嵌入式系统设计ppt课件

• 1.1 嵌入式系统定义 • 1.2 嵌入式系统的特点 • 1.3 嵌入式系统的分类 • 1.4 嵌入式系统的应用 • 1.5 嵌入式系统的发展 • 1.6 通用计算机与嵌入式系统对比
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1.1 嵌入式系统定义
• 嵌入式系统（Embedded system），是一种
“完全嵌入受控器件内部，为特定应用而设计的 专用计算机系统”，根据英国电器工程师协会 （ U.K. Institution of Electrical Engineer） 的定义，嵌入式系统为“用于控制、监视或者辅 助操作机器和设备的装置”。
1.2 嵌入式系统的特点
• （6）专门的开发工具和环境。系统开发需要开发
工具和环境。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。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。
• （2）专用性强。嵌入式系统的个性化很强，其中的
软件系统和硬件的结合非常紧密，一般要针对硬件进行 系统的移植，即使在同一品牌、同一系列的产品中也需 要根据系统硬件的变化和增减不断进行修改。同时针对 不同的任务，往往需要对系统进行较大更改，程序的编8
1.2 嵌入式系统的特点
• （3）系统精简。嵌入式系统一般没有系统软件和应用
• 国内普遍认同的嵌入式系统定义为：以应用为中
心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应 应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等 严格要求的专用计算机系统。
• 一般而言，嵌入式系统的构架可以分成四个部分：
处理器、存储器、输入输出（I/O）和软件。 7
1.2 嵌入式系统的特点
嵌入式系统的几个重要特征：
【自举（bootstrapping）一词来自于人都是靠自身的“自举”机构站 立起来的这一思想。计算机必须具备自举能力将自己所有的元件激活， 以便能完成加载操作系统这一目的，然后再由操作系统承担起那些单 靠自举代码无法完成的更复杂的任务。自举只有两个功能：加电自检 和磁盘引导。】
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1.3 嵌入式系统的分类
• （1）系统内核小。由于嵌入式系统一般是应用于小
型电子装置的，系统资源相对有限，所以内核较之传统 的操作系统要小得多。
内核，是一个操作系统的核心。是基于硬件的第一层软 件扩充，提供操作系统的最基本的功能，是操作系统工 作的基础，它负责管理系统的进程、内存、 内核体系结 构设备驱动程序、文件和网络系统，决定着系统的性能 和稳定性。
• 与个人计算机这样的通用计算机系统不同，嵌入
式系统通常执行的是带有特定要求的预先定义的 任务。由于嵌入式系统只针对一项特殊的任务， 设计人员能够对它进行优化，减小尺寸降低成本。
• 嵌入式系统通常进行大量生产，所以单个的成本 6
1.1 嵌入式系统定义
• 嵌入式系统的核心是由一个或几个预先编程好以
用来执行少数几项任务的微处理器或者单片机组 成。与通用计算机能够运行用户选择的软件不同， 嵌入式系统上的软件通常是暂时不变的，所以经 常称为“固件”。
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1.4 嵌入式系统的应用
（1）工业控制 基于嵌入式芯片的工业自动化设备将获得长足的发展，
目前已经有大量的8、16、32 位嵌入式微控制器在应用 中，网络化是提高生产效率和产品质量、减少人力资源主 要途径，如工业过程控制、数字机床、电力系统、电网安 全、电网设备监测、石油化工系统。就传统的工业控制产 品而言，低端型采用的往往是8位单片机。但是随着技术 的发展，32位、64位的处理器逐渐成为工业控制设备的 核心，在未来几年内必将获得长足的发展。
– 嵌入式DSP处理器(Digital Signal Processor，DSP)
– 嵌入式片上系统(System On Chip，SoC)
（见表1-3, P5）
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冯·诺依曼结构 ：单一存储、统一编址、分时复用
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哈佛结构：分开存储、独立编址、两倍 Nhomakorabea宽、效率更 高
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CISC vs RISC
的网络化、智能化将引领人们的生活步入一个崭新的空间。 即使你不在家里，也可以通过电话线、网络进行远程控制。 在这些设备中，嵌入式系统将大有用武之地。 （4）家庭智能管理系统
软件的明显区分，不要求其功能设计及实现上过于复杂， 这样一方面利于控制系统成本，同时也利于实现系统安全。
• （4）高实时性。高实时性的系统软件(OS)是嵌入式软
件的基本要求。而且软件要求固态存储，以提高速度；软 件代码要求高质量和高可靠性。
• （5）多任务的操作系统。嵌入式软件开发要想走向标
准化，就必须使用多任务的操作系统。嵌入式系统的应用 程序可以没有操作系统而直接在芯片上运行；但是为了合 理地调度多任务，利用系统资源、系统函数以及专家库函 数接口，用户必须自行选配RTOS (Real Time Operating System)开发平台，这样才能保证程序执行的实时性、可 9
（2）交通管理 在车辆导航、流量控制、信息监测与汽车服务方面，
嵌入式系统技术已经获得了广泛的应用，内嵌GPS模块、 GSM模块的移动定位终端已经在各种运输行业获得了成 功的使用。目前GPS设备已经从尖端产品进入了普通百姓15
1.4 嵌入式系统的应用
（3）信息家电 这将称为嵌入式系统最大的应用领域，冰箱、空调等
（1）体系结构。普林斯顿结构（冯·诺依曼结构 ）和哈佛结 构
（2）指令集。CISC（复杂指令系统）和RISC（精简指令 系统）
（见表1-2, P4）
（3）嵌入式处理器种类。一般可以将嵌入式处理器分成4 类，即
– 嵌入式微处理器(Micro Processor Unit，MPU)
– 嵌入式微控制器(Micro Controller Unit，MCU单片机)
STM32嵌入式微控器 快速上手
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参考资料
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考试形式
• 总成绩 = 实验40%+平时10%+期末
50%
• 实验时间：1-17周,双周周五上午8:00 • 实验地点：电子楼119
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主要内容
– 1. 嵌入式系统简介 – 2. STM32简介 – 3. 教学开发板 – 4. 工程模板的建立
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1. 嵌入式系统简介