嵌入式系统设计实例共42页
嵌入式教学实践案例范文(3篇)
第1篇一、案例背景随着我国教育改革的不断深入，职业教育和高等教育逐渐向企业、行业、社会需求靠拢。
嵌入式教学作为一种新型教学模式，旨在将专业知识与实际应用相结合，提高学生的实践能力和就业竞争力。
本案例以某高职院校电子信息工程系嵌入式技术专业为例，探讨嵌入式教学实践的具体实施过程。
二、案例目标1. 培养学生的嵌入式系统设计与开发能力；2. 提高学生的团队协作和沟通能力；3. 增强学生的就业竞争力。
三、案例实施1. 教学内容（1）嵌入式系统基础知识：嵌入式处理器、硬件电路设计、软件开发环境等。
（2）嵌入式系统开发：C语言编程、嵌入式操作系统、驱动程序开发等。
（3）项目实践：基于ARM、AVR等嵌入式处理器的项目设计与开发。
2. 教学方法（1）案例教学：通过典型嵌入式系统案例，让学生了解嵌入式系统开发流程，掌握相关技术。
（2）项目驱动教学：以实际项目为驱动，让学生在项目实践中学习知识，提高技能。
（3）团队协作教学：将学生分成若干小组，共同完成项目，培养学生的团队协作和沟通能力。
（4）实践教学：将课堂教学与实验室实践相结合，提高学生的动手能力。
3. 教学资源（1）教材：选用具有代表性的嵌入式系统教材，如《嵌入式系统原理与应用》、《ARM嵌入式系统设计与开发》等。
（2）实验设备：配备ARM、AVR等嵌入式开发板，以及相关实验器材。
（3）在线资源：利用网络资源，如在线课程、技术论坛等，为学生提供学习支持。
四、案例实施过程1. 前期准备（1）组建教学团队：由专业教师、企业工程师组成，确保教学内容的实用性和先进性。
（2）制定教学计划：根据课程设置，合理安排教学内容、教学方法和教学资源。
（3）实验室建设：购置实验设备，搭建实验平台，为学生提供实践环境。
2. 教学实施（1）课堂教学：按照教学计划，开展嵌入式系统基础知识、开发技术等方面的教学。
（2）项目实践：以实际项目为驱动，让学生分组进行项目设计与开发。
（3）团队协作：在项目实践中，培养学生团队协作和沟通能力。
嵌入式系统应用案例
嵌入式系统应用案例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，广泛应用于各个领域，包括家用电器、汽车、医疗设备、航空航天等。
本文将通过几个具体案例来展示嵌入式系统的应用。
案例一：智能家居系统随着科技的不断进步，智能家居系统已经成为人们日常生活中不可或缺的一部分。
通过嵌入式系统的应用，可以实现对家庭设备的智能控制和监测。
嵌入式系统可以实现灯光、温度、安防等各种设备的联动控制，提高家庭的生活品质和安全性。
案例二：汽车电子系统现代汽车中嵌入了大量的嵌入式系统，用于控制和管理各种功能，如发动机控制、制动系统、安全气囊等。
嵌入式系统可以使汽车更加智能化和安全，提供更好的驾驶体验。
例如，借助嵌入式系统的GPS 导航功能，驾驶员可以轻松找到目的地，同时也能根据路况自动调整行车速度，提高驾驶安全性。
案例三：医疗设备医疗设备中的嵌入式系统是现代医疗行业的重要组成部分。
例如，心脏起搏器、血压监测仪、呼吸机等设备都依赖于嵌入式系统的精确控制和数据处理。
这些嵌入式系统可以实时监测患者的病情，并根据需要进行相应的治疗，为医生提供准确的数据支持，提高医疗效果。
案例四：航空航天在航空航天领域，嵌入式系统的应用尤为重要。
宇航员的生命安全和飞行任务的成功都直接依赖于嵌入式系统的稳定运行。
嵌入式系统可以控制航天器的各项功能，包括导航、通信、姿态控制等，同时也能够进行数据记录和传输，为科学研究提供支持。
通过以上案例，我们可以看到嵌入式系统在各个领域都发挥了重要作用。
随着科技的不断发展和创新，嵌入式系统的应用范围还将继续扩大。
无论是智能家居、汽车、医疗设备还是航空航天，嵌入式系统都将为我们带来更加智能化、高效和安全的生活和工作环境。
嵌入式Linux系统开发与应用考试
嵌入式Linux系统开发与应用考试（答案见尾页）一、选择题1. 嵌入式Linux系统开发环境搭建A. 安装Linux操作系统B. 配置开发环境C. 编写、编译、调试程序D. 连接目标板2. 嵌入式Linux系统编程基础A. C语言基础B. 汇编语言基础C. 嵌入式系统编程规范D. 嵌入式系统函数库3. 嵌入式Linux应用程序开发A. 嵌入式Linux应用程序设计原则B. 嵌入式Linux应用程序开发流程C. 嵌入式Linux应用程序调试技巧D. 嵌入式Linux应用程序性能优化4. 嵌入式Linux系统内核设计与实现A. 内核硬件抽象层（HAL）B. 微内核架构C. 嵌入式系统驱动程序开发D. 嵌入式系统实时性研究5. 嵌入式Linux系统文件系统与存储管理A. 文件系统基本概念B. 嵌入式Linux文件系统实现C. 存储管理技术D. 嵌入式系统数据安全6. 嵌入式Linux网络通信技术A. 网络通信协议分析B. 嵌入式Linux网络驱动程序开发C. 嵌入式Linux套接字编程D. 网络安全研究7. 嵌入式Linux系统跨平台开发技术A. 嵌入式Linux系统与Windows平台的互操作性技术B. 嵌入式Linux系统与macOS平台的互操作性技术C. 嵌入式Linux系统与Linux其他发行版的互操作性技术D. 嵌入式Linux系统全球化与本地化技术8. 嵌入式Linux系统项目实战A. 嵌入式Linux系统产品策划与设计B. 嵌入式Linux系统软件开发与测试C. 嵌入式Linux系统项目实施与运维D. 嵌入式Linux系统项目总结与反思9. 嵌入式Linux系统开发与应用相关技术标准与规范A. 嵌入式Linux系统开发规范B. 嵌入式Linux系统测试标准C. 嵌入式Linux系统文档编写规范D. 嵌入式Linux系统知识产权保护规范10. 嵌入式Linux系统开发环境搭建A. 安装Linux操作系统B. 配置开发环境C. 编写、编译和调试C/C++程序D. 使用集成开发环境（IDE）11. 嵌入式Linux系统编程基础A. 数据类型与运算符B. 控制结构与函数C. 指针与内存管理D. 文件操作与进程管理12. 嵌入式Linux应用程序开发A. 创建和控制线程B. 实现多任务处理C. 数据结构与算法D. 设计用户界面13. 嵌入式Linux系统启动与引导A. 启动过程B. 加载内核与根文件系统C. 系统初始化与配置D. 启动设备驱动程序14. 嵌入式Linux系统调试与诊断A. 使用调试工具B. 分析系统性能C. 调试程序错误D. 系统故障排除15. 嵌入式Linux网络编程A. 网络协议与数据结构B. 建立网络连接C. 数据传输与通信D. 网络安全与防火墙设置16. 嵌入式Linux系统资源管理A. 内存管理B. 文件系统C. 设备分配与管理D. 系统性能监控17. 嵌入式Linux项目实战A. 嵌入式Linux产品设计与实现B. 嵌入式Linux项目开发流程与方法C. 嵌入式Linux项目测试与评估D. 嵌入式Linux项目经验分享与交流18. 嵌入式Linux系统未来发展趋势A. 人工智能与物联网应用B. 5G与低功耗技术发展C. 自动驾驶与智能交通系统D. 绿色环保与可持续发展19. 嵌入式Linux系统开发环境搭建A. 安装Linux操作系统B. 配置开发环境C. 编写、编译、调试程序D. 连接目标板20. 嵌入式Linux系统编程基础A. C语言基础B. 汇编语言基础C. 嵌入式系统编程概念D. 嵌入式系统编程实例21. 嵌入式Linux系统驱动程序开发A. 驱动程序基本概念B. 驱动程序开发流程C. 驱动程序编写实例D. 驱动程序调试与测试22. 嵌入式Linux系统应用程序开发A. 嵌入式Linux应用程序设计原则B. 嵌入式Linux应用程序开发流程C. 嵌入式Linux应用程序实例D. 嵌入式Linux应用程序优化23. 嵌入式Linux系统文件系统与内存管理A. 嵌入式Linux文件系统基本概念B. 嵌入式Linux内存管理机制C. 嵌入式Linux文件系统实现D. 嵌入式Linux内存管理优化24. 嵌入式Linux系统网络编程A. 嵌入式Linux网络编程基础B. 嵌入式Linux套接字编程C. 嵌入式Linux网络应用开发D. 嵌入式Linux网络协议栈实现25. 嵌入式Linux系统设备驱动程序开发A. 设备驱动程序基本概念B. 嵌入式Linux设备驱动程序开发流程C. 嵌入式Linux设备驱动程序编写实例D. 嵌入式Linux设备驱动程序调试与测试26. 嵌入式Linux系统内核裁减与移植A. 嵌入式Linux内核裁减原理B. 嵌入式Linux内核移植方法C. 嵌入式Linux内核配置D. 嵌入式Linux内核集成27. 嵌入式Linux系统项目实战A. 嵌入式Linux系统开发项目需求分析B. 嵌入式Linux系统开发团队组建与分工C. 嵌入式Linux系统开发进度管理与质量控制D. 嵌入式Linux系统开发成果展示与评估28. 嵌入式Linux系统交叉平台开发环境建立A. 搭建交叉开发环境所需硬件设备B. 安装交叉开发工具软件C. 编写交叉平台软件开发框架D. 调试和优化交叉平台程序29. 嵌入式Linux系统应用程序开发技术A. 嵌入式Linux系统编程基础B. 嵌入式Linux系统进程与线程管理C. 嵌入式Linux系统内存管理D. 嵌入式Linux系统文件系统30. 嵌入式Linux系统网络编程A. 嵌入式Linux系统网络通信协议B. 嵌入式Linux系统套接字编程C. 嵌入式Linux系统网络驱动程序开发D. 嵌入式Linux系统网络安全31. 嵌入式Linux系统实时性技术A. 嵌入式Linux系统实时性概念及重要性B. 嵌入式Linux系统实时调度算法C. 嵌入式Linux系统实时任务设计D. 嵌入式Linux系统实时性能优化32. 嵌入式Linux系统低功耗技术A. 嵌入式Linux系统功耗概念及评估方法B. 嵌入式Linux系统低功耗硬件设计C. 嵌入式Linux系统低功耗软件优化D. 嵌入式Linux系统低功耗系统级设计33. 嵌入式Linux系统文件系统优化A. 嵌入式Linux系统文件系统概述B. 嵌入式Linux系统文件系统性能优化C. 嵌入式Linux系统文件系统安全性优化D. 嵌入式Linux系统文件系统可扩展性优化34. 嵌入式Linux系统内核定制与裁减A. 嵌入式Linux系统内核功能分析B. 嵌入式Linux系统内核配置与编译C. 嵌入式Linux系统内核裁减与移植D. 嵌入式Linux系统内核优化与升级35. 嵌入式Linux系统驱动程序开发A. 嵌入式Linux系统驱动程序基本概念B. 嵌入式Linux系统驱动程序开发流程C. 嵌入式Linux系统驱动程序编写规范D. 嵌入式Linux系统驱动程序测试与调试36. 嵌入式Linux系统项目实战案例分析A. 嵌入式Linux系统智能家居项目实战B. 嵌入式Linux系统物联网项目实战C. 嵌入式Linux系统汽车电子项目实战D. 嵌入式Linux系统航空航天项目实战37. 嵌入式Linux系统交叉开发技术A. 嵌入式Java技术B. 嵌入式Python技术C. 嵌入式C/C++技术D. 嵌入式汇编语言技术38. 嵌入式Linux系统驱动程序开发A. 驱动程序基本概念及分类B. 嵌入式Linux系统设备驱动程序开发流程C. 嵌入式Linux系统中断服务程序开发D. 嵌入式Linux系统硬件设备驱动程序调试与测试39. 嵌入式Linux系统文件系统开发A. 文件系统基本概念及分类B. 嵌入式Linux系统常用文件系统解析C. 嵌入式Linux系统文件系统优化与管理D. 嵌入式Linux系统用户认证与权限管理40. 嵌入式Linux系统进程与线程管理A. 进程与线程基本概念及区别B. 嵌入式Linux系统进程调度与进程通信C. 嵌入式Linux系统线程同步与互斥D. 嵌入式Linux系统实时性与并发性处理41. 嵌入式Linux系统网络编程A. 网络编程基础概念及协议分析B. 嵌入式Linux系统套接字编程C. 嵌入式Linux系统TCP/IP协议栈实现D. 嵌入式Linux系统网络设备驱动程序开发42. 嵌入式Linux系统图形用户界面（GUI）开发A. 嵌入式Linux系统GUI组件开发B. 嵌入式Linux系统事件处理与消息循环C. 嵌入式Linux系统多线程与同步D. 嵌入式Linux系统GUI性能优化43. 嵌入式Linux系统安全性设计A. 嵌入式Linux系统安全性概述B. 嵌入式Linux系统权限管理与访问控制C. 嵌入式Linux系统安全审计与监控D. 嵌入式Linux系统加密与解密技术44. 嵌入式Linux系统项目实战A. 嵌入式Linux系统智能家居控制系统设计B. 嵌入式Linux系统车载电子系统设计C. 嵌入式Linux系统工业自动化控制系统设计D. 嵌入式Linux系统医疗设备远程监控系统设计45. 嵌入式Linux系统未来发展趋势与挑战A. 嵌入式Linux系统与云计算、物联网融合B. 嵌入式Linux系统人工智能、机器学习应用C. 嵌入式Linux系统边缘计算技术发展D. 嵌入式Linux系统绿色环保与节能技术二、问答题1. 什么是嵌入式Linux系统？它的主要特点是什么？2. 嵌入式Linux系统开发流程通常包括哪些步骤？3. 嵌入式Linux系统中常用的开发工具有哪些？4. 嵌入式Linux系统中如何进行性能优化？5. 嵌入式Linux系统中如何进行故障排查与调试？6. 嵌入式Linux系统中如何保护知识产权？7. 嵌入式Linux系统中如何进行跨平台开发？8. 嵌入式Linux系统中如何进行可持续性与环保设计？参考答案选择题：1. ABCD2. ABCD3. ABCD4. ABCD5. ABCD6. ABCD7. ABCD8. ABCD9. ABCD10. ABCD11. ABCD 12. ABCD 13. ABCD 14. ABCD 15. ABCD 16. ABCD 17. ABCD 18. ABCD 19. ABCD 20. ABCD21. ABCD 22. ABCD 23. ABCD 24. ABCD 25. ABCD 26. ABCD 27. ABCD 28. ABCD 29. ABCD 30. ABCD31. ABCD 32. ABCD 33. ABCD 34. ABCD 35. ABCD 36. ABCD 37. ABCD 38. ABCD 39. ABCD 40. ABCD41. ABCD 42. ABCD 43. ABCD 44. ABCD 45. ABCD问答题：1. 什么是嵌入式Linux系统？它的主要特点是什么？嵌入式Linux系统是一种特殊的Linux操作系统，主要用于嵌入到各种硬件设备中。
《嵌入式系统介绍》PPT课件
高度模块化是WinCE的一个鲜为人知的特性，这一特性有 利与它对从掌上电脑到专用的工业控制器的用户电子设备 进行定制。
WinCE操作系统的基本内核需要至少200K的ROM，它支 持 Win32 API子集、多种用户界面硬件、多种的串行和网 络通讯技术、COM/OLE和其他的进程间通讯的先进方法。 Microsoft 公 司 为 Windows CE 提 供 了 Platform Builder 和 Embedded Visual Studio开发工具。
进程调度
网络模块 图形驱动 调度 数据库
模块
驱动程序、硬件抽象层、板级支持包
硬件 （Hardware）
ppt课件
34
图1- 4 RTOS体系结构图
典型嵌入式操作系统介绍
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;
电话 无晶体管
BT DECT
1千万个晶体管
3个处理器
诺基亚手机 超过7亿个晶体管
(多数用于存储器) 5-6个处理器
1940
2pp0t课01件
2002
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计算机的发展
Apple Macintosh
黑白显示器 1 MIP 处理器
Acorn Archimedes 彩色显示器
10 MIP 处理器 … RISC集
ppt课件
8
嵌入式系统设计实例
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四、详细设计阶段
1、硬件系统的设计
（4）RS485电路的考虑 因为实验箱上有相应的电路，可以直接使用。考虑到远程
传输，最好使用隔离的485电路，因此，要加光电隔离器。 有三个信号要隔离：RXD，TXD，RTS
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三、总体设计阶段
3、远程温度监控系统的软件系统设计方案
（3）通讯任务：制定相应的通信协议，完成与微机的通讯。建 议参考Modbus协议。
（4）按键与显示任务：当有按键时，显示设定值并进行加减操 作，在5秒内没有按键，则恢复显示当前温度值。 以上各任务间需要进行一定的通讯，以便传递数据。如温度 设定值与任务2、3、4有关。请自行分析任务间的通讯。
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三、总体设计阶段
总体设计是设计的第一步，其目的是描述系统如何 实现由系统定义规定的那些功能。它需要解决嵌入式系 统的总体构架，从功能实现上对软硬件进行划分；在此 基础上，选定处理器和基本接口器件；根据系统的复杂 程度确定是否使用操作系统，以及选择哪种操作系统； 此外，还需要选择系统的开发环境、软件系统的总体架 构设计等。
5
二、系统定义阶段
2、可行性分析示例：远程温度监控系统的可行性分析
1. 引言 1.1 编写目的 1.2 背景 1.3 定义 1.4 参考资料 2. 可行性研究的前提 2.1 要求 2.2 目标 2.3 条件、假定和限制 2.4 进行可行性研究的方法 2.5 评价方法与尺度 3. 对现有系统的分析 3.1 处理流程和数据流程 3.2 所需的人员 3.3 设备 3.4 局限性
四、详细设计阶段
1、硬件系统的设计
（5）按键与LED数码管电路的考虑 可以使用GPIO接口。GPF口实比较简单的8位数字量I/O口，
嵌入式系统设计案例
嵌入式系统设计案例在当今科技发展迅速的时代，嵌入式系统已经成为了各个领域中不可或缺的一部分。
嵌入式系统设计案例将为我们展示一个嵌入式系统的完整设计过程，从需求分析到系统架构设计，再到硬件选型和软件开发，为读者提供了深入了解嵌入式系统设计的机会。
一、需求分析在进行任何系统设计之前，我们首先需要明确系统的需求。
嵌入式系统设计一般是为了解决特定的问题或满足特定的应用需求而开发的。
在需求分析阶段，我们需要与客户充分沟通，了解他们对系统的期望，明确功能和性能需求。
这将有助于我们制定设计方案和技术选型。
二、系统架构设计系统架构设计是嵌入式系统设计的核心步骤之一。
在这一阶段，我们需要定义系统的基本结构，包括硬件和软件层面的设计。
硬件方面，我们需要确定所需的处理器、存储器、传感器等外围设备，并进行相应的选型和布局。
软件方面，我们需要设计系统的基本控制逻辑、任务分配和通信协议等。
同时，考虑到系统的稳定性和可靠性，我们需要进行充分的测试和验证。
三、硬件选型硬件选型是嵌入式系统设计中的一个重要环节。
在选择硬件平台时，我们需要综合考虑性能、功耗、成本等因素。
根据设计要求和预算限制，我们可以选择集成度高、性能稳定且易于开发的处理器和外围设备。
同时，为了保证系统的可靠性和稳定性，我们可以选择质量可靠、经过充分验证的硬件组件。
四、软件开发软件开发也是嵌入式系统设计过程中不可或缺的一部分。
根据系统的需求和架构设计，我们需要编写相应的软件代码。
这包括底层驱动程序、操作系统移植、应用程序开发等。
在软件开发过程中，我们需要注重代码的可维护性和可扩展性，以方便后续的维护和升级。
五、系统集成与测试系统集成与测试是确保嵌入式系统功能正常运行的关键环节。
在集成阶段，我们需要将硬件和软件组合成一个完整的系统，并进行相应的调试和优化。
在测试阶段，我们需要验证系统的各项功能是否符合设计要求，并进行性能测试和可靠性验证。
只有经过充分的集成和测试，我们才能保证系统的稳定性和可靠性。
嵌入式最小系统设计PPT课件
81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96
VD1/GPD1 97
VD0/GPD0 98
RXD0/GPE2 99
TXD0/GPE1 100
DATA31/nCTS0/GPC15 101
DATA30/nCTS0/GPC14 102
DATA29/RxD1/GPC13 103 DATA28/TxD1/GPC12 104
7个起始地址固定及大小可编程的地址空间。
1个起始地址及大小可变的地址空间。
所有存储器空间的访问周期都可通过编程配置。
提供外部扩展总线的等待周期。
在低功耗模式下支持DRAM/SDARM自动刷新。
支 持 地 址 对 称 或 非 地第址18页对/共称102的页 D R A M 。
3. cache和片内SRAM 4路相连统一的8KB指令/数据cache。 未作为cache使用的0/4/8KB cache存储空间可作为片内SRAM使用。 cache伪LRU（最近最少使用）的替换算法。 通过在主内存和缓冲区内容之间保持一致的方式写内存。 具有4级深度的写缓冲。 当缓冲区出错时，请求数据填充。
• SDRAM存储器作为系统运行时的主要区域，系
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• JTAG接口可对芯片内部的所有部件进行访问，通 过该接口可对系统进行调试、编程等。
Chap5-基于ARM的硬件系统设计
5
RS-232 串行接口
2
嵌入式
3
开发板
5
第32页，共100页。
32
2410的UART
S3C2410A 的UART (Universal Asynchronous Receiver and Transmitter) 提供了三个独立的异 步串行I/O口，每一个都可以工作在中断模式或 DMA模式，即UART可以产生中断或DMA请求以 在CPU和UART之前传送数据，使用系统时钟， UART最高可以支持230.4K bps 的位传输率。
第28页，共100页。
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建立通用的I/O接口函数
应用
I/O操作
Create()
Open()
Read()
Write() Close() Loctl()
Destroy()
设备驱动程序
Driver_Create() Driver_Open() Driver_Read() Driver_Write() Driver_Close() Driver_Loctl() Driver_Destroy()
0X0000
I/O设备1
0X0000
主要优点：内存地址空间与I/O接口地址空间分开，互不影响，译码电路较 简单，并设有专门的I/O指令，所以编程序易于区分，且执行时间短，快 速性好。
缺点：只用I/O指令访问I/O端口，功能有限且要采用专用I/O周期和专用I/O控制 线，使微处理器复杂化。
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UART的操作
串口初始化
将寄存器ULCONn、UCONn置零 设置寄存器ULCONn、UCONn、
UBRDIV 延时
嵌入式教学实践案例(3篇)
第1篇一、案例背景随着科技的飞速发展，嵌入式系统在各个领域得到了广泛应用。
嵌入式系统涉及计算机科学、电子工程、自动化等多个学科，具有实践性强、技术更新快等特点。
为了提高学生的嵌入式系统设计能力和实际操作能力，我国高校纷纷开展了嵌入式教学实践。
本文以某高校嵌入式教学实践为例，探讨嵌入式教学实践的有效方法。
二、教学目标1. 使学生掌握嵌入式系统基本原理和设计方法；2. 培养学生动手实践能力和创新意识；3. 提高学生团队协作和沟通能力；4. 为学生未来从事嵌入式系统相关工作奠定基础。
三、教学实践内容1. 嵌入式系统概述（1）嵌入式系统定义及特点；（2）嵌入式系统发展历程；（3）嵌入式系统分类；（4）嵌入式系统应用领域。
2. 嵌入式处理器与硬件平台（1）ARM架构概述；（2）ARM处理器核心技术；（3）常用ARM处理器型号及特点；（4）硬件平台搭建与调试。
3. 嵌入式软件开发（1）嵌入式操作系统概述；（2）Linux操作系统原理与应用；（3）嵌入式C语言编程；（4）驱动程序开发。
4. 嵌入式系统设计实践（1）嵌入式系统设计流程；（2）项目选题与需求分析；（3）硬件电路设计与仿真；（4）软件编程与调试；（5）系统集成与测试。
四、教学实践方法1. 理论与实践相结合在教学过程中，注重理论知识与实际操作相结合，使学生能够在理论指导下进行实践，提高实践能力。
2. 项目驱动教学以项目为驱动，将教学内容融入项目中，让学生在实践中掌握知识，培养团队协作和沟通能力。
3. 多媒体教学运用多媒体技术，如PPT、视频等，丰富教学内容，提高学生的学习兴趣。
4. 案例教学通过分析实际嵌入式系统案例，让学生了解嵌入式系统在实际应用中的问题与解决方案。
5. 讨论式教学鼓励学生积极参与课堂讨论，激发学生的思维，提高课堂氛围。
五、教学实践效果1. 学生对嵌入式系统的理解更加深入，掌握了嵌入式系统基本原理和设计方法；2. 学生的动手实践能力和创新意识得到显著提高；3. 学生在团队协作和沟通方面取得明显进步；4. 学生对嵌入式系统相关岗位的就业竞争力得到提升。
嵌入式控制系统原理及设计课件-1-1 嵌入式系统概念
第1章 嵌入式控制系统基础
1.1 嵌入式系统的概念
1. 1. 1 嵌入式系统的定义
嵌入式（计算机）系统虽然早已成为各大 搜索引擎的热点名词，也经常见诸于各种 学术期刊、网络等媒体；
嵌入式控制系统原理及设计
但对于初学者而言，嵌入式系统仍然是一个比较模糊的概念。他们还经常混淆于嵌入式系统、 单片机、ARM、数字信号处理器（DSP）、片上系统（SoC）、Linux、Pad、智能芯片等词 汇，分不清这些词汇所指向的事物有何区别。因此有必要理清概念，明确嵌入式系统的范畴 与界定。
由于其本身不具备自举开发能力，即使设计完成以后用户通常也是不能对其中 的程序功能进行修改的，必须有一套开发工具和环境才能进行开发，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。
嵌入式系统软件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。
1.1.1 嵌入式系统的定义
嵌入式控制系统原理及设计
【定义1】 嵌入式系统的第一个带有官方色彩的定义是由国际电气和电子工程师协会（IEEE） 给出的，英文原文为：
“The devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants.”
嵌入式控制系统原理及设计pos网络及电子商务公共交通无接触智能卡contactlesssmartcardcsc发行系统公共电话卡发行系统自动售货机等智能atm终端已全面走进人们的生活在不远的将来手持一张卡就可以行遍天环境工程与自然在很多环境恶劣地况复杂的地区需要进行水文资料实时监测防洪体系及水土质量监测堤坝安全与地震监测实时气象信息和空气污染监测等时嵌入式系统将实现无人监测
配电终端解决方案产品要点.pptx
模块化设计 CPU板、通讯控制板、交流采样板、遥控接口 板、开关量数据板等多种功能模件，可根据具体现场情况灵 活配置； 采用32位嵌入式处理器+32位DSP的多CPU结构； 电力自动化系统嵌入式软件平台； 丰富的通讯接口方式 ，可以灵活的选用专网、公网、有 线、无线等各种通讯方式 ，本地RS232、RS485等； 适应多种输入电源模式 ，采用宽电压范围的电源设计， 输入电源范围AC80V-AC400V 。
过流检测，共分为I段过流、II段过流、A相过流、B相过
流、C相过流、3I0过流、3U0过压。
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二次回路的安全防护
• 电压输入保护：采用快速保护的空气开关或带保险丝的 电压端子，经PT进入装置内部。 • 电流输入保护：用专用电流测试端子，经CT进入装置内 部。 • 控制输出保护：采用光耦、继电器二级隔离，输出控制 接点采用空接点方式，遥控回路的正电端子与合分闸端子 有隔离片端子。 • 遥信输入保护：采用光电隔离，具有软硬件滤波措施， 以防止输入接点抖动或强电磁场干扰误动。 • 装置有安全接地端子
2倍额定电压：连续工作； 10倍额定电压：允许10秒。 • 电流过载能力： 20倍额定电流，持续时间小于1S，工作正常 10倍额定电流：连续工作。
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主要技术指标
• 遥测量精度： U、I：0.2% P、Q、S、Cos：0.5% 工频频率：0.01Hz 相位（角差）：1度 积分电度：1%
智能分界分户开关
对等通信保护
故障模拟功能
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硬件和软件平台
• 主CPU：高性能32位微处理器。 • 数据采集：内置6片8路14位高速工业AD。 • 每个分板CPU配置供32路遥信。 • 64M-RAM。 • 历史数据存储FLASH：128M。存储历史数据（故 障信息、SOE、定点数等）保存一个月，可以根据 需要扩展。 • 软件平台基于VxWorks嵌入式实时多任务操作系 统的电力自动化系统嵌入式软件平台。保证终端进 行故障识别、终端通信、数据计算处理等复杂功能 要求。
嵌入式系统应用开发实例(52)
另外，系统建立了输入的抽象层，屏蔽了不同输入设备。
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1.2.3 GSM/GPRS Server多工通信服务器软件
GSM/GPRS Server多工通信服务器软件是电话、短信及 数据业务的守护进程，负责响应应用程序转发的用户操作事 件及从串口的获得的无线通信模块事件，是整个智能手机系 统的核心。在这部分的工作中要实现多链路的数据通信、事件 优先级判别，并在执行数据通信时，保证电话、短信的接入。 具体程序设备结构如下图所示。
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电话控制程序状态切换关系图
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电话控制程序状态切换
电话控制程序设计分为三个运行态：PowerOn State(上电 态)、Idle State(空闲态)、Execution State(执行态)。上图表
示了三个状态之间的关系和进入各个状态的条件。
电话控制程序在智能手机系统上电复位、GSM/GPRS
设计对动态库中封装的函数进行了分层。其中直接针对 Framebuffer进行输出的函数位于系统最低层，其上是设备上 下文。因每次对一个窗口输出的时都要首先建立设备上下文， 所以设备上下文总可以引用窗体结构，自然也可以引用到窗口 剪切域，在剪切域范围内才可以进行输出。
图形设备接口建立在设备上下文之上，主要包括点、线、面、 文本等。如上文所述，输出之前，首先建立设备上下文，即其 输出的目标是设备上下文，而不是窗口。
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智能手机的主要参数
串口：RS-232口； LED: 红(在充电指示)、绿(软件运行或电池故障指示) 电源管理:Full featured-Sipports Run,Idle and Sleep modes 复位：设置复位开关； 电池：3.7V锂离子电池 物理尺寸：主板尺寸为65x53x5.5mm 电源适配器：5V直流； 外部连接器:Possible integration、CF卡、Sensor、 Bluetooth、SIM Card、其他
基于物联网的ARM嵌入式水位监测系统的设计与实现
0 引言受全球气候变化的影响，我国极端降水事件的强度和频率不断增加，大雨和暴雨量呈现显著上升趋势[1]。
2021年，郑州特大暴雨洪涝灾害造成了巨大的人员和财产损失，这些极端事件给社会生产和人民生活带来了严重影响[2]，受到全社会的广泛关注。
如何及时预测洪涝灾害，使得群众能够提前规避危险，成了亟待解决的问题。
洪涝灾害预防过程中需要解决的典型问题有：防御堤防溃缺、道路积水、低洼受涝、房屋倒塌、地下空间进水[3]。
首先需要对水量、水位进行实时监测；其次要结合对城市排水系统的分析，综合调度和管控道路交通；同时相关部门应基于降雨信息、管网系统运行情况提前做出响应。
在此过程中最重要的是搭建水位监测系统，及时准确地掌握水情才能把握受灾地区的安全情况，让人员和物资得到更合理的调配，提高对极端降水天气的应对能力。
目前，对水情的监测和相关预警有多种方法，以卫星遥感监测技术为例，它具有覆盖面积广、周期短且时效强的优点，主要运用模型和遥感等技术进行分析[4]，但会受到复杂天气条件和时效性的影响[5]。
现有的防汛监测是通过检测终端、水位计、工业相机组合以及云台麦克风等设备实现的，以图像资源分析水情，存在设备昂贵、架设条件高等问题；同时相关洪涝模型研究、调用降雨情景库、运用仿真辅助等预警技术[6]，存在着地形多变、模型数据不足的问题。
而本文搭建的水位监测系统拥有着多时空、多地点以及实现水位实时检测和预警的应用特点。
嵌入式系统是当前的热门概念之一，无论是在工业控制、交通管理、信息家电、安防，还是手持设备领域，都有着非常广泛的应用[7]。
本文开发了基于物联网的ARM嵌入式系统，设计了一个低成本的水位监测和预警装置，用以准确掌握复杂城市管网遭遇暴雨时各点的水情。
此系统以STM32F103ZET6芯片为核心控制器，通过WiFi无线模块实现无线通信功能；结合硬件系统、数据通信、服务器和客户端，实现水位计监测、物联网通信、水位远程监控和预警等功能。
11嵌入式系统设计实例
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图 2-6 电源电路图
图 2-6 电源电路图
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2.2.2.2 JTAG电路设计
JTAG(Joint Test Action Group，联合测试行动 小组)是一种国际标准测试协议，主要用于芯 片内部测试及对系统进行仿真、调试。它在芯 片内部封装了专门的测试电路TAP( Test Access Port，测试访问口)，通过专用的JTAG 测试工具对内部节点进行测试。
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CPU
Motorola公司生产的32位RISC结构的MCF5272 微处理器
ARM9核的主频最高达到203MHZ的S3C2410微 处理器
操作系统
uClinux
uC/OS-II
Embedded Linux
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项目完成情况
GPRS 模块 LCD
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各部份基本功能如下： 1．处理器采用S3C2410X，该芯片基于ARM920T 内核，采用五级流水线 和哈佛结构，提供1.1M IPS/MHz 的性能，是高性能和低功耗的硬宏单元。 2．电源电路为5V到3.3V、3.3V到1.8V的DC-DC转换器，给S3C2410X及 其他需要3.3V电源的外围电路供电。 3．采用12MHz晶振为S3C2410X芯片提供系统时钟，通过S3C2410X芯片 内部集成的时钟控制逻辑可以产生系统所需的不同频率的时钟信号。 4．NAND FLASH存储器存放Bootloader、嵌入式操作系统、应用程序和 其它在系统掉电后需要保存的用户数据等。 5．SDRAM存储器作为系统运行时的主要区域，系统及用户数据、堆栈 均位于SDRAM存储器中。 6．1OM/1OOM以太网接口为系统提供以太网接入的物理通道，通过该 接口,系统可以10M或1OOMbps的速率接入以太网。 7．JTAG接口可对芯片内部的所有部件进行访问，通过该接口可对系统 进行调试、编程等。 8．系统通过一个RS232串口接一GPRS模块，实现无线数据传输功能。 9．系统通过SPI接口扩展IO模块，负责数字量和模拟量的输入输出。
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这样，就可以求出电度值。
该方法的优点：可省去机械电 度表，降低硬件成本；
缺点：信号调制处理电路较难 设计，要做到高可靠性不很容 易。另外，校表是一个大问题， 且需电业计量部门批准。在批 量生产中校表是一种较大的工 作量。
此公交车站信息系统在收集到这些信息后， 应该有一个较好的人机界面系统，可方便操作 和显示相关信息。
2.出租车拼车信息系统
题目内涵：为绿色交通辅助信息系统。绿色交 通信息系统就由三部分组成：（1）出租车信息 系统：定时发送当前时刻车辆所在地、目的地及 搭乘客人数量；（2）中心信息系统：收集所有 拼车的信息，并加进途经信息；（3）拼车站信 息系统：发出请求出租车人员的号码及目的地车 站，中心系统在接收到拼车站信号后，迅速从车 辆登记处系统中找到合适的车辆，并将信号发给 出租车及拼车人员，二者都作出相应的显示，拼 车成功后，撤消这些信息。
这种方法，软件、硬件成本都较高，但对原系统 损坏较小，且不会改变电表精度。
本例后一阶段的设计基于第三种方案。
5．后期处理 后期的软件处理，均按上述算法进行。
6．参数设置 在分时计费中，有分时价格表需要设置；在分
台阶计费中，需将电度台阶计费表输入。 参数输入方法： 可自带键盘及显示器输入，还可在PC机上通过
7.教室节电系统
题目内涵：教室中，经常有下列现象：可 能只有一两个人，或没有人时，也开着多盏 灯，这显然不符合低碳生活的要求。本系统 要求作到：（1）无人不开灯，或只开一盏 夜灯；（2）人少少开灯，人多多开灯。
嵌入式系统设计实例 --GPS车载导航系统
一、设计指导
1．内涵：本GPS导航系统所具有的功能： （1）导航引导和定位 （2）地图信息查询和浏览 （3）语音导航 （4）通过GPRS在线更新电子地图
2．分析：由上述需求来看，该系统首先需要的 搭建一个GPS车载导航硬件系统，其次，做一个 以单行数据库为数据基础的，针对导航数据库的 操作行为这样的一个软件系统。
这里，每一个子系统都可成为一个独立的子题， 如：中心控制器设计，遥控器设计，家用控制器设计。
6.楼宇自动化系统中的家庭安全 保护系统
该安全系统有两大功能：（1）家中有人 时，可检测到有人入侵，可手动报警， 并记录下罪犯特征；（2）家中无人时，有人 入侵，可自动报警，并可记录下入侵全过 程。
上述工作可分为两个子题，也可 在一个题目中完成。
串行口输入电度表中。前者需较多的硬件电路。而 后者在使用时不方便。
7．收费方式 （1）预存，当余额接近零值（或某一预定值）时报 警。 （2）交费，欠费后要求在规定的时限内交费。
二、硬件设计
1．ARM7基本系统 S3C44BOX 32MSDRAM 16MFLASH
2．串行口 3．LCD接口 4．摄像机接口（可用USB） 5．IIC（I2C）卡接口(用耒输入经费) 6. I/O引脚二个、仃电控制及喇叭报警
嵌入式系统设计实例 -- GPS导航系统
1.3 嵌入式系统设计过程
• 1.3.1 需求分析 • 1. 需求与规格说明 • 2. 确认需求 • 3. 简单的需求表格
1.3.2 规格说明
• 1.3.3 体系结构设计
• 1.3.4 设计硬件构件和软件构件 • 1.3.5 系统集成 • 1.3.6 系统测试 •小 结
（2）采用反光标记 在电度表的铝盘上，贴一个反光标记，另设计一
个计数电路。每转一圈可使计数器加1，就是说，将机 械电度表的基准计数用于电子电度表。
优点：简单可行； 缺点：作如此改动易影响原表精度。
（3）增加摄像头 在电度表计数器之前，加一个摄像头，定时取出
计数器图象，经识别软件识别，读取机械表的电度 值。
5.楼宇自动化系统中的家电控制系统
题目内涵：现代楼宇中会有许多家用电器，对这 些家用电器而言，一般的需求即开和关，特殊的需 求则为定时开关，或遥控开关。此电器控制系统中， 要求完成这两个任务，即定时开关和遥控开关。
系统设计分为两部分：（1）家庭中心控制器：负责 对所有电器的控制及状态检测，通过网络上报信息，并从 网络中获取控制信息；（2）遥控器：分为本地及远程责任 中控制器，前者在本家庭使用，后者一般用手机增值服务。 在无线网复盖的范围内均可进行。
硬件设计的图示见下页。
硬件设计示意图
图中，基本系统
价格约200元，显示屏 约20元，CCD约20元， IC卡约20元，总计硬 件价格不超过280元。
三、软件设计
1．初始化软件 2．电度表摄入及分析软件 3．卡输入软件 4．人、机接口软件 5. 计费软件
嵌入式系统设计题目详解
Байду номын сангаас
1.公交车站信息系统
题目内涵：设计一个公交车站信息系统，该系 统为整个公交信息系统子系统。公交信息系统主要 含有三个子系统：（1）公交车信息子系统：负责 将自己的GPS位置发给公交调度中心子系统；（2） 调度中心子系统：收集所属所有车辆的位置信息， 将其定时发给公交车站信息子系统；（3）公交车 站信息子系统：公交车站信息子系统在定时收集到 信息后，显示该类信息。
3.公共服务行业（银行、医院等） 排队信息系统
题目内涵：公共服务就体现其公正性、公 平性，并能用现代化技术减少等待时间，本题 目要求设计出一个排队产品，使公共服务便利 公平。
4.固话缴费系统
题目内涵：现代化家庭会涉及到多种缴费 系统，对缴费系统的要求是方便和安全。这 关系到从银行取款的安全性。因此，在设计 该系统时，从银行取款时，要求加一个指纹 验证系统，在银行端进行指纹合法性及即时 性检查；当有效时则可以取款，而且款项只 能进入需缴费的几个固定帐户，并一并进入 银行转帐。
3.地图匹配的自主导航算法：
以车辆导航系统为例,地图匹配就是根据移 动物体的历史轨迹,参照数据库中存储的道路数
4．应用系统体系结构进行设计分析 在该应用系统中，软、硬件的分工，是
一个系统是否具有生命力的关键，电度测量 正确，则是系统生命力的第一个关键技术问 题。
下面讨论可供选择的三种方案。
（1）采用电压、电流互感器 采用电压、电流互感器，经信号调制处理后，形成