1、什么是嵌入式系統什么是嵌入式系統q嵌入式系統是 的計算機系統。理性的分析理性的分析它是一個系統它是一個系統涵蓋知識范圍極廣涵蓋知識范圍極廣對計算機根底課程的系統總結對計算機根底課程的系統總結感性的分析感性的分析技術新技術新市場大市場大好就業好就業學嵌入式有前途嗎學嵌入式有前途嗎?因為嵌入式工程師職業開展好，薪資待遇因為嵌入式工程師職業開展好，薪資待遇高，所以是二十一世界最熱門的行業之一。高，所以是二十一世界最熱門的行業之一。參加嵌入式開發培訓，你會發現：高薪木參加嵌入式開發培訓，你會發現：高薪木有問題！升職木有問題！跳槽木有問題！有問題！升職木有問題！跳槽木有問題！來源于互聯網來源于互聯網嵌入

2、式系統可說是麻雀雖小五臟俱全，雖然沒嵌入式系統可說是麻雀雖小五臟俱全，雖然沒有有PC和效勞器那么復雜，但計算機系統的各種和效勞器那么復雜，但計算機系統的各種組成一樣也不缺。組成一樣也不缺。來源于互聯網來源于互聯網 使學生可以掌握嵌入式系統設計和應用的根本方使學生可以掌握嵌入式系統設計和應用的根本方法。法。理解包括嵌入式微控制理解包括嵌入式微控制/微處理器、嵌入式程序微處理器、嵌入式程序設計、實時操作系統、設計方法學、軟件硬件設計、實時操作系統、設計方法學、軟件硬件協同設計、硬件建模和計算機輔助設計等知識，協同設計、硬件建模和計算機輔助設計等知識，并完成必要的理論。并完成必要的理論。來自大綱模擬

3、電子技術模擬電子技術數字電路與邏輯設計數字電路與邏輯設計計算機組成原理計算機組成原理計算機接口技術計算機接口技術操作系統操作系統計算機程序設計計算機程序設計q匯編qC嵌入式系統概述嵌入式系統概述嵌入式微處理器嵌入式微處理器(ARM)嵌入式程序設計嵌入式程序設計(ARM)嵌入式系統構建嵌入式系統構建(ARM)實時操作系統實時操作系統(uC/OS)平時成績：平時成績：10實驗成績：實驗成績：20筆試閉卷：筆試閉卷：70?嵌入式系統設計教程嵌入式系統設計教程?馬洪連馬洪連 等編等編 電子工業出版社電子工業出版社?嵌入式系統開發與應用嵌入式系統開發與應用?田澤田澤 編編 北京航空航天大學出版社北京航空

4、航天大學出版社?ARM體系構造與編程體系構造與編程?杜春雷杜春雷 編編 清華大學出版社清華大學出版社?ARM嵌入式系統教程嵌入式系統教程?張石張石 等編等編 機械工業出版社機械工業出版社?嵌入式實時操作系統嵌入式實時操作系統C/OS-2?美著美著 邵貝貝邵貝貝 等譯等譯 北航出北航出?嵌入式操作系統根底嵌入式操作系統根底C/OS-和和Linux?任哲任哲 等編等編 北京航空航天大學出版社北京航空航天大學出版社 聽課聽課 看參考設計看參考設計 讀例如代碼讀例如代碼 嘗試制作評估板嘗試制作評估板 參加產品設計參加產品設計 請教、討論、交流請教、討論、交流 循序漸進、系統深化循序漸進、系統深化由于信

5、息技術、網絡技術的高速開展和后由于信息技術、網絡技術的高速開展和后PC時代的到來，嵌入式系統已經廣泛浸透時代的到來，嵌入式系統已經廣泛浸透到科學研究、工程設計、軍事技術、各類產到科學研究、工程設計、軍事技術、各類產業和商業文化藝術以及人們的日常生活中。業和商業文化藝術以及人們的日常生活中。嵌入式系統應用的例子比比皆是。可以說，嵌入式系統應用的例子比比皆是。可以說，嵌入式系統無所不在、無處不在。嵌入式系統無所不在、無處不在。消費電子消費電子信息家電信息家電汽車電子汽車電子機器人機器人q智能玩具q工業機器人q軍用機器人工業國防工業國防嵌入式系統的應用范圍如此之廣，涉及面如嵌入式系統的應用范圍如此之

6、廣，涉及面如此之大，以致于有些學者斷言嵌入式技術將此之大，以致于有些學者斷言嵌入式技術將成為后成為后PC時代的主宰。時代的主宰。 簡單的講，就是嵌入到對象體中的專用計算機系簡單的講，就是嵌入到對象體中的專用計算機系統。統。嵌入式系統嵌入式系統三要素三要素 ：q嵌入性：嵌入性：嵌入到對象體系中，有對象環境要求嵌入到對象體系中，有對象環境要求 。q專用性：專用性：軟、硬件按對象要求裁減。軟、硬件按對象要求裁減。q計算機：計算機：實現對象的智能化功能實現對象的智能化功能 。IEEEInstitute of Electrical and Electronics Engineers的定義的定義 ：dev

7、ices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants 用于控制、監視或者用于控制、監視或者輔助操作設備和機器的裝置輔助操作設備和機器的裝置 目前國內一個普遍被認同的定義是：目前國內一個普遍被認同的定義是： 以應用為中心、以計算機技術為根底，以應用為中心、以計算機技術為根底，軟、硬軟、硬 件可裁剪，適應應用系統對功能、可靠件可裁剪，適應應用系統對功能、可靠性、本錢、體積、功耗等嚴格要求的專用計算機性、本錢、體積、功耗等嚴格要求的專用計算機系統。系統。 從技術角度從技術角度嵌

8、入式系統是將應用程序、操作系統和計算機嵌入式系統是將應用程序、操作系統和計算機硬件集成在一起的系統。硬件集成在一起的系統。從系統角度從系統角度嵌入式系統是設計完成復雜功能的硬件和軟件，嵌入式系統是設計完成復雜功能的硬件和軟件，并使其嚴密耦合在一起的計算機系統。并使其嚴密耦合在一起的計算機系統。注：軟件注：軟件+硬件硬件廣義的講，但凡帶有智能處理器的專用軟硬件廣義的講，但凡帶有智能處理器的專用軟硬件系統都可稱為嵌入式系統。系統都可稱為嵌入式系統。早期的嵌入式系統包含早期的嵌入式系統包含3個部分：硬件平臺、個部分：硬件平臺、嵌入式實時操作系統和應用程序；嵌入式實時操作系統和應用程序；經過不斷開展，

9、在硬件平臺和操作系統之間演化經過不斷開展，在硬件平臺和操作系統之間演化出了新的一層出了新的一層硬件抽象層；硬件抽象層；硬件抽象層屏蔽了底層硬件的多樣性，操作系統硬件抽象層屏蔽了底層硬件的多樣性，操作系統不再直接面對詳細的硬件環境，而是由硬件抽象不再直接面對詳細的硬件環境，而是由硬件抽象層代表的、邏輯上的硬件環境。層代表的、邏輯上的硬件環境。板級支持包是大多數商用嵌入式操作系統實板級支持包是大多數商用嵌入式操作系統實現可移植性所采用的一種方案，是硬件抽象現可移植性所采用的一種方案，是硬件抽象層的一種實現。層的一種實現。專用性專用性采用專門的處理器采用專門的處理器功能算法的專用性功能算法的專用性系

10、統對用戶是透明的，用戶無需理解內部設計細節系統對用戶是透明的，用戶無需理解內部設計細節小型化資源有限小型化資源有限構造緊湊、鞏固可靠、計算資源有限構造緊湊、鞏固可靠、計算資源有限軟硬件設計一體化軟硬件設計一體化硬件與軟件的依賴性強，一般需要協同設計硬件與軟件的依賴性強，一般需要協同設計應用軟件與操作系統的一體化設計應用軟件與操作系統的一體化設計需要穿插開發環境需要穿插開發環境本身資源受限，開發由宿主機完成本身資源受限，開發由宿主機完成20世紀70年代單片機的出現，這時的應用只是使用8位的芯片執行一些單線程的程序，還談不上“系統的概念。20世紀80年代出現商業級的嵌入式“操作系統一個實時核，并在

11、其上編寫嵌入式應用軟件。獲取更短的開發周期 更高的開發效率“嵌入式系統真正出現20世紀90年代以后，隨著對實時性要求的進步，軟件規模不斷上升，實時核逐漸開展為實時多任務操作系統RTOS，并作為一種軟件平臺逐步成為目前國際嵌入式系統的主流。商業化的嵌入式實時內核開場出現，如VTRX32，PSOS，VxWorks等按表現形式分硬件范疇按表現形式分硬件范疇 ：系統級：各種類型的工控機、系統級：各種類型的工控機、PC104模塊。模塊。板級：各種類型的帶板級：各種類型的帶CPU的主板及的主板及OEM產產品。品。片級：各種以單片機、片級：各種以單片機、DSP、微處理器為核心的、微處理器為核心的產品。產品。

12、按實時性要求分軟件范疇按實時性要求分軟件范疇 ：非實時系統非實時系統PDA軟實時系統消費類產品軟實時系統消費類產品超時會導致性能下降超時會導致性能下降硬實時系統工業和軍工系統硬實時系統工業和軍工系統超時會導致系統失敗超時會導致系統失敗 嵌入式系統硬件的核心部件是嵌入式處理嵌入式系統硬件的核心部件是嵌入式處理器，按嵌入式處理器用處可分為：器，按嵌入式處理器用處可分為：嵌入式微控制器嵌入式微控制器Micro Controller Unit MCU嵌入式嵌入式DSPDigital Signal Processor嵌入式微處理器嵌入式微處理器Micro Processor Unit MPUSOCSys

13、tem On ChipSOPCSystem On Programmable Chip嵌入式微控制器的典型代表是單片機。嵌入式微控制器的典型代表是單片機。單片機芯片內部集成了單片機芯片內部集成了ROM/EPROM，RAM，總線，總線，定時器定時器/計數器，看門狗，計數器，看門狗，I/O，串行口，脈寬調制輸，串行口，脈寬調制輸出，出，A/D，D/A,FLASH,E2PROM 等。等。微控制器是目前嵌入式系統工業的主流。微控制器是目前嵌入式系統工業的主流。微控制器的片上外設資源豐富，合適用于控制，因此微控制器的片上外設資源豐富，合適用于控制，因此稱為微控制器。稱為微控制器。又如：又如：ARM Cor

14、tex-M3DSP處理器是專門用于信號處理方面的處理器，其在系統構造和指令算法方面進展了特殊設計，具有很高的編譯效率和指令執行速度。在數字濾波、FFT、頻譜分析等儀器上，DSP獲得了大規模的應用。特點：配有專用的硬件乘法-累加器 具有特殊的DSP指令 等等嵌入式微處理器是由通用計算機中的嵌入式微處理器是由通用計算機中的CPU演變而來。具有演變而來。具有32位以上的總線，在位以上的總線，在實際嵌入式應用中，它只保存與嵌入式應用實際嵌入式應用中，它只保存與嵌入式應用嚴密相關的功能硬件以實現嵌入式應用的特嚴密相關的功能硬件以實現嵌入式應用的特殊要求。目前主要的嵌入式處理器類型有殊要求。目前主要的嵌入

15、式處理器類型有ARM、MIPS、POWER PC等。等。與嵌入式微控制器的區別大體上與嵌入式微控制器的區別大體上微控制器微控制器存儲器在片內存儲器在片內微處理器微處理器存儲器在片外存儲器在片外Intel 4004 MicroprocessorqIntroduced in 1970First microprocessor4 bit architecture !q2,250 transistorsq12 mm2qClock: 108 kHzIntroduced in 19748-bit architectureStill used in some microcontroller applicati

16、ons !Introduced in 197929,000 transistors33 mm2Clock: 5 MHz16 bit architectureIntroduced in 1985275,000 transistors43 mm2Clock: 16 MHz32 bit architectureIntroduced in 19891,200,000 transistors81 mm2Clock: 25 MHz32 bit architectureq1st pipelined implementation of IA32Introduced in 19933,100,000 trans

17、istors296 mm2Clock: 60 MHz32 bit architectureq1st superscalar implementation of IA32StateqRegistersqMemoryControl ROMCombinational logic將通用處理器的將通用處理器的IP核和功能模塊的核和功能模塊的IP核按核按用戶要求組成系統，仿真后提交芯片廠商消費。用戶要求組成系統，仿真后提交芯片廠商消費。也可下載到也可下載到FPGA中。百萬門絕大部分系中。百萬門絕大部分系統構件都在系統內部。統構件都在系統內部。SOC技術與前三種技術與前三種嵌入式處理器是不一樣的嵌入式處理器

18、是不一樣的用可編程邏輯技術把整個系統放到一塊硅片上，稱作用可編程邏輯技術把整個系統放到一塊硅片上，稱作SOPC。可編程片上系統。可編程片上系統SOPC是一種特殊的嵌入是一種特殊的嵌入式系統：式系統：首先它是片上系統首先它是片上系統SOC，即由單個芯片完成整個系統，即由單個芯片完成整個系統的主要邏輯功能；的主要邏輯功能；其次，它是可編程系統，具有靈敏的設計方式，可裁減、其次，它是可編程系統，具有靈敏的設計方式，可裁減、可擴大、可晉級，并具備軟硬件在系統可編程的功能。可擴大、可晉級，并具備軟硬件在系統可編程的功能。嵌入式系統軟件一般由嵌入式操作系統和應用嵌入式系統軟件一般由嵌入式操作系統和應用軟件組成軟件組成 ；操作系統是連接計算機硬件與應；操作系統是連接計算機硬件與應用程序的系統程序，從實時性的角度來看，可用程序的系統程序，從實時性的角度來看，可分為：分為：非實時操作系統如非實時操作系統如Linux等等實時操作系統實時操作系統RTOS：計算的正確性不僅取：計算的正確