嵌入式讲义系统基本知识
嵌入式物联网系统软硬件基础知识大全
嵌入式物联网系统软硬件基础知识大全本文主要介绍嵌入式系统的基础知识，涉及嵌入式软件和硬件的方方面面，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、嵌入式系统的组成嵌入式系统包含:硬件层、中间层、系统软件层和应用软件层。
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。
（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。
（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具有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。
嵌入式教程
嵌入式教程嵌入式系统是一种被嵌入到其他设备中的计算机系统。
它通常被用于控制和管理设备的各种功能，比如家用电器、汽车、医疗设备等等。
由于嵌入式系统的特殊需求和限制，设计和开发嵌入式系统需要掌握一些特定的技能和知识。
本教程将介绍嵌入式系统的基础知识和常用技术。
一、嵌入式系统的基础知识1.1 嵌入式系统的定义和特点1.2 嵌入式系统的硬件组成1.3 嵌入式系统的软件组成1.4 嵌入式系统的应用领域二、嵌入式系统的开发环境和工具2.1 嵌入式系统的开发平台2.2 嵌入式系统的集成开发环境2.3 嵌入式系统的仿真和调试工具三、嵌入式系统的开发流程3.1 需求分析和系统设计3.2 软件开发和硬件设计3.3 集成调试和测试3.4 量产和发布四、嵌入式系统的编程语言和开发技术4.1 嵌入式系统的编程语言4.2 嵌入式系统的实时操作系统4.3 嵌入式系统的通信和接口技术4.4 嵌入式系统的电源管理五、嵌入式系统的性能优化和安全性保障5.1 嵌入式系统的性能优化方法5.2 嵌入式系统的功耗优化方法5.3 嵌入式系统的安全性保障方法5.4 嵌入式系统的软硬件一体化设计六、嵌入式系统的发展趋势和应用前景6.1 嵌入式系统的发展历史和趋势6.2 嵌入式系统的应用前景和商业机会6.3 嵌入式系统的创新技术和研究方向6.4 嵌入式系统的未来发展和应用场景本教程将通过详细的理论介绍和实际案例分析，帮助读者全面了解嵌入式系统的相关知识和技术。
读者可以根据自身的需求选择适合自己的学习路径，并通过实践操作掌握相关技能。
希望通过本教程的学习，读者能够成为一名嵌入式系统开发工程师，并能够在实际项目中独立设计和开发嵌入式系统。
嵌入式系统作为一种重要的计算机技术，在诸多领域都有广泛的应用。
随着物联网和人工智能的兴起，嵌入式系统的需求也日益增长。
掌握嵌入式系统的开发技术将为个人的职业发展带来很大的机会和潜力。
因此，学习嵌入式系统的知识和技术是非常有价值的。
嵌入式系统相关知识点总结
嵌入式系统相关知识点总结第一篇：嵌入式系统相关知识点总结嵌入式系统的定义及特点定义：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，适应于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等方面有特殊要求的专用计算机系统。
特点：（1）嵌入式系统是面向特定应用的。
嵌入式系统中的CPU 是专门为特定应用设计的，具有低功耗、体积小、集成度高等特点，能够把通用CPU中许多由板卡完成的任务集成在芯片内部，从而有利于整个系统设计趋于小型化。
（2）嵌入式系统涉及先进的计算机技术、半导体技术、电子技术、通信和软件等各个行业。
是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。
（3）嵌入式系统的硬件和软件都必须具备高度可定制性。
（4）嵌入式系统的生命周期相当长。
嵌入式系统和具体应用有机地结合在一起，其升级换代也是和具体产品同步进行的。
（5）嵌入式系统本身并不具备在其上进行进一步开发的能力。
在设计完成以后，用户如果需要修改其中的程序功能，必须借助于一套专门的开发工具和环境。
（6）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或单片机中，而不是存贮于磁盘等载体中。
特点也可答：1．系统内核小。
2．专用性强。
3．系统精简。
4．高实时性的系统软件(OS)是嵌入式软件的基本要求。
5．嵌入式软件开发要想走向标准化，就必须使用多任务的操作系统。
6．嵌入式系统开发需要开发工具和环境。
7.嵌入式系统与具体应用有机结合在一起，升级换代也是同步进行，所以具有较长的生命周期。
8.为了提高运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。
操作系统在嵌入式系统中所起的作用（四个）嵌入式操作系统（嵌入式linux学习）的功能嵌入式操作系统除具备了一般操作系统（嵌入式linux系统）最基本的功能，如任务调度、同步机制、中断处理、文件处理等外，还有以下两个方面的功能：1.构成一个易于编程的虚拟机平台嵌入式操作系统构成一个虚拟机平台，EOS把底层的硬件细节封装起来，为运行在它上面的软件(如中间件软件和各种应用软件)提供了一个抽象的编程接口。
二嵌入式系统的基本知识.ppt
单通数据通道
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CISC的背景和特点
背景:存储资源紧缺, 强调编译优化 增强指令功能，设置一些功能复杂的指令，把一些原来由
软件实现的、常用的功能改用硬件的（微程序）指令系统 来实现 为节省存储空间，强调高代码密度，指令格式不固定，指 令可长可短，操作数可多可少 寻址方式复杂多样，操作数可来自寄存器，也可来自存储 器 采用微程序控制，执行每条指令均需完成一个微指令序列 （微程序） CPI > ５，指令越复杂，CPI越大。
StrongARM 64 Bit 32 Bit
Motorola
PPC405 IBM
PPC440 186/386/
486 Geode
Nehemiah
Intel AMD VIA
Efficeon
Transmeta
POWER PC
X86
SH/HP RISC
SH5
SH4 SH3 SH2 SH1
64 Bit 32 Bit
TCP/IP 网络系统
设备 驱动层
板级 初始化
文件 系统
以太网 驱动
…
电子
邮件
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CISC的主要缺点
指令使用频度不均衡。 高频度使用的指令占据了绝大部分的执行时间，扩充的 复杂指令往往是低频度指令。
大量复杂指令的控制逻辑不规整，不适于VLSI工艺 VLSI的出现，使单芯片处理机希望采用规整的硬联逻辑 实现，而不希望用微程序，因为微程序的使用反而制约 了速度提高。(微码的存控速度比CPU慢5-10倍)。
LDRB r2, [r1]
31 24 23 16 15 8 7 0
00 00 00 11 R2 = 0x11
Little endian Big endian
嵌入式系统讲义——第6章(1)
嵌入式系统讲义——第3章 基于S3C2410的嵌入式系统应用开发实例
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嵌入式系统讲义——第3章 基于S3C2410的嵌入式系统应用开发实例
3.3.2 I/O端口功能控制寄存器
PORT CONTROL DESCRIPTIONS PORT CONFIGURATION REGISTER (GPACON-GPHCON)
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嵌入式系统讲义——第3章 基于S3C2410的嵌入式系统应用开发实例
2. 其余BANK的相关特殊功能寄存器 BUS WIDTH & WAIT CONTROL REGISTER (BWSCON) BANK CONTROL REGISTER (BANKCONN: nGCS0nGCS5) BANK CONTROL REGISTER (BANKCONn: nGCS6nGCS7) REFRESH CONTROL REGISTER BANKSIZE REGISTER SDRAM MODE REGISTER SET REGISTER (MRSR)
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嵌入式系统讲义——第3章 基于S3C2410的嵌入式系统应用开发实例
PORT PULL-UP REGISTER (GPBUP-GPHUP)
The port pull-up register controls the pull-up resister enable/disable of each port group. When the corresponding bit is 0, the pull-up resister of the pin is enabled. When 1, the pull-up resister is disabled.
— Port A (GPA): 23-output port — Port B (GPB): 11-input/output port — Port C (GPC): 16-input/output port — Port D (GPD): 16-input/output port — Port E (GPE): 16-input/output port — Port F (GPF): 8-input/output port — Port G (GPG): 16-input/output port — Port H (GPH): 11-input/output port
嵌入式系统设计师核心讲义概要
嵌入式系统基础知识1.1嵌入式系统的定义和组成一、嵌入式系统的定义1.IEEE定义2.国内定义二、嵌入式系统的发展概述1.嵌入式系统的发展历史2.嵌入式系统的发展趋势3.知识产权核三、嵌入式系统的组成1.概述2.硬件层3.中间层4.系统软件层5.应用软件层四、实时系统1.实时系统定义2.实时系统特点3.实时系统调度4.实时系统分类5.实时任务分类1.2 嵌入式微处理器体系结构一、冯诺依曼与哈佛结构1.冯诺依曼结构2.哈佛结构二、CISC与RISC1.复杂指令集计算机(CISC)2.精简指令集计算机(RISC)三、流水线技术1.流水线的基本概念2.流水线技术的特点3.流水线结构的分类4.流水线处理机的主要指标四、信息存储的字节顺序1.大端和小端存储法2.可移植性问题3.通信中的存储顺序问题4.数据格式的存储顺序1.3 嵌入式系统的硬件基础一、组合逻辑电路基础1.组合逻辑电路概述2.真值表3.布尔代数4.门电路5.译码器6.数据选择器和数据分配器二、时序逻辑电路1.时钟信号2.触发器3.寄存器与移位器4.计数器三、总线电路及信号驱动1.总线2.三态门3.总线的负载能力4.单向和双向总线驱动器5.总线复用6.总线通信协议7.总线仲裁四、电平转换电路1.数字集成电路的分类2.常用数字集成电路逻辑电平接口技术五、可编程逻辑器件基础1.可编程逻辑器件（PLD）概述2.PLD的电路表示法3.可编程阵列逻辑器件PAL和可编程逻辑阵列PLA4.可编程通用阵列逻辑器件GAL5.门阵列GA6.可编程程序门阵列PGA1.4嵌入式系统中信息表示和运算基础一、进位计数制与转换1.二进制2.十六进制3.数制表示4.数制转换二、计算机中数的表示1.基本概念2.数的定点和浮点表示三、非数值数据编码1.非数值数据定义2.字符和字符串的表示方法3.汉字的表示方法4.统一代码5.语音编码四、差错控制编码1.引入2.基本原理3.差错控制码分类4.常用的差错控制编码1.5嵌入式系统的性能评价一、质量项目1.性能指标2.可靠性与安全性3.可维护性4.可用性5.功耗6.环境适应性7.通用性8.安全性9.保密性10.可扩展性11.其他指标二、评价方法1.测量法2.模型法三、评估嵌入式系统处理器的主要指标1.MIPS测试基准2.Dhrystone3.EEMBC嵌入式微处理器与接口知识2.1嵌入式微处理器的结构和类型一、嵌入式微处理器1.定义2.组成3.分类二、典型8位微处理器结构和特点1.8位微处理器2.8051微处理器三、典型16位微处理器结构和特点1.16位微处理器2.16位微处理器MC68HC912DG128A四、典型32位微处理器结构和特点1.ARM处理器2.MIPS系列3.PowerPC五、DSP处理器结构和特点1.数字信号处理器的特点2.典型的数字信号处理器3.DSP的发展方向六、多核处理器的结构和特点1.多核处理器概述2.典型多核处理器介绍2.2嵌入式系统的存储体系一、存储器系统概述1.存储器系统的层次结构2.高速缓存（cache）3.存储管理单元MMU二、嵌入式系统存储设备分类1.嵌入式系统的存储器2.存储器部件的分类3.存储器的组织和结构的描述三、ROM的种类和选型1.常见ROM的种类2.PROM、EPROM、E2PROM型ROM的各自典型特征和不同点四、Flash Memory的种类和选型1.Flash Memory的种类（NOR和NAND型）2.NOR和NAND型Flash Memory各自的典型特征和不同点五、RAM的种类和选型1.常见RAM的种类（SRAM、DRAM、DDRAM）2.SRAM、DRAM、DDRAM各自的典型特征和不同点六、外部存储器的种类和选型1.外存概述2.硬盘存储器的基本结构与分类3.光盘存储器4.标准存储卡（CF卡）5.安全数据卡（SD卡）2.3嵌入式系统输入输出设备一、嵌入式系统常用输入输出设备1.概述2.键盘、鼠标3.触摸屏4.显示器5.打印机6.图形图像摄影输入设备二、GPIO原理与结构1.原理2.结构三、AD接口的基本原理和结构1.概述2.AD转换方法3.AD转换的重要指标四、DA接口的基本原理和结构1.DA转换的工作原理2.DA转换的主要指标五、键盘接口基本原理与结构1.键盘的分类2.用ARM芯片实现键盘接口六、显示接口的基本原理与结构1.液晶显示器LCD显示接口原理与结构2.电致发光3.LCD种类4.LCD的设计方法5.其他显示接口原理与结构七、显示接口的基本原理与结构1.触摸屏原理2.电阻触摸屏的有关技术3.触摸屏的控制4.触摸屏与显示屏的配合八、音频接口基本原理与结构1.音频数据类型2.IIS音频接口总线2.4嵌入式系统总线接口一、串行接口基本原理与结构1.串行通信的概念2.串行数据传送模式3.RS232串行接口4.RS422串行接口5.RS485串行总线接口二、并行接口基本原理与结构1.并行接口的分类2.并行总线三、PCI总线1.概述2.特点3.32位PCI系统的引脚分类4.PCI总线进行读操作四、USB通用串行总线1.概念2.主要性能特点B系统描述4.物理接口B电压规范6.总线协议7.健壮性B接口工作原理五、SPI串行外围设备接口1.概念2.使用信号3.同外设进行连接以及原理4.工作模式六、IIC总线1.概念2.特点3.操作模式4.通用传输过程及格式5.工作原理七、PCMCIA接口1.内存卡的种类2.16位PCMCIA接口的规范与结构2.5嵌入式系统网络接口一、以太网接口基本原理与结构1.以太网基础知识2.嵌入式以太网接口的实现方法3.在嵌入式系统中主要处理的以太网协议4.网络编程接口二、CAN总线1.概念2.特点3.位时间的组成4.CAN总线的帧数据格式5.在嵌入式处理器上扩展CAN总线接口三、XDSL接口的基本原理和结构1.概念2.XDSL技术的分析3.各类XDSL的特点四、无线以太网基本原理与结构1.概念2.标准3.网络结构4.接口设计和调试五、蓝牙接口基本原理与结构1.蓝牙技术2.蓝牙技术的特点3.蓝牙接口的组成4.链路管理与控制5.蓝牙接口的主要应用六、1394接口基本原理与结构1.发展过程2.应用领域3.IEEE 1394的特点4.IEEE 1394的协议结构2.6嵌入式系统电源一、电源接口技术1.AC电源2.电池3.稳压器二、电源管理技术1.电源管理技术2.降低功耗的设计技术2.7电子电路设计基础一、电路设计1.电路设计原理2.电路设计方法（有效步骤）二、PCB电路设计1.PCB设计原理2.PCB设计方法（有效步骤）3.多层PCB设计的注意事项（布线的原则）4.PCB螯合剂中的可靠性知识三、电子设计1.电子设计原理四、电子电路测试1.电子电路测试原理与方法2.硬件抗干扰测试嵌入式系统软件及操作系统知识3.1嵌入式软件基础一、嵌入式软件概述1.嵌入式软件的定义2.嵌入式软件的特点二、嵌入式软件分类1.系统软件2.应用软件3.支撑软件三、嵌入式软件的体系结构1.无操作系统的情形2.有操作系统的情形四、设备驱动层1.板级支持包2.引导加载程序3.设备驱动程序五、嵌入式中间件1.定义2.基本思想3.分类3.2嵌入式操作系统概述一、嵌入式操作系统的概念1.概述2.功能3.特点4.组件二、嵌入式操作系统的分类1.按系统的类型分类2.按响应时间分类3.按软件结构分类三、常见的嵌入式操作系统1.Vxworks2.嵌入式linux3.Windows CE4.Uc/os-II5.Palm OS3.3任务管理一、单道程序技术和多道程序技术1.定义2.实例二、进程、线程和任务1.进程2.线程3.任务三、任务的实现1.任务的层次结构2.任务的创建与终止3.任务的状态4.任务控制块TCB5.任务切换6.任务队列四、任务调度1.任务调度概述2.先来先服务算法3.短作业优先算法4.时间片轮转算法5.优先级算法五、实时系统调度1.任务模型2.RMS算法（单调速率调度算法）3.EDF算法（最早期限优先调度算法）六、任务间的同步与互斥1.任务之间的关系2.任务互斥3.任务互斥的解决方案4.信号量5.任务同步6.死锁7.信号七、任务间通信1.概念2.分类3.共享内存4.消息传递5.管道3.4存储管理一、存储管理概述1.存储管理方式2.内存保护3.实时性要求二、存储管理方案的种类1.实模式方案2.保护模式方案三、分区存储管理1.概念2.固定分区存储管理3.可变分区存储管理4.分区存储管理实例四、地址映射1.地址映射概述2.静态地址映射3.动态地址映射五、页式存储管理1.基本原理2.数据结构3.内存的分配与回收4.地址映射5.页式存储管理方案的特点六、虚拟存储管理1.程序局部性原理2.虚拟页式存储管理3.页面置换算法4.工作集模型3.5设备管理一、设备管理基础1.概述2.访问硬件寄存器的方法二、IO控制方式1.程序循环检测方式2.中断驱动方式3.直接内存访问方式（DMA）三、IO软件1.中断处理程序2.设备驱动程序3.设备独立的IO软件4.用户空间的IO软件3.6文件系统一、嵌入式文件系统概述1.基本概念2.嵌入式文件系统同桌面文件系统的区别3.常见的嵌入式文件系统二、文件和目录1.文件的基本概念2.文件的使用3.目录三、文件系统的实现1.数据块2.文件的实现3.目录的实现4.空闲空间管理嵌入式软件程序设计4.1嵌入式软件开发概述一、嵌入式应用开发过程1.步骤2.与桌面系统开发的区别3.示例二、嵌入式软件开发的特点1.需要交叉编译工具2.通过仿真手段调试3.开发板是中间目标机4.可利用的资源有限5.需要与硬件打交道三、嵌入式软件开发的挑战1.软硬件协同设计2.嵌入式操作系统3.代码优化4.有限的IO功能4.2嵌入式程序设计语言一、概述二、程序设计语言概述1.低级语言与高级语言2.汇编程序、编译程序、解释程序3.程序设计语言的定义4.程序语言的发展概述5.嵌入式程序设计语言三、汇编语言1.基本原理2.ARM汇编语言四、面向过程的语言1.基本概念2.数据成分3.运算成分程序语言的运算成分4.控制成分五、面向对象的语言1.面向对象的基本概念2.面向对象的程序设计语言六、汇编、编译与解释程序的基本原理1.汇编程序基本原理2.编译程序基本原理3.解释程序基本原理4.3嵌入式软件开发环境一、要求二、宿主机、目标机1.宿主机2.目标机3.宿主机与目标机的连接三、嵌入式软件开发工具1.软件开发阶段2.编辑器3.编译器4.调试及调试工具5.软件工程工具四、集成开发环境1.IDE的发展2.Tornado3.WindowsCE应用程序开发工具4.Linux环境下的集成开发环境4.4嵌入式软件开发一、嵌入式平台选型1.嵌入式系统设计的阶段2.软硬件平台的选择二、软件设计1.软件设计的任务2.模块结构设计3.结构化软件设计方法4.面向对象软件设计方法三、嵌入式程序设计1.BootLoader设计2.设备驱动程序设计3.网络应用程序设计四、编码1.编码过程2.编码准则3.编码技术五、测试1.软件测试2.测试的任务3.测试的方法和分类4.嵌入式软件测试的步骤5.覆盖测试六、下载和运行1.TFTP2.编程器的固化4.5嵌入式软件移植一、概述1.嵌入式软件的特点2.可移植性和可重用性的考虑3.嵌入式应用软件的开发4.嵌入式软件的移植二、无操作系统的软件移植1.概述2.基于层次化的嵌入式应用软件的设计三、有操作系统的软件移植1.概述2.示例四、应用软件的移植1.应用软件实现涉及的两方面2.移植应用软件是需考虑的因素3.软件开发时需遵守的原则嵌入式系统开发与维护知识5.1系统开发过程及其项目管理一、概述二、系统开发生命周期各阶段的目标和任务的划分方法1.常用开发模型1.1边做边修改模型1.2瀑布模型1.3快速原型模型1.4增量模型1.5螺旋模型1.6演化模型2.需求分析3.设计3.1系统架构设计3.2硬件子系统设计3.3软件子系统设计4.系统集成与测试三、系统开发项目管理基础知识及常用的管理工具1.项目管理概述2.项目范围管理3.项目成本管理4.项目时间管理5.软件配置管理6.软件配置管理的解决方案四、系统开发工具与环境知识1.建模工具2.编程工具3.测试工具5.2系统分析基础知识一、系统分析的目的和任务1.需求工程的概念2.相关术语二、用户需求1.概念2.关于Ada编程环境的需求示例3.编辑软件设计模型的CASE需求文档的示例4.特别的用户需求示例三、系统需求1.概念2.替代自然语言描述的系统分析方法四、系统规格说明书的编写方法1.系统规格说明书2.书写用户需求应遵循的简单原则3.需求文档的可能用户以及使用文档的方式4.Heninger（1980）对软件需求文档提出的要求5.IEEE标准为需求文档提出的结构6.编写系统规格说明书应重点注意的内容5.3系统设计知识一、传统的设计方法1.瀑布模型的组成部分2.瀑布模型法的优缺点3.传统的嵌入式系统的设计4.软硬件协同设计二、实时系统分析与设计1.实时系统分析阶段的主要任务2.实时系统的开发方法三、软硬件协同设计方法1.软硬件协同设计在实际应用中的表现2.软硬件协同设计的流程3.软硬件协同设计的优点4.系统涉及到组成部分5.4系统实施基础一、系统架构设计1.系统架构设计在软件生命周期中的作用2.系统架构设计原则和概念二、系统详细设计1.系统详细设计在软件生命周期中的作用2.系统详细设计阶段用到的设计方法概述三、系统测试1.系统测试在软件生命周期中的作用2.系统测试类型3.系统测试的策略5.5系统维护知识一、系统运行管理1.运行管理制度2.日常运行管理内容3.系统软件及文档管理二、系统维护知识1.系统可维护性概念2.系统维护的内容及类型3.系统维护的管理和步骤三、系统评价知识1.系统评价的目的和任务2.系统评价的指标嵌入式系统设计6.1嵌入式系统设计的特点一、嵌入式系统设计的主要任务二、嵌入式系统的设计方法三、嵌入式系统的特点1.软硬件协调并行开发2.嵌入式系统通常是面向特定应用的系统3.实时嵌入式操作系统的多样性RTOS4.与台式机相比，可利用资源很少5.嵌入式系统设计需要交叉开发环境6.嵌入式系统的程序需要固化7.嵌入式系统的软件开发难度较大8.嵌入式应用软件的开发需要强大的开发工具和操作系统的支持9.其他方面6.2嵌入式系统的设计流程一、概述1.嵌入式系统的设计和开发要求2.嵌入式系统的设计和开发流程的阶段二、产品定义1.产品功能与产品性能2.产品定义三、嵌入式系统的软硬件划分1.性能原则2.性价比原则3.资源利用率原则四、嵌入式系统硬件设计1.概述2.嵌入式系统硬件的选择3.硬件功能模块划分4.硬件的可靠性五、嵌入式系统的软件设计1.嵌入式开发过程中的角色2.进行嵌入式系统软件设计时需要考虑的方面六、系统集成和测试1.系统集成过程中，可以分阶段运行测试程序2.嵌入式系统集成过程中的调试工具3.嵌入式系统的软件测试的方法6.3设计示例：嵌入式数控系统一、嵌入式系统采用的设计方法1.传统设计方法2.软硬件协同设计方法二、数控系统简介1.概述C系统构成三、需求分析1.功能要求2.非功能要求四、系统体系结构设计1.系统软硬件划分2.硬件系统划分3.系统软件功能划分五、硬件设计1.板级设计2.芯片级硬件设计六、软件设计1.软件接口设计2.系统软件模块划分七、系统集成与测试1.功能干涉测试2.压力测试3.容量测试4.性能测试5.安全测试6.容错测试。
1、嵌入式系统基本知识讲解
1.1.2 中间层
介于硬件层与系统软件层之间，将硬件的细节进行屏蔽，
便于操作系统调用，因此称为为中间层，也称硬件抽象层（ Hardware Abstract Layer,HAL）或板级支持包（Board Support Package）。具有硬件相关性和操作系统相关性特 点。
操作系统
BSP
操作系统统一接口
嵌入式改变未来！
嵌入式系统基础知识
2021/4/14
1
嵌入式系统基础知识
1、嵌入式系统总体结构 2、嵌入式系统硬件基础 3、嵌入式系统设计方法
2021/4/14
2
嵌入式系统组成
驱动器 1 驱动器 2
...... 驱动器 N
机械装置 被控对象
传感器 1 传感器 2
...... 传感器 N
应用层 软件层 中间层
（3）系统级初始化：这是一个以软件初始化为主的过程，主要 是进行操作系统初始化及CPU控制权移交。
中间层2
硬件相关的设备驱动程序
➢ 与初始化过程相反，硬件相关的设备驱动程序的初始 化和使用通常是一个从高层到底层的过程。
➢ BSP不直接使用设备驱动程序通常 ➢ 与操作系统中通用的设备驱动程序关联起来，在应用
1.1.1 硬件层
嵌入式系统硬件通常指除被控对象之外的嵌入式 系统要完成其功能所具备的各种设备，由嵌入式处理 器、存储器系统、通用设备接口（A/D、D/A、I/O等 ）和一些扩展外设组成。
嵌入式系统的硬件层是以嵌入式处理器为核心的
嵌入式系统外设是指为了实现系统功能而设计、提供的 接口或设备
1.1 嵌入式系统的总体结构
1. 微处理器结构
典型的微处理器由控制单元、程序计数器（PC）、 指令寄存器（IR）、数据通道、存储器等组成
嵌入式知识总结
嵌入式第一章嵌入式系统概述1.1 嵌入式系统1.嵌入式系统的概念嵌入机械或电气系统内部、具有专属功能的智能化计算机算机系统。
通常要求实时计算性能，具有一定的复杂性。
被嵌入的系统通常是包含硬件和机械部件的完整设备。
2.技术本质：内含计算机、嵌入到对象体系中、满足对象智能化控制要求1.2 嵌入式处理器.嵌入式处理器可以分为以下几大类：嵌入式微处理器EMPU、微控制器MCU、DSP处理器、片上系统SOC1.3 嵌入式操作系统1.三种操作系统：多道批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统2.基本概念（1）任务：也称为线程，是一个简单的程序，该程序可以认为CPU完全属于该程序本身。
实时应用程序的设计过程，包括如何把问题分割成多个任务，赋予一定的优先级，有它自己的一套CPU寄存器和自己的栈空间（2）内核：内核负责管理各个任务，为每个任务分配CPU时间，负责任务间的通信。
内核提供的基本服务是任务切换。
使用实时内核可以大大简化应用系统的设计，因为实时内核允许将应用分成若干个任务，由实时内核来管理它们。
内核需要消耗一定的系统资源，比如2％～5％的CPU运行时间、RAM和ROM等。
内核提供必不可少的系统服务，如信号量、消息队列、延时等（3）调度：是内核的主要职责之一。
决定该轮到哪个任务运行了。
多数实时内核是基于优先级调度法的。
每个任务根据其重要程度的不同被赋予一定的优先级。
基于优先级的调度法指CPU总是让处在就绪态的优先级最高的任务先运行。
（4）任务优先级：任务的优先级是表示任务被调度的优先程度。
每个任务都具有优先级。
任务越重要，赋予的优先级应越高，越容易被调度而进入运行态（5）中断：中断是一种硬件机制，用于通知CPU有个异步事件发生了。
中断一旦被识别，CPU保存部分(或全部)上下文即部分或全部寄存器的值，跳转到专门的子程序(中断服务子程序ISR)。
中断服务子程序做事件处理，处理完成后，程序回到：在前后台系统中，程序回到后台程序；对非占先式内核而言，程序回到被中断了的任务；对占先式内核而言，让进入就绪态的优先级最高的任务开始运行。
第1章嵌入式系统基础.ppt
典型的嵌入式操作系统
(1)、嵌入式Linux Linux本身所具备的源码开放、内核可裁减 等种种特性使其成为嵌入式开发的首选。在进入 市场的前两年中，嵌入式Linux的设计通过广泛 应用而获得了巨大成功。随着嵌入式Linux技术 的成熟，定制需要的尺寸更加方便，同时支持更 多的平台。Linux已从早期的试用阶段大步迈进 到嵌入式市场的主流。
嵌入式系统的历史
90年代以后，随着对实时性要求的提高，软 件规模不断上升，实时核逐渐发展为实时多任务 操作系统（RTOS），并作为一种软件平台逐步 成为目前国际嵌入式系统的主流。这时候更多的 公司看到了嵌入式系统的广阔发展前景，开始大 力发展自己的嵌入式操作系统。除了上面的几家 老牌公司以外，还出现了Palm OS，WinCE，嵌 入式Linux，Lynx，Nucleux，以及国内的Hopen， Delta Os等嵌入式操作系统。
典型的嵌入式操作系统
(2)、Windows CE Windows CE是微软公司的产品，但不是 消减的Windows版本。它是从整体上为有限资源 的平台设计的多线程、完整优先权、多任务的操 作系统。它的模块化设计允许定制从掌上电脑到 专用工控电子设备。Windows CE的缺点是价格 过高，因此随着嵌入式操作系统领域日益激烈的 竞争，微软不得不应付来自Linux等免费系统的 冲击。
什么是嵌入式？
根据IEEE（国际电机工程师协会）的定义， 嵌入式系统是“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，还可以涵盖机械等 附属装置。
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更多级的流水线
ARM10采用了6级流水线。 ARM11采用了8级流水线。
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流水线的数据相关问题
若指令中具有N个阶段，当每个阶段的执行时间是相同的 话，那么在流水线装满的时间内，则在每一个周期就可同时 执行N条指令，性能就可改善N倍。
在当时，IT行业的迅猛发展，Intel、摩托罗拉、TI 等上游厂商都有着不同的数字架构，这使得他们的 CPU等基础器件各有不同。器件不同，软件就不同， 而越来越多不同的指令集、工具和语言，对整个数 字技术的发展非常不利。全球工业价值链基本就是 大包大揽的大公司的天下，象摩托罗拉这样的公司 在测试、制造、系统封装，甚至CPU设计等领域都 是一把抓的。直到80年代末，产业链开始出现分工。 这样一个更有效的办法就是出现一个更上游的厂商 来制定标准，而这个标准的统一，一定是从数字技 术的核心CPU开始。于是ARM诞生的时候就选择了 CPU体系结构设计这个上游厂商的上游。
乘法器一般采用两位乘法并带有加1移位的方法来 实现乘法。内部高速乘法器采用32位的结构，这样 可以降低集成度，完成32*32位的运算需要5个周期。
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4）浮点部件（协处理器）
体系结构设计师们在指令系统层次上提供一种灵活 性的设计方法是利用协处理器，它被附接在CPU上并 能实现部分指令。例如，通过提供实现浮点指令的芯 片，浮点算术运算就能够被引入到嵌入式系统体系结 构中。
但如果当一条指令需要前面指令的执行结果，而这些指令 均在流水线中重叠执行时，就可能会涉及流水线的数据相关， 不得不产生停顿。为了避免结构相关，因而ARM架构采用了 资源重复的方法： 采用分离式指令Cache和数据Cache。该方法是取指和存 储器的数据访问不再发生冲突，同时也解决了相应数据同一 通道的问题。ALU中采用单独的加法器来完成地址计算，该 方法是执行周期的运算不再产生资源冲突。
嵌入式系统——基础知识word精品文档63页
嵌入式系统——基础知识操作系统OS控制和管理计算机软硬件资源，合理组织计算机工作流程，方便用户使用计算机的系统软件。
可将OS看成是应用程序与硬件间的接口或虚拟机。
OS功能：进程管理、存储管理、文件管理、设备管理、网络和通信管理等。
嵌入式操作系统EOS运行在嵌入式硬件平台上，对整个系统及其所操作的部件装置等资源进行统一协调、指挥和控制的系统软件。
EOS特点：微型化、可裁剪性、实时性、高可靠性、易移植性重点关注：高实时性、硬件相关依赖性、软件固化、应用专用性、网络功能。
实时操作系统TROS能使计算机及时响应外部事件请求，并能及时控制所有实时设备与实时任务协调运行，且能在规定时间内完成事件处理的OS。
RTOS基本要求：1、逻辑功能正确：RTOS的计算必须产生正确的结果；2、时间正确：RTOS的计算必须在预定的周期内完成。
RTOS应满足条件：1、多任务系统；2、任务的切换时间应与系统中的任务书无关；3、中断延时的时间可预知并尽可能短。
无论在什么情况下，OS完成任务所需的时间应该是在程序设计时就可预知的。
嵌入式实时操作系统ERTOS用于嵌入式系统，对系统资源和多个任务进行管理，且具有高可靠性、良好可裁剪性等优良性能的，为应用程序提供运行平台和实时服务的微型系统软件。
ERTOS最重要的三项服务：1、多任务管理2、内存管理3、外围资源管理嵌入式微处理器（特点）1、对实时多任务OS有很强的支持能力；2、具有功能很强的存储区域保护功能；3、处理器结构可扩展；4、低功耗；微处理器主要发展方向：小体积、高性能、低功耗微处理器分类：MCU、MPU、DSP、SOC嵌入式系统发展方向1、嵌入式开发是一项系统工程，嵌入式系统厂商不仅要提供嵌入式软硬件系统本身，还需要提供强大的硬件开发工具与软件支持包；2、网络化、信息化的要求随着因特网技术的成熟、宽带的提高而日益提高，使得以往单一功能的设备功能不再单一，结构更加复杂；3、网络互连成为必然趋势（IEEE1394、USB、CAN、Bluetooth等网络接口）；4、精简系统内核、算法、降低功耗和软硬件成本；5、提供友好的多媒体人机界面。
嵌入式系统基础知识
单片机上一般集成了多个I/O（Input/Output）接口 其中有通用并行I/O口（一般每口8个外部引脚）
以及SCI、PWM、I2C、CAN等专用子系统。 复位后一般所有I/O引脚默认设置为通用I/O输入，
当专用子系统激活后，自动变更为专用功能。
它从外观上看，与普通 的集成电路或芯片毫无 差别。与普通芯片不同 的是，单片机芯片内集 成了一般微机系统所具 有的主要组成部件。
概括的讲：一块芯片就 是一台计算机。
三种应用形态的比较 ：
系统机（多板机）
单板机
单片机
1)系统机（桌面应用）属于通用计算机，主要 用于数据处理、办公自动化及辅助设计。
1 嵌入式系统的定义及体系结构 2 嵌入式系统的应用领域 3 什么是单片机
4 单片机的基本组成 5 嵌入式系统开发流程
应用场合
汽车电子 消费电子 工业控制
网络应用 无线通讯
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Lecture2 Page 7
微控制器开发技术
汽车电子
车身电子产品：接入与远程控制，车身控制，载荷控制 安全：气囊，ABS，半主动悬挂，电子助力，轮胎压力监控
，电能转向
DIS：音响，语音控制，DIS 车辆网络：LIN，CAN，蓝牙电话，声控 传动控制：发动机，传动控制，燃油喷射
嵌入式系统基础知识
嵌入式系统基础知识嵌入式系统基础知识嵌入式系统是一种专用的计算机系统，作为装置或设备的一部分。
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。
下面是店铺整理的关于嵌入式系统基础知识，欢迎大家阅读!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。
第1章 嵌入式系统基础知识-60页精选文档
控制等。 5、嵌入式系统的存储器系统
主要讲授NOR Flash、NAND Flash、SDRAM、CF卡、SD卡和IDE接口电路等。 6、嵌入式系统输入/输出设备接口
主要讲授通过汇编语言和C语言的程序设计及技巧和实例（存储器、中断、 I/O口、键盘、LED数码管、 DMA、A/D、 LCD显示触摸屏接口等功能）。 7.嵌入式系统总线接口
个基本要素，对象系统则是指嵌入式系统所嵌入的宿主系统。 4.应用范围
无线设备（手机 PDA） 蓝牙技术 联网 消费电子（数字音频播 放器 数字机顶盒 游戏机） 汽车
嵌入式系统示例 ——汽车控制系统
前车门控 制系统
发动器控 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
（3）实时操作系统阶段 实时系统（Real-time Operation System，RTOS）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（Graphic User Interface，GUI）等功能，并 提供了大量的应用程序接口（Application Programming Interface，API）， 从而使应用软件的开发变得更加简单。 （4）面向Internet阶段
2、ARM9嵌入式系统开发与实践 王黎明 陈双桥 闫晓玲 等 北京航空航天大学出版社
3、ARM嵌入式常用模块与综合系统设计实例精讲
张绮文 谢建雄 谢劲心
电子工业出版社
4、ARM体系结构与编程 杜春雷
清华大学出版社
嵌入式操作系统基础知识
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（5）高可靠性
为保证系统的可靠运行，嵌入式操作系统提供了多种机制， 如异步信号、定时器、优先级继承、优先级天花板、异常处理、 用户扩展和内存保护等。 （6）低功耗 嵌入式系统一般采用电池供电，因此必须尽量降低系统的能 耗。为了降低系统的能耗需要从各个方面采取措施，包括硬件 的低功耗设计、软件的低功耗设计、操作系统的低功耗设计等。
有被操作系统激活；
就绪(READY)：任务运行的条件已经满足，进入任务等
待列表，通过调度进入运行。
挂起或等待(WAITING)：任务被阻塞，等待事件的发生。
运行(RUNNING)：任务获得CPU使用权，执行相应的代
码。
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等待/挂起
删除任务
获得邮箱； 或 获得队列； 或 获得信号量; 或 等待超时
图6-1 操作系统结构
4
6.1.2 操作系统主要功能
操作系统的五大管理功能：进程管理、文件管理、存储管理、 设备管理和作业管理。
1．进程与CPU管理 操作系统对进程的管理包含如下几个方面：
（1）进程控制
创建任务、撤销任务以及控制任务在运行过程中的状态转 换。
（2）任务调度
从任务就绪队列中，按照一定的算法选择一个任务，使其 得到CPU控制权，开始运行。在任务完成后，放弃CPU。
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4．分布式操作系统
分布式系统是一种多计算机系统，这些计算机可以处于不 同的地理位置和拥有不同的软硬件资源，并用通信线路连接起 来，具有独立执行任务的能力。分布式系统也便于实现文件、 信息和设备的共享。 分布式系统具有一个统一的操作系统，它可以把一个大任务 划分成很多可以并行执行的子，并按一定的调度策略将它们动 态地分配给各个计算机执行，并控制管理各个计算机的资源分 配、运行及计算机之间的通信，以协调任务的并行执行。 分布式操作系统(Distributed Operating System，简称 DOS)负责管理分布式处理系统资源和控制分布式程序运行。它 和集中式操作系统的区别在于资源管理、进程通信和系统结构 等方面。 分布式操作系统有：Amoeba、Mach、Chorus、DEC等