嵌入式系统简介
嵌入式系统开发
嵌入式系统开发嵌入式系统是指内嵌在其他设备或系统中，实现特定功能的计算机系统。
它通常集成了硬件和软件，通过专门的开发平台进行开发和编程。
嵌入式系统广泛应用于各个领域，如汽车、家电、医疗设备、通信设备等。
本文将围绕嵌入式系统开发展开，介绍嵌入式系统的基本原理、开发流程以及相关技术。
一、嵌入式系统的基本原理嵌入式系统的基本原理是将处理器、存储器、输入输出设备等硬件组件集成在一起，通过操作系统和应用程序实现特定的功能需求。
常见的嵌入式系统采用单片机或微处理器作为核心处理器，具有较小的体积和功耗。
嵌入式系统的设计需要考虑硬件平台的选择、外设的接口设计、系统调度和任务管理等方面。
同时，软件开发也是嵌入式系统的重要组成部分，包括操作系统的移植、设备驱动程序的编写以及应用程序的开发。
二、嵌入式系统开发流程嵌入式系统的开发流程包括需求分析、硬件设计、软件开发、集成测试和发布等环节。
下面将逐一介绍各个环节的内容。
1. 需求分析在嵌入式系统开发之前，需要明确系统的功能需求和性能要求。
通过与用户沟通和需求分析，确定硬件平台、输入输出设备和外部接口等方面的需求。
2. 硬件设计硬件设计是指基于嵌入式系统的功能需求，选择合适的处理器、存储器、外设等硬件组件，并进行相应的电路设计和PCB布局。
硬件设计需要考虑系统的稳定性、扩展性和功耗等因素。
3. 软件开发软件开发是嵌入式系统开发的关键环节。
首先，根据硬件平台的选择，进行操作系统的移植和配置。
然后，编写设备驱动程序，实现对外设的控制和数据交换。
最后，根据系统需求，开发应用程序，实现特定功能。
4. 集成测试集成测试是将硬件和软件进行整合，测试系统的功能和性能是否满足需求。
通过功能测试、性能测试和稳定性测试，发现并修复系统中的缺陷和问题。
5. 发布在集成测试通过后，将嵌入式系统制作成最终产品，进行出厂测试和质量控制。
然后，将产品发布给客户或上线市场。
三、嵌入式系统开发的相关技术嵌入式系统开发涉及到多个技术领域，下面将介绍几个重要的技术。
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。
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。
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。
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。
嵌入式系统
第三节 嵌入式应用软件与开发平台
嵌入式窗口系统 是一种用于控制嵌入式系统中的位映像显示设备与输 入设备的软件系统，管理屏幕、窗口、字体、光标、 入设备的软件系统，管理屏幕、窗口、字体、光标、图形图 像等资源及输入设备。 像等资源及输入设备。 1、图形用户界面系统的层次模型
第三节 嵌入式应用软件与开发平台
第二节 嵌入式系统的组成
3、存储器 主要分为三种： 主要分为三种： 高速缓存（Cache）、片内主存和片外主存、外存。 ）、片内主存和片外主存 高速缓存（Cache）、片内主存和片外主存、外存。 高速缓存： 高速缓存： 高速缓存是存放当前使用最多的程序代码和数据的。 高速缓存是存放当前使用最多的程序代码和数据的。嵌 入式系统中，Cache全部集成在嵌入式微处理器内部 全部集成在嵌入式微处理器内部， 入式系统中，Cache全部集成在嵌入式微处理器内部，可以分 为数据Cache 指令Cache和混合Cache Cache， Cache和混合Cache。 为数据Cache，指令Cache和混合Cache。 主存： 主存： 用来存放系统和用户的程序和数据。 用来存放系统和用户的程序和数据。 外存： 外存： 用来存放不常用的或暂不使用的信息。 用来存放不常用的或暂不使用的信息。
1、运行j2me的嵌入式主要有两大类： 运行j2me的嵌入式主要有两大类： j2me的嵌入式主要有两大类 第一类是受限连接设备：智能手机、PDA等 第一类是受限连接设备：智能手机、PDA等。 第二类是连接设备：车用导航、机顶盒、 第二类是连接设备：车用导航、机顶盒、数字电视以及可视 电话。 电话。
第三节 嵌入式应用软件与开发平台
嵌入式系统设计 嵌入式系统设计
主要讨论两部分内容
嵌入式系统的基本知识 嵌入式系统的开发设计
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。”
什么是嵌入式系统？它由哪几部分组成？有何特点？写出你 …
1、什么是嵌入式系统？它由哪几部分组成？有何特点？写出你所想要的嵌入式系统。
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，从而能狗适应实际应用中队功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统。
嵌入式系统通常由嵌入式处理器、外围设备、嵌入式操作系统和应用软件等几大部分组成。
嵌入式系统有以下特点：（1）软硬件一体化，集计算机技术、微电子技术、行业技术于一体；（2）需要操作系统支持，代码小，执行速度快；（3）专用进抽，用途固定，成本敏感；（4）可靠性要求高；（5）多样性，应用广泛，种类繁多。
我想要的系统应该体积小，功能强大，操作简单。
2、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？ARM：Advanced RISC MachinesARM公司是全球领先的16/32位RISC微处理器知识产权设计供应商，通过将其高性能、低成本的RISC微处理器、外围和系统芯片设计技术转让给合作伙伴来生产各具特色的芯片。
ARM处理器有3答特点：（1）小体积、低功耗、低成本而高性能；（2）16/32位双指令集；（3）去拿球的合作伙伴众多。
3、实时操作系统常用的任务调度算法有哪几种？基于优先级的抢占式调度算法；（1）非抢占式调度（2）抢占式调度同一优先级的时间片轮转调度算法；单调速率调度算法。
4、用什么方法解决优先级反转问题？（1）优先级继承：设C为正占用着某项共享资源的进程P以及所有正在等待占用此项资源的进程集合。
找出这个集合中的优先级最高者P_h，其优先级为p'。
把进程P的优先级设置成p'。
（2）优先级封顶：设C为所有可能竞争使用某项共享资源的进程的集合。
事先为这个集合规定一个优先上限p'，使得这个集合中所有进程的优先级都小于p'。
在创建保护该项资源的信号量或互斥量时，将p'作为一个参数。
每当有进程通过这个信号量或互斥量取得对共享资源的独占使用权时，九江此进程的优先级暂时提高到p'，一直到释放该资源时菜回复其原有的优先级。
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。
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。
01
02
03
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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程序存储器
数据存储器
总线
嵌入式处理器
通信接口
LCD显示
时钟与复位电路
A/D和D/A
嵌入式系统的硬件体系结构
二、嵌入式系统结构
• 3.1嵌入式处理器的分类 • 1、嵌入式微控制器（EMCU） • 嵌入式微控制器又称单片机，就是将整个计算机系统
集成到一块芯片中。嵌入式微控制器一般以某一种微 处理器内核为核心，芯片内部集成ROM/EPROM、 RAM、总线、总线逻辑、定时、计数器、WatchDog、 I/O、串行口、脉宽调制输出、A/D、D/A、Flash RAM 等各种必要功能和外设。 51系列、Freescale公司的68HCXX系列、Microchip的 PIC系列等。
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一、嵌入式系统介绍
• 3.发展历程 • 嵌入式计算机系统与通用计算机系统目前属于计算机
技术的两大分支。
• 第一阶段：单片微型计算机（SCM）阶段，即单片机
时代。这一阶段的 嵌入式系统硬件是单片机，软 件停留在无操作系统阶段，采用汇编语言实现系统的 功能。这阶段的主要特点是：系统结构和功能相对单 一、处理效率低、存储容量也十分有限，几乎没有用 户接口。
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二、嵌入式系统结构
• 2.3 应用软件 • 嵌入式系统领域的应用软件是为了解决某些特定的应
用性问题而设计出来的软件，如浏览器、播放器等。 嵌入式系统的应用软件与通用计算机软件相比，由于 嵌入式系统的资源有限，致使对应用软件有更多苛求， 要求尽量做到高效、低耗。而且嵌入式系统的应用软 件还存在着操作系统的依赖性，一般情况下，不同操 作系统之间的软件必须进行修改才能移植，甚至需要 重新编写。
• 第四阶段：以基于Internet为标志的嵌入式系统，这还
二、嵌入式系统结构
• 嵌入式操作系统一般具有体积小、实时性强、可剪裁、
可靠性高、功耗低等特点。
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实时性是嵌入式系统最重要的要求之一。实时操作 系统又分为软实时和硬实时两种ห้องสมุดไป่ตู้ 常用的嵌入式操作系统有：VxWorks、Windows CE、 嵌入式Linux、嵌入式实时内核uC/os等。
二、嵌入式系统结构
• 3.2嵌入式处理器的构架 • 标准的嵌入式系统架构有两大体系： • 精简指令集计算机（reduced instruction set
computer,RISC）处理器复杂指令集计算机（complex instruction set computer,CISC）处理器.这两种指令集结 构的重要区别之一是其指令功能的强弱不同。
二、嵌入式系统结构
• 1.基本结构 • 嵌入式系统的基本结构一般可分为硬件和软件两部分。 • 1.1嵌入式系统的硬件 • 包括嵌入式核心芯片、存储器系统及外部接口。
二、嵌入式系统结构
• 1.1.1处理器 • 嵌入式处理器：是构成系统的核心部件，系统工程中
的其他部件均在它的控制和调度下工作。处理器通过 专用的接口获取监控对象的数据、状态等各种信息， 并对这些信息进行计算、加工、分析和判断并作出相 应的控制决策，再通过专用接口将控制信息传送给控 制对象。
一、嵌入式系统介绍
• 第三阶段：片上系统（SOC），主要特点是：嵌入式
系统能够运行于各种不同类型的微处理器上，兼容性 好，操作系统的内核小，效果好。
络化主要表现在两个方面，一方面是嵌入式处理器集 成了网络接口，另一方面是嵌入式设备应用于网络环 境中 。
• 第四阶段：以Internet为标志的嵌入式系统。嵌入式网
二、嵌入式系统结构
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3、嵌入式DSP处理器（EDSP） DSP是特别为处理信号设计的处理器，而不是为一般应用设计的。对 系统结构和指令进行了特殊设计，使其适合于执行DSP算法，编译效率较 高，指令执行速度也较高。 DSP体系结构需要具备以下特点： 1、能够非常快速地计算出总和的乘加（MAC）模块，而通用处理器可 能要花费多个周期才能计算出一个乘积。 2、支持通过移位操作完成对位的处理。 3、独立的地址生成单元产生存储器单元的地址，这样使访问存储器 变得更加快速。 4、专门的硬件实现循环。通过硬件可以增加循环计数器，将计数值 与最终目标值进行比较，执行循环之后再转到循环顶部等。
应用软件
应用编程接口（API）
嵌入式操作系统
板级支持包（BSP）
底层硬件
嵌入式系统软件层次结构
二、嵌入式系统结构
• 2.1 BSP(板级支持包) • 板级支持包（BSP）是介于主板硬件和操作系统中驱动
层程序之间的一层，一般认为它属于操作系统一部分， 主要是实现对操作系统的支持，为上层的驱动程序提 供访问硬件设备寄存器的函数包，使之能够更好的运 行于硬件主板。在嵌入式系统软件的组成中，就有BSP。
① 嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术以及电子技术 与各行业的具体应用相结合的产物。 ② 嵌入式系统通常是面向用户、面向产品、面向特定应用的。嵌 入式系统CPU都具有功耗低、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，从而使整个 系统设计趋于小型化，移动能力日益增强，与网络的关系也越来 越密切。 ③ 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。因此嵌入式系统产品一旦进入市场，就具 有较长的生存周期。 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 固化在存储器芯片或单片机中，而不是存储于磁盘等载体中。 ⑤ 嵌入式系统本身并不具备在其上进一步开发的能力。
二、嵌入式系统结构
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3.2.2 RISC计算机指令集 在对各条指令使用频率的统计分析中发现，最常使用的是一些比 较简 单的指令，而这些指令数占指令总数的20%，但它们在程序中出 现的频率 却占80%。这个结论后来被称为“20%对80%率”。 因此如果从指令系统中去掉一些不常用的指令，特别是那些复杂 的指 令就可以降低处理器电路的复杂程度，使处理器以更快的速度、 更高的 频率运行，从而提高整个计算机的执行速度。根据这个设计指导 思路设 计出来的处理器被称为精简指令集计算机系统即RISC。
嵌入式微处理器 （EMPU） 嵌入式微控制器 （EMCU） 嵌入式数字信号 处理器（EDSP） 嵌入式片上系统 （ESOC）
嵌入式处理器
• 1.1.2嵌入式存储器 • 存储器的类型将决定整个嵌入式系统的操作和性能，
二、嵌入式系统结构
因此存储器的选择非常重要。无论系统是采用电池供 电还是由市电供电，应用需求将决定存储器的类型 （易失性或非易失性）以及使用目的（存储代码、数 据或者两者兼有）。对于较小的系统，微控制器自带 的存储器就有可能满足系统要求，而较大的系统可能 要求增加外部存储器。为嵌入式系统选择存储器类型 时，需要考虑一些设计参数，包括微控制器的选择、 电压范围、电池寿命、读/写速度、存储器尺寸、存储 器的特性、擦除/写入的耐久性以及系统总成本。
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二、嵌入式系统结构
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RISC机的特点： ①选取一些使用频率高、很有用但不复杂的简单指令。 ②指令长度固定，指令格式种类少，寻址方式种类少。 ③只有取数/存数指令会访问存储器，其余指令的执行都在寄存器之 间进 行，即限制内存访问。 ④CPU中通用寄存器数量相当多。 ⑤大部分指令在一个机器周期内完成。 ⑥采用流水线组织。 ⑦以硬布线控制逻辑为主，不用或少用微程序控制。 ⑧特别重视编译工作，以简单有效的方式支持高级语言，减少程序 执行 时间。
• 2.2操作系统 • 嵌入式操作系统是嵌入式系统极为重要的组成部分，
是嵌入式系统的灵魂。经历了4个比较明显的阶段： 言编程对系统进行直接控制。 心的嵌入式系统。
一、嵌入式系统介绍
• 第一阶段：无操作系统的嵌入算法阶段，通过汇编语
• 第二阶段：以嵌入式CPU为基础、简单操作系统为核
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第三阶段：通用的嵌入式实时操作系统阶段，该阶段 以嵌入式操作系为核心。 是一个正在发展的阶段。
一、嵌入式系统介绍
• 第二阶段：微控制器（MUC）阶段，主要的技术发展
方向是：不断扩展对象系统要求的各种外围电路和接 口电路，突显其对象的智能化控制能力。这一阶段主 要以嵌入式微处理器为基础、以简单操作系统为核心， 主要特点是硬件使用嵌入式微处理器，微处理器的种 类繁多，通用性比较弱；系统开销小，效率高；软件 采用嵌入式操作系统，这类操作系统有一点的兼容性 和扩展性；这个阶段的嵌入式产品的应用软件比较专 业化，用户界面不够友好。
二、嵌入式系统结构
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RISC和CISC的差异： ①指令系统：RISC设计者把主要精力放在那些经常使用的指令上，尽 量使它们具有简单高效的特色。对不常用的功能，常通过组合指令 来完成。因此，在RISC机器上实现特殊功能时，效率可能比较低。但 可以利用流水技术和超标量技术加以改进和弥补。而CISC计算机的指 令系统比较丰富，由专用指令完成特定的功能。因此，处理特殊任 务效率较高。 ②存储器操作：RISC对存储器操作有限制，使控制简单化；而CISC机 器的存储器操作指令多，操作直接。
嵌入式系统简介
一、嵌入式系统介绍
• 1.嵌入式系统定义 • 定义：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件
可裁剪，对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格 要求的专用计算机系统。 用计算机系统。
• 嵌入式系统有时也称为嵌入式计算机系统，指的是专
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个人电脑≠嵌入式系统
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一、嵌入式系统介绍
2.系统特点：
二、嵌入式系统结构
• 1.1.3 嵌入式系统的输入/输出接口 • 一般嵌入式处理器上集成了输入/输出接口，但是外设
需要外接。例如，大多数的嵌入式通信控制器集成了 以太网接口，但是收发器需要外部电路。
二、嵌入式系统结构