課程性質和內容邢吉生等著.《嵌入式系統設計及應用》北京：北京大學出版社杜春雷編著，《ARM體系結構與編程》，清華大學出版社孫瓊等，《嵌入式linux應用程序開發詳解》，人民郵電出版社韋東山，《嵌入式Linux應用開發完全手冊》人民郵電出版社劉淼編著，《嵌入式系統接口設計與linux驅動程序開發》，北京航空航天大學出版社學時分配和考核方式參考教材第1章嵌入式系統開發與應用概述第1章目錄1.1嵌入式系統簡介1.2基于ARM的嵌入式開發環境概述1.3各種ARM開發工具簡介1.4如何學習基于ARM嵌入式系統開發1.1嵌入式系統簡介1.1.1嵌入式系統的基本概念一、定義

以應用為中心、以計算機技術為基礎、軟件硬件可裁剪、適應應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統。嵌入式系統單片機系統目前嵌入式系統的主流是以32位嵌入式微處理器為核心的硬件設計和基于實時操作系統（RTOS）的軟件設計。單片機系統多為4位、8位、16位機，不適合運行操作系統，難以進行復雜的運算及處理功能。嵌入式系統強調基于平臺的設計、軟硬件協同設計，單片機大多采用軟硬件流水設計。嵌入式系統設計的核心是軟件設計（占70%左右的工作量），單片機系統軟硬件設計所占比例基本相同。嵌入式系統PC機嵌入式系統一般是專用系統，而PC是通用計算平臺。嵌入式系統的資源比PC少得多。嵌入式系統軟件故障帶來的后果比PC機大得多。嵌入式系統一般采用實時操作系統。嵌入式系統大都有成本、功耗的要求。嵌入式系統得到多種微處理體系的支持。嵌入式系統需要專用的開發工具。嵌入式系統與單片機、PC相比的優勢

采用32位RISC嵌入式微處理器和實時操作系統組成的嵌入式控制系統，與傳統基于單片機的控制系統和基于PC的控制方式相比，具有以下突出優點：性能方面：采用32位RISC結構微處理器，主頻從130MHz到1GHz以上，處理能力大大超出單片機系統，接近PC機的水平，但體積更小，能夠真正地“嵌入”到設備中；實時性方面：嵌入式控制器內嵌實時操作系統（RTOS），能夠完全保證控制系統的強實時性；人機交互方面：嵌入式控制器可支持大屏幕的液晶顯示器，提供功能強大的圖形用戶界面，這方面與PC機相比毫不遜色；系統升級方面：嵌入式控制器可為控制系統專門設計，其功能專一，成本較低，而且開放的用戶程序接口（API）保證了系統能夠快速升級和更新。現實中的嵌入式系統二、應用

各行各業。神州飛船、長征火箭、導彈的制導系統、高檔汽車、全自動洗衣機、電腦電飯煲、手機、PDA、MP3、可視電話等都屬于嵌入式系統設備。

嵌入式系統示例——汽車控制系統汽車電子產品（18個嵌入式控制模塊）——CAN總線網絡VOLVOS80汽車的CAN總線網絡馬達控制器車燈嵌入式系統示例——汽車控制系統尾燈控制系統后車門控制系統前車門控制系統座椅控制系統發動器控制系統所有的控制系統都是一個完整的嵌入式系統智能玩具與機器人嵌入式技術應用——工業控制工業方面：機床、冶金、電子、交通、航空航天等行業技術升級的重要基礎；阿富汗參加反恐作戰的“赫耳墨斯”價值4萬美元，可攜帶2架攝像機，發揮了很好作用。軍事偵察2002年11月28日，以色列一選舉投票點，發生槍擊事件，造成至少7人死亡，數十人受傷。以警方用機器人在檢查一具巴勒斯坦槍手的尸體.反恐防暴微型飛行器---“黑寡婦”空中飛行器嵌入式系統與機器人技術圖：卡耐基梅隆大學和瑞士EPFL研制的機器人控制器（采用卡西歐PDA和WindowsCE）

基于WinCE的移動機器人平臺基于RTLinux的仿人機器人

高48cm

重:6kg

靈活性：20DOF操作系統:RT-Linux

接口形式:USB1.0(12Mbps)響應周期:1ms

能源：DC24Vx6.2A(150W)制造：富士通基于VXworks的火星探路者2004年“勇氣號”再次登陸火星三、嵌入式系統的未來

早在1990年之前，嵌入式系統通常是很簡單的且具有很長的產品生命周期的自主設備。近些年來，嵌入式工業經歷了巨大的變革。產品市場窗口現在預計翻番的周期狂熱到6～9個月。全球重新定義市場的機會和膨脹的應用空間?；ヂ摤F在是一個需求而不是輔助性的，包括用有線和剛剛顯露頭角的無線技術?；陔娮拥漠a品更復雜化?；ヂ撉度胧较到y產生新的依賴網絡基礎設施的應用。微處理器的處理能力按莫爾定律（Moore’sLaw）預計的速度在增加。該定律認為集成電路和晶體管個數每18個月翻一番。1.1.2嵌入式系統的體系結構

一、嵌入式系統的組成處理器存儲器輸入輸出操作系統應用程序軟件結構硬件結構二、嵌入式系統的軟/硬件框架（體系結構）1.2基于ARM的嵌入式開發環境概述

1.2.1交叉開發環境交叉開發：是指在一臺通用計算機上進行軟件的編輯編譯，然后下載到嵌入式設備中進行運行調試的開發方式。宿主機：開發計算機。目標機：嵌入式設備。交叉開發環境組成：由運行于宿主機上的交叉開發軟件（最少必須包含編譯調試模塊）、宿主機到目標機的調試通道（一般3種：JTAG仿真器、Angel調試監控軟件、在線仿真器ICE）組成。交叉開發軟件：一般為一個整合編輯、編譯匯編鏈接、調試、工程管理及函數庫等功能模塊的集成開發環境IDE（IntegratedDevelopmentEnvironment）。

1.2.2模擬開發環境模擬開發環境是建立在交叉開發環境基礎之上，提供一個在宿主機上模擬目標機的環境，使得開發好的程序直接在這個環境里運行調試。一般使用指令集模擬器，模擬調試只能作為一種初步調試，最終還必須在真實的硬件環境中實際運行調試，完成整個應用的開發。

1.2.3評估電路板

評估電路板，也稱作開發板，一般用來作為開發者學習板、實驗板，可以作為應用目標板出來之前的軟件測試、硬件調試的電路板。好的評估電路板一般文檔齊全，對處理器的常用功能模塊和主流應用都有硬件實現，并提供電路原理圖和相關開發例程與源代碼供用戶設計自己的應用目標板和應用程序作參考。選購合適于自己實際應用的開發板可以加快開發進度，可以減少自行設計開發的工作量。1.3各種ARM開發工具簡介

目前世界上有幾十多家公司提供不同類別的ARM開發工具產品，根據功能的不同，分別有編譯軟件、匯編軟件、鏈接軟件、調試軟件、嵌入式操作系統、函數庫、評估板、JTAG仿真器、在線仿真器等。有些工具是成套提供的，有些工具則需要組合使用。1.3.1ARMADS本課程實驗使用，ARM公司開發，5500-6500美圓。6部分組成：代碼生成工具（CodeGenerationTools）：由源程序編譯、匯編、鏈接工具集組成。集成開發環境（CodeWarriorIDEfromMetrowerks）：包含工程管理器、代碼生成接口、語法敏感編輯器、源文件和類瀏覽器、源代碼版本控制系統接口、文本搜索引擎等。

圖1-3-1源程序窗口調試器（Debuggers）：ARM擴展調試器AXD（ARMeXtendedDebugger）、ARM符號調試器armsd（ARMsymbolicdebugger）。AXD基于Windows9X/NT風格，具有一般意義上調試器的所有功能，包括簡單和復雜斷點設置、棧顯示、寄存器和存儲區顯示、命令行接口等。Armsd

作為一個命令行工具輔助調試或者用在其他操作系統平臺上。圖1-3-2AXD窗口指令集模擬器（InstructionSetSimulators）：用戶使用指令集模擬器無需任何硬件即可在PC機上完成一部分調試工作。ARM開發包（ARMFirmwareSuite）：由一些底層的例程和庫組成，具體包括系統啟動代碼、串行口驅動程序、時鐘例程、中斷處理程序等，Angel調試軟件也包含在其中。ARM應用庫（ARMApplicationsLibrary）：函數庫，同時還包括一些相當有用的提供了源代碼的例程。其它開發工具大家也可嘗試。1.4如何學習基于ARM嵌入式系統開發

基本硬件知識；指令系統，應用編程，要掌握C、C++及匯編語言程序設計（至少會C），對處理器的體系結構、