嵌入式系统概述(浙江大学)解析
嵌入式系统概论
嵌入式系统概论嵌入式系统是一种特殊的计算机系统，它被嵌入到其他设备中，以完成特定的功能或任务。
嵌入式系统广泛应用于各个领域，如家电、汽车、医疗设备、通信设备等。
本文将介绍嵌入式系统的基本概念、特点、应用领域以及发展趋势。
一、嵌入式系统的基本概念嵌入式系统是由硬件和软件组成的一种特殊计算机系统。
与通用计算机系统相比，嵌入式系统具有以下几个特点：1. 特定功能：嵌入式系统被设计用于执行特定的功能或任务，例如控制家电设备、驾驶汽车、监测环境等。
2. 实时性：嵌入式系统通常需要实时响应外部事件，确保系统能够及时做出反应。
3. 资源受限：由于嵌入式系统通常运行在资源受限的环境中，如处理能力、存储容量、能耗等都有限制。
4. 可靠性：嵌入式系统对系统的可靠性要求很高，一旦出现故障可能会对用户的生命财产安全造成影响。
二、嵌入式系统的应用领域嵌入式系统广泛应用于各个领域，以下列举几个典型的应用领域：1. 汽车领域：现代汽车中的嵌入式系统包括发动机控制单元(ECU)、车载娱乐系统、安全系统等，它们协同工作以提供稳定、安全的驾驶体验。
2. 家电领域：智能家居中的嵌入式系统能够实现家电设备的远程控制、能耗监测以及与其他设备的联动等功能。
3. 医疗设备领域：医疗设备中的嵌入式系统用于监测病人的生命体征、控制手术设备等，对病人的诊断和治疗起到重要作用。
4. 工业控制领域：嵌入式系统在工业自动化领域中广泛应用，用于控制生产线、监测设备状态、优化生产过程等。
三、嵌入式系统的发展趋势随着科技的不断进步，嵌入式系统也在不断发展。
以下是几个嵌入式系统的发展趋势：1. 物联网：随着物联网的兴起，越来越多的设备将与互联网连接，嵌入式系统将扮演连接设备与互联网的桥梁，实现设备之间的通信与协同工作。
2. 人工智能：人工智能技术的发展将为嵌入式系统带来更多的智能化能力，使其能够识别、理解和响应更复杂的指令或环境变化。
3. 虚拟化技术：虚拟化技术可以将多个嵌入式系统虚拟化为一个物理平台，提高系统的资源利用率和灵活性。
嵌入式系统概述(浙江大学)
嵌入式系统与桌面通用系统的区别(3/7)
嵌入式系统中使用的操作系统一般是实时操作系统 嵌入式实时操作系统数量众多，如：
VxWorks Windows CE pSOS QNX uc／OS
嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技 术为基础，采用可剪裁软硬件，适用于对 功能、可靠性、成本、体积、功耗等有严 格要求的专用计算机系统。
计算机应用领域的划分
小型专用型
桌面通用型
高端服务型
嵌入式系统与桌面通用系统的区别(1/7)
嵌入式系统中运行的任务是专用而确定的
心脏监视器只需运行信号输入、信号处理、心电图显示任务 如要更改任务，需要对整个系统进行重新设计或在线维护
早期：10％；90年代初：30％；目前：80～90％
嵌入式系统开发工具越来越丰富 嵌入式系统产业链形成
前车门控 制系统 发动器控 制系统
座椅控制 系统
后车门控 制系统
尾灯控制 系统
所有的控 制系统都 是一个完 整的嵌入 式系统
马达 控制器 车灯
两大分支
嵌入式软件市场规模
• 全球规模600亿美元，过去三年中，年均增长速度超过 12.5%。
嵌入式系统与桌面通用系统的区别(7/7)
嵌入式系统开发是一项综合的计算机应用技术
系统结构：状态控制器、中断控制器处理 汇编语言：操纵外围设备、端口 操作系统：设置运行任务、通讯、互斥 编译原理：交叉编译、bootloader加载
提纲
嵌入式系统的发展历程
嵌入式系统出现于20世纪60年代，40多年来随着计算机技 术、电子信息技术的发展，嵌入式系统的各项技术蓬勃发 展，市场迅猛扩大，已深入生产和生活的各个角落。
浙江大学本科课程简介和教学大纲
课程简介和教学大纲课程代码：15120660 课程名称：嵌入式系统设计学分： 5.0 周学时：4.0-2.0面向对象：大学本科生预修课程要求：微机原理、C程序设计一、课程介绍（100-150字）（一）中文简介《嵌入式系统设计》是工科学生学习掌握嵌入式系统的结构原理、ARM处理器核的设计原理和方法、理解操作系统的基本原理、学习掌握嵌入式应用软件开发的主要流程和相关技术的一门课程，重点在于理解ARM体系结构及其组成嵌入式系统的结构原理基础上，培养学生具备初步的嵌入式系统软硬件设计开发能力。
课程内容主要包括ARM处理器核的设计原理，ARM体系结构，ARM编程模型及指令集，ARM调试结构与存储器层次，操作系统的I/O接口技术、操作系统进程与线程的概念和管理、并发、进程间通信，操作系统的内存管理策略，调度算法和实时调度算法等内容，并以树莓派实验板为基础进行相应的实验设计，掌握嵌入式系统设计开发能力。
（二）英文简介《Embedded System Design》is one of the basic courses for engineering students to master the structural principle of embedded system, principle and method of ARM core design, basic principle of operating system, the main process of embedded application software development and related technologies. The priority of this course is making students have an initial capacity of embedded system hardware and software design and development based on understanding the ARM architecture and composition of the embedded system. Course content includes core design of ARM processor, ARM architecture, ARM programming model and instruction set, ARM debug architecture and memory hierarchy, IO technologies of operating system, concept and management of operating system processes and threads, concurrent, inter-process communication, memory management, scheduling algorithm and real-time scheduling algorithm etc. Experimental design on Raspberry Pi2 development board may also be made to know the embedded system design and development process well.二、教学目标（一）学习目标本课程通过嵌入式系统的开发平台，使学生熟悉嵌入式应用开发流程，更方便地学习和理解嵌入式系统的基础知识，使学生具备基本的嵌入式系统的软硬件设计能力。
浙江大学嵌入式嵌入式系统7
(1)总体规划 市场预测－〉技术准备－〉资金准备－〉资料收集－〉
资料研究－〉项目需求报告编制－〉项目需求报告讨论 准备－〉项目需求报告讨论－〉项目需求报告修改－〉 项目需求报告验收 －〉参与者及职责－〉输出成果及后 序工作－〉技术可行性实验－〉项目计划书。 (2)项目立项 立项申请－〉项目立项评估－〉项目进度计划－〉项目 立项审批。 (3)需求分析 资料收集－〉需求分析编制－〉讨论准备－〉需求分析 讨论－〉需求分析修改－〉需求分析验收。
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三、 开发环境
嵌入式系统，是指嵌入于 宿主设备，智能地完成宿
嵌入 式 软件
嵌入式应用软件
嵌 入 式
主设备功能的计算/控制系
嵌入式操作系统
开 发
统。
工
嵌入 式
嵌入式硬件模块
具
嵌入式系统开发环境，是
硬件
嵌入式处理器
以开发嵌入式系统为目的
的工程开发环境。包括办
公环境支持、软件支持、
硬件设备支持。
软件支持，指集成开发环 境与软件模拟器等。
硬件支持，指仿真器、目 标板、示波器、烧录器等 。
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3.1集成开发系统
集成开发系统提供高效明晰的图形化的嵌入式应用软 件开发平台，包括一整套完备的面向嵌入式系统的开 发和调试工具 。（BDM/JTAG仿真器）等
11
31.1编译器
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UML的应用
I-Logix公司的Rhapsody系列产品 基于统一建模语言UML的可视化编程环境 把UML各类视图映射为具体目标机程序语
言 用于复杂实时嵌入式应用软件从分析、设
计一直到代码实现和软件测试的开发环境 NASA的火星探路者航天器就是运用
Rhapsody在VxWorks上开发应用程序。
嵌入式系统概述
嵌入式系统概述随着科技的不断进步和发展，嵌入式系统越来越不可或缺，已经广泛应用于生产制造、智能家居、医疗健康、车联网、工业自动化、农业智能、安防监控等众多领域。
那么，什么是嵌入式系统呢？嵌入式系统一般指嵌入到机器或电子设备中的微型计算机系统，通常由处理器、存储器、输入输出设备、各种外设接口和运行嵌入式操作系统组成，具有较强的实时性、稳定性、可靠性、易集成等特点。
嵌入式系统的应用嵌入式系统由于其硬件配置的固定性和软件的高度个性化，被广泛应用于各种场合，如智能手机、平板电脑、安防监控、车联网、医疗设备等，其应用范围越来越广泛，应用场景越来越多元化。
例如，在智能家居领域，嵌入式系统可以实现智能家电的智能控制、智能安防、智能家居影音、智能家居照明等功能。
在车联网领域，嵌入式系统可以实现车辆定位、车载娱乐、车辆诊断、智能驾驶等功能。
在医疗健康领域，嵌入式系统可以实现医疗器械的监测、病人的远程监控和诊断等方面。
嵌入式系统的组成嵌入式系统通常由处理器、存储器、输入输出设备和各种外设接口组成。
其中，处理器是系统的核心部分，它负责对数据的处理和计算。
存储器用于存储程序和数据，包括程序存储器和数据存储器。
输入输出设备则是连接系统与外界的接口，包括显示器、键盘、鼠标、摄像头、麦克风等。
外设接口则是系统与各种外设进行通讯的接口，包括串口、并口、USB、网口等。
嵌入式系统的开发嵌入式系统的开发包括硬件开发和软件开发两个方面。
硬件开发主要包括电路原理设计、PCB设计、射频设计等，软件开发则分为低层驱动程序开发和应用程序开发两个部分。
低层驱动程序主要包括系统启动代码、操作系统内核、设备驱动程序等。
应用程序则是根据需求编写的具体程序，它能实现系统的各种功能，如数据采集、数据处理、通讯控制、用户界面等。
嵌入式系统的发展趋势随着科技的不断发展，嵌入式系统的应用范围越来越广泛，发展趋势也越来越明显。
其主要体现在以下几个方面：1. 泛在化：嵌入式系统将越来越普及和多样化，从智能手机、平板电脑、智能电视、智能家电等到车联网、智能交通、医疗健康、智能城市等领域。
嵌入式系统概述浙江大学71页PPT
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71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
嵌入式系统概述浙江大学
41、实际上，我们想要的不是针对犯 罪的法 律，而 是针对 疯狂的 法律。 ——马 克·吐温 42、法律的力量应当跟随着公民，就 像影子 跟随着 身体一 样。— —贝卡 利亚 43、法律和制度必须跟上人类思想进 步。— —杰弗 逊 44、人类受制于法律，法律受制于情 理。— —托·富 勒
嵌入式系统概述
嵌入式系统概述嵌入式系统是一种专门设计用于控制某个特定任务的计算机系统。
它通常以微处理器为核心，集成了软件和硬件组件，用于实时控制、监测和交互。
由于嵌入式系统直接嵌入在所控制的设备中，因此它们的体积小、功耗低，并且具有高度的可靠性和实时性。
本文将从嵌入式系统的定义、应用领域以及未来发展的趋势等几个方面对嵌入式系统进行概述和介绍。
1. 嵌入式系统的定义嵌入式系统是一种被嵌入在目标设备中的计算机系统，其目的是实现特定任务或控制设备的功能。
与传统计算机系统相比，嵌入式系统往往具有更小的体积、更低的功耗和更高的可靠性。
它们用于各种领域，包括消费电子、医疗设备、汽车、航空航天和工业控制等。
2. 嵌入式系统的应用领域嵌入式系统广泛应用于各个领域，以下是几个典型的应用领域：2.1 消费电子嵌入式系统在消费电子产品中发挥着重要作用，如智能手机、平板电脑和智能家居设备等。
这些设备需要处理复杂的任务，如多媒体播放、图形处理和无线通信等。
2.2 医疗设备医疗设备中的嵌入式系统用于监测和控制患者的生命体征，并协助医生进行诊断和治疗。
这些设备对实时性和可靠性的要求非常高，如心电图仪、血压仪和呼吸机等。
2.3 汽车现代汽车中的嵌入式系统功不可没，它们控制着车辆的引擎、安全系统和娱乐系统等。
嵌入式系统在实时监测车辆性能、提升安全性能和提供导航服务等方面发挥着重要作用。
2.4 航空航天航空航天领域依赖于高度可靠的嵌入式系统来驱动和控制飞机、卫星和导弹等。
这些系统必须具有高度的安全性和实时性，以确保飞行器的稳定性和准确性。
2.5 工业控制工业控制中的嵌入式系统用于监控和控制生产过程。
它们可以实现自动化的生产线，并提高效率和质量。
嵌入式系统在工业领域中的应用非常广泛，如机器人、传感器和自动化仪表等。
3. 嵌入式系统的未来发展趋势随着科技的不断发展，嵌入式系统也在不断演进和改进。
以下是嵌入式系统未来的发展趋势：3.1 物联网物联网是未来嵌入式系统的一个重要方向。
考研嵌入式系统知识点解析
考研嵌入式系统知识点解析一、嵌入式系统概述嵌入式系统是由计算机技术与其他相关技术相结合而成的特定功能的计算机系统。
它广泛应用于工控系统、汽车电子、消费电子等领域。
嵌入式系统具有功耗低、体积小、价格低等特点，因此受到了广泛的关注。
二、嵌入式系统的硬件平台1. 处理器架构嵌入式系统常用的处理器架构包括ARM、MIPS、X86等。
其中，ARM体积小、低功耗的特性使其成为嵌入式系统的常用处理器架构。
2. 存储器嵌入式系统使用的存储器包括闪存、动态随机存取存储器（DRAM）等。
闪存具有非易失性、寿命长的特点，适合嵌入式系统的应用场景。
3. 总线技术嵌入式系统中常用的总线技术包括I2C、SPI、CAN等。
这些总线技术能够实现不同设备之间的通信，提高系统的扩展性和兼容性。
三、嵌入式系统的操作系统1. 实时操作系统（RTOS）实时操作系统是嵌入式系统中常用的操作系统，它具有对任务响应时间的硬性要求。
常见的实时操作系统包括VxWorks、uc/OS等。
2. Linux嵌入式系统Linux嵌入式系统通常以嵌入式Linux内核为基础，具有开源、稳定等特点。
它在嵌入式系统领域得到了广泛的应用，如Android操作系统就是基于Linux内核开发的。
四、嵌入式系统的通信技术1. 串口通信串口通信是嵌入式系统中常见的通信方式，它包括RS232、RS485等标准。
串口通信简单易用，适用于长距离、低速率的通信场景。
2. 以太网通信以太网通信是嵌入式系统中常用的高速通信方式，它具有带宽大、传输速度快的特点。
以太网通信广泛应用于局域网、互联网等领域。
3. 无线通信嵌入式系统中常用的无线通信方式包括Wi-Fi、蓝牙、ZigBee等。
无线通信使得嵌入式系统具备了远程控制、传感器数据采集等功能。
五、嵌入式系统的软件开发工具1. 集成开发环境（IDE）嵌入式系统常用的IDE有Keil、IAR Embedded Workbench等。
IDE提供了编译、调试、下载等功能，方便开发人员进行软件开发和调试。
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计算机应用领域的划分
小型专用型
桌面通用型
高端服务型
嵌入式系统与桌面通用系统的区别(1/7)
嵌入式系统中运行的任务是专用而确定的
心脏监视器只需运行信号输入、信号处理、心电图显示任务 如要更改任务，需要对整个系统进行重新设计或在线维护
全球分工与格局
• 美国——掌握了最先进的软件技术，控制着软件开发平台 和软件工具，在全球软件产业链中居于领先地位。
• 日本、英国、法国、德国——充分利用本国信息化的机遇， 大力发展系统软件、开发工具软件以及行业应用软件，在 某些系统软件领域和软件应用领域具有全球竞争优势。
桌面通用系统需要支持大量的、需求多样的应用程序
对系统中运行的程序不作假设 程序升级、更新等方便
嵌入式系统与桌面通用系统的区别(2/7)
嵌入式系统往往对实时性提出较高的要求。
实时系统：指系统能够在限定的响应时间内提供所需水平的服务。 （POSIX 1003.b ）
嵌入式实时系统可分为：
强实时型：响应时间μs～ms级； 一般实时：响应时间ms～s级； 弱实时型：响应时间s级以上。
提纲
嵌入式系统概念 嵌入式系统发展历程 嵌入式系统构成要素
嵌入式应用领域
嵌入式系统的发展历程
嵌入式系统出现于20世纪60年代，40多年来随着计算机技 术、电子信息技术的发展，嵌入式系统的各项技术蓬勃发 展，市场迅猛扩大，已深入生产和生活的各个角落。
嵌入式系统发展的三个阶段
嵌入式系统的出现和兴起
1965～1970年，第三代集成电路化计算机系统应用： 第一次使用机载数字计算机控制：1965年发射的Gemini3号 第一次通过容错来提高可靠性：1968年阿波罗4号、土星5号。
嵌入式系统走向繁荣，软、硬件日臻完善
嵌入式系统的大发展是在微处理问世之后：
1971年11月，Intel公司推出了第一片微处理器Intel4004。 人们再也不必为设计一台专用机而研制专用的电路、专用的运 算器了，只需以微处理器为基础进行设计。
应用充分普及：工业控制、数字化通讯、数字化家电
汽车：50个以上嵌入式微处理器 飞机：70个以上嵌入式系统
嵌入式微处理器32位、64位、128位 嵌入式实时操作系统使用比率越来越高
早期：10％；90年代初：30％；目前：80～90％
嵌入式系统开发工具越来越丰富 嵌入式系统产业链形成
前车门控 制系统 发动器控 制系统
开发：交叉编译、交叉链接 调试：仿真器、虚拟机 更新：在线升级等
嵌入式系统与桌面通用系统的区别(7/7)
嵌入式系统开发是一项综合的计算机应用技术
系统结构：状态控制器、中断控制器处理 汇编语言：操纵外围设备、端口 操作系统：设置运行任务、通讯、互斥 编译原理：交叉编译、bootloader加载
座椅控制 系统
后车门控 制系统
尾灯控制 系统
所有的控 制系统都 是一个完 整的嵌入 式系统
马达 控制器 车灯
两大分支
嵌入式软件市场规模
• 全球规模600亿美元，过去三年中，年均增长速度超过 12.5%。
• 国内，2009年嵌入式软件规模300亿元以上，过去三年中， 年均增长速度超过20%，预计未来三年高达25%。
嵌入式系统 1 嵌入式系统概述
提纲
嵌入式系统概念 嵌入式系统发展历程 嵌入式系统构成要素
嵌入式应用领域
提纲
嵌入式系统概念 嵌入式系统发展历程 嵌入式系统构成要素
嵌入式应用领域
嵌入式系统定义
IEEE定义：嵌入式系统是“控制、监视或者辅助 设备、机器和车间运行的装置 （devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants）
嵌入式系统与桌面通用系统的区别(3/7)
嵌入式系统中使用的操作系统一般是实时操作系统 嵌入式实时操作系统数量众多，如：
VxWorks Windows CE pSOS QNX uc／OS
国产嵌入式实时操作系统，如：
HOPEN DeltaOS 。。。OS
嵌入式系统与桌面通用系统的区别(4/7)
1976年，第一个单片机Intel 8048出现。 1982年，第一个DSP出现，比同期的CPU快10～50倍。 80年代后期，第三代DSP芯片出现。
软件技术的进步使嵌入式系统日臻完善：
早期嵌入式系统：采用汇编语言，基本不采用操作系统 硬件的提升 软件技术发展
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嵌入式系统应用走向纵深化发展
嵌入式系统运行需要高可靠性保障，比桌面系统的故障 容忍能力弱很多
嵌入式系统需要忍受长时间、无人值守条件下的运行 嵌入式系统运行的环境恶劣
嵌入式系统与桌面通用系统的区别(5/7)
嵌入式系统大都有功耗约束
如：珍贵文物微气象环境监测 要求1分钟采样一次，每个采样节点采用电池供电，1年更新
一次。采用常规的方法，能量只能持续工作5天！ 引入间歇工作方式，从而降低功耗，节省能量。 WSN（无线传感网）节点一般能工作1-2年
入式系统与桌面通用系统的区别(6/7)
嵌入式系统比桌面通用系统可用资源少得多
为降低系统成本，降低功耗，嵌入式系统的资源配置遵循够用 就行！
因此早年的嵌入式系统的主题是“裁剪” 随着集成化模块化趋势，目前某些领域的嵌入式系统，如刀片
式路由器，其可用资源接近甚至超过桌面通用系统
嵌入式系统的开发需要专用工具和特殊方法
（1960－1970）
嵌入式系统走向繁荣，软件、硬件日臻完善（1971－1989）
嵌入式系统应用走向纵深化发展
（1990－至今）
嵌入式系统的出现和兴起
第一代电子管计算机(1946～1957年)，无法满足嵌入式计算所要求 的体积小、重量轻、耗电少、可靠性高、实时性强等一系列要求。
60年代，第二代晶体管计算机系统开始应用： 第一台机载专用数字计算机是美国海军舰载轰炸机“民团团员” 号研制的多功能数字分析器(Verdan)。 1962年美国乙烯厂实现了工业装置中的第一个直接数字控制。