嵌入式系统概述
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
1.什么是嵌入式系统？举例。
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；水、电、煤气表的远程自动抄表，安全防火、防盗系统，其中嵌有的专用控制芯片将代替传统的人工检查，并实现更高，更准确和更安全的性能2.嵌入式发展历经四个阶段，分别说明各阶段特点。
无操作系统阶段：系统结构和功能相对单一，处理效率较低，存储容量较小，几乎没有用户接口。
简单操作系统阶段：出现了大量高可靠、低功耗的嵌入式CPU(如PowerPC等)，各种简单的嵌入式操作系统开始出现并得到迅速发展实时操作系统阶段：操作系统的实时性得到了很大改善，已经能够运行在各种不同类型的微处理器上，具有高度的模块化特点和扩展性面向Internet阶段：嵌入式技术与Intemet技术的结合正在推动着嵌入式技术的飞速发展，嵌入式系统的研究和应用会出现更多的新的显著变化3.简述嵌入式三个基本要素三要素：嵌入式系统的三个基本要素是嵌入性、专用性与计算机系统。
(1)嵌入性是把软件嵌入到Flash存储器中，(2)专用性是指针对某个具体应用领域和场合，量体裁衣式的定制适用该场合的专用系统，(3)计算机系统是指必须具有计算机系统的组成，核心是计算机系统。
4.简述嵌入式的几个重要特征系统内核小专用性强系统精简高实时性的系统软件(OS) 嵌入式系统开发需要开发工具和环境使用多任务的操作系统5.一切皆是文件是。
分门别类举例介绍为什么设备文件也可以共用操作系统对所有文件（目录、字符设备、块设备、套接字、打印机等）操作，读写都可用fopen()/fclose()/fwrite()/fread()等函数进行处理。
屏蔽了硬件的区别，所有设备都抽象成文件，提供统一的接口给用户。
这就是“一切皆是文件”的思想。
因为Linux系统把任何设备都抽象为文件了.设备文件分为:字符设备,块设备,网络设备,这些在Linux里都以文件的形式存在5.目录和分区在linux和windows上的实现具体哪些不一样Windows是以驱动器的盘符为基础，每一个目录与对应的分区对应，而linux相反，文件系统是一棵树，文件和外部设备都是以文件的形式挂载在文件树上的。
嵌入式系统概述
• SOC可以分为通用和专用两类。通用系 列包括Siemens的TriCore，Motorola的MCore ， 某 些 ARM 系 列 器 件 ， Echelon 和 Motorola联合研制的Neuron芯片等。专用 SOC一般专用于某个或某类系统中，不 为一般用户所知。一个有代表性的产品 是Philips的Smart XA。
• 系统软件(OS)的高实时性是基本要求 在多任务嵌入式系统中，对重要性各不 相同的任务进行统筹兼顾的合理调度是 保证每个任务及时执行的关键，单纯通 过提高处理器速度是无法完成和没有效 率的这种任务调度只能由优化编写的系 统软件来完成，因此系统软件的高实时 性是基本要求。
嵌入式系统软件需要RTOS开 发平台
嵌入式片上系统(SOC)
• 随着EDI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 SOC。各种通用 处理器内核将作为SOC设计公司的标准库，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。用户只需定义出其 整个应用系统，仿真通过后就可以将设计图交给 半导体工厂制作样品。这样除个别无法集成的器 件以外，整个嵌入式系统大部分均可集成到一块 或几块芯片中去，应用系统电路板将变得很简洁， 对于减小体积和功耗、提高可靠性非常有利。
• 新型的微控制器指令及SOC速度不断提高， 存储器空间也相应加大，已经达到甚至 超过了目前的通用计算机中的微处理器， 为嵌入式系统工程师采用过去一直不敢 问津的C++语言创造了条件。C++语言强 大的类、继承等功能更便于实现复杂的 程序功能。
• 但是C++语言为了支持复杂的语法，在代 码生成效率方面不免有所下降。为此， 1995年初在日本成立的Embedded C++技 术委员会经过几年的研究，针对嵌入式 应用制订了减小代码尺寸的EC++标准。
嵌入式系统概述
嵌入式系统概述嵌入式系统是一种专门设计用于控制某个特定任务的计算机系统。
它通常以微处理器为核心，集成了软件和硬件组件，用于实时控制、监测和交互。
由于嵌入式系统直接嵌入在所控制的设备中，因此它们的体积小、功耗低，并且具有高度的可靠性和实时性。
本文将从嵌入式系统的定义、应用领域以及未来发展的趋势等几个方面对嵌入式系统进行概述和介绍。
1. 嵌入式系统的定义嵌入式系统是一种被嵌入在目标设备中的计算机系统，其目的是实现特定任务或控制设备的功能。
与传统计算机系统相比，嵌入式系统往往具有更小的体积、更低的功耗和更高的可靠性。
它们用于各种领域，包括消费电子、医疗设备、汽车、航空航天和工业控制等。
2. 嵌入式系统的应用领域嵌入式系统广泛应用于各个领域，以下是几个典型的应用领域：2.1 消费电子嵌入式系统在消费电子产品中发挥着重要作用，如智能手机、平板电脑和智能家居设备等。
这些设备需要处理复杂的任务，如多媒体播放、图形处理和无线通信等。
2.2 医疗设备医疗设备中的嵌入式系统用于监测和控制患者的生命体征，并协助医生进行诊断和治疗。
这些设备对实时性和可靠性的要求非常高，如心电图仪、血压仪和呼吸机等。
2.3 汽车现代汽车中的嵌入式系统功不可没，它们控制着车辆的引擎、安全系统和娱乐系统等。
嵌入式系统在实时监测车辆性能、提升安全性能和提供导航服务等方面发挥着重要作用。
2.4 航空航天航空航天领域依赖于高度可靠的嵌入式系统来驱动和控制飞机、卫星和导弹等。
这些系统必须具有高度的安全性和实时性，以确保飞行器的稳定性和准确性。
2.5 工业控制工业控制中的嵌入式系统用于监控和控制生产过程。
它们可以实现自动化的生产线，并提高效率和质量。
嵌入式系统在工业领域中的应用非常广泛，如机器人、传感器和自动化仪表等。
3. 嵌入式系统的未来发展趋势随着科技的不断发展，嵌入式系统也在不断演进和改进。
以下是嵌入式系统未来的发展趋势：3.1 物联网物联网是未来嵌入式系统的一个重要方向。
嵌入式系统的优点和缺点
嵌入式系统的优点和缺点嵌入式系统的概述嵌入式系统是指集成了特定功能的计算机系统，通常被嵌入到其他设备中，并与其他系统相互交互。
嵌入式系统采用了专用的硬件和软件，通常设计用来执行特定的任务，如控制操作、传感和测量、媒体播放等。
这些系统广泛应用于工业自动化、交通运输、医疗设备、家庭电器等领域，成为现代社会不可或缺的一部分。
然而，嵌入式系统也存在一些缺点。
嵌入式系统的优点1. 低成本嵌入式系统通常采用优化的硬件和软件设计，以达到高效能和低成本的目的。
由于专门的硬件设备和精简的软件编程，嵌入式系统可以更加精确地控制和管理特定任务，从而实现高效而优质的性能。
此外，由于嵌入式系统通常集成在其他设备中，可以减少硬件成本和占用空间，使生产商能够更加轻松地将成本控制在成本范围内。
2. 可靠性高嵌入式系统通常需要长时间的运行，因此对可靠性和质量的要求很高。
专门的硬件和软件设计使得嵌入式系统可以抵抗各种环境干扰和故障，以减少系统崩溃和操作失误的风险。
此外，嵌入式系统的优化设计使得它们更加稳定，减少软硬件崩溃的几率，从而使运维成本更低。
3. 优质的性能表现嵌入式系统通常调整为某种特定任务，因此它们可以对制造商的性能要求进行完全的优化。
这些系统可以使用定制化的软件和驱动程序，以最大限度地利用硬件的性能潜力。
由于简单的软件设计和紧凑的硬件设计，嵌入式系统通常比PC和服务器等大型计算机系统具有更高的性能和能源效率。
嵌入式系统的缺点1. 不可扩展性由于嵌入式系统采用了专用的硬件和软件设计，因此它们通常不能容易地进行扩展或升级。
这意味着一旦设计和生产完成，就很难更改和升级系统中的组件和软件。
这可以导致短期内甚至长期内的问题。
2. 硬件配置限制在最初的硬件和软件设计中，嵌入式系统就被配置为执行特定的任务。
如果生产商需要更改系统的目的或加入新的功能，就会面临硬件配置限制的问题，因为嵌入式系统可能无法处理新的需求。
这意味着系统必须重新设计，并重新实施和生产，这将增加成本。
嵌入式系统教学：嵌入式系统及应用PPT课件
仿真器
用于模拟嵌入式系统的运行环境，便 于开发者在真实硬件之前进行调试和 测试。
调试器
用于在嵌入式系统运行过程中进行实 时调试，帮助开发者定位和解决问题。
交叉编译器
将应用程序代码编译为目标硬件平台 上的可执行文件，实现跨平台开发。
03 嵌入式系统的应用
智能家居
智能家居是嵌入式系统的重要应用领域之一，通过嵌入式系 统可以实现家庭设备的智能化控制和管理，提高生活便利性 和舒适度。
、医学影像设备等。
汽车电子
嵌入式系统用于汽车电 子控制系统，如发动机
控制、车身控制等。
嵌入式系统的发展历程
01
02
03
起源
嵌入式系统的概念起源于 20世纪70年代，主要用于 工业控制领域。
发展
随着微处理器技术的发展， 嵌入式系统逐渐普及，应 用领域不断扩大。
趋势
未来嵌入式系统将朝着智 能化、网络化、低功耗等 方向发展。
RTOS技术具有可移植性和可裁 剪性，可以根据实际需求进行 定制化开发，提高系统的可靠 性和性能。
06 嵌入式系统发展趋势与挑 战
物联网时代的嵌入式系统
嵌入式系统在物联网中的应用
嵌入式系统作为物联网的重要组成部分，广泛应用于智能家居、智能交通、智能制造等领域，实现设备间的互联 互通和智能化控制。
提高实际操作能力。
项目实践
组织学生进行嵌入式系统的项目 实践，将理论知识应用于实际项 目中，提高学生的综合应用能力。
注重培养学生的实际动手能力
提供实验设备和实验环境
学校应提供先进的实验设备和实验环境，满足学生进行实验和实 践的需求。
加强实验课程建设
增加实验课程的比重，设计更多具有挑战性和实用性的实验项目， 引导学生主动实践。
嵌入式的原理及应用
嵌入式的原理及应用一、嵌入式系统的概述嵌入式系统是指嵌入在其他设备或系统中的计算机系统，用于控制、监控和执行特定功能。
它通常有特定的硬件和软件，包括处理器、存储器、输入输出接口等，可按需定制，广泛应用于各个领域，如家电、汽车、医疗设备等。
二、嵌入式系统的原理嵌入式系统的设计和开发需要考虑以下几个主要原理：1.硬件设计原理：嵌入式系统的硬件设计需要考虑功耗、体积、成本等因素。
通常使用低功耗、高集成度的处理器，采用紧凑的电路板设计，以及选择适当的外设和接口。
2.软件设计原理：嵌入式系统的软件设计需要实现所需功能，并具有实时性、高效性和可靠性。
采用适当的算法和数据结构，充分利用系统资源，并进行合理的任务调度和优化。
3.实时性原理：嵌入式系统往往需要对外部环境做出及时响应。
因此，实时性是嵌入式系统设计中的重要考虑因素。
通过合理的任务调度和响应机制，保证系统能够在规定的时间内完成任务。
4.通信原理：嵌入式系统通常需要与其他设备或系统进行通信，实现数据的传输和交互。
通信原理包括选择合适的通信协议和接口，进行数据格式的定义和处理，确保数据的可靠传输和正确解析。
三、嵌入式系统的应用嵌入式系统在各个领域都有广泛的应用。
以下是一些常见的嵌入式系统应用：1.家电：智能家居系统中的智能电视、空调、冰箱等家电产品都采用嵌入式系统，实现远程控制、定时操作等功能。
2.汽车：现代汽车中的驾驶辅助系统、车载娱乐系统等都是嵌入式系统。
它们可以实时监控车辆状态、提供导航服务、支持蓝牙连接等。
3.医疗设备：医用仪器设备中的心电图机、血压计等都采用嵌入式系统，用于测量、监控和诊断。
4.工业控制：工业自动化领域中的PLC（可编程逻辑控制器）、机器人等都是嵌入式系统，用于控制和监控生产过程。
5.智能穿戴设备：智能手表、智能手环等都是嵌入式系统，可以实时监测健康状况、接收消息等。
6.军事装备：导弹控制系统、雷达系统等军事装备都采用嵌入式系统，用于指挥和控制作战。
嵌入式系统概述
第一章嵌入式系统概述1.嵌入式系统的概念从技术的角度概念：以应用为中心、以运算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、靠得住性、本钱、体积、功耗严格要求的专用运算机系统。
从系统的角度概念：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路的运算机系统。
术语嵌入式反映了这些系统一般是更大系统中的一个完整的部份，称为嵌入的系统。
嵌入的系统中能够共存多个嵌入式系统。
2.嵌入式处置器的分类①嵌入式微处置器；②嵌入式微控制器；③嵌入式DSP处置器；④嵌入式片上系统（SOC）3.嵌入式操作系统的大体概念及特点一般实时操作系统应用于实时处置系统的上位机和实时查询系统等实时性较弱的实时系统，而且提供了开发、调试、运用一致的环境。
嵌入式实时操作系统应用于实时性要求高的实时控制系统，而且应用程序的开发进程是通过交叉开发来完成的，即开发环境与运行环境是不一致。
嵌入式实时操作系统具有规模小(一般在几K～几十K 内)、可固化利用实时性强(在毫秒或微秒数量级上)的特点4.实时操作系统的大体概念及特点总的来讲实时操作系统是事件驱动的，能对来自外界的作用和信号在限定的时刻范围内作出响应。
它强调的是实时性、靠得住性和灵活性, 与实时应用软件相结合成为有机的整体起着核心作用, 由它来管理和协调各项工作,为应用软件提供良好的运行软件环境及开发环境。
从实时系统的应用特点来看实时操作系统能够分为两种：一般实时操作系统和嵌入式实时操作系统IEEE 的实时UNIX分委会以为实时操作系统应具有以下的几点:异步的事件响应；切换时刻和中断延迟时刻肯定；优先级中断和调度；抢占式调度；内存锁定；持续文件；同步；5.操作系统的内核有哪两种，各自的特点①非占先式内核：非占先式内核要求每一个任务自我舍弃CPU 的所有权。
非占先式调度法也称作合作型多任务，各个任务彼此合作共享一个CPU。
异步事件仍是由中断服务来处置。
中断服务能够使一个高优先级的任务由挂起状态变成就绪状态。
嵌入式系统的概念、特点、组成与应用场合
嵌入式系统的概念、特点、组成与应用场合一、嵌入式系统的概念嵌入式系统是一种以特定功能为目的，嵌入在具有其他功能的系统中的计算机系统。
它是由软件和硬件组成的，并提供特定的功能。
嵌入式系统通常具有较小的体积、较低的功耗、高可靠性和实时性。
二、嵌入式系统的特点1. 实时性：嵌入式系统能够在规定的时间内完成任务，具有高实时性要求。
2. 可靠性：嵌入式系统必须具有高可靠性，以保证系统在各种环境下运行正常。
3. 高效性：嵌入式系统的硬件和软件一般都是专门为实现特定功能而设计的，能够在有限的资源下实现高效率的工作。
4. 稳定性：嵌入式系统要求具有稳定的运行环境，不受外界干扰。
5. 硬件与软件结合：嵌入式系统由硬件和软件两部分组成，两者相互结合，形成一个整体。
三、嵌入式系统的组成1. 微处理器/微控制器：是嵌入式系统的核心，负责控制和处理系统的各种任务。
2. 存储器：包括闪存、RAM、ROM等，用于存储程序代码和数据。
3. 输入/输出设备：包括键盘、鼠标、显示器、打印机等，用于人机交互。
4. 通信接口：通信接口是嵌入式系统与其他设备通信的接口，包括串口、并口、USB、以太网等。
5. 电源系统：提供系统所需的电能，包括直流电源、充电电路、电池等。
四、嵌入式系统的应用场合1. 工业自动化：用于控制生产线和机器人等自动化设备。
2. 汽车电子：用于汽车电子控制单元（ECU）等系统中，包括发动机管理、车身控制、安全系统等。
3. 医疗设备：用于病人监护、诊断和治疗等方面。
4. 家庭电器：如电视、洗衣机、冰箱、电烤箱、热水器等。
5. 智能手机和平板电脑：用于智能手机和平板电脑中的各种功能，如拍照、视频、通话、应用程序等。
6. 空间探测器：用于测量和探测星球、行星等宇宙环境。
7. 军事设施：用于导弹控制、雷达目标跟踪、GPS等。
总之，嵌入式系统是一种以特定功能为目的，嵌入在具有其他功能的系统中的计算机系统。
它具有实时性、可靠性、高效性、稳定性等特点，由微处理器/微控制器、存储器、输入/输出设备、通信接口、电源系统等组成，广泛应用于工业自动化、汽车电子、医疗设备、家庭电器、智能手机和平板电脑、空间探测器、军事设施等领域。
嵌入式系统是什么
嵌入式系统是什么
嵌入式系统是一种专门设计用于特定应用的计算机系统，通常被集成到其他设备或系统中，以执行特定的功能。
与传统的通用计算机系统（如个人电脑）不同，嵌入式系统通常具有以下特点：
1.特定应用：嵌入式系统被设计用于满足特定的应用需求。
它们可以用于各种领域，如汽车、工业控制、医疗设备、家用电器、智能手机、物联网设备等。
2.有限资源：由于嵌入式系统通常具有较小的体积和功耗要
求，因此其硬件资源（如处理器、存储器、输入输出接口等）相对有限。
这使得在设计和开发嵌入式系统时需要更加注重资源的有效利用。
3.实时性要求：许多嵌入式系统需要在特定的时间约束下完
成任务，即实时性要求。
例如，汽车的防抱死制动系统需要在极短的时间内做出响应。
因此，实时性是嵌入式系统设计中的一个重要因素。
4.稳定性和可靠性：嵌入式系统通常被长期运行，对稳定性
和可靠性有较高的要求。
它们需要能够在恶劣的环境条件下正常工作，并且对错误和故障有良好的容错机制。
5.定制开发：由于嵌入式系统是为特定应用而设计的，因此
通常需要进行定制开发。
这包括硬件设计、嵌入式软件开发、驱动程序编写和系统集成等。
6.低功耗和节能性：许多嵌入式系统需要在有限的电力供应
下运行，并需要具备低功耗和节能的特性。
★嵌入式系统的设计和开发涉及到硬件和软件的各个方面，需要综合考虑应用需求、资源限制、实时性要求和可靠性等因素。
★它们在现代生活中扮演着重要角色，使得我们可以使用各种智能设备和系统来提高效率、便捷性和安全性。
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。
简述嵌入式系统常用的定义
嵌入式系统是一种专门设计用于执行特定功能和任务的计算机系统。
它通常被嵌入到其他设备或系统中，以控制、监测或操作设备的各个方面。
以下是对嵌入式系统常用定义的简述：
1.硬件定义：嵌入式系统是由硬件组成的计算机系统，包括处理器、存储器、输入/输出
接口和各种传感器等。
硬件通常是针对特定应用程序进行优化和定制。
2.实时性要求：嵌入式系统通常需要满足实时性要求，即在特定时间限制内完成任务响应。
它们必须能够及时地获取输入数据、处理并产生相应的输出结果。
3.特定应用领域：嵌入式系统被广泛应用于各个领域，如自动化控制、医疗设备、交通运
输、消费类电子产品等。
每个应用领域都有其特定的需求和挑战，因此嵌入式系统需要根据不同的应用场景进行定制。
4.能效和资源受限：嵌入式系统通常具有资源受限的特点，比如较小的存储空间、功耗限
制等。
设计和开发嵌入式系统需要在保证功能性的同时，考虑资源利用率和能效优化。
5.通信和互联：嵌入式系统通常需要与其他设备或系统进行通信和互联。
例如，它们可以
通过无线通信、以太网、总线协议等与外部设备交换数据。
总而言之，嵌入式系统是一种专门设计用于执行特定任务的计算机系统，具有实时性要求、应用领域特定、资源受限和通信互联等特点。
这些系统广泛应用于各个领域，为许多现代技术和设备的自动化和智能化提供关键支持。
嵌入式操作系统的种类与特点
嵌入式操作系统的种类与特点嵌入式操作系统的种类与特点一、嵌入式操作系统的定义及概述嵌入式操作系统是一种用于嵌入式系统的专用操作系统，主要应用于各种嵌入式设备，如智能方式、电视机、汽车电子系统等。
它具有小巧、高效、稳定的特点，并能提供特定领域的功能和服务。
二、常见的嵌入式操作系统1.Linux- 特点：开放源代码、稳定可靠、支持多种处理器架构、良好的网络和文件系统支持。
- 应用领域：智能方式、路由器、智能电视等。
2.Android- 特点：基于Linux内核，免费的开放源代码平台、丰富的应用生态系统、强大的多媒体功能、良好的用户界面。
- 应用领域：智能方式、平板电脑、智能电视等。
3.Windows Embedded系列- 特点：稳定可靠、易于开发、支持多种硬件平台、强大的图形用户界面。
- 应用领域：工控设备、POS收银机、游戏机等。
4.RTOS（实时操作系统）- 特点：严格的时间截止要求、实时性高、可靠性强。
- 应用领域：航空航天、医疗设备、工业自动化等。
三、嵌入式操作系统的特点1.实时性嵌入式操作系统具有严格的时间截止要求，能够及时响应外部事件，保证实时性。
2.稳定性嵌入式操作系统需要长时间运行且稳定可靠，不能频繁出现崩溃和死机现象。
3.资源管理嵌入式操作系统需要对有限的资源进行有效的管理，如内存管理、处理器调度等。
4.低功耗嵌入式设备通常使用电池供电，因此嵌入式操作系统需要能够优化能源消耗，延长设备的使用时间。
5.可移植性嵌入式操作系统需要支持多种处理器架构和硬件平台，具有良好的可移植性。
四、附件本文档没有附件。
五、法律名词及注释无。
什么是嵌入式系统
什么是嵌入式系统嵌入式系统（Embedded System）是指集成计算机科学和电子工程技术于一体的计算机系统，用于控制电子设备、仪器仪表、机械设备等。
它不同于个人电脑或服务器这样的通用计算机系统，而是被特定应用领域专用的计算机系统。
嵌入式系统通常由硬件和软件两部分组成。
硬件部分由处理器、存储器、输入输出接口、传感器等组成，而软件部分则由操作系统、驱动程序和应用软件等组成。
嵌入式系统的核心特点是具有实时性、可靠性和稳定性。
嵌入式系统的应用领域非常广泛。
从家用电器、车辆、通信设备到工业控制、医疗器械、航空航天等，几乎所有需要自动化控制或数据处理的领域都离不开嵌入式系统。
例如，智能手机就是一种嵌入式系统，它集成了处理器、存储器、传感器和操作系统等多种组件，能够实现通信、计算、娱乐等多种功能。
嵌入式系统与通用计算机系统相比，最大的区别在于其应用对象和环境的特殊性。
嵌入式系统通常被嵌入到其他设备中，与特定的硬件和软件进行紧密的集成，从而实现特定的任务。
同时，嵌入式系统在设计上需要考虑功耗、体积、成本等方面的限制，因为嵌入式系统往往需要长时间运行，所以更注重稳定性和可靠性。
嵌入式系统的开发过程包含硬件设计、软件开发和系统集成等多个环节。
硬件设计包括电路设计、电路板布线等工作，需要考虑电磁兼容、抗干扰等因素。
软件开发包括底层驱动程序的编写、应用程序的开发和系统的调试等工作，需要熟悉嵌入式系统的体系结构和相关开发工具。
系统集成则是将硬件和软件进行整合，进行功能测试和性能优化。
除了以上的技术挑战，嵌入式系统还面临着安全和隐私的问题。
由于嵌入式系统通常涉及到用户的个人数据和敏感信息，确保嵌入式系统的安全性和隐私保护成为一个重要的要求。
通过加密、认证、访问控制等技术手段，可以对嵌入式系统进行安全性评估和防护策略的制定。
值得一提的是，随着物联网的快速发展，嵌入式系统的重要性进一步凸显。
物联网将各种设备和物品通过互联网进行连接和交互，实现信息的传递和共享。
电子信息工程中的嵌入式系统设计
电子信息工程中的嵌入式系统设计嵌入式系统设计已经成为电子信息工程中一个非常重要的分支，有着广泛的应用。
从手机到汽车，从智能家居到医疗设备，嵌入式系统无处不在。
本文将从嵌入式系统的基础概念、硬件设计、软件设计、测试和应用等方面，全面讲解嵌入式系统的设计。
一、嵌入式系统概述嵌入式系统是指以专用的方式设计的电子计算机系统，通常被嵌入到另一个设备（例如电视机、手机、汽车、电冰箱等）中，用于执行特定的功能。
与个人电脑和工作站相比，嵌入式系统不需要多余的资源，如磁盘、内存、键盘和显示器等。
它只包含必要的硬件和软件，旨在实现特定的功能，如测量温度、控制电机、执行识别任务等。
嵌入式系统通常是单片机或微控制器，有自己的操作系统和固件，可实现灵活的交互和通信。
二、硬件设计硬件设计是嵌入式系统设计中的一个重要组成部分。
硬件设计包括电路设计、原理图绘制、PCB板设计以及最终的硬件原型制作等过程。
嵌入式系统的硬件设计需要参考多种因素，例如可用的物料、组件、软件驱动程序和工艺。
同时，它还必须考虑最终产品的功能、性能和成本等因素。
在硬件设计阶段，我们需要考虑以下因素：1.芯片选择。
芯片选择是嵌入式系统硬件设计的第一步。
我们可以根据需要的功能、操作系统、存储器要求和其他设备要求选择适合的芯片。
例如，如果需要实现WiFi通信，我们可以选择一个能够实现WiFi通信的芯片。
2.模块综合。
在硬件设计中，我们还需要对各种模块进行综合。
例如，我们需要把所有的传感器、电机、执行器和继电器等模块整合到一个系统中。
这需要考虑到模块之间的互联方式、模块的电源需求等因素。
3.电路设计。
嵌入式系统的电路设计通常包括模拟电路、数字电路和时序电路等。
在电路设计中，我们需要考虑到电路的可靠性、功率和EMI（电磁干扰）等因素。
4.布局和制造。
嵌入式系统的制造需要使用专业的CAD软件、PCB绘制软件，充分考虑布局和封装方式，以确保电路板的可靠性和性能。
三、软件设计在嵌入式系统设计中，软件设计是非常重要的一部分。
嵌入式系统PPTPPT课件
物联网与5G技术
嵌入式系统将与云计算和边缘计算技术结 合，实现数据处理和分析能力的提升。
物联网和5G通信技术的发展为嵌入式系统 提供了更广阔的应用空间，嵌入式系统将 更加网络化、智能化。
02 嵌入式系统硬件
微控制器
微控制器是嵌入式系统的核心，它是一 种集成电路芯片，包含了计算机的基本 组成要素，如中央处理器、存储器、输
嵌入式系统PPT课件
目录
CONTENTS
• 嵌入式系统概述 • 嵌入式系统硬件 • 嵌入式系统软件 • 嵌入式系统开发流程 • 嵌入式系统应用案例 • 嵌入式系统面临的挑战与解决方案
01 嵌入式系统概述
定义与特点
定义
嵌入式系统是一种专用的计算机系统 ，主要用于控制、监视或帮助操作机 器设备。
特点
嵌入式系统在智能家居控制系统中发 挥着核心作用，通过嵌入式处理器和 相关硬件设备，实现对家庭设备的控 制和管理。
智能家居控制系统可以实现的功能包 括：远程控制、定时控制、语音控制 等，为家庭生活带来便利和舒适。
工业自动化控制系统
工业自动化控制系统是嵌入式系统的另一个重要应用领域，通过嵌入式系统技术， 可以实现生产过程的自动化和智能化。
调研市场需求
了解行业发展趋势和市场需求，为系统设计提供参考 和依据。
制定开发计划
根据需求分析结果，制定详细的开发计划，包括时间 安排、人员分工、资源需求等。
系统设计
硬件设计
根据系统需求，设计合适的硬件架构，包括 处理器、存储器、接口电路等。
软件设计
设计嵌入式系统的软件架构，包括操作系统、 中间件和应用软件等。
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系统集成
将硬件和软件集成在一起， 形成完整的嵌入式系统。
什么是嵌入式系统
嵌入式系统（Embedded System），一般指非桌面计算机系统（即非PC、服务器、大中小型机等），有计算机功能且可以“嵌入”到专用设备并发挥专用功能的计算机设备或器材。
它是以应用为中心，软硬件可裁减的，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。
简单地说，这种计算机通过和设备的电气连接，并通过在计算机上运行的专用程序对接口进行通讯和控制，使设备成为智能化的设备，比如：基于网络的工业控制器、带彩色显示的智能终端等。
嵌入式系统主要由嵌入式处理器为核心的硬件系统、嵌入式操作系统及应用软件系统等组成，它是可独立工作的“器件”。
一、嵌入式处理器为核心的硬件系统嵌入式系统的核心是嵌入式微处理器。
嵌入式微处理器一般就具备以下4个特点：1）对实时多任务有很强的支持能力，能完成多任务并且有较短的中断响应时间，从而使内部的代码和实时内核心的执行时间减少到最低限度。
2）具有功能很强的存储区保护功能。
这是由于嵌入式系统的软件结构已模块化，而为了避免在软件模块之间出现错误的交叉作用，需要设计强大的存储区保护功能，同时也有利于软件诊断。
3）可扩展的处理器结构，以能最迅速地开展出满足应用的最高性能的嵌入式微处理器。
4）嵌入式微处理器必须功耗很低，尤其是用于便携式的无线及移动的计算和通信设备中靠电池供电的嵌入式系统更是如此，如需要功耗只有mW甚至μW级。
嵌入式计算机系统同通用型计算机系统相比具有以下特点：1.嵌入式系统通常是面向特定应用的嵌入式CPU与通用型的最大不同就是嵌入式CPU大多工作在为特定用户群设计的系统中，它通常都具有低功耗、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，从而有利于嵌入式系统设计趋于小型化，移动能力大大增强，跟网络的耦合也越来越紧密。
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。
这一点就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。
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1嵌入式系统概述嵌入式系统（Embedded System ）也称嵌入式计算机系统。
顾名思义，嵌入式系统是计算机的一种特殊形式，是计算机技术、通信技术、半导体技术、微电子技术、语音图像数据传输技术，甚至传感器等先进技术和具体应用对象相结合后的更新换代产品。
嵌入式系统不仅和一般的PC 机上的应用系统不同，而且针对不同的具体应用而设计的嵌入式系统之间的差别也很大。
嵌入式系统强调硬件和软件的协同性与整合性，软件和硬件可剪裁的，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗和应用环境等有严格要求的专用计算机系统。
嵌入式系统特别强调“量身定做”的原则，开发人员往往需要针对某一种特殊用途开发出一个截然不同的嵌入式系统，其特点如下。
（1）嵌入式系统具有应用针对性应用针对性是嵌入式系统的一个基本特征，体现这种应用针对性的首先是软件，软件实现特定应用所需要的功能，所以嵌入式系统应用中必定配置了专用的应用程序；其次是硬件，大多数嵌入式系统的硬件是针对应用专门设计的，但也有一些标准化的嵌入式硬件模块，采用标准模块可降低开发的技术难度和风险，缩短开发时间，但灵活性不足。
（2）嵌入式系统硬件扩展能力要求不高硬件上，嵌入式系统作为一种专用的计算机系统，其功能、机械结构、安装要求比较固定，所以一般没有或仅有较少的扩展能力；软件上，嵌入式系统往往是一个设备固定组成部分，其软件功能由设备的需求决定，在相对较长的生命周期里，一般不需要对软件进行改动。
但也有一些特例，比如现在的手机，尤其是安装有嵌入式操作系统的智能手机，软件安装、升级比较灵活，但相对于桌面计算机，其软件扩展能力还是相当弱。
（3）嵌入式系统操作系统精简在现代的通用计算机中，没有操作系统是无法想象的，而在嵌入式计算机中情况则大第 章嵌入式系统原理、应用与实践教程2 不相同。
在一个功能简单的嵌入式系统中，可能根本不需要操作系统，直接在硬件平台上运行应用程序；而一些功能复杂的嵌入式系统，可能需要支持有线/无线网络、文件系统、实现灵活的多媒体功能、支持实时多任务处理，此时，在硬件平台和应用软件之间增加一个操作系统层，可使应用软件的设计变得简单，而且便于实现更高的可靠性，缩短系统开发时间，使系统的研发工作变得可控。
目前存在很多种嵌入式操作系统，如VxWorks、pSOS、嵌入式Linux、WinCE 等，这些操作系统功能日益完善，以前只在桌面通用操作系统具备的功能，如网络浏览器、HTTP 服务器、Word 文档阅读与编辑等，也可以在嵌入式系统中实现。
但为适应嵌入式系统的需要，嵌入式操作系统相对通用操作系统，具有模块化、结构精练、定制能力强、可靠性高、实时性好、便于写入非易失性存储器（固化）等特点。
（4）嵌入式系统一般有实时性要求设备中的嵌入式系统常用于实现数据采集、信息处理、实时控制等功能，而采集、处理、控制往往是一个连续的过程。
一个过程要求必须在一定长的时间内完成，这就是系统实时性的要求。
在如图1-1所示的语音处理系统中，可实现实时的数据采集、编码，并通过网络传输的功能，按照8kHz采样率、精度8bits的工作模式进行单通道语音采样，这时系统会以每秒8KB的速率连续产生数据，计算机需要“及时”地进行语音数据采集、数据压缩编码、通过网络发送数据等处理，任何一个环节处理不及时，都会导致语音数据丢失。
图1-1 语音处理系统结构图实时性和处理器速度并不相同，速度快的系统不一定实时性好，速度慢的系统实时性未必不能满足要求。
计算机运行速度高，当然更有条件实现实时性，但不是实时性的充要条件。
嵌入式系统的设计要求精练，因此在运算速度上不会留太多余量，为了保证实时性要求，更需要对硬件、软件精心设计。
（5）嵌入式系统一般有较高的成本控制要求在满足需求的前提下，在嵌入式系统开发中，要求高效率的设计，减少硬件、软件冗余，恰到好处的设计可以最大限度地降低系统成本，并有利于提高系统的可靠性。
通用计算机则追求更快的计算速度、更大的存储容量、更丰富的配置、更大的显示器。
强大的硬件平台才能满足日益复杂的桌面操作系统及各种类型软件的需要，这样的计算机“通用性”才最强。
（6）嵌入式系统软件一般有固化的要求在现代的通用计算机中，硬盘是操作系统和应用软件的载体，对于几GB，甚至几十GB、几百GB的软件及数据，硬盘是最好的记录媒介。
嵌入式系统软件一般把操作系统和应用软件直接固化在非易失性存储器（如Flash 存储器）中。
首先，嵌入式系统一般没有硬盘，就算有硬盘或存储卡之类的外部存储器，也很少用于存储系统软件，多用于存储数据或用户扩展的软件；其次，无论是操作系统还是应用软件都很精练，所占容量相对通用计算机要小得多，所以有固化的条件；再次，嵌入式系统不同于通用计算机那么容易安装和升级软件，而且也很少需要改动，所以要求软件存储可靠性高，因此有必要把软件固化；最后，软件固化有利于提高嵌入式系统的启动速度。
（7）嵌入式系统软件一般采用交叉开发的模式目前软件设计工作大多采用集成开发环境，将代码编辑、编译、链接、仿真、调试等软件开发工具集成在一起。
嵌入式系统针对具体的应用进行设计，其硬件、软件的配置往往不便于或不可能支持应用软件开发。
实际开发中，一般用通用计算机（主要是PC 机）作为开发机，进行嵌入式软件的编辑、编译、链接，在开发机上进行仿真，或下载到嵌入式目标系统中运行测试，最终的目标代码固化到目的系统的存储器中运行，这就是交叉开发的软件设计模式。
（8）嵌入式系统在体积、功耗、可靠性、环境适应性上一般有特殊要求嵌入式系统作为一个固定的组成部分“嵌入”在设备中，因受装配、供电、散热等条件的约束，其体积、功耗必然有一定的限制。
例如，现在的手机功能日益强大，但体积越做越小，集成度和装配密度非常高，在这种应用环境里，嵌入式计算机部分的芯片封装、电路板设计、系统装配等都要求紧凑、小巧。
在功耗方面也有严格的要求，一方面密封在手机里，没有良好的散热条件，功耗控制不好会导致手机温度过高；另一方面，电路的功耗直接决定了手机一次充电后持续工作的时间。
嵌入式系统作为设备的核心，其可靠性直接决定了设备可靠性，因此在这方面有严格的要求。
嵌入式系统是具有应用针对性的专用计算机系统，应用时作为一个固定的组成部分“嵌入”在应用对象中。
每个嵌入式系统都是针对特定应用定制的，所以彼此间在功能、性能、体系结构、外观等方面可能存在很大的差异，但从计算机原理的角度看，嵌入式系统包括硬件和软件两个组成部分。
图1-2给出的是一个典型的嵌入式系统组成，实际系统中可能并不包括所有的组成部分。
嵌入式系统硬件部分以嵌入式处理器为核心，扩展存储器及外部设备控制器。
在某些应用中，为提高系统性能，还可能为处理器扩展DSP 或FPGA 等作为协处理器，实现视频编码、语音编码及其他数字信号处理等功能。
在一些SOC （System on Chip ）中，将DSP 或FPGA 与处理器集成在一个芯片内，降低系统成本，缩小电路板面积，提高系统可靠性。
嵌入式系统软件部分，驱动层向下管理硬件资源，向上为操作系统提供一个抽象的虚拟硬件平台，是操作系统支持多硬件平台的关键。
在嵌入式系统软件开发过程中，用户的主要精力一般在用户应用程序和设备驱动程序开发上。
嵌入式系统原理、应用与实践教程4图1-2 嵌入式系统组成1.4 嵌入式系统的分类根据不同标准，嵌入式系统有不同的分类方法。
1. 按处理器位宽分类按处理器位宽可将嵌入式系统分为4位、8位、16位、32位和64位系统，一般情况下，位宽越大，性能越强。
对于通用计算机处理器，因为要追求尽可能高的性能，在发展历程中总是高位宽处理器取代、淘汰低位宽处理器。
而嵌入式处理器不同，千差万别的应用对处理器要求也大不相同，因此不同性能的处理器都有各自的用武之地。
2. 按有无操作系统分类现代通用计算机中，操作系统是必不可少的系统软件。
在嵌入式系统中则有两种情况：有操作系统的嵌入式系统和无操作系统（裸机）的嵌入式系统。
在有操作系统支持的情况下，嵌入式系统的任务管理、内存管理、设备管理、文件管理等都由操作系统完成，并且操作系统为应用软件提供丰富的编程接口，用户应用软件开发可以把精力都放在具体的应用设计上，这与在PC机上开发软件相似。
在一些功能单一的嵌入式系统中，如基于8051单片机嵌入式系统，硬件平台很简单，系统不需要支持复杂的显示、通信协议、文件系统、多任务的管理等，这种情况下可以不用操作系统。
3. 按实时性分类根据实时性要求，可将嵌入式系统分为软实时系统和硬实时系统两类。
在硬实时系统中，系统要确保在最坏情况下的服务时间，即对事件响应时间的截止期限必须得到满足。
在这样的系统里，如果一个事件在规定期限内不能得到及时处理，则会导致致命的系统错误。
在软实时系统中，从统计的角度看，一个任务能够得到确保的处理时间，到达系统的时间也能够在截止期限前得到处理，但截止期限条件没得到满足时并不会带来致命的系统错误。
4. 按应用分类嵌入式系统应用在各行各业，按照应用领域的不同可对嵌入式系统进行分类。
（1）消费类电子产品消费类电子产品是嵌入式系统需求最大的应用领域，日常生活中的各种电子产品都有嵌入式系统的身影，从传统的电视、冰箱、洗衣机、微波炉，到数字时代的影碟机、MP3、MP4、手机、数码相机、数码摄像机等，在可预见的将来，可穿戴计算机也将走入日常生活。
现代社会里，人们被各种嵌入式系统的应用产品包围着，嵌入式系统已经在很大程度上改变了人们的生活方式。
（2）过程控制类产品过程控制类产品的应用有很多，如生产过程控制、数控机床、汽车电子、电梯控制等。
过程控制引入嵌入式系统可显著提高效率和精确性。
（3）信息、通信类产品通信是信息社会的基础，其中最重要的是各种有线、无线网络，在这个领域大量应用嵌入式系统，如路由器、交换机、调制解调器、多媒体网关、计费器等。
很多与通信相关的信息终端也大量采用嵌入式技术，如POS 机、ATM 自动取款机等。
使用嵌入式技术的信息类产品还包括键盘、显示器、打印机、扫描仪等计算机外部设备。
（4）智能仪器、仪表产品嵌入式系统在智能仪器、仪表中大量应用，采用计算机技术不仅提高仪器、仪表性能，还可以设计出传统模拟设备所不具备的功能。
如传统的模拟示波器能显示波形，通过刻度人为计算频率、幅度等参数，而基于嵌入式计算机技术设计的数字示波器，除更稳定地显示波形外，还能自动测量频率、幅度，甚至可以将一段时间里的波形存储起来，供事后详细分析。
（5）航空、航天设备与武器系统航空、航天设备与武器系统一向是高精尖技术集中应用的领域，如飞机、宇宙飞船、卫星、军舰、坦克、火箭、雷达、导弹、智能炮弹等，嵌入式计算机系统是这些设备的关键组成部分。
（6）公共管理与安全产品这类应用包括智能交通、视频监控、安全检查、防火防盗设备等。