汽车嵌入式系统讲义
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嵌入式系统在汽车电子领域中的应用
嵌入式系统在汽车电子领域中的应用第一章嵌入式系统的概念和概况嵌入式系统是由硬件和软件两部分构成的计算机系统，它通常被嵌入到产品中，用于控制、监控和调度等任务。
相比于普通计算机，嵌入式系统具有体积小、功耗低、可靠性高、效率高等优点，因此在各个行业领域中得到了广泛的应用。
在汽车电子领域中，嵌入式系统应用相当广泛，汽车电子产品像发动机控制、制动、座椅控制、音响、导航等需要嵌入式系统的支持才能实现。
第二章嵌入式系统在汽车电子领域中的应用2.1 汽车发动机控制系统以往的汽车发动机控制还依赖于人工调节，效果不尽如人意，而嵌入式系统可以实现准确而快速地控制，使发动机运行更稳定、更省油。
此外，嵌入式系统还可以实时监测发动机的工作状态，如果发现故障，自动进行报警并停机，从而保障了驾驶安全。
2.2 制动系统嵌入式系统可以对制动系统进行控制，在发现制动故障时，自动实现维修和调试，避免出现安全问题。
嵌入式系统还可以帮助汽车实现电子驻车功能，实现停放时车辆的牢靠。
同时，提供防抱死功能，避免在制动时车轮会卡死，发生交通事故。
2.3 音响系统现代汽车上音响系统的各种功能需要用嵌入式系统实现，通过嵌入式系统来控制音乐播放、CD机或DVD机的读取、虚拟环绕声等功能实现。
2.4 座椅控制系统嵌入式系统可以通过电脑控制汽车上座椅的运动，使乘客得到更好的乘坐体验。
在一些高端车型上，嵌入式系统甚至可以控制座椅加热或按摩，为乘客提供更高档次的乘坐体验。
2.5 导航系统嵌入式系统可以实现汽车导航系统的各种功能和导航信息的实时更新，以及在行驶过程中对路线的监控和调整。
通过嵌入式系统，导航系统还能支持语音控制，实时人机交互更加方便，实现驾车出行更加便捷。
第三章嵌入式系统在汽车电子领域中的优势3.1 体积小相比于传统计算机，嵌入式系统的体积要小得多，能够更好地嵌入到车辆的小型结构中。
这样，汽车的空间利用率更高，保留的载重和乘员位置也更多。
3.2 速度快嵌入式系统通常内置高速处理器，并进行了优化本身的源程序、算法等，比其他计算机运行更快，而且还能更好的控制汽车电子设备，让其运行更为平稳、更为可靠。
第6章 汽车嵌入式系统开发的方法、体系和流程(汽车电子技术) ppt课件
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7
(3) 系统分析支持(Supporting Analysis of the System to be Designed)车 载系统中一些重要的性质如逻辑判断、系统逻辑判断、系统时序功能、错 误及诊断等传统的人工分析方法很难进行检验。
(4)综合(Synthesizing)：利用工具来辅助生成设计的系统和相关文档。
③可靠性高：汽车电子控制系统属于安全关键的系统，其中的许多功 能都具有安全可靠要求。
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2
④灵活性高：一种汽车电子系统通常应用在一系列产品中，要求软 硬件具有较强的灵活性。
⑤其他非功能约束：作为一种典型的嵌入式系统，汽车电子控制系 统对于非功能属性有严格的要求。例如，强实时性要求、移动的嵌入式系 统、功耗问题等等。
(Interface)、协作(collaboration)、用例(Use Case)、活动类(Active class)、 组件(Component)和节点(Node)；
行为事物指的是UML模型中的动态部分，包含两类，即交互(Interaction) 和状态机(State Machine);
分组事物可以看做一个“盒子”，模型可以在其中分解
(6)可追溯(Traceability)：通过抽象、形式化和结构化，提供了对系统 设计的追溯。
(7)自动化(Automation)：结合计算机的支持，上述几部分通过自动化完 成。
3. MBD的优势
基于MBD设计方法具有如下优势：
（1）节约上市时间(Time-to-market)；
（2）降低成本(Cost Reduction)；
②概念模型（Conceptual Model）：通常被表示成图形形式，用于复杂软件 开发等。
③构造模型（Constructive Model）：关注系统开发层面的技术并成为系 统设计的基础。
《嵌入式系统结构》课件
嵌入式存储器包括RAM、ROM、Flash 等类型
Flash用于存储程序和数据，断电后数 据不丢失，速度快，但价格较高
RAM用于存储临时数据，速度快，但断 电后数据丢失
嵌入式存储器的选择需要考虑成本、性 能、功耗等因素
嵌入式输入输出接口
输出接口：用于输出处理结 果，如显示器、扬声器、 LED灯等
输入接口：用于接收外部信 号，如键盘、鼠标、传感器 等
接口类型：串行接口、并行 接口、USB接口、I2C接口
等
接口功能：数据传输、控制 信号、电源管理等
嵌入式电源与接地
电源管理：确保系统稳定运行，降低功耗 电源设计：考虑电源电压、电流、稳定性等因素 接地设计：确保系统安全，防止电磁干扰 电源保护：防止电源异常导致的系统损坏
Part Four
嵌入式系统软件结 构
应用程序：实现特定功能，如数据采 集、数据处理等
Part Five
嵌入式系统的性能 评估与优化
嵌入式系统的性能指标
资源利用率：系统对硬件资 源的使用效率
吞吐量：系统在单位时间内 处理的数据量
响应时间：系统对输入信号 的反应速度
稳定性：系统在长时间运行 中的稳定性和可靠性
功耗：系统在运行过程中消 耗的能源
嵌入式系统在智能制造领域的应用前景
智能化生产：通过嵌入式系统实现 生产线的自动化、智能化生产
质量控制：通过嵌入式系统实现产 品质量的实时监控和自动调整，提 高产品质量
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设备监控：通过嵌入式系统实时监 控生产设备的运行状态，提高生产 效率
智能物流：通过嵌入式系统实现物 流的自动化、智能化管理，提高物 流效率
嵌入式处理器的特点包括低功耗、 高集成度、高可靠性和实时性等。
第7章 汽车嵌入式系统的开发流程(汽车电子技术)ppt课件
步骤5：自动完成目标DSP系统的实时C代码生成、编译、链接和下载。如 图6-3所示。
步骤6：用Control Desk试验工具软件包与实时控制器进行交互操作。 如图6-4所示。
步骤7：利用Mlib/Mtrace从实时闭环控制系统获得数据，并将该数据回 传给建模，实现参数的自动优化过程。
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步骤8：返回步骤1.通过实时测试，获得反馈信息。 以上Matlab结合dSpace Targetlink展示典型汽车ECU开发流程。
已有函数依然在ECU中计算，但按照以下方式进行修正：
输入信号由原有ECU通过旁路接口进行传递，并由ECU通过一个控制 流接口触发旁路函数的计算。当原有的ECU接收到旁路输出信号和检测其 拟真性后决定是否采用新输出值或转接到内部替代值。
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21
常用的两种旁路技术工具：
ETAS公司的INTECRIO（如图6-12所示）和dSpace公司的MicroAutoBox （如图6-13所示）。
软件开发是从软件需求分析开始，首先进行软件体系结构的分析和确 定。
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7.2.2 快速控制原型(算法仿真)
快速控制原型，即控制系统的快速功能测试原型，是通过一定的技术 手段，在短时间内开发与控制器产品功能一致的测试用功能原型装置，通 过它的实物实验来检测和修改设计。
采用先进的控制系统建模工具进行建模，并生成代码，用其他控制器 (PC, compact PC, 单片机)临时代替将要开发的实际控制器，快速对控制算法 进行验证和测试，在设计阶段发现问题并解决问题。如图6-9所示。
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系统功能的分布式实现带来的技术实现方法有： 总线技术的发展； 基于总线通信和网络管理的嵌入式操作系统的引入； AUTOSAR的提出。
步骤6：用Control Desk试验工具软件包与实时控制器进行交互操作。 如图6-4所示。
步骤7：利用Mlib/Mtrace从实时闭环控制系统获得数据，并将该数据回 传给建模，实现参数的自动优化过程。
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步骤8：返回步骤1.通过实时测试，获得反馈信息。 以上Matlab结合dSpace Targetlink展示典型汽车ECU开发流程。
已有函数依然在ECU中计算，但按照以下方式进行修正：
输入信号由原有ECU通过旁路接口进行传递，并由ECU通过一个控制 流接口触发旁路函数的计算。当原有的ECU接收到旁路输出信号和检测其 拟真性后决定是否采用新输出值或转接到内部替代值。
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常用的两种旁路技术工具：
ETAS公司的INTECRIO（如图6-12所示）和dSpace公司的MicroAutoBox （如图6-13所示）。
软件开发是从软件需求分析开始，首先进行软件体系结构的分析和确 定。
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7.2.2 快速控制原型(算法仿真)
快速控制原型，即控制系统的快速功能测试原型，是通过一定的技术 手段，在短时间内开发与控制器产品功能一致的测试用功能原型装置，通 过它的实物实验来检测和修改设计。
采用先进的控制系统建模工具进行建模，并生成代码，用其他控制器 (PC, compact PC, 单片机)临时代替将要开发的实际控制器，快速对控制算法 进行验证和测试，在设计阶段发现问题并解决问题。如图6-9所示。
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系统功能的分布式实现带来的技术实现方法有： 总线技术的发展； 基于总线通信和网络管理的嵌入式操作系统的引入； AUTOSAR的提出。
汽车嵌入式系统设计 第三章 汽车嵌入式系统软件设计基础
2023/11/30
汽车嵌入式系统设计
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• 硬件成本进一步降低：相同功能需求下，减少 ECU（电子控制单元）数量，可以降低 ECU 物料 成本，另一方面也进一步减少了整车线束使用量。Model S 线束约 3 公里长，而 Model 3 缩短了 近 1 倍。
• 硬件抽象：此前的供应体系是供应商将「软件+零部件」打包卖给主机厂，软硬件的耦合很深， 议价能力差，测试调试苦难。特斯拉的牛叉在于软件基本自己写，即便更换硬件供应商，也不 会显著影响软件功能的部署。
• 未来的自动驾驶汽车将是人工智能、大数据和云计算技术的综合体，可以减少交通事故、 提高通行效率、减少出行成本。
• 未来的汽车是一个大型的移动智能终端，可以连接各种服务，将人从驾驶中解放出来，在 乘坐中娱乐、休息和办公。 如同手机一样，以前的功能手机软件少，只能打电话，智能手 机由于有了操作系统，可以运营各种软件，享受上网、娱乐、购物等各种服务；
第3章 汽车嵌入式系统 软件设计基础
2023/11/30
汽车嵌入式系统设计
1
本章主要内容：
• 汽车嵌入式系统软件开发流程和开发方法; • 介绍基于代码和基于模型的嵌入式系统软件开发方法; • 扼要地讲解面向嵌入式系统的C编程语言，介绍时间轮询的嵌入式软件
C语言程序设计框架; • 介绍S12XE集成开发环境CodeWarrior IDE的使用方法; • CodeWarrior IDE环境下的C语言编程要点。
• 未来用软件定义的汽车，可以智能驾驶、可以连接服务、可以减少交通事故、更加节能环 保。
2023/11/30
汽车嵌入式系统设计
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• 汽车是一个软硬件结合的产物，如果把它比作是一个人，「四个轮子+一个沙发」是身体，电子电气 架构（E/E）就相当于神经系统，负责完成各个部位的连接，统领整个身体的运作，实现特定功能。
《嵌入式系统基础教程》第01讲-第1章绪论
嵌入式系统是物联网的核心组成部分，承担 着数据采集、传输和处理的重要任务，为物 联网的全面感知、可靠传输和智能处理提供 了技术支持。
随着物联网技术的不断发展，嵌入式系统的 应用场景将更加广泛，从智能家居、智能交 通智慧城市，都将受益于嵌入式系统的技
术创新和应用拓展。
嵌入式系统的发展趋势与挑战
嵌入式系统将朝着更小体积、更低功耗、更高 性能的方向发展，以满足各种应用场景的需求。
嵌入式系统的应用领域
工业控制
嵌入式系统广泛应用于自动化生产线、机器 人、智能仪表等领域。
医疗电子
嵌入式系统在医疗设备、监护仪器、诊断仪 器等领域发挥着重要作用。
智能家居
嵌入式系统在智能家电、智能照明、智能安 防等领域有广泛应用。
汽车电子
嵌入式系统在汽车发动机控制、安全气囊、 车载娱乐系统中广泛应用。
05
嵌入式系统的未来展望
人工智能与嵌入式系统
人工智能技术为嵌入式系统提供了更 强大的数据处理和学习能力，使得嵌 入式设备能够更好地理解和响应用户 需求，提升用户体验。
嵌入式系统将成为人工智能技术的关 键载体，广泛应用于智能家居、智能 制造、智能医疗等领域，推动人工智 能技术的普及和应用。
物联网与嵌入式系统
02
嵌入式系统通常采用多种类型的存储器，如RAM、 ROM、Flash等。
03
存储器容量和访问速度需根据系统需求进行选择， 以满足实时性和稳定性的要求。
输入/输出接口
1
输入/输出接口是嵌入式系统与外部设备进行通信 的桥梁。
2
常见的输入/输出接口包括GPIO、UART、SPI、 I2C等。
3
输入/输出接口需根据外部设备的特性和通信协议 进行选择和配置。
随着物联网技术的不断发展，嵌入式系统的 应用场景将更加广泛，从智能家居、智能交 通智慧城市，都将受益于嵌入式系统的技
术创新和应用拓展。
嵌入式系统的发展趋势与挑战
嵌入式系统将朝着更小体积、更低功耗、更高 性能的方向发展，以满足各种应用场景的需求。
嵌入式系统的应用领域
工业控制
嵌入式系统广泛应用于自动化生产线、机器 人、智能仪表等领域。
医疗电子
嵌入式系统在医疗设备、监护仪器、诊断仪 器等领域发挥着重要作用。
智能家居
嵌入式系统在智能家电、智能照明、智能安 防等领域有广泛应用。
汽车电子
嵌入式系统在汽车发动机控制、安全气囊、 车载娱乐系统中广泛应用。
05
嵌入式系统的未来展望
人工智能与嵌入式系统
人工智能技术为嵌入式系统提供了更 强大的数据处理和学习能力，使得嵌 入式设备能够更好地理解和响应用户 需求，提升用户体验。
嵌入式系统将成为人工智能技术的关 键载体，广泛应用于智能家居、智能 制造、智能医疗等领域，推动人工智 能技术的普及和应用。
物联网与嵌入式系统
02
嵌入式系统通常采用多种类型的存储器，如RAM、 ROM、Flash等。
03
存储器容量和访问速度需根据系统需求进行选择， 以满足实时性和稳定性的要求。
输入/输出接口
1
输入/输出接口是嵌入式系统与外部设备进行通信 的桥梁。
2
常见的输入/输出接口包括GPIO、UART、SPI、 I2C等。
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输入/输出接口需根据外部设备的特性和通信协议 进行选择和配置。
嵌入式系统讲义101
感知到它的存在
2019/12/12
© 国防科技大学计算机学院601室
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第一章 嵌入式系统概论
1.2 嵌入式系统的定义
计算机分类
从通用性角度来分类：通用计算机和嵌入式计算机
通用计算机系统
巨型机、大型机、小型机、微型机 服务器、工作站、台式机、笔记本计算机
嵌入式系统
坦克、导弹、飞机、军舰、雷达 DVD机、电视机、微波炉、洗衣机、电冰箱、热水器 手机、MP3播放器、数码相机、数码摄像机、机顶盒 键盘、鼠标、闪存盘、CD-ROM、交换机、路由器
第一章 嵌入式系统概论
1.1 引言
从幼苗茁壮成长到参天大树
经过三十多年的发展，嵌入式系统从最开始的涓涓细 流，发展壮大成了目前数量最多，使用范围最广的电 子信息系统
在人们的日常生活中，嵌入式设备几乎随处可见，已 经成为生活的重要组成部分
虽然数量众多，但却不为人所知
嵌入式系统一般隐藏在产品中 在使用过程中主要完成无形的信息处理，用户不容易
可靠性高、成本低、资源受限、功耗低等等
2019/12/12
© 国防科技大学计算机学院601室
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第一章 嵌入式系统概论
1.5 嵌入式系统的发展历史及趋势
20世纪70年代
单片机出现 1975年TI推出了第一片4位单片机——TMS-1000 1976年Intel：8048——>8051（8位）
20世纪80年代
实时操作系统出现 1981年，Ready System: VRTX32 WindRiver: VxWorks 实时性强、可靠性高
20世纪90年代
实时多任务操作系统 WindRiver: VxWorks Microsoft: WinCE 友好的图形界面
2019/12/12
© 国防科技大学计算机学院601室
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第一章 嵌入式系统概论
1.2 嵌入式系统的定义
计算机分类
从通用性角度来分类：通用计算机和嵌入式计算机
通用计算机系统
巨型机、大型机、小型机、微型机 服务器、工作站、台式机、笔记本计算机
嵌入式系统
坦克、导弹、飞机、军舰、雷达 DVD机、电视机、微波炉、洗衣机、电冰箱、热水器 手机、MP3播放器、数码相机、数码摄像机、机顶盒 键盘、鼠标、闪存盘、CD-ROM、交换机、路由器
第一章 嵌入式系统概论
1.1 引言
从幼苗茁壮成长到参天大树
经过三十多年的发展，嵌入式系统从最开始的涓涓细 流，发展壮大成了目前数量最多，使用范围最广的电 子信息系统
在人们的日常生活中，嵌入式设备几乎随处可见，已 经成为生活的重要组成部分
虽然数量众多，但却不为人所知
嵌入式系统一般隐藏在产品中 在使用过程中主要完成无形的信息处理，用户不容易
可靠性高、成本低、资源受限、功耗低等等
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第一章 嵌入式系统概论
1.5 嵌入式系统的发展历史及趋势
20世纪70年代
单片机出现 1975年TI推出了第一片4位单片机——TMS-1000 1976年Intel：8048——>8051（8位）
20世纪80年代
实时操作系统出现 1981年，Ready System: VRTX32 WindRiver: VxWorks 实时性强、可靠性高
20世纪90年代
实时多任务操作系统 WindRiver: VxWorks Microsoft: WinCE 友好的图形界面
10嵌入式系统.ppt
第一章 嵌入式系统概述
➢ 嵌入式DSP处理器
(Embedded Digital Signal Processor, EDSP)
❖ DSP处理器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。 在数字滤波、FFT、频谱分析等方面DSP算法正在大量进 入嵌入式领域，DSP应用正从在通用单片机中以普通指令 实现DSP功能，过渡到采用嵌入式DSP处理器。
(MicroController Unit, MCU) 嵌入式微控制器芯片内部集成一般以：
❖ 某一种微处理器内核为核心； ❖ ROM、RAM； ❖ I/O
内部总线逻辑 片内I/O资源：定时/计数器、WDT ，RTC 片外I/O接口：GPIO、脉宽调制输出 PWM、 D/A、串
行口、红外、A/D、LCD 外部总线逻辑接口：I2C、CAN，USB，SPI
作为一种系统级芯片，SOPC具有低的设计成本和开发风险，
从而获得广泛的应用。
第一章 嵌入式系统概述
➢可编程片上系统(SOPC)
SOPC是一种可编程逻辑器件，与普通PLD相比，SOPC 具有如下特点： 1．至少包含一个嵌入式处理器内核。 2．具有一定容量的片内高速RAM。 3．具有足够的片上可编程逻辑资源。 4. 具有处理器调试接口和编程接口。
速度非常快，功耗低；但芯片结构复杂、成本昂贵
✓ 动态随机存储器，Dynamic RAM（DRAM）
速度相Hale Waihona Puke 慢，功耗高；但芯片结构简单、成本较低
ROM （Read Only Memory） ✓ ROM （Read-Only Memory） ✓ PROM（ Programmable Read-Only Memory）/[One-Time
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。
《嵌入式系统结构》课件
云计算和网络化
嵌入式系统将更多地与云计算和网络技术结 合，实现远程控制和数据传输。
定制化设计
随着应用领域的多样化，嵌入式系统的定制 化设计需求越来越高。
02
嵌入式系统硬件结构
微处理器
微处理器是嵌入式系统的核心 ，负责控制和协调整个系统的 运作。
常见的微处理器类型包括ARM 、MIPS、PowerPC等，它们 具有低功耗、高性能的特点。
嵌入式系统优化技术
01
嵌入式系统优化技术概述
介绍嵌入式系统优化的目的、方法和技巧，以及优化工具的种类和功能
。
02
代码优化技术
介绍代码优化的常用方法和技巧，如变量优化、循环优化、函数优化等
，以及如何使用代码优化提高程序执行效率和降低功耗。
03
内存优化技术
介绍内存优化的常用方法和技巧，如内存管理、内存泄漏检测和内存压
嵌入式系统硬件结构实例
ARM架构嵌入式系统
ARM处理器具有低功耗、高性能的特点，广泛应用于移动设备和物联网领域。
MIPS架构嵌入式系统
MIPS处理器具有简单高效的特点，常用于网络设备和数字电视领域。
03
嵌入式系统软件结构
嵌入式操作系统
实时性
嵌入式操作系统能够提供实时响应， 确保系统在规定时间内完成特定任务 。
《嵌入式系统结构》ppt课件
contents
目录
• 嵌入式系统概述 • 嵌入式系统硬件结构 • 嵌入式系统软件结构 • 嵌入式系统的开发工具与技术 • 嵌入式系统的应用案例
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和设备。
汽车嵌入式系统原理,设计与实现
4.常见问题与误解
4.1常见误解与误导
很多人以为汽车嵌入式系统就是普通的电子控制系统，其实这可不对。普通的电子控制系统功能比较单一，而嵌入式系统是一个复杂的、多任务处理的系统。还有人觉得这个系统只要硬件好就行了，实际上软件在其中也起着至关重要的作用，就像一个人的思想和身体都很重要一样。
4.2误区与纠正
汽车嵌入式系统原理,设计与实现
1.引言
你有没有想过，当你坐在汽车里，按下启动键的那一刻，背后有多少复杂的系统在默默工作？从控制发动机的启动到调节车内温度，这一切都离不开汽车嵌入式系统。今天呢，咱们就像拆解一个超级复杂的玩具一样，从基础到应用，一步步把汽车嵌入式系统的原理、设计与实现搞个清楚明白。这其中呀，我们会讲到它的基础概念、运行机制，还有在实际生活和高端领域的应用，也会聊聊大家对它可能存在的一些误解以及相关的知识拓展。
有些人错误地认为汽车嵌入式系统不会出现故障，这是个很大的误区。任何系统都可能出现故障，只不过好的嵌入式系统会有很多备份和纠错机制。一旦出现故障，它会尽量减少对汽车正常运行的影响，并且会及时提醒驾驶员进行维修。
5.延伸阅读与相关知识
5.1相关物理与化学知识
从物理知识的角度来看，汽车嵌入式系统中的电路部分遵循着欧姆定律等基本物理定律。比如说电流通过电路时，电压、电阻之间的关系会影响到系统各个部分的工作状态。在一些传感器中，还涉及到化学知识，比如氧传感器是通过检测尾气中的氧含量来判断燃烧是否充分，这其中就涉及到化学物质的反应原理。
2.核心原理
2.1基本概念与理论背景
汽车嵌入式系统呢，说白了就是藏在汽车里面的一个小型计算机系统。它的历史可以追溯到汽车工业发展的早期，不过那时候可没现在这么复杂。最初呀，只是一些简单的电路控制，比如控制汽车大灯的开关。随着电子技术的不断发展，这个小系统就像一个不断学习进化的小机器人，功能越来越强大。它的理论基础涵盖了计算机科学、电子工程等多方面的知识。核心概念就是把软件嵌入到硬件当中，就像把灵魂注入到躯体里一样，让硬件能够按照软件的指令去完成各种复杂的任务。
4.1常见误解与误导
很多人以为汽车嵌入式系统就是普通的电子控制系统，其实这可不对。普通的电子控制系统功能比较单一，而嵌入式系统是一个复杂的、多任务处理的系统。还有人觉得这个系统只要硬件好就行了，实际上软件在其中也起着至关重要的作用，就像一个人的思想和身体都很重要一样。
4.2误区与纠正
汽车嵌入式系统原理,设计与实现
1.引言
你有没有想过，当你坐在汽车里，按下启动键的那一刻，背后有多少复杂的系统在默默工作？从控制发动机的启动到调节车内温度，这一切都离不开汽车嵌入式系统。今天呢，咱们就像拆解一个超级复杂的玩具一样，从基础到应用，一步步把汽车嵌入式系统的原理、设计与实现搞个清楚明白。这其中呀，我们会讲到它的基础概念、运行机制，还有在实际生活和高端领域的应用，也会聊聊大家对它可能存在的一些误解以及相关的知识拓展。
有些人错误地认为汽车嵌入式系统不会出现故障，这是个很大的误区。任何系统都可能出现故障，只不过好的嵌入式系统会有很多备份和纠错机制。一旦出现故障，它会尽量减少对汽车正常运行的影响，并且会及时提醒驾驶员进行维修。
5.延伸阅读与相关知识
5.1相关物理与化学知识
从物理知识的角度来看，汽车嵌入式系统中的电路部分遵循着欧姆定律等基本物理定律。比如说电流通过电路时，电压、电阻之间的关系会影响到系统各个部分的工作状态。在一些传感器中，还涉及到化学知识，比如氧传感器是通过检测尾气中的氧含量来判断燃烧是否充分，这其中就涉及到化学物质的反应原理。
2.核心原理
2.1基本概念与理论背景
汽车嵌入式系统呢，说白了就是藏在汽车里面的一个小型计算机系统。它的历史可以追溯到汽车工业发展的早期，不过那时候可没现在这么复杂。最初呀，只是一些简单的电路控制，比如控制汽车大灯的开关。随着电子技术的不断发展，这个小系统就像一个不断学习进化的小机器人，功能越来越强大。它的理论基础涵盖了计算机科学、电子工程等多方面的知识。核心概念就是把软件嵌入到硬件当中，就像把灵魂注入到躯体里一样，让硬件能够按照软件的指令去完成各种复杂的任务。
《汽车嵌入式系统开发方法》第一讲 传统汽车电源系统
蓄电池在充放电过程中，其内部活性物质是处于化合和分解的矛
盾运动中，略去中间的化学反应，其运动过程可表示为：
PbO2 Pb 2H 2 SO4 放电 2PbSO 4 2H 2O
充电 PbO2 Pb 2H 2 SO4 2PbSO 4 2H 2O
二.蓄电池
U(A) VA VB VC
+
0
D1 A eA B eC C D2 D4 D6 eB RL D3 D5
wt
U
-
0 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 wt
三.发电机
各国生产的交流发电机都大同小异，主要由定 子、转子、滑环、电刷、整流二极管、前后端盖、 风扇及皮带轮等组成。有的还将调节器与发电机装 在一起。 交流发电机工作原理 1）发电原理
三.发电机
I
U=常数 最大电流
额定电流
n
图4 交流发电机输出特性
三.发电机
i. 定子绕组具有一定的感抗XL，因此其阻抗Z为
Z r 2 X L2
式中 r——相绕组的电阻值。 在转速较高时，r比XL小得多，而可以忽略不计。即阻抗Z约等于感 抗XL，所以转速升高时，阻抗随之增大，产生较大的内阻压降，端电 压有所下降。
二.蓄电池
蓄电池容量
蓄电池的容量是指在放电允许的范围内蓄电池输出的电量，即容量 Q等于放电电流与放电时间的乘积 蓄电池的容量与放电电流的大小及电解液的温度有关，因此，蓄电 池厂规定的标称容量，是在一定的放电电流，一定的终止电压和一定的 电解液温度下取得的，标称容量有两种：
Q It t f
1）额定容量Qe
由上述和图2可知，判断蓄电池充足电的现象是： 1) 端电压升到最大值，且两个小时内不再增加； 2) 电解液比重上升到最大值，且两个小时内不再增加； 3) 蓄电池激烈地放出大量气泡，电解液沸腾。 蓄电池的放电特性 蓄电池的放电特性是指在恒流放电过程中，蓄电池端电压U f ，电动势E和 电解液比重 15 C 随放电时间的变化规律。如图3所示。 在放电过程中，电解液比重是直线下降的，从1.27降至1.11，这是因为， 在恒流放电时，在单位时间内，蓄电池内部活性物质与电解液进行化学反应的 速度时一定的，这时所消耗的硫酸和生成的水与放电时间成正比。因而可用测 量电解液比重来判断蓄电池的放电程度，一般 每下降0.04，则蓄电池约放 15 C 电25％。 因静止电动势 E j 与成正比，故 E j 也成直线下降。
盾运动中，略去中间的化学反应，其运动过程可表示为：
PbO2 Pb 2H 2 SO4 放电 2PbSO 4 2H 2O
充电 PbO2 Pb 2H 2 SO4 2PbSO 4 2H 2O
二.蓄电池
U(A) VA VB VC
+
0
D1 A eA B eC C D2 D4 D6 eB RL D3 D5
wt
U
-
0 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 wt
三.发电机
各国生产的交流发电机都大同小异，主要由定 子、转子、滑环、电刷、整流二极管、前后端盖、 风扇及皮带轮等组成。有的还将调节器与发电机装 在一起。 交流发电机工作原理 1）发电原理
三.发电机
I
U=常数 最大电流
额定电流
n
图4 交流发电机输出特性
三.发电机
i. 定子绕组具有一定的感抗XL，因此其阻抗Z为
Z r 2 X L2
式中 r——相绕组的电阻值。 在转速较高时，r比XL小得多，而可以忽略不计。即阻抗Z约等于感 抗XL，所以转速升高时，阻抗随之增大，产生较大的内阻压降，端电 压有所下降。
二.蓄电池
蓄电池容量
蓄电池的容量是指在放电允许的范围内蓄电池输出的电量，即容量 Q等于放电电流与放电时间的乘积 蓄电池的容量与放电电流的大小及电解液的温度有关，因此，蓄电 池厂规定的标称容量，是在一定的放电电流，一定的终止电压和一定的 电解液温度下取得的，标称容量有两种：
Q It t f
1）额定容量Qe
由上述和图2可知，判断蓄电池充足电的现象是： 1) 端电压升到最大值，且两个小时内不再增加； 2) 电解液比重上升到最大值，且两个小时内不再增加； 3) 蓄电池激烈地放出大量气泡，电解液沸腾。 蓄电池的放电特性 蓄电池的放电特性是指在恒流放电过程中，蓄电池端电压U f ，电动势E和 电解液比重 15 C 随放电时间的变化规律。如图3所示。 在放电过程中，电解液比重是直线下降的，从1.27降至1.11，这是因为， 在恒流放电时，在单位时间内，蓄电池内部活性物质与电解液进行化学反应的 速度时一定的，这时所消耗的硫酸和生成的水与放电时间成正比。因而可用测 量电解液比重来判断蓄电池的放电程度，一般 每下降0.04，则蓄电池约放 15 C 电25％。 因静止电动势 E j 与成正比，故 E j 也成直线下降。
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第三阶段:SoC系统 以性能极高的32位甚 至64位嵌入式处理器 为核心,在对海量离 散时间信号要求快速 处理的场合使用DSP 作为协处理器。为满 足汽车系统不断扩展 的嵌入式应用需求, 不断提高处理速度, 增加存储容量与集成 度。在嵌入式操作系 统的支持下具有实时 多任务处理能力,同 时与网络的耦合更为 紧密。
ABS/ASR/ACC集成化系统是综合了制动防抱死功能(ABS)、驱动防 滑功能(ASR)和自适应巡航功能(ACC)的汽车新型主动安全系统,系统 结构。
嵌入式系统在 ABS/ASR/ACC集 成化控制系统
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第二阶段:MCU系统 以高档的8位和16位处理 器为核心,集成了较多外 部接口功能单元,如A/D转 换、PWM、PCA、 Watchdog、高速I/O口等, 配置了芯片间的串行总线; 软件结构比较复杂,程序 数据量有明显增加。 第二代汽车嵌入式系统能 够完成简单的实时任务, 目前在汽车电控系统中得 到了最广泛的应用,如 ABS系统、智能安全气囊、 主动悬架以及发动机管理 系统等。
三、SoC系统的典型应用
汽车SoC系统是嵌入式技术在汽车 电子上的高端应用,满足了现代汽 车电控系统功能不断扩展、逻辑 渐趋复杂、子系统间通信频率不 断提高的要求,代表着汽车电子技 术的发展趋势。 汽车嵌入式SoC系统主要应用在混 合动力总成、底盘综合控制、汽 车定位导航、车辆状态记录与监 控等领域。
嵌入式系统诞生于微型机时代,经历了漫长的独立发展的单 片机道路。嵌入式系统的核心是嵌入式微处理器。与嵌入式 微处理器的发展类似,汽车嵌入式系统也可以分为三个发展阶 段。
三个发展阶段
第一阶段:SCM系 统 以4位和低档8位微 处理器为核心,将 CPU和外围电路集 成到一个芯片上, 配置了外部并行总 线、串行通讯接口、 SFR模块和布尔指 令系统。硬件结构 和功能相对单一、 处理效率低、存储 容量小、软件结构 也比较简单,不需 要嵌入操作系统。
汽车嵌入式系统
1 汽车嵌入式系统基础
CONTENTS
2 汽车嵌入式系统发展历程
目
录
3 SoC系统的典型应用
一、汽车嵌入式系统基础
二、汽车嵌入式系统发展历程
众所周知嵌入式系统有体积小、低功耗、集成度高、子系统 间能通信融合的优点，这就决定了它非常适合应用于汽车工 业领域，另外随着汽车技术的发展以及微处理器技术的不断 进步,就使得嵌入式系统在汽车电子技术中得到了广泛应用。 目前,从车身控制、底盘控制、发动机管理、主被动安全系统 到车载娱乐、信息系统都离不开嵌入式技术的支持。