嵌入式开发课件.ppt
合集下载
《嵌入式软件设计》课件
《嵌入式软件设计》PPT 课件
嵌入式软件设计是一个重要的领域，在这个课件中，我们将探讨嵌入式系统 的概述、软件设计基础、实时操作系统、软件设计实践、可靠性设计、优化 技术以及未来发展趋势。
嵌入式系统概述
定义和特点
介绍嵌入式系统的定义和特点，包括实时性要求、资源受限和固化性。
应用领域
探讨嵌入式系统在汽车、智能家居、医疗设备和工业控制等领域的应用。
分享一些嵌入式系统调试的实 用技巧，包括使用调试器和仿 真器，以及日志记录和追踪。
嵌入式实时操作系统
1
嵌入式实时操作系统分类
2
探讨不同类型的嵌入式实时操作系统，
如硬实时操作系统和软实时操作系统。
3
实时操作系统概述
介绍实时操作系统的基本概念和特点， 如任务调度、中断处理和实时性能。
嵌入式实时操作系统应用
硬件组成
讲解嵌入式系统的硬件组成，包括处理器、存储器、输入输出接口等。
嵌入式软件设计基础
嵌入式软件开发流程
引导您了解嵌入式软件设计的 典型开发流程，包括需求分析、 设计、编码、调试和测试。
嵌入式软件编程语言
介绍常用的嵌入式软件编程语 言，如C语言和汇编语言，以及 如何选择适合的语言。
嵌入式系统调试技巧
展示嵌入式实时操作系统在自动控制、 通信和嵌入式设备中的应用案例。
嵌入式系统软件设计实践
中断处理
详细说明嵌入式系统中断处理的 重要性和常见的中断处理技术。
任务调度
通信方式
介绍嵌入式系统中任务调度的基 本原理和不同调度算法的优缺点。
讨论嵌入式系统中常用的通信方 式，如串口通信、SPI和I2C总线。
嵌入式系统可靠性设计
嵌入式软件设计未来发 展趋势
嵌入式软件设计是一个重要的领域，在这个课件中，我们将探讨嵌入式系统 的概述、软件设计基础、实时操作系统、软件设计实践、可靠性设计、优化 技术以及未来发展趋势。
嵌入式系统概述
定义和特点
介绍嵌入式系统的定义和特点，包括实时性要求、资源受限和固化性。
应用领域
探讨嵌入式系统在汽车、智能家居、医疗设备和工业控制等领域的应用。
分享一些嵌入式系统调试的实 用技巧，包括使用调试器和仿 真器，以及日志记录和追踪。
嵌入式实时操作系统
1
嵌入式实时操作系统分类
2
探讨不同类型的嵌入式实时操作系统，
如硬实时操作系统和软实时操作系统。
3
实时操作系统概述
介绍实时操作系统的基本概念和特点， 如任务调度、中断处理和实时性能。
嵌入式实时操作系统应用
硬件组成
讲解嵌入式系统的硬件组成，包括处理器、存储器、输入输出接口等。
嵌入式软件设计基础
嵌入式软件开发流程
引导您了解嵌入式软件设计的 典型开发流程，包括需求分析、 设计、编码、调试和测试。
嵌入式软件编程语言
介绍常用的嵌入式软件编程语 言，如C语言和汇编语言，以及 如何选择适合的语言。
嵌入式系统调试技巧
展示嵌入式实时操作系统在自动控制、 通信和嵌入式设备中的应用案例。
嵌入式系统软件设计实践
中断处理
详细说明嵌入式系统中断处理的 重要性和常见的中断处理技术。
任务调度
通信方式
介绍嵌入式系统中任务调度的基 本原理和不同调度算法的优缺点。
讨论嵌入式系统中常用的通信方 式，如串口通信、SPI和I2C总线。
嵌入式系统可靠性设计
嵌入式软件设计未来发 展趋势
《嵌入式开发》课件
分类：嵌入式网 络通信技术可以 分为有线网络通 信和无线网络通 信两大类。
有线网络通信： 包括以太网、 USB、串行通信 等，可以实现嵌 入式系统与外部 网络的高速、稳 定、可靠的数据 传输。
无线网络通信： 包括Wi-Fi、蓝 牙、ZigBee等， 可以实现嵌入式 系统与外部网络 的低功耗、远距 离、灵活的数据 传输。
优化方法：对操作 系统进行裁剪和优 化，提高系统性能
移植与优化工具： 使用嵌入式操作系 统移植工具，如 Yo c t o 、 Buildroot等
移植与优化效果： 提高系统稳定性、 降低功耗、提高性 能，满足实际应用 需求。
06
嵌入式网络通信技术
嵌入式网络通信技术的概述与分类
概述：嵌入式网 络通信技术是嵌 入式系统与网络 通信技术相结合 的产物，可以实 现嵌入式系统与 外部网络的互联 互通。
04
嵌入式软件开发基础
嵌入式软件开发流程
需求分析：明确系统需求，确定功能、 性能、接口等要求
系统设计：进行ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ件和软件设计，包括 芯片选型、电路设计、软件架构设计等
编码实现：编写源代码，进行单元测试 和集成测试
测试验证：进行系统测试和性能测试， 确保系统稳定可靠
发布部署：将系统部署到目标设备上， 进行现场调试和优化
嵌入式系统的应用领域
工业控制：如自动化生产线、机器人等
医疗设备：如医疗仪器、医疗机器人等
智能家居：如智能家电、智能安防等
汽车电子：如车载导航、汽车电子控制单 元等
消费电子：如智能手机、平板电脑等 航空航天：如卫星、航天器等
03
嵌入式硬件平台
ARM处理器架构
ARM处理器架构是一种广泛应用于嵌入式系统的处理器架构 ARM处理器架构的特点是低功耗、高性能、低成本 ARM处理器架构的应用领域包括智能手机、平板电脑、物联网设备等 ARM处理器架构的发展趋势是向高性能、低功耗、高集成度方向发展
《嵌入式Linux开发》课件
交叉编译工具链的安装
指导如何安装适用于目标板的交叉编译工具 链。
测试交叉编译环境
提供一种简单的方法来测试交叉编译环境是 否设置成功。
目标板与宿主机的连接方式
串口通信
介绍如何通过串口连接目标板和宿主机 ，以及串口通信的配置和常用命令。
USB连接
介绍如何通过USB连接目标板和宿主 机，以及USB通信的配置和常用命令
02
03
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 帮助操作机器与设备。
特点
具有实时性、硬件可裁剪 、软件可定制、低功耗、 高可靠性等特点。
应用
汽车电子、智能家居、医 疗设备、工业自动化等领 域。
Linux作为嵌入式操作系统的优势
开源
Linux是开源的，可以免费使用和定制，降 低了开发成本。
路由与交换
介绍路由器和交换机的原理及在网 络中的作用。
03
02
IP地址
解释IP地址的分类、寻址方式以及子 网掩码的作用。
网络安全
简述常见的网络安全威胁和防范措 施。
04
TCP/IP协议栈简介
TCP/IP协议栈结构
详细描述TCP/IP协议栈的层次结构，包括应 用层、传输层、网络层和链路层。
IP协议
解释IP协议的核心功能，如地址解析、路由 选择等。
调试工具
介绍常用的调试工具，如gdbserver和gdb等，并说明如何使用这些 工具进行远程调试。
调试过程
详细描述调试过程，包括启动调试会话、设置断点、单步执行代码等 操作。
调试技巧与注意事项
提供调试过程中的一些技巧和注意事项，以提高调试效率和准确性。
03
嵌入式Linux系统开发基础
《嵌入式软件开发》课件
VxWorks
VxWorks是一种实时操作系统，广泛应用于航空航天、军事等领域。 它具有高度的可靠性和实时性，能够满足严苛的实时任务需求。
03
Android
Android是一种基于Linux的开源操作系统，主要用于移动设备。由于
其开放性和丰富的应用生态，Android也被广泛应用于嵌入式领域，如
智能家居、物联网设备等。
数据加密、数据备份与恢复
数据安全与隐私保护问题是嵌入式软 件开发中不可忽视的问题之一。由于 嵌入式系统通常涉及到敏感数据和隐 私信息，如果程序中存在数据泄露或 数据损坏问题，会导致严重的信息安 全和隐私侵犯问题。
解决方案： 对敏感数据进行加密处理 ，使用数据备份与恢复机制，确保数 据的完整性和安全性。同时加强用户 隐私保护意识，避免敏感信息的泄露 和滥用。
时钟管理问题
时钟不准确、时钟同步
时钟管理问题也是嵌入式软件开发中常见的问题之一。由于嵌入式系统 的时钟资源有限，如果程序中存在时钟不准确或时钟同步问题，会导致
系统时间错误或数据采集错误。
解决方案： 使用高精度时钟源，优化时钟配置，实现时钟同步和校准， 确保系统时间的准确性。
多任务并发问题
01
任务优先级、任务同步
外设接口
用于连接外部设备，扩展嵌入 式系统的功能。
嵌入式系统的软件架构
操作系统
负责资源管理和任务调度，提供系统服务。
驱动程序
用于管理硬件设备，实现与操作系统的通信 。
应用程序
实现特定功能的软件，直接与硬件交互。
嵌入式中间件
提供跨平台的通信和数据交换服务。
嵌入式软件开发工具与环境
IDE（集成开发环境）
《嵌入式软件开发》PPT课 件
VxWorks是一种实时操作系统，广泛应用于航空航天、军事等领域。 它具有高度的可靠性和实时性，能够满足严苛的实时任务需求。
03
Android
Android是一种基于Linux的开源操作系统，主要用于移动设备。由于
其开放性和丰富的应用生态，Android也被广泛应用于嵌入式领域，如
智能家居、物联网设备等。
数据加密、数据备份与恢复
数据安全与隐私保护问题是嵌入式软 件开发中不可忽视的问题之一。由于 嵌入式系统通常涉及到敏感数据和隐 私信息，如果程序中存在数据泄露或 数据损坏问题，会导致严重的信息安 全和隐私侵犯问题。
解决方案： 对敏感数据进行加密处理 ，使用数据备份与恢复机制，确保数 据的完整性和安全性。同时加强用户 隐私保护意识，避免敏感信息的泄露 和滥用。
时钟管理问题
时钟不准确、时钟同步
时钟管理问题也是嵌入式软件开发中常见的问题之一。由于嵌入式系统 的时钟资源有限，如果程序中存在时钟不准确或时钟同步问题，会导致
系统时间错误或数据采集错误。
解决方案： 使用高精度时钟源，优化时钟配置，实现时钟同步和校准， 确保系统时间的准确性。
多任务并发问题
01
任务优先级、任务同步
外设接口
用于连接外部设备，扩展嵌入 式系统的功能。
嵌入式系统的软件架构
操作系统
负责资源管理和任务调度，提供系统服务。
驱动程序
用于管理硬件设备，实现与操作系统的通信 。
应用程序
实现特定功能的软件，直接与硬件交互。
嵌入式中间件
提供跨平台的通信和数据交换服务。
嵌入式软件开发工具与环境
IDE（集成开发环境）
《嵌入式软件开发》PPT课 件
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。
嵌入式系统C语言ppt课件
嵌入式系统C语言
1
主要内容
一、嵌入式系统开发语言 二、C++语言的简单回顾
2
一、嵌入式系统开发语言
l 汇编语言 l C语言 l C++语言 l JAVA语言 l 其它（如nes C等）
3
汇编语言
l 汇编语言的优点
l 程序运行结果直观 l 便于对程序的跟踪和调试 l 程序执行效率很高 l 程序运行速度很快
5
C++语言
l C++保留了C语言的强大功能与灵活性，并提供了继 承、封装、多态等面向对象技术，为程序设计带来了 深及灵魂的变革。
l 但是，C++语言过于庞大，对于资源受限的嵌入式系 统来说，执行效率难于保证。
l 在1998年，Embedded C++规范正式制度（简称为 EC++）。EC++是标准C++的一个子集，它从C++语 法中剔除了一些实现复杂和会导致额外负担的语法元 素。例如：友元、虚基类、异常处理、模板、命名空 间等。同时，在标准库方面，EC++规范也做了删减， 剔除了STL和Stream等。l 汇语言的缺点l 开发效率低下
l 使用场合
l 系统初始化、系统任务切换、时序严格的场合
4
C语言
l C语言是在嵌入式领域中应用最广泛的编程语 言，几乎所有的嵌入式开发环境都支持C语言。
l C语言是一种高效的语言，用C写的程序执行 速度快，占用内存少，经过优化后效率接近汇 编程序。
l C语言的主要不足是缺乏编程模型，描述复杂 逻辑十分困难。同时，程序员可以随意修改程 序中的内容，这在提高编程灵活性的同时也带 来安全隐患。
1
主要内容
一、嵌入式系统开发语言 二、C++语言的简单回顾
2
一、嵌入式系统开发语言
l 汇编语言 l C语言 l C++语言 l JAVA语言 l 其它（如nes C等）
3
汇编语言
l 汇编语言的优点
l 程序运行结果直观 l 便于对程序的跟踪和调试 l 程序执行效率很高 l 程序运行速度很快
5
C++语言
l C++保留了C语言的强大功能与灵活性，并提供了继 承、封装、多态等面向对象技术，为程序设计带来了 深及灵魂的变革。
l 但是，C++语言过于庞大，对于资源受限的嵌入式系 统来说，执行效率难于保证。
l 在1998年，Embedded C++规范正式制度（简称为 EC++）。EC++是标准C++的一个子集，它从C++语 法中剔除了一些实现复杂和会导致额外负担的语法元 素。例如：友元、虚基类、异常处理、模板、命名空 间等。同时，在标准库方面，EC++规范也做了删减， 剔除了STL和Stream等。l 汇语言的缺点l 开发效率低下
l 使用场合
l 系统初始化、系统任务切换、时序严格的场合
4
C语言
l C语言是在嵌入式领域中应用最广泛的编程语 言，几乎所有的嵌入式开发环境都支持C语言。
l C语言是一种高效的语言，用C写的程序执行 速度快，占用内存少，经过优化后效率接近汇 编程序。
l C语言的主要不足是缺乏编程模型，描述复杂 逻辑十分困难。同时，程序员可以随意修改程 序中的内容，这在提高编程灵活性的同时也带 来安全隐患。
嵌入式入门(设计与实例开发)PPT课件
分析嵌入式系统的各种故障模式 及其影响，为可靠性设计和改进 提供依据。
可靠性框图
02
03
故障树分析(FTA)
通过可靠性框图分析嵌入式系统 的可靠性结构，确定关键件和冗 余件。
通过故障树分析找出导致系统故 障的原因和最小割集，评估系统 的可靠性和安全性。
06
嵌入式系统应用案例分 析
智能家居系统案例分析
开源硬件与软件
开源硬件和软件的发展 为嵌入式系统的设计和 开发提供了更多选择和
灵活性。
02
嵌入式硬件设计
ARM处理器
ARM处理器是一种流行的嵌入式处理器架构，广泛应用于各种嵌入式系 统。
ARM处理器具有低功耗、高性能的特点，适用于各种应用场景，如智能 家居、工业控制等。
ARM处理器的选择需要根据具体应用需求来决定，如ARM Cortex-M系 列适用于微控制器应用，ARM Cortex-A系列适用于智能手机、平板电 脑等应用。
工业控制系统发展前景
探讨工业控制系统的发展趋势和未来发展方向。
医疗电子设备案例分析
医疗电子设备概述
医疗电子设备是指用于医疗领域的电子设备， 如监护仪、超声波诊断仪等。
医疗电子设备优势
分析医疗电子设备的优势，如高精度、高可 靠性、实时监测等。
医疗电子设备案例
介绍医疗电子设备的具体应用案例，如远程 医疗监护系统等。
FPGA芯片
FPGA芯片是一种可编程逻辑器件，可以通过编程 实现各种数字逻辑功能。
FPGA芯片具有高度的灵活性，可以根据实际需求 进行定制，实现各种复杂的数字逻辑功能。
FPGA芯片广泛应用于通信、图像处理、雷达等领 域，可以大大提高系统的性能和可靠性。
嵌入式微控制器
可靠性框图
02
03
故障树分析(FTA)
通过可靠性框图分析嵌入式系统 的可靠性结构，确定关键件和冗 余件。
通过故障树分析找出导致系统故 障的原因和最小割集，评估系统 的可靠性和安全性。
06
嵌入式系统应用案例分 析
智能家居系统案例分析
开源硬件与软件
开源硬件和软件的发展 为嵌入式系统的设计和 开发提供了更多选择和
灵活性。
02
嵌入式硬件设计
ARM处理器
ARM处理器是一种流行的嵌入式处理器架构，广泛应用于各种嵌入式系 统。
ARM处理器具有低功耗、高性能的特点，适用于各种应用场景，如智能 家居、工业控制等。
ARM处理器的选择需要根据具体应用需求来决定，如ARM Cortex-M系 列适用于微控制器应用，ARM Cortex-A系列适用于智能手机、平板电 脑等应用。
工业控制系统发展前景
探讨工业控制系统的发展趋势和未来发展方向。
医疗电子设备案例分析
医疗电子设备概述
医疗电子设备是指用于医疗领域的电子设备， 如监护仪、超声波诊断仪等。
医疗电子设备优势
分析医疗电子设备的优势，如高精度、高可 靠性、实时监测等。
医疗电子设备案例
介绍医疗电子设备的具体应用案例，如远程 医疗监护系统等。
FPGA芯片
FPGA芯片是一种可编程逻辑器件，可以通过编程 实现各种数字逻辑功能。
FPGA芯片具有高度的灵活性，可以根据实际需求 进行定制，实现各种复杂的数字逻辑功能。
FPGA芯片广泛应用于通信、图像处理、雷达等领 域，可以大大提高系统的性能和可靠性。
嵌入式微控制器
嵌入式课件(ppt)
1.1 嵌入式系统简介
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。”
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。”
最新嵌入式系统软件开发技术PPT课件
Linux驱动程序的加载方式
驱动程序直接编译入内核
驱动程序在内核启动时就已经在内存中 可以保留专用存储器空间
驱动程序以模块形式存储在文件系 统里，需要时动态载入内核
驱动程序按需加载，不用时节省内存 驱动程序相对独立于内核，升级灵活
Linux驱动程序模块加载
Linux驱动程序开发的任务
应用程序通过dev文件节点访问驱动 程序
应用程序通过proc文件节点可以查 询设备驱动的信息
驱动程序位置
驱动程序位于drivers目录下 通常驱动程序占kernel代码的50% Linux设备驱动程序在Linux的内核源代码中占有很大的比例，
源代码的长度日益增加，主要是驱动程序的增加。 在Linux内核的不断升级过程中，驱动程序的结构还是相对
“自底向上”地实现BSP中的初始化操作 “自顶向下”地设计硬件相关的驱动程序
BSP设计方法的不足与改进
目前BSP的设计与实现主要是针对某些特定的 文件进行修改
直接修改相关文件容易造成代码的不一致性， 增加软件设计上的隐形错误，从而增加系统调 试和代码维护的难度
解决这个问题的一个可行办法是：设计实现一 种具有图形界面的BSP开发设计向导，由该向 导指导设计者逐步完成BSP的设计和开发，并 最终由向导生成相应的BSP文件，而不再由设 计人员直接对源文件进行修改。
Linux驱动程序的开发环境
本机编译调试
开发环境配置简单 无需网络环境 适用于配置较高的x86机器
主机+目标机
主机可以自由选择Linux或Windows+Cygwin 主机和目标机通过网络共享文件系统 内核崩溃不会影响主机
Linux驱动程序的开发环境（续）
主机+目标机环境包括 主机运行的工具链∶cross gcc + glibc + gdb， 如果是windows主机还要有cygwin仿真环境 主机运行远程服务，常用的有tftp用来传送内 核映像、initrd，NFS用来共享文件系统 目标机运行ssh或telnet等远程登陆服务，用来 调试驱动程序
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。
嵌入式资料PPT课件
C语言
适用于需要面向对象编程 的应用场景，如GUI开发、 游戏机等。
Python语言
适用于需要快速原型开发 或脚本编程的应用场景。
嵌入式软件设计模式
单片机程序架构
适用于资源受限的微控制器，如8051系列。
ARM Cortex-M系列MCU程序架构
适用于ARM Cortex-M系列MCU，如STM32。
软件设计
根据系统需求和总体设计，设计 软件模块和接口，确定软件架构。
系统实现与测试
编码实现
按照设计要求，编写代 码并实现系统功能。
单元测试
对每个模块进行测试， 确保模块功能正常。
集成测试
将所有模块集成在一起 进行测试，确保系统整
体功能正常。
系统测试
对整个系统进行测试， 确保系统满足需求规格
说明书的要求。
系统部署与维护
系统部署
将系统安装到实际运行环境中，并进 行配置和调试。
系统维护
对系统进行日常维护和升级，确保系 统稳定运行。
05
嵌入式系统应用案例
智能家居系统
智能家居系统
01
通过嵌入式系统技术，将家中的各种设备连接到互联网，实现
智能化控制和管理。
智能家居系统的功能
02
包括远程控制、语音控制、自动化控制等，提高家庭生活的便
传感器和执行器是嵌入式系统 的关键组成部分，用于实现系
统的感知和控制功能。
选择合适的传感器和执行器需 要考虑应用场景、性能要求和
成本等因素。
嵌入式硬件开发工具
嵌入式硬件开发工具包括原理图 设计软件、PCB设计软件、仿真
软件等。
这些工具可以帮助开发人员快速 设计、仿真和调试嵌入式硬件系
嵌入式系统开发平台课件
03
操作系统
针对特定应用进行优化 提供完整的开发工具和应用程序支持
实时操作系统（RTOS）
实时响应性
RTOS基本概念
01
02
03
高可靠性和稳定性
资源隔离和优先级调度
04
05
常见的RTOS：VxWorks, Integrity, QNX
嵌入式中间件
嵌入式中间件概述
01
02
OPC UA中间件
跨平台和语言独立性
可以实现飞行数据的处理和分析等功能。
06
CATALOGUE
嵌入式系统开发实践
基于ARM Cortex-M4核心板的开发实践
要点一
总结词
要点二
详细描述
通过使用ARM Cortex-M4核心板，了解嵌入式系统硬件 平台的设计与实现过程，掌握基于ARM Cortex-M4的嵌 入式系统开发基础。
介绍ARM Cortex-M4核心板的硬件组成、特点及优势， 包括处理器、存储器、外设接口等；然后阐述基于ARM Cortex-M4核心板的嵌入式系统开发流程，包括硬件平台 设计、操作系统移植、应用程序开发等；接着通过具体案 例演示如何在ARM Cortex-M4核心板上实现一个简单的 嵌入式系统开发，包括操作系统移植、应用程序开发、调 试与测试等；最后总结基于ARM Cortex-M4核心板的嵌 入式系统开发的关键技术、难点及解决方案。
04
设计和优化系统的存储 器、Flash和RAM等存 储资源
软件设计
选择合适的开发工具和编 程语言
编写和调试系统的驱动程 序和应用程序代码
设计系统的软件架构和主 要功能模块
进行系统的仿真和调试， 确保软件功能的正确性和 稳定性
操作系统
针对特定应用进行优化 提供完整的开发工具和应用程序支持
实时操作系统（RTOS）
实时响应性
RTOS基本概念
01
02
03
高可靠性和稳定性
资源隔离和优先级调度
04
05
常见的RTOS：VxWorks, Integrity, QNX
嵌入式中间件
嵌入式中间件概述
01
02
OPC UA中间件
跨平台和语言独立性
可以实现飞行数据的处理和分析等功能。
06
CATALOGUE
嵌入式系统开发实践
基于ARM Cortex-M4核心板的开发实践
要点一
总结词
要点二
详细描述
通过使用ARM Cortex-M4核心板，了解嵌入式系统硬件 平台的设计与实现过程，掌握基于ARM Cortex-M4的嵌 入式系统开发基础。
介绍ARM Cortex-M4核心板的硬件组成、特点及优势， 包括处理器、存储器、外设接口等；然后阐述基于ARM Cortex-M4核心板的嵌入式系统开发流程，包括硬件平台 设计、操作系统移植、应用程序开发等；接着通过具体案 例演示如何在ARM Cortex-M4核心板上实现一个简单的 嵌入式系统开发，包括操作系统移植、应用程序开发、调 试与测试等；最后总结基于ARM Cortex-M4核心板的嵌 入式系统开发的关键技术、难点及解决方案。
04
设计和优化系统的存储 器、Flash和RAM等存 储资源
软件设计
选择合适的开发工具和编 程语言
编写和调试系统的驱动程 序和应用程序代码
设计系统的软件架构和主 要功能模块
进行系统的仿真和调试， 确保软件功能的正确性和 稳定性
《嵌入式系统及应》课件
全面测试，确保满足用户
需求。
系统部署与维护
系统部署
将系统安装到实际运行环境中，并进行必要的 配置和优化。
系统维护
定期对系统进行检查、维护和升级，确保系统 稳定运行。
技术支持与故障排除
为用户提供技术支持，及时处理系统运行中出现的各种问题。
05
嵌入式系统的应用实例
智能家居系统
智能家居系统是嵌入式系统的典型应用之一，通过将各种家电设备、照明、门窗、 环境监测等子系统集成在一个平台上，实现智能化控制和管理。
任务调度
嵌入式操作系统能够 根据任务优先级进行 任务调度，确保高优 先级任务能够及时得 到处理。
设备驱动
嵌入式操作系统提供 设备驱动程序，用于 与硬件设备进行交互 。
嵌入式中间件
数据传输
嵌入式中间件提供数据传输功能，实 现不同设备或系统之间的数据交换和
通信。
消息队列
嵌入式中间件提供消息队列机制，用 于在不同设备或系统之间传递消息。
析仪等。
嵌入式系统在医疗电子设备中发挥着重 要作用，通过高性能的处理器和各种传 感器，实现对病人生命体征的实时监测 和数据分析，为医生提供准确的诊断依
据。
医疗电子设备需要具备高精度、高可靠 性和低功耗等特点，因此对嵌入式系统
的性能和可靠性要求较高。
汽车电子系统
汽车电子系统是嵌入式系统的 又一应用领域，主要用于汽车 发动机控制、车身控制、安全
数据处理
应用软件负责对数据进行处理和分析，满 足用户需求。
业务逻辑
应用软件包含业务逻辑，用于实现具体的 业务功能。
系统软件
系统引导程序
系统软件包含引导程序， 用于初始化硬件设备和加 载操作系统。
网络协议栈
需求。
系统部署与维护
系统部署
将系统安装到实际运行环境中，并进行必要的 配置和优化。
系统维护
定期对系统进行检查、维护和升级，确保系统 稳定运行。
技术支持与故障排除
为用户提供技术支持，及时处理系统运行中出现的各种问题。
05
嵌入式系统的应用实例
智能家居系统
智能家居系统是嵌入式系统的典型应用之一，通过将各种家电设备、照明、门窗、 环境监测等子系统集成在一个平台上，实现智能化控制和管理。
任务调度
嵌入式操作系统能够 根据任务优先级进行 任务调度，确保高优 先级任务能够及时得 到处理。
设备驱动
嵌入式操作系统提供 设备驱动程序，用于 与硬件设备进行交互 。
嵌入式中间件
数据传输
嵌入式中间件提供数据传输功能，实 现不同设备或系统之间的数据交换和
通信。
消息队列
嵌入式中间件提供消息队列机制，用 于在不同设备或系统之间传递消息。
析仪等。
嵌入式系统在医疗电子设备中发挥着重 要作用，通过高性能的处理器和各种传 感器，实现对病人生命体征的实时监测 和数据分析，为医生提供准确的诊断依
据。
医疗电子设备需要具备高精度、高可靠 性和低功耗等特点，因此对嵌入式系统
的性能和可靠性要求较高。
汽车电子系统
汽车电子系统是嵌入式系统的 又一应用领域，主要用于汽车 发动机控制、车身控制、安全
数据处理
应用软件负责对数据进行处理和分析，满 足用户需求。
业务逻辑
应用软件包含业务逻辑，用于实现具体的 业务功能。
系统软件
系统引导程序
系统软件包含引导程序， 用于初始化硬件设备和加 载操作系统。
网络协议栈
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
数据总线 序 / 数 据
地址总线 存 储
器
嵌入式系统开发及应用
2．哈佛（Harvard）
结构
哈佛结构的主要特点是
将程序和数据存储在不同的 存储空间中，即程序存储器
数据总线
程
和数据存储器是两个相互独
序
立的存储器，每个存储器独 立编址、独立访问。系统中
存
具有程序的数据总线与地址 总线，数据的数据总线与地 址总线。这种分离的程序总
大概有20%的比较简单的指令被反复使用。 • 精简指令集（Reduced Instruction Set Computer，RISC）体系
优先选取使用频率最高的、很有用但不复杂 的指令，避免使用复杂指令；固定指令长度，减 少指令格式和寻址方式种类。
嵌入式系统开发及应用
1.2.3 流水线技术
指令流水线是将一条指令分解成m个子过程，
嵌入式系统开发及应用
1.3.3 嵌入式DSP处理器
嵌入式DSP处理器（Digital Signal Processor，DSP）是专门用于信号处理方面的 处理器，芯片内部采用程序和数据分开存储和 传输的哈佛结构，具有专门硬件乘法器，采用 流水线操作，提供特殊的DSP指令，可用来快速 地实现各种数字信号处理算法，使其处理速度 比最快的CPU还快10---50倍。
目前主流的32位嵌入式微处理器系列主 要有ARM系列等。
ARM（Advanced RISC Machine）公司的 微处理器体系结构目前被公认为是嵌入式应用 领域领先的32位嵌入式RISC微处理器结构。
目前，70%的移动电话、手持PC采用了ARM处理器，许多芯片厂商都是ARM的授权用户，如Intel、 Samsung、TI等公司。
嵌入式系统开发及应用
1.3.4 嵌入式片上系统
嵌入式片上系统（System On Chip，SOC） 最大的特点是成功实现了软硬件无缝结合，直接 在处理器片内嵌入操作系统的代码模块，而且具 有极高的综合性，在一个芯片内部运用VHDL等硬 件描述语言，即可实现一个复杂的系统。与传统 的系统设计不同，用户不需要绘制庞大复杂的电 路板，一点点地连接焊制，只需要使用精确的语 言，通过仿真之后就可以直接交付芯片厂商进行 生产，设计生产效率高。
高地址
存
储
高
器
低
低地址
高地址
存
储
低
器
高
低地址
嵌入式系统开发及应用
1.3 嵌入式微处理 器的结构和类型
一般把16位及 以下的称为嵌入式 微控制器，32位及 以上的称为嵌入式 微处理器。
微处 理器
微控 制器
DSP处 理器
片上 多核处 系统 理器
嵌入式系统开发及应用
1.3.1 嵌入式微控制器
嵌入式微控制器（Micro Controller Unit，MCU）又称 为单片机。
图形用户接口
文件系统 操作系统
嵌入式系统开发及应用
4．应用软件层 由所开发的应用程序组成，面向被控对象
和用户。应用软件层提供一个友好的人机界面。
嵌入式系统开发及应用
1.2 嵌入式微处理器体系结构
1.2.1 冯·诺依曼结构
程
与哈佛结构1．冯·诺Βιβλιοθήκη 曼（von Neumann）结 构
冯·诺依曼结构的计算机由 CPU和存储器构成，其程序和数 据共用一个存储空间，程序指令 存储地址和数据存储地址指向同 一个存储器的不同物理位置。
芯片内部集成ROM、RAM、 总线看门狗、I/O、串行口、脉 宽调制输出（PWM）、A/D
嵌入式微控制器具有单片 化、体积小、功耗和成本低， 可系统市场份额的70％。
微处 理器
微控 制器
DSP处 理器
片上 多核处 系统 理器
嵌入式系统开发及应用
1.3.2 嵌入式微处理器
嵌入式微处理器（Embedded Micro Processing Unit，EMPU）把CPU、ROM、RAM及 I/O等做到同一个芯片上。32位微处理器采用32 位的地址和数据总线，地址空间达到4GB。
地址总线
储 器
线和数据总线可允许在一个
机器周期内同时获取指令字
（来自程序存储器）和操作
数（来自数据存储器），从
而提高执行速度。
数 数据总线 据
存
储 地址总线 器
嵌入式系统开发及应用
1.2.2 精简指令集计算机
• 复杂指令集（Complex Instruction Set Computer，CISC）体系。
每个子过程的执行时间都一样，则利用此条流水
线可将一条指令的执行时间由原来的T缩短为T/m
嵌入式系统开发及应用
1.2.4 信息存储的字节顺序
字长为n位的微处理器，它的虚拟地址范围
为0～2n-1。32位的微处理器，可访问的虚拟 地址空间为4GB。多字节类型的数据，有两种 存放方法。
小端字节顺序存储法 大端字节顺序存储法
嵌入式系统开发及应用
嵌入 式系 统开 发及 应用
嵌入式系统开发及应用
第一章 嵌入式系统基础知识
重点：
嵌入式系统
定义 组成
微处理器 结构与类
型
微处理器 体系结构
思考题：第一章：1、6、10、12--16
嵌入式系统开发及应用
1.1 嵌入式系统的定义和组成
定义： 以应用为中心、以计算机技术为基础，软件
应用软件 系统软件
体情况，根据中间层提供的接 中间层
口即可进行开发。
硬件层
嵌入式系统开发及应用
3．系统软件层
包含实时多任务操作 系统（Real-time Operation System，RTOS）
操作系统是控制其他 程序运行，管理系统资源 并为用户提供操作界面的 系统软件的集合。
通用组件模块
网络系统
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。
三个要素： 嵌入性、 专用性、 计算机系统。
嵌入式系统开发及应用
组成
{ 嵌入式 系统
嵌入式计算机系统
应用软件
执行装置（被控对象） 系统软件
中间层
硬件层
嵌入式系统开发及应用
1．硬件层
以嵌入 式微处理器为 中心，包含电 源电路、时钟 电路和复位电 路，其中操作 系统和应用程 序固化在存储 器中。
通用 接口
微处理器 存储器
I/O 接口
嵌入式系统开发及应用
（1）嵌入式微处理
器
嵌入式微处 理器是嵌入式系 统硬件层的核心。 嵌入式微处理器 的选择根据具体 的应用决定。
（2）存储器
Cache
存储器
主存 储器
辅助 存储器
嵌入式系统开发及应用
2．中间层
包括大部分与硬件联系 紧密的软件模块。上层软件开 发人员无需关心底层硬件的具