嵌入式系统设计与实例开发ppt课件
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嵌入式系统的设计与实例开PPT65页
10
典型嵌入式系统基本组成－硬件
电源
外围电路
模块
Flash
微处理器
时钟
RAM
MPU
复位
ROM
外设
USB LCD Keyboard
Other
11
典型嵌入式系统基本组成－软件
应用程序 操作系统
软件 结构
输入
处理器 存储器
输出
硬件 结构
12
➢ 嵌入式处理器
嵌入式处理器是嵌入式系统的核心，是控制、辅助 系统运行的硬件单元。 ４位、 ８位单片机，16位、 32位 、64位嵌入式CPU。
任务之间切换而使用的时间。
－ 中断延迟（Interrupt latency）：
计算机接收到中断信号到操作系统作出响应，并完成切换转入中 断服务程序的时间。
14
二、硬件基础
➢ 冯·诺依曼体系结构和哈佛体系结构 ➢ CISC与RICS ➢ 影响CPU性能的因素 ➢ 存储器系统 ➢ I/O接口
15
冯·诺依曼体系结构模型
7
（5）嵌入式软件开发走向标准化
嵌入式系统的应用程序可以没有操作系统直接在 芯片上运行。
为了合理地调度多任务、利用系统资源、系统函 数以及和专家库函数接口，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、可靠性，并减少开发时间 ，保障软件质量。
➢ 实时操作系统
实时操作系统是嵌入式系统目前最主要的组成部分 。实时性需要调度一切可利用的资源完成实时控制任务 ，着眼于提高计算机系统的使用效率，满足对时间的限 制和要求。
13
－ 系统响应时间（System response time）：
典型嵌入式系统基本组成－硬件
电源
外围电路
模块
Flash
微处理器
时钟
RAM
MPU
复位
ROM
外设
USB LCD Keyboard
Other
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典型嵌入式系统基本组成－软件
应用程序 操作系统
软件 结构
输入
处理器 存储器
输出
硬件 结构
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➢ 嵌入式处理器
嵌入式处理器是嵌入式系统的核心，是控制、辅助 系统运行的硬件单元。 ４位、 ８位单片机，16位、 32位 、64位嵌入式CPU。
任务之间切换而使用的时间。
－ 中断延迟（Interrupt latency）：
计算机接收到中断信号到操作系统作出响应，并完成切换转入中 断服务程序的时间。
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二、硬件基础
➢ 冯·诺依曼体系结构和哈佛体系结构 ➢ CISC与RICS ➢ 影响CPU性能的因素 ➢ 存储器系统 ➢ I/O接口
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冯·诺依曼体系结构模型
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（5）嵌入式软件开发走向标准化
嵌入式系统的应用程序可以没有操作系统直接在 芯片上运行。
为了合理地调度多任务、利用系统资源、系统函 数以及和专家库函数接口，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、可靠性，并减少开发时间 ，保障软件质量。
➢ 实时操作系统
实时操作系统是嵌入式系统目前最主要的组成部分 。实时性需要调度一切可利用的资源完成实时控制任务 ，着眼于提高计算机系统的使用效率，满足对时间的限 制和要求。
13
－ 系统响应时间（System response time）：
《嵌入式系统设计》课件
2
系统架构设计
设计系统的硬件和软件架构，包括选择适当的处理器和外设。
3
电路设计
设计电路板，包括选择元件、布线和进行电路仿真。
4
软件开发
编写嵌入式软件，实现系统功能和交互。
嵌入式系统硬件设计
电路设计
微控制器
通过选择合适的元件和进行布线， 设计控制器，如 Arduino或Raspberry Pi，以实现 系统的处理和控制。
《嵌入式系统设计》PPT 课件
嵌入式系统是指将计算机技术和信息处理能力嵌入到特定应用领域中的系统。
嵌入式系统简介
嵌入式系统是一种特殊的计算机系统，集成了软硬件设计，广泛应用于生活中的各个方面，如智能家居、汽车 电子和医疗设备。
嵌入式系统设计流程
1
需求分析
根据需求和系统特点确定设计目标和主要功能。
嵌入式系统应用于医疗设备中， 如心脏起搏器和医疗监测仪器， 提供精准和可靠的医疗服务。
总结与提问
嵌入式系统设计是一个综合性的过程，需要考虑硬件和软件的协同工作，以 实现特定应用领域的需求。欢迎提问和讨论。
传感器
选择适当的传感器，如温度、湿 度或距离传感器，以实现系统的 感知能力。
嵌入式系统软件设计
嵌入式编程语言
选择适当的编程语言，如C或C++，以实现嵌入式系统的软件功能。
实时操作系统
使用实时操作系统（RTOS）来管理系统的任务和资源，保证系统的实时性。
驱动程序开发
开发设备驱动程序，以实现与外设的通信和控制。
嵌入式系统调试与测试
调试和测试是嵌入式系统设计过程中至关重要的一环，涉及硬件和软件的运 行状态、故障排除和性能评估。
嵌入式系统应用实例
嵌入式行业：嵌入式系统设计与开发培训ppt
软件设计基础
01
02
03
嵌入式操作系统
了解常见的嵌入式操作系 统，如Linux、FreeRTOS 、uC/OS等。
编程语言
掌握C/C语言在嵌入式系 统中的应用，了解汇编语 言。
调试与测试
学会使用调试工具，如 JTAG、SWD等，进行软 件测试和调试。
系统集成与优化
系统集成
将硬件和软件进行整合， 实现系统功能。
医疗电子设备包括智能监护仪、便携式医疗诊断仪、远程医疗设备等功能模块，通过嵌入式 系统设计和开发，可以实现设备的实时监测、数据分析、远程控制等功能。
嵌入式系统在医疗电子设备中发挥着关键作用，其性能和稳定性直接影响着医疗服务的准确 性和安全性。因此，在设计和开发过程中，需要充分考虑系统的可靠性和稳定性，以确保医 疗服务的安全和质量。
特点
嵌入式系统具有特定功能、实时 性、高可靠性、低功耗、低成本 控制
嵌入式系统在工业自动 化控制系统中广泛应用
，如PLC、DCS等。
智能家居
嵌入式系统用于智能家 居设备的控制和监测， 如智能照明、智能安防
等。
医疗电子
嵌入式系统在医疗电子 设备中应用广泛，如监 护仪、医学影像设备等
工业控制系统
工业控制系统包括自动化生产线控制、工业机器人控 制、远程监控等功能模块，通过嵌入式系统设计和开 发，可以实现设备的精确控制、实时监测、故障诊断 等功能。
单击此处添加正文，文字是您思想的提一一二三四五 六七八九一二三四五六七八九一二三四五六七八九文 ，单击此处添加正文，文字是您思想的提炼，为了最 终呈现发布的良好效果单击此4*25}
智能家居系统包括智能照明、智能安防、智能环境监测、智能家电控制 等功能模块，通过嵌入式系统设计和开发，可以实现设备的远程控制、
嵌入式系统设计实例完全ppt课件
15.1 嵌入式Linux IC卡接口设计与驱动开发
• 引言
– 随着现代工业社会逐步向信息社会的过渡，信息将扮 演愈来愈重要的角色，成为现代经济生活中的成功要 素。IC卡作为卡基应用系统中的一种卡型，是利用安 装在卡中的集成电路(IC)来记录和传递信息的；具有存 储量大、数据保密性好、抗干扰能力强、存储可靠、 读写设备简单、操作速度快、脱机工作能力强等优点， 其应用范围极为广泛。
1、嵌入式Linux下设备驱动模块简介
– Linux系统将设备分成三种类型，字符设备、块设备和 网络接口。三种类型设备定义如下：
– 字符设备 字符设备是指能够像字节流(比如文件)一样 被访问的设备，如字符终端(/dev/console)和串口 (/dev/ttyS0)以及类似设备。字符设备对应文件系统中 的节点，用户则通过此文件节点访问和控制设备。
15.1 嵌入式Linux IC卡接口设计与驱动开发
4、IC卡设备驱动模块的实现详解
– 下面以采用的公用电话机通用的IC卡为例，通过已实现代码来说 明整个IC卡设备驱动模块。
(1)数据结构的确定 – 编辑头文件ICDATA.H，确定在驱动模块程序中应用的公用数据结 构。驱动模块ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ最终目的是读取和写入卡数据处理，所以规范整 齐的数据结构是必须的。可以定义一个数据结构体来实现卡数据 的存储区域、数据地址、索引控制标志位等如：
第15章 嵌入式系统设计实例
本章重点
• 嵌入式Linux下IC卡接口设计与驱动开发。 • 嵌入式GPS导航系统的设计。 • 嵌入式Linux系统中触摸屏控制的研究与实现。 • 智能家居系统分析。 • 数字视频监控终端在linux环境下的设计与实现。
本章内容
• 15.1 嵌入式Linux IC卡接口设计与驱动开发 • 15.2 嵌入式Linux GPS导航系统的设计 • 15.3 嵌入式Linux触摸屏控制的研究与实现 • 15.4 嵌入式智能家居系统分析 • 15.5 数字视频监控终端的设计与实现
9嵌入式系统设计与开发PPT课件
• 因此，可以把ARM嵌入式开发工具分为上层装在计算机中的 开发工具、中间的连接装置和下层的ARM芯片本身具有的支 持嵌入式开发的工具。
4
Embedde d
ICE 控制器
JTAG 端口
计算机
JTAG TAP控 制 器
Embedded ICE
扫描链
扫描链
Data Bus
ARM 核
Control Bus
扫描链
ETM
跟踪端口 分析器
跟踪端口
Address Bus
ARM 嵌入式系统实时开发组织结构图
5
9.1.1 JTAG接口
JTAG接口标准是由测试联合行动组（joint test action group）于1986~1988年推出的基于边界扫描机制的标准化草 案。1990年IEEE组织将这些草案标准化，并命名为IEEE 1149.1标准，俗称JTAG调试标准。JTAG除了实现通常意义上 的调试功能外，还可实现代码下载或单步执行程序等功能。
• 如果要在芯片的某个管脚上加载一个特定的信号，则首先通 过TDI把期望的信号移位到与相应管脚相连的边界扫描链的 寄存器单元里，然后把该寄存器单元的值加载到相应的芯片 管脚。
12
• 在IEEE 1149.1标准里面，寄存器分为两大类：数据寄存器 DR和指令寄存器IR。
• 边界扫描链属于数据寄存器的一种，用来实现对芯片的输入/ 输出的观察和控制，而指令寄存器用来实现对数据寄存器的 控制。
6
边界扫描机制主要的思想是：通过在内部逻辑之间，即在 内部逻辑的边界上增加串行的可读写的边界扫描单元，从而提 供芯片级、板级、系统级的标准测试框架。边界扫描机制可以 实现下列目标： • 测试不同单元之间的连接。 • 测试单个单元的功能。 • 应用边界扫描寄存器完成其他测
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Embedde d
ICE 控制器
JTAG 端口
计算机
JTAG TAP控 制 器
Embedded ICE
扫描链
扫描链
Data Bus
ARM 核
Control Bus
扫描链
ETM
跟踪端口 分析器
跟踪端口
Address Bus
ARM 嵌入式系统实时开发组织结构图
5
9.1.1 JTAG接口
JTAG接口标准是由测试联合行动组（joint test action group）于1986~1988年推出的基于边界扫描机制的标准化草 案。1990年IEEE组织将这些草案标准化，并命名为IEEE 1149.1标准，俗称JTAG调试标准。JTAG除了实现通常意义上 的调试功能外，还可实现代码下载或单步执行程序等功能。
• 如果要在芯片的某个管脚上加载一个特定的信号，则首先通 过TDI把期望的信号移位到与相应管脚相连的边界扫描链的 寄存器单元里，然后把该寄存器单元的值加载到相应的芯片 管脚。
12
• 在IEEE 1149.1标准里面，寄存器分为两大类：数据寄存器 DR和指令寄存器IR。
• 边界扫描链属于数据寄存器的一种，用来实现对芯片的输入/ 输出的观察和控制，而指令寄存器用来实现对数据寄存器的 控制。
6
边界扫描机制主要的思想是：通过在内部逻辑之间，即在 内部逻辑的边界上增加串行的可读写的边界扫描单元，从而提 供芯片级、板级、系统级的标准测试框架。边界扫描机制可以 实现下列目标： • 测试不同单元之间的连接。 • 测试单个单元的功能。 • 应用边界扫描寄存器完成其他测
嵌入式系统的PPT课件
地址
指令寄存器
控制器
指令
数据通道
输入
输出
中央处理器
地址 数据
程序存储器
指令0 指令1 指令2
数据存储器
数据0 数据1 数据2
9
CISC和RISC
CISC：复杂指令集（Complex Instruction Set Computer）
具有大量的指令和寻址方式 8/2原则：80%的程序只使用20%的指令 大多数程序只使用少量的指令就能够运行。 RISC：精简指令集（Reduced Instruction Set Computer) 在通道中只包含最有用的指令 确保数据通道快速执行每一条指令 使CPU硬件结构设计变得更为简单
10
CISC与RISC的数据通道
开始
IF
ID
ALU MEM REG
退出
微操作通道
开始
IF
ID
REG ALU MEM
退出
单通数据通道
11
CISC的背景和特点
背景:存储资源紧缺, 强调编译优化 增强指令功能，设置一些功能复杂的指令，把一些原来由
软件实现的、常用的功能改用硬件的（微程序）指令系统 来实现 为节省存储空间，强调高代码密度，指令格式不固定，指 令可长可短，操作数可多可少 寻址方式复杂多样，操作数可来自寄存器，也可来自存储 器 采用微程序控制，执行每条指令均需完成一个微指令序列 （微程序） CPI > ５，指令越复杂，CPI越大。
15
CISC与RISC的对比
类别
CISC
指令系统 指令数量很多
RISC 较少，通常少于100
执行时间 编码长度
有些指令执行时间很长，如 整块的存储器内容拷贝；或 将多个寄存器的内容拷贝到 存贮器
嵌入式系统原理与设计 教学课件(共82张PPT)
系统是采用一体化的监控程序，不存在操作系统平 台。而今天组成嵌入式系统的基本硬件构件已较复
杂，如：16位、32位CPU或特殊功能的微处理器、 特定功能的集成芯片、FPGA或CPLD等，其软
件设计的复杂性成倍增长。因此研究嵌入式系统的
设计原理及技术，提供系统的设计方法和开发工具是 嵌入式计算学科的关键技术。
嵌入式微处理器分类
嵌入式处理器
嵌入式微控制器 （MCU）
嵌入式DSP处理器 (DSP)
嵌入式微处理器 (MPU)
嵌入式片上系统 (System On Chip)
1、嵌入式微控制器(MCU）
• 嵌入式微控制器的典型代表是单片机这 种８位的电子器件目前在嵌入式设备中 仍然有着极其广泛的应用。
• 单片机芯片内部集成ROM/EPROM、 RAM、总线、总线逻辑、定时/计数器、 看门狗、I/O、串行口、脉宽调制输出、 A/D、D/A、Flash RAM、EEPROM等 各种必要功能和外设。
要求程序编写和编译工具的质量要高，以减少程序二进制代码长度、提 高执行速度。
以微处理器为核心
• 我们设计一个数字系统可以有很多种方法，如：定制
逻辑、现场可编程门阵列（FPGA）等，那么为什 么在设计嵌入式系统时要以微处理器为核心呢？ 这主要有两种原因：
• （1）用微处理器是实现数字系统一种十分便捷、有 效的方法；
嵌入式系统的特征
• 可接5种GPS接收器； 嵌入式系统是以微处理器为核心的，嵌 入在其他设备中的专用计算机系统。它 5个按键需要和屏幕菜单显示组合起来完成这些功能。
在移动地图这个例子中，电能消耗特别重要，设计时应尽量减少存储器读/写，因为存储器访问是主要的功耗来源，存储器的访问必须精心安排 ，以避免多次读取相同的数据。
杂，如：16位、32位CPU或特殊功能的微处理器、 特定功能的集成芯片、FPGA或CPLD等，其软
件设计的复杂性成倍增长。因此研究嵌入式系统的
设计原理及技术，提供系统的设计方法和开发工具是 嵌入式计算学科的关键技术。
嵌入式微处理器分类
嵌入式处理器
嵌入式微控制器 （MCU）
嵌入式DSP处理器 (DSP)
嵌入式微处理器 (MPU)
嵌入式片上系统 (System On Chip)
1、嵌入式微控制器(MCU）
• 嵌入式微控制器的典型代表是单片机这 种８位的电子器件目前在嵌入式设备中 仍然有着极其广泛的应用。
• 单片机芯片内部集成ROM/EPROM、 RAM、总线、总线逻辑、定时/计数器、 看门狗、I/O、串行口、脉宽调制输出、 A/D、D/A、Flash RAM、EEPROM等 各种必要功能和外设。
要求程序编写和编译工具的质量要高，以减少程序二进制代码长度、提 高执行速度。
以微处理器为核心
• 我们设计一个数字系统可以有很多种方法，如：定制
逻辑、现场可编程门阵列（FPGA）等，那么为什 么在设计嵌入式系统时要以微处理器为核心呢？ 这主要有两种原因：
• （1）用微处理器是实现数字系统一种十分便捷、有 效的方法；
嵌入式系统的特征
• 可接5种GPS接收器； 嵌入式系统是以微处理器为核心的，嵌 入在其他设备中的专用计算机系统。它 5个按键需要和屏幕菜单显示组合起来完成这些功能。
在移动地图这个例子中，电能消耗特别重要，设计时应尽量减少存储器读/写，因为存储器访问是主要的功耗来源，存储器的访问必须精心安排 ，以避免多次读取相同的数据。
嵌入式入门(设计与实例开发)PPT课件
分析嵌入式系统的各种故障模式 及其影响，为可靠性设计和改进 提供依据。
可靠性框图
02
03
故障树分析(FTA)
通过可靠性框图分析嵌入式系统 的可靠性结构，确定关键件和冗 余件。
通过故障树分析找出导致系统故 障的原因和最小割集，评估系统 的可靠性和安全性。
06
嵌入式系统应用案例分 析
智能家居系统案例分析
开源硬件与软件
开源硬件和软件的发展 为嵌入式系统的设计和 开发提供了更多选择和
灵活性。
02
嵌入式硬件设计
ARM处理器
ARM处理器是一种流行的嵌入式处理器架构，广泛应用于各种嵌入式系 统。
ARM处理器具有低功耗、高性能的特点，适用于各种应用场景，如智能 家居、工业控制等。
ARM处理器的选择需要根据具体应用需求来决定，如ARM Cortex-M系 列适用于微控制器应用，ARM Cortex-A系列适用于智能手机、平板电 脑等应用。
工业控制系统发展前景
探讨工业控制系统的发展趋势和未来发展方向。
医疗电子设备案例分析
医疗电子设备概述
医疗电子设备是指用于医疗领域的电子设备， 如监护仪、超声波诊断仪等。
医疗电子设备优势
分析医疗电子设备的优势，如高精度、高可 靠性、实时监测等。
医疗电子设备案例
介绍医疗电子设备的具体应用案例，如远程 医疗监护系统等。
FPGA芯片
FPGA芯片是一种可编程逻辑器件，可以通过编程 实现各种数字逻辑功能。
FPGA芯片具有高度的灵活性，可以根据实际需求 进行定制，实现各种复杂的数字逻辑功能。
FPGA芯片广泛应用于通信、图像处理、雷达等领 域，可以大大提高系统的性能和可靠性。
嵌入式微控制器
可靠性框图
02
03
故障树分析(FTA)
通过可靠性框图分析嵌入式系统 的可靠性结构，确定关键件和冗 余件。
通过故障树分析找出导致系统故 障的原因和最小割集，评估系统 的可靠性和安全性。
06
嵌入式系统应用案例分 析
智能家居系统案例分析
开源硬件与软件
开源硬件和软件的发展 为嵌入式系统的设计和 开发提供了更多选择和
灵活性。
02
嵌入式硬件设计
ARM处理器
ARM处理器是一种流行的嵌入式处理器架构，广泛应用于各种嵌入式系 统。
ARM处理器具有低功耗、高性能的特点，适用于各种应用场景，如智能 家居、工业控制等。
ARM处理器的选择需要根据具体应用需求来决定，如ARM Cortex-M系 列适用于微控制器应用，ARM Cortex-A系列适用于智能手机、平板电 脑等应用。
工业控制系统发展前景
探讨工业控制系统的发展趋势和未来发展方向。
医疗电子设备案例分析
医疗电子设备概述
医疗电子设备是指用于医疗领域的电子设备， 如监护仪、超声波诊断仪等。
医疗电子设备优势
分析医疗电子设备的优势，如高精度、高可 靠性、实时监测等。
医疗电子设备案例
介绍医疗电子设备的具体应用案例，如远程 医疗监护系统等。
FPGA芯片
FPGA芯片是一种可编程逻辑器件，可以通过编程 实现各种数字逻辑功能。
FPGA芯片具有高度的灵活性，可以根据实际需求 进行定制，实现各种复杂的数字逻辑功能。
FPGA芯片广泛应用于通信、图像处理、雷达等领 域，可以大大提高系统的性能和可靠性。
嵌入式微控制器
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。
嵌入式行业：嵌入式系统设计与开发培训ppt
02
嵌入式系统设计
嵌入式系统硬件设计
01
02
03
04
微控制器选择
根据项目需求选择合适的微控 制器，如ARM、PIC、AVR等
。
电路板设计
根据系统需求进行电路板布局 、元件选型和布线设计。
电源设计
为系统提供稳定的电源，考虑 电源转换、电压调节和电源管
理。
接口设计
设计必要的通信接口，如 UART、SPI、I2C等，以满足
常见的嵌入式系统开发环境包 括Keil、IAR Embedded Workbench、Eclipse等。
搭建嵌入式系统开发环境需要 安装相应的软件和驱动程序， 并配置交叉编译器和调试器。
嵌入式系统开发语言与工具
嵌入式系统开发语言包括C、C、汇编 语言等，其中C语言是最常用的语言 之一。
常用的嵌入式系统开发工具有GCC、 Clang、Keil、IAR等。
计。
嵌入式系统的未来发展方向与挑战
01
02
03
04
随着技术的不断发展，嵌入式 系统将面临更多的挑战和机遇
。
嵌入式系统需要不断优化硬件 和软件设计，提高系统的能效
和可靠性。
嵌入式系统需要与云计算、大 数据等技术进行融合，以实现 更高效的数据处理和系统控制
。
嵌入式系统需要关注安全性和 隐私保护等方面的问题，以确 保系统的安全性和可靠性。
。
嵌入式系统应用程序开发
嵌入式系统应用程序是针对特定硬件平台编写的应用程序，用于实现特定的功能和 任务。
嵌入式系统应用程序开发需要了解硬件平台的特点和应用需求，并使用特定的应用 程序开发框架和工具进行编写和调试。
常见的嵌入式系统应用程序包括实时操作系统、文件系统、网络协议栈等。
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在进入临界区之前要关中断，而临界 区代码执行完以后要立即开中断（在 任务切换时，地址、指令、数据等寄 存器堆栈保护）。
22
多任务（任务、进程和线程）
休眠、就绪、运行、挂起、被中断
任务 1
任务 2
任务 n
寄存器
任务 控制 块1
任务 控制 块2
……
任务 控制 块n
CPU
CPU寄存器
23
一个任务，也称作一个线程，是 一个简单的运行程序。每个任务都是 整个应用的某一部分，每个任务被赋 予一定的优先级， 有它自己的一套 CPU寄存器和自己的栈空间。
6
1.4 影响CPU性能的因素：流水线、超标量和缓存
流水线技术：几个指令可以并行执行 提高了CPU的运行效率 内部信息流要求通畅流动
Add
取指
Sub Cmp
时间
译码 取指
执行add 译码 取指
执行sub 译码
执行cmp
7
超标量执行
超标量执行：超标量CPU采用多条流水线结构
指令CACHE
预取
流 译码1 水 译码2 线 执行1 1
控
制
地址
器
数据
9
总线和总线桥
CPU
高速总线
低速设备
低速总线
桥
存储器
高速设备
数据
高速设备
10
1.5 存储器系统
RAM：随机存取存储器， SRAM：静态随机存储器， DRAM：动态随机存储器
1）SRAM比DRAM快 2）SRAM比DRAM耗电多 3）DRAM存储密度比SRAM高得多 4）DRM需要周期性刷新 ROM：只读存储器 FLASH：闪存
While(true){
if(condition_1) action_1();
if(condition_2) action_2();
……
if(condition_n) acition_n();
19
2）事件驱动系统：（EventDriven system）
事件驱动系统是能对外部事件直接响应 的系统。它包括前后台、实时多任务、多处 理器等，是嵌入式实时系统的主要形式。
应用程序是一个无限的循环，循环中调 用相应的函数完成相应的操作，这部分可以 看成后台行为（background）。中断服务 程序处理异步事件，这部分可以看成前台行20
前后台系统（后台循环、前
台中断）
后台
前台
ISR
时间
ISR
ISR
21
代码的临界区
代码的临界区也称为临界区，指处理 时不可分割的代码。一旦这部分代码 开始执行，则不允许任何中断打入。
11
SRAM和DRAM
1）SRAM 2）DRAM
CS R/W Addr Data
CS
R/W RAS CAS Addr Data
12
输入输出接口
I/O A/D、D/A 键盘 LCD 存储器接口 设备接口
13
例如USB
USB：Universal Serial Bus，通用串 行总线
一般实时系统，其系统响应时间在 毫秒－几秒的数量级上，其实时性的 要求比强实时系统要差一些（电子菜 谱的查询）。
18
按软件结构分类
1）循环轮询系统：（Polling Loop）
最简单的软件结构是循环轮询，程序依次检 查系统的每一个输入条件，一旦条件成立就进 行相应的处理。
Initiቤተ መጻሕፍቲ ባይዱlize()
数据存储器
数据0 数据1 数据2
5
1.3 CISC和RISC
CISC：复杂指令集（Complex Instruction Set Computer）
具有大量的指令和寻址方式 8/2原则：80%的程序只使用20%的指令 大多数程序只使用少量的指令就能够运行。 RISC：精简指令集（Reduced Instruction Set Computer) 在通道中只包含最有用的指令 确保数据通道快速执行每一条指令 使CPU硬件结构设计变得更为简单
ROM
USB
外设
LCD Keyboard
Other
3
1.1 冯·诺依曼体系结构模型
指令寄存器 控制器
数据通道
输入
输出
中央处理器
存储器
程序
指令0 指令1 指令2 指令3 指令4
数据
数据0 数据1 数据2
4
1.2 哈佛体系结构
地址
指令寄存器
控制器
指令
数据通道
输入
输出
中央处理器
地址 数据
程序存储器
指令0 指令1 指令2
多任务运行的实现实际上是靠 CPU（中央处理单元）在许多任务之 间转换、调度。
CPU只有一个，轮番服务于一系 列任务中的某一个。多任务运行使 24
任务的状态
WAITING
HOST系统
应用软件+驱动程序 Ms.Win+接口芯片
驱动代码+嵌入式处理 器+HOST芯片
HUB
HUB
HUB
DEVICE D DEVICE
U盘 其他
数据采集器
U盘
其他
数据采集器
15
二、嵌入式系统软件基础
操作系统的分类 嵌入式实时操作系统 前台与后台 多任务，任务优先级，调度 非占先式与占先式、可重入型 函数
执行2
预取
流 译码1 水 译码2 线 执行1 2
执行2
数据
8
高速缓存（CACHE）
1、为什么采用高速缓存
微处理器的时钟频率比内存速度提高快得多，高速缓存可以提 高内存的平均性能。
2、高速缓存的工作原理
高速缓存是一种小型、快速的存储器，它保存部分主存内容的 拷贝。
高 数据
速 缓
CACHE
CPU
存
主存
大家生活中常见的与USB有关的东西 有：
U盘、移动硬盘、无驱型的MP3（U盘） USB接口的键盘、Mouse、打印机、数
码相机……
即插即用，热插拨，系统不需重启便 可工作，且易于扩展（127个）
USB2.0以低成本实现高达480Mb/s的14
一个典型的USB通讯系统
通用系统模型 PC机中的情况 嵌入式系统应用
嵌入式系统设计与实例开发
——ARM与C/OS-Ⅱ
基本概念及设计方法
1
一、嵌入式系统硬件基础
冯·诺依曼体系结构和哈佛体系 结构
CISC与RISC 影响CPU性能的因素 存储器系统 I/O接口
2
典型嵌入式系统基本组成－ 硬件
电源 模块
外围电路
Flash
微处理器
时钟
RAM
MPU
复位
16
3.1 操作系统的分类
（1）顺序执行系统：系统内只含有一 个程序，独占CPU的运行时间，按语 句顺序执行该程序，直至执行完毕， 另一程序才能启动运行。如DOS操作 系统。
（2）分时操作系统：系统内同时可以 有多个程序运行，把CPU的时间分按 顺序分成若干片，每个时间片内执行17
按实时性分类
强实时系统，其系统响应时间在毫 秒或微秒级（数控机床）；
22
多任务（任务、进程和线程）
休眠、就绪、运行、挂起、被中断
任务 1
任务 2
任务 n
寄存器
任务 控制 块1
任务 控制 块2
……
任务 控制 块n
CPU
CPU寄存器
23
一个任务，也称作一个线程，是 一个简单的运行程序。每个任务都是 整个应用的某一部分，每个任务被赋 予一定的优先级， 有它自己的一套 CPU寄存器和自己的栈空间。
6
1.4 影响CPU性能的因素：流水线、超标量和缓存
流水线技术：几个指令可以并行执行 提高了CPU的运行效率 内部信息流要求通畅流动
Add
取指
Sub Cmp
时间
译码 取指
执行add 译码 取指
执行sub 译码
执行cmp
7
超标量执行
超标量执行：超标量CPU采用多条流水线结构
指令CACHE
预取
流 译码1 水 译码2 线 执行1 1
控
制
地址
器
数据
9
总线和总线桥
CPU
高速总线
低速设备
低速总线
桥
存储器
高速设备
数据
高速设备
10
1.5 存储器系统
RAM：随机存取存储器， SRAM：静态随机存储器， DRAM：动态随机存储器
1）SRAM比DRAM快 2）SRAM比DRAM耗电多 3）DRAM存储密度比SRAM高得多 4）DRM需要周期性刷新 ROM：只读存储器 FLASH：闪存
While(true){
if(condition_1) action_1();
if(condition_2) action_2();
……
if(condition_n) acition_n();
19
2）事件驱动系统：（EventDriven system）
事件驱动系统是能对外部事件直接响应 的系统。它包括前后台、实时多任务、多处 理器等，是嵌入式实时系统的主要形式。
应用程序是一个无限的循环，循环中调 用相应的函数完成相应的操作，这部分可以 看成后台行为（background）。中断服务 程序处理异步事件，这部分可以看成前台行20
前后台系统（后台循环、前
台中断）
后台
前台
ISR
时间
ISR
ISR
21
代码的临界区
代码的临界区也称为临界区，指处理 时不可分割的代码。一旦这部分代码 开始执行，则不允许任何中断打入。
11
SRAM和DRAM
1）SRAM 2）DRAM
CS R/W Addr Data
CS
R/W RAS CAS Addr Data
12
输入输出接口
I/O A/D、D/A 键盘 LCD 存储器接口 设备接口
13
例如USB
USB：Universal Serial Bus，通用串 行总线
一般实时系统，其系统响应时间在 毫秒－几秒的数量级上，其实时性的 要求比强实时系统要差一些（电子菜 谱的查询）。
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按软件结构分类
1）循环轮询系统：（Polling Loop）
最简单的软件结构是循环轮询，程序依次检 查系统的每一个输入条件，一旦条件成立就进 行相应的处理。
Initiቤተ መጻሕፍቲ ባይዱlize()
数据存储器
数据0 数据1 数据2
5
1.3 CISC和RISC
CISC：复杂指令集（Complex Instruction Set Computer）
具有大量的指令和寻址方式 8/2原则：80%的程序只使用20%的指令 大多数程序只使用少量的指令就能够运行。 RISC：精简指令集（Reduced Instruction Set Computer) 在通道中只包含最有用的指令 确保数据通道快速执行每一条指令 使CPU硬件结构设计变得更为简单
ROM
USB
外设
LCD Keyboard
Other
3
1.1 冯·诺依曼体系结构模型
指令寄存器 控制器
数据通道
输入
输出
中央处理器
存储器
程序
指令0 指令1 指令2 指令3 指令4
数据
数据0 数据1 数据2
4
1.2 哈佛体系结构
地址
指令寄存器
控制器
指令
数据通道
输入
输出
中央处理器
地址 数据
程序存储器
指令0 指令1 指令2
多任务运行的实现实际上是靠 CPU（中央处理单元）在许多任务之 间转换、调度。
CPU只有一个，轮番服务于一系 列任务中的某一个。多任务运行使 24
任务的状态
WAITING
HOST系统
应用软件+驱动程序 Ms.Win+接口芯片
驱动代码+嵌入式处理 器+HOST芯片
HUB
HUB
HUB
DEVICE D DEVICE
U盘 其他
数据采集器
U盘
其他
数据采集器
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二、嵌入式系统软件基础
操作系统的分类 嵌入式实时操作系统 前台与后台 多任务，任务优先级，调度 非占先式与占先式、可重入型 函数
执行2
预取
流 译码1 水 译码2 线 执行1 2
执行2
数据
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高速缓存（CACHE）
1、为什么采用高速缓存
微处理器的时钟频率比内存速度提高快得多，高速缓存可以提 高内存的平均性能。
2、高速缓存的工作原理
高速缓存是一种小型、快速的存储器，它保存部分主存内容的 拷贝。
高 数据
速 缓
CACHE
CPU
存
主存
大家生活中常见的与USB有关的东西 有：
U盘、移动硬盘、无驱型的MP3（U盘） USB接口的键盘、Mouse、打印机、数
码相机……
即插即用，热插拨，系统不需重启便 可工作，且易于扩展（127个）
USB2.0以低成本实现高达480Mb/s的14
一个典型的USB通讯系统
通用系统模型 PC机中的情况 嵌入式系统应用
嵌入式系统设计与实例开发
——ARM与C/OS-Ⅱ
基本概念及设计方法
1
一、嵌入式系统硬件基础
冯·诺依曼体系结构和哈佛体系 结构
CISC与RISC 影响CPU性能的因素 存储器系统 I/O接口
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典型嵌入式系统基本组成－ 硬件
电源 模块
外围电路
Flash
微处理器
时钟
RAM
MPU
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3.1 操作系统的分类
（1）顺序执行系统：系统内只含有一 个程序，独占CPU的运行时间，按语 句顺序执行该程序，直至执行完毕， 另一程序才能启动运行。如DOS操作 系统。
（2）分时操作系统：系统内同时可以 有多个程序运行，把CPU的时间分按 顺序分成若干片，每个时间片内执行17
按实时性分类
强实时系统，其系统响应时间在毫 秒或微秒级（数控机床）；