGUI、fltk、nano-x等。
嵌入式系统设计与开发
嵌入式系统设计与开发嵌入式系统设计与开发是一门综合性较强的学科，涵盖了电子、计算机、通信等多个领域的知识。
随着科技的进步，嵌入式系统在各个领域得到了广泛应用，比如智能手机、智能家居、汽车等。
本文将详细介绍嵌入式系统设计与开发的相关内容和步骤。
一、嵌入式系统设计与开发的基本概念1. 嵌入式系统的定义：嵌入式系统是一种特定用途的计算机系统，嵌入在其他电子设备中，用于控制、监视和与外部环境交互。
2. 嵌入式系统的特点：实时性、稳定性、低功耗、小型化等。
二、嵌入式系统设计与开发的步骤1. 需求分析：了解用户需求，确定系统功能和性能要求，并进行需求分析和评估。
2. 系统设计：根据需求分析的结果，进行系统设计。
包括硬件设计和软件设计两个方面。
- 硬件设计：选择合适的处理器、内存、存储器等硬件组件，并进行电路设计和布板。
- 软件设计：编写嵌入式系统的软件程序，包括驱动程序、操作系统、应用程序等。
3. 硬件实现：根据硬件设计的结果，进行硬件实现。
包括电路板的制造和组装、设备的调试和测试等。
4. 软件实现：根据软件设计的结果，进行软件的实现。
包括编写代码、进行编译、连接、调试和测试等。
5. 系统集成：将硬件和软件进行集成，进行整体调试和测试。
确保系统的功能完善和性能稳定。
6. 系统验证和测试：对整个系统进行验证和测试，评估系统的可靠性、实时性和性能等。
7. 系统优化和调优：根据验证和测试的结果，对系统进行优化和调优，改进系统的性能和稳定性。
8. 系统部署和上线：将优化后的系统部署到实际环境中，并进行上线运行。
三、嵌入式系统设计与开发的技术要点1. 硬件选型：选择合适的处理器、内存、存储器等硬件组件，根据系统需求进行选型。
2. 软件开发：根据需求分析，进行软件的开发。
可选择C语言、汇编语言等进行编程。
3. 实时性设计：嵌入式系统对实时性要求较高，需要进行实时性设计，确保系统的响应速度和稳定性。
4. 低功耗设计：嵌入式系统通常工作在电池供电条件下，需要进行低功耗设计，延长系统的使用时间。
嵌入式系统设计及开发研究
嵌入式系统设计及开发研究一、嵌入式系统的基本概念嵌入式系统是由硬件、嵌入式操作系统和应用软件等组成的一种计算机系统。
它适用于需要实时响应、具有特定功能和严格资源限制的应用环境中。
嵌入式系统的应用范围广泛，包括智能家居、智能交通、医疗设备等领域。
二、嵌入式系统设计的基本流程嵌入式系统设计的基本流程包括需求分析、系统实现、测试及优化三个阶段。
1. 需求分析阶段在需求分析阶段，需要明确系统的需求和要求，包括系统功能、性能、电源要求、交互界面等。
2. 系统实现阶段在系统实现阶段，需要根据需求分析的结果进行硬件和软件设计，包括硬件电路和嵌入式操作系统的设计。
3. 测试及优化阶段在测试及优化阶段，需要进行系统的测试和优化，确保系统稳定性、可靠性和性能。
三、嵌入式系统设计中的重点技术1. 嵌入式操作系统嵌入式操作系统是嵌入式系统的核心部分，它决定了系统的响应速度、可靠性和性能。
常用的嵌入式操作系统有嵌入式Linux、FreeRTOS、uC/OS-II等。
2. 单片机和嵌入式处理器单片机和嵌入式处理器是实现嵌入式系统的重要部分。
常用的单片机有8051、PIC、AVR等，常用的嵌入式处理器有ARM、MIPS等。
3. 通信协议嵌入式系统中通信协议的选择决定了系统的数据传输速度和可靠性。
常用的通信协议有SPI、I2C、UART、CAN等。
4. 数字信号处理技术数字信号处理技术在嵌入式系统中应用广泛，它用于采集、处理和分析传感器信号，并进行数据识别和控制。
常用的数字信号处理技术有FFT、滤波等。
四、嵌入式系统的应用案例1. 智能家居在智能家居中，嵌入式系统可以实现家庭设备的控制和管理，如智能家电、智能照明等。
2. 智能交通在智能交通中，嵌入式系统可以实现路况监控、车辆导航和交通管理等。
3. 医疗设备在医疗设备中，嵌入式系统可以实现心电监测、无线医疗等应用。
总之，嵌入式系统在现代生活中的应用已经非常广泛，从智能家居到智能交通再到医疗设备，嵌入式系统都扮演着不可或缺的角色。
嵌入式硬件基础知识
嵌入式硬件基础知识嵌入式系统是一种特殊的计算机系统，它通常用于嵌入到其他设备中，以完成特定的功能。
嵌入式硬件是构成嵌入式系统的硬件部分，它负责处理数据和控制设备的操作。
了解嵌入式硬件的基础知识对于理解嵌入式系统的工作原理和开发过程至关重要。
一、嵌入式硬件的特点嵌入式硬件与传统计算机硬件相比有一些明显的特点。
首先，嵌入式硬件通常设计为定制化的，针对特定的应用场景和功能需求。
其次，嵌入式硬件通常需要具备较小的尺寸和低功耗的特点，以适应嵌入到各种设备中的要求。
此外，嵌入式硬件还需要具备稳定可靠的性能，以保证系统的正常运行。
二、嵌入式硬件的组成嵌入式硬件通常由处理器、内存、输入输出接口和外设组成。
处理器是嵌入式系统的核心，负责执行指令和进行数据处理。
常见的处理器包括ARM、MIPS和x86等。
内存用于存储程序和数据，通常包括闪存和RAM。
输入输出接口用于与外部设备进行数据交互，例如串口、USB接口和以太网接口等。
外设包括各种传感器和执行器，用于获取环境信息和控制设备。
三、嵌入式硬件的设计流程嵌入式硬件的设计流程包括需求分析、系统设计、电路设计、PCB设计、硬件调试和验证等步骤。
首先，需求分析阶段需要明确系统的功能需求和性能指标。
然后，在系统设计阶段，根据需求分析的结果，确定处理器、内存、接口和外设等硬件组成。
接下来，进行电路设计，包括原理图设计和电路板布局设计。
然后，进行PCB设计，将电路设计结果转化为实际的电路板。
最后，在硬件调试和验证阶段，对设计的硬件进行测试和验证，确保其能够正常运行。
四、嵌入式硬件的开发工具嵌入式硬件的开发通常需要使用一些专用的工具。
常见的工具包括开发板、仿真器、调试器和编程器等。
开发板是用于软硬件开发和调试的平台，通常包括处理器、内存和接口等基本组件。
仿真器和调试器用于在开发过程中对硬件进行调试和测试，以确保其正确性和稳定性。
编程器则用于将程序和数据下载到嵌入式硬件中，使其运行起来。
嵌入式知识点总结
1．什么是嵌入式系统？嵌入式系统是嵌入式计算机系统的简称，是一种嵌入在设施（或系统）内部的特定应用而设计开发的专用的计算机系统。
英国电气工程师协会（IEE ）从应用角度定义嵌入式是“控制、监督或辅助设施、机器、工厂运转的装置”。
从技术角度看，国内广泛以为：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、适应应用系统对功能、靠谱性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。
2.嵌入式系统的特色：专用性、隐蔽性、资源受限、高靠谱性、及时性、软件固化专用性：嵌入式系统与详细应用密切联合，拥有很强的专用性。
隐蔽性：嵌入式系统往常老是非计算机设施（系统）中的一部分，它们隐蔽在其内部，鲜为人知。
资源受限：嵌入式系统往常要求小型化、轻量化、低功耗及低成本。
高靠谱性：嵌入式系统大多面向控制应用，系统的靠谱性十分重要。
及时性：嵌入式系统宽泛应用于过程控制、数据收集、通讯传输等领域，肩负着丈量、报警、控制、调理等任务。
软件固化：嵌入式系统是一个软硬件高度联合的产物。
3.嵌入式系统的构成和分类：嵌入式系统的逻辑构成：嵌入式系统与通用计算机同样，也是由软件和硬件构成，硬件的主体由中央办理器和储存器构成。
它们经过输入 / 输出（ I/O ）接口和输入输出设施与外面世界联系，并借助总线互相连结，这些硬件连同嵌入式软件一同构成完好的嵌入式系统。
1)办理器能依据指令的要求高速度达成二进制数据算术和逻辑运算的零件称为“办理器” 。
办理器又称为计算引擎，由运算器、控制器、存放器、高速缓冲储存器等零件构成。
因为采纳微米级的半导体加工工艺，人们又称为微办理器，当前所有的办理器都是微办理器。
有些嵌入式系统会包含多个办理器，它们各有其不一样的任务，负责运转系统软件和应用软件的主办理器称为中央办理器（ CPU），其他的都是协办理器，如数字信号办理器（ DSP）、图形办理器、通讯办理等嵌入式系统CPUCPU的子长有4 位、 8 位、 16 位、 32 位、 64 位之分。
嵌入式系统PPT讲解全
三大领域所占比例之和接近60%
消费电子：信息家电，电视机、微波炉、数字电话 通信设备：手机、平板电脑 工业控制:自动化与测控仪器仪表 在工控和仿真领域，几乎所有的计算机控制系统都
采用嵌入式系统.新型的测控仪器仪表无一不是嵌入 式系统
嵌入式系统作为“物联网”的核心，是当前最热门最 有前景的IT应用领域之一。
（软件外包是指软件外包提供商为了集中精力从事核心 竞争力业务,降低项目成本,同时提高项目实施的质量,将 自己的软件项目中的全部或部分工作发包给合适的软件 企业去完成）
嵌入式系统在工业上的应用
嵌入式工控机 嵌入式工控机（Embedded Industrial Computer）是一
种加固的增强型工业计算机，它可以作为一个工业控 制器在工业环境中可靠运行。
工控机对于扩展性的要求也非常高，接口的设计需要 满足特定的外部设备，因此大多数情况下工控机需要 单独定制才能满足需求。
嵌入式工控机的优点 性能可靠 体积小巧 免维护 低功耗、无风扇、宽温设计、适应恶劣工作环境
嵌入式工控机的三大缺点。 一是性能较低； 二是扩展性较差；
三是缺乏标准化。
嵌入式工业触控一体机
工控机（Industrial Personal Computer，IPC）即工业 控制计算机，是一种采用总线结构，对生产过程及 机电设备、工艺装备进行检测与控制的工具总称。 工控机具有重要的计算机属性和特征，如具有计算 机CPU、硬盘、内存、外设及接口，并有操作系统、 控制网络和协议、计算能力、友好的人机界面。
工控机的主要类别有：IPC（PC总线工业电脑）、PLC （可编程控制系统）、DCS（分散型控制系统）、 FCS（现场总线系统）及CNC（数控系统）五种。
嵌入式工控机的优势
嵌入式系统概述
目录第1章嵌入式系统概述 (2)1.1 嵌入式系统概述 (2).嵌入式系统的定义 (2).嵌入式系统应用领域 (2).嵌入式系统特点 (3).嵌入式处理器——概述 (3)1.2 嵌入式处理器 (3).分类 (3).嵌入式处理器——嵌入式微处理器 (4).嵌入式处理器——嵌入式微控制器 (4).嵌入式处理器——嵌入式DSP处理器 (5).嵌入式处理器——嵌入式片上系统(SOC) (5)1.3 嵌入式操作系统 (5).概述 (5).嵌入式实时操作系统 (6).使用实时操作系统的必要性 (6).常见的嵌入式操作系统——嵌入式Linux (7)嵌入式系统概述嵌入式系统概述嵌入式系统的定义嵌入式系统是以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可剪裁、适应于对系统功能、可靠性、成本、体积、功耗等有严格要求的专用计算机系统。
这个定义主要包含两个信息，一是嵌入式系统是专用计算机系统，因此必须要有处理器，具备计算机系统的基本特征。
二是嵌入式系统的功能是有严格要求并按照指定的应用而设计的。
嵌入式系统应用领域根据嵌入式系统的应用领域有交通管理、工控设备、智能仪器、汽车电子、环境监测、电子商务、医疗仪器、移动计算、网络设备、通信设备、军事电子、机器人、智能玩具、信息家电等等。
主要的产品：网络设备：交换机、路由器、MODEM等。
·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、信息家电等。
·办公设备：打印机、传真机、扫描仪等。
·汽车电子：ABS防死锁刹车系统、车载GPS等。
·工业控制：各种自动控制设备。
·嵌入式系统的组成嵌入式系统一般由硬件层、中间层和软件层组成。
·硬件层硬件层包括嵌入式微处理器、存储器、通用设备接口和I/O接口。
在一片嵌入式处理器基础上添加电源电路、时钟电路和存储器电路，就构成了一个嵌入式核心控制模块。
嵌入式系统架构
嵌入式系统架构嵌入式系统是一种专用计算机系统，被嵌入到其他设备中，用来控制和管理这些设备的特定功能。
而嵌入式系统的架构是指其硬件和软件之间的组织结构和工作方式，它直接决定了嵌入式系统的性能和功能。
本文将介绍嵌入式系统架构的基本概念、主要组成部分以及常见的架构类型。
一、嵌入式系统架构的基本概念嵌入式系统的架构是指系统中各个组件的组织方式以及它们之间的交互方式。
一般来说，嵌入式系统架构由以下几个方面构成：1. 处理器：是嵌入式系统的核心部件，负责执行指令和进行数据处理。
处理器的选择可以根据系统的性能要求来确定，有单核处理器、多核处理器等不同类型。
2. 存储器：用于存储指令、数据和中间结果。
常见的存储器包括随机访问存储器（RAM）、只读存储器（ROM）以及闪存等。
3. 输入/输出（I/O）模块：用于与外部设备进行数据交互。
比如，键盘、显示器、传感器等。
I/O模块通常与处理器之间通过总线进行数据传输。
4. 操作系统：是嵌入式系统的核心软件，负责管理和分配系统的资源，提供运行环境和服务。
常见的嵌入式操作系统有实时操作系统（RTOS）和嵌入式Linux等。
5. 通信接口：用于和其他嵌入式系统、计算机或网络进行通信。
通信接口可以是串口、并口、以太网等。
6. 供电与电源管理：嵌入式系统需要一个稳定可靠的电源供应，同时还需要电源管理模块来降低能耗和延长电池寿命。
二、嵌入式系统的主要组成部分嵌入式系统由硬件和软件两个主要组成部分组成。
硬件部分主要包括CPU、内存、存储器、I/O设备等，它们负责系统的数据处理、存储和交互。
软件部分主要包括操作系统、驱动程序、应用程序等，它们控制硬件的工作，实现系统功能。
1. 硬件部分硬件部分是嵌入式系统的基础，它决定了系统的性能和功能。
硬件部分的设计需要根据系统的需求来确定，包括选择适合的处理器、存储器、I/O设备等。
此外，还需要考虑功耗、体积、成本等方面的因素。
2. 软件部分软件部分是嵌入式系统的灵魂，它决定了系统的功能和用户体验。
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这些工具和环境一般是基于通用计算机上的软硬件设备以及各 种逻辑分析仪、混合信号示波器等。
开发时往往有主机和目标机的概念，主机用于程序的开发，目 标机作为最后的执行机，开发时需要交替结合进行。
Байду номын сангаас
预取
流 水 线 1
译码1 译码2 执行1 执行2
流 水 线 2
译码1 译码2 执行1 执行2
数据
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高速缓存（CACHE）
1、为什么采用高速缓存 微处理器的时钟频率比内存速度提高快得多，高速缓存可以提高 内存的平均性能。 2、高速缓存的工作原理 高速缓存是一种小型、快速的存储器，它保存部分主存内容的 拷贝。
（1）顺序执行系统：系统内只含有一个程序，独占CPU的运 行时间，按语句顺序执行该程序，直至执行完毕，另一程序 才能启动运行。如DOS操作系统。
（2）分时操作系统：系统内同时可以有多个程序运行，把 CPU的时间分按顺序分成若干片，每个时间片内执行不同的 程序。如UNIX
（3）实时操作系统：系统内有多个程序运行，每个程序有不 同的优先级，只有最高优先级的任务才能占有CPU的控制权 。
高 速 缓 存 控 制 器
数据
CACHE 主存
CPU
地址 数据
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总线和总线桥
CPU
低速设备
高速总线
桥
低速总线
存储器
高速设备
数据
高速设备
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存储器系统
RAM：随机存取存储器， SRAM：静态随机存储器， DRAM：动态随机存储器 1）SRAM比DRAM快 2）SRAM比DRAM耗电多
3）DRAM存储密度比SRAM高得多
4）DRM需要周期性刷新 ROM：只读存储器 FLASH：闪存
30
输入输出接口
1）I/O
2）A/D、D/A
3）键盘
4）LCD
5）存储器接口
6）设备接口
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三、嵌入式操作系统
操作系统的分类
嵌入式实时操作系统
多任务，任务优先级，调度
前台与后台
实时操作系统中的重要概念
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操作系统的分类
4
（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。 即使在同一品牌、同一系列的产品中也需要根据系 统硬件的变化和增减不断进行修改。 同时针对不同的任务，往往需要对系统进行较大更 改，程序的编译下载要和系统相结合，这种修改和通用 软件的“升级”是完全不同的概念。
•大多数程序只使用少量的指令就能够运行。 •指令复杂化、编译复杂化，运行时间长，部件效率不高，不利 于并行处理和VLSI的实现
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CISC ：复杂指令集（Complex Instruction Set Computer）
•早期的CPU全部是CISC架构，它的设计目的是要用最少的机 器语言指令来完成所需的计算任务。
存储器
指令寄存器
控制器
程序
指令0 指令1 指令2 指令3 指令4
数据通道 输入 中央处理器
输出
数据 数据0 数据1 数据2
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指令的执行周期T 1）取指令（Instruction Fetch)：TF 2）指令译码（Instruction Decode）：TD 3）执行指令（Instruction Execute）：TE 4）存储（Storage）：TS
嵌入式系统设计与实例开发
——ARM与C/OS-Ⅱ
第二讲 嵌入式系统的基本概念
1
嵌入式系统的基本概念
1、什么是嵌入式系统 2、硬件基础
3、嵌入式操作系统
2
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）。
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典型嵌入式系统基本组成－硬件
电源 模块
外围电路 微处理器
Flash
时钟
RAM
MPU
复位 ROM
外设
USB LCD Keyboard Other
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典型嵌入式系统基本组成－软件
应用程序 操作系统 软件 结构
输入 处理器
存储器
输出 硬件 结构
11
嵌入式处理器
嵌入式处理器是嵌入式系统的核心，是控制、辅助 系统运行的硬件单元。 ４位、 ８位单片机，16位、 32位 、64位嵌入式CPU。
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按实时性分类
● 具有强实时特点的嵌入式操作系统
● 具有弱实特点的嵌入式操作系统
● 没有实时特点的嵌入式操作系统
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1.强实时系统，其系统响应时间在毫秒或微秒级（ 数控机床）； 2.一航实时系统，其系统响应时间在毫秒－几秒的 数量级上，其实时性的要求比强实时系统要差一些（电 子菜谱的查询）。
3.弱实时系统，其系统响应时间约为数十秒或更长 （工程机械）。
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按软件结构分类
（1）.循环轮询系统：（Polling Loop）
最简单的软件结构是循环轮询，程序依次检查系统的每 一个输入条件，一旦条件成立就进行相应的处理。
Initialize()
While(true){
if(condition_1) action_1(); if(condition_2) action_2(); …… if(condition_n) acition_n();
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CISC和RISC
RISC(精简指令集计算机)和CISC(复杂指令集计算机)是当前 CPU的两种架构。它们的区别在于不同的CPU设计理念和方法。 CISC：复杂指令集（Complex Instruction Set Computer） 具有大量的指令和寻址方式
•8/2原则：80%的程序只使用20%的指令
•比如对于乘法运算，在CISC架构的CPU上，您可能需要这样 一条指令：MUL ADDRA, ADDRB就可以将ADDRA和ADDRB 中的数相乘并将结果储存在ADDRA中。将ADDRA, ADDRB中 的数据读入寄存器，相乘和将结果写回内存的操作全部依赖于 CPU中设计的逻辑来实现。 •这种架构会增加CPU结构的复杂性和对CPU工艺的要求，但对 于编译器的开发十分有利。 •比如上面的例子，C程序中的a*=b就可以直接编译为一条乘法 指令。
•今天只有Intel及其兼容CPU还在使用CISC架构。
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RISC：精简指令集（Reduced Instruction Set Computer)
•在通道中只包含最有用的指令
•确保数据通道快速执行每一条指令 •使CPU硬件结构设计变得更为简单 •将频率最高的操作作为指令系统的基本操作 •适于VLSI、并行处理的发展趋势
每条指令的执行周期：T= TF+TD+TE+TS
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冯· 诺依曼体系的特点 1）数据与指令都存储在存储器中 2）被大多数计算机所采用 3）ARM7——冯诺依曼体系
在冯· 诺依曼体系结构中，数据和程序存储器是共享 数据总线的。数据总线共享有很多优点，比如减小总 线的开销。另外一个优点在于能够把RAM映射到程序 空间，这样设备也能访问EEPROM中的内存。
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对于哈佛体系结构的计算机，程序和数据总线是分开的 。这种方式的优势在于能够在一个时钟周期内同时读取程序 和数据，这样就相应地减少了执行每一条指令所需的时钟周 期。早期的哈佛架构的计算机是不能把查找表储存在程序存 储器中的，而这个问题在现在的大多数设备中已经解决了。
哈佛体系结构计算机中存在的另外一个问题就是，如果 要和外部的程序和数据存储器进行交互，对于两部分存储器 来说，由于地址总线和数据总线的相互独立性，就需要额外 增加大量的芯片管脚。因此，只有当至少有一种存储器的类 型是内部的情况下，微处理器才会采用哈佛体系结构。
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，还可以涵盖机电等附属 装置。
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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。
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。
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哈佛体系结构
地址 程序存储器 指令0 指令1 指令2
指令寄存器
控制器
指令
地址 数据通道 输入 中央处理器
数据存储器 数据0 数据1 数据2
输出
数据
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哈佛体系结构的特点
1）程序存储器与数据存储器分开 2）提供了较大的数存储器带宽
3）适合于数字信号处理
4）大多数DSP都是哈佛结构
5）ARM9是哈佛结构
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（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。
（４）高实时性OS 这是嵌入式软件的基本要求，而且软件要求固态 存储，以提高速度。软件代码要求高质量和高可靠性 、实时性。
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（5）嵌入式软件开发走向标准化
当然，RISC也有它的缺点：代码密度不高，可执行文件体积较大， 汇编代码可读性较差。代码密度不高是个值得关注的问题：若不使用cache， 会需要更大的指令存储空间，取指时也占用更大的存储器带宽。若采用 cache，又会降低cache的命中率。
RISC架构要求软件来指定各个操作步骤。如果要在RISC架构上实现将 ADDRA, ADDRB中的数据读入寄存器，相乘和将结果写回内存的操作 都必须由软件来实现，比如：MOV A, ADDRA; MOV B, ADDRB; MUL A, B; STR ADDRA, A。这种架构可以降低CPU的复杂性以及允许在同 样的工艺水平下生产出功能更强大的CPU，但对于编译器的设计有更高 的要求。