嵌入式计算机系统
第1章嵌入式系统概述
2、SiM3U1xx（80MHZ USB）系列（M3）
1.4 STM32系列微控制器简介 STM32为意法半导体(ST)公司生产的ARM处理器。
Flash Size (bytes)
512K
256 K
STM32 prod Q2/08 Samples Dec 07 Prod Q2/08
未来 发展方向
64 K 32 K
STM32 Samples NOW Prod Oct 07
72 MHz CORTEX- M3 CPU Wide offer
• 32KB-512KB Flash • 6Kb-64KB RAM
0K 48 pins 64 pins 100 pins
144 pins
LQFP
LQFP
LQFP
LQFP
(7x7) (10x10) (14x14)/BGA (20x20)/BG
machinery or plants”.
1.嵌入式系统简介
目前，对嵌入式系统的定义多种多样，但没有一种定义是全面的。下面给出两种 比较合理定义：
●从技术的角度定义：以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、 适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。 ●从系统的角度定义：嵌入式系统是设计完成复杂功能的硬件和软件，并使其紧 密耦合在一起的计算机系统。术语嵌入式反映了这些系统通常是更大系统中的一 个完整的部分，称为嵌入的系统。嵌入的系统中可以共存多个嵌入式系统。
ADC
16 channels /
Tem1pMSsepns sor
Power Supply Reg 1.8V
POR/PDR/PV XTDAL
oscillators 3I2nKt.HRzC+ o4s~c1il6lMatoHrzs 32KHz +
嵌入式系统的定义分类与特点
嵌入式系统的定义分类与特点嵌入式系统是一种特定功能的计算机系统，它主要用于控制、监测和操作各种电子设备和系统。
与通用计算机系统不同，嵌入式系统通常被嵌入到特定的机器或设备中，以完成特定的任务或功能。
嵌入式系统通常由硬件和软件组成，具有以下特点和分类。
一、特点1.实时性：嵌入式系统通常需要在严格的时间约束下完成任务，对于那些对时间要求敏感的应用来说，如空中交通控制、工业自动化等，实时性是嵌入式系统最重要的特点之一2.可靠性：嵌入式系统通常运行在不可控的环境中，如车辆、飞机等，因此可靠性是嵌入式系统的关键特点之一、嵌入式系统需要在各种不稳定的条件下长时间运行，并能适应各种异常情况。
3.低功耗：嵌入式系统通常使用电池或其他有限能源供电，因此低功耗是其重要特点之一、嵌入式系统需要优化硬件和软件设计，以最大程度地减少能耗，延长电池寿命。
4.小型化：嵌入式系统通常需要集成到较小的物理环境中，如智能手机、手表等。
因此，嵌入式系统需要小型化设计，以适应有限的空间和重量要求。
5.高性能：嵌入式系统通常需要处理大量的数据和复杂的计算任务，如高清视频处理、图像识别等。
因此，高性能是嵌入式系统的重要特点之一二、分类1.按应用领域划分：嵌入式系统可按其应用领域划分为工业控制系统、汽车电子系统、医疗设备系统、消费品电子等。
每个领域都有其特定的需求和要求，因此嵌入式系统的设计和实现方式也会有所不同。
2.按系统规模划分：嵌入式系统可按其系统规模划分为小型嵌入式系统和大型嵌入式系统。
小型嵌入式系统通常包括一些简单的功能和任务，如家用电器控制系统、智能手表等；大型嵌入式系统通常具有复杂的功能和任务，如军事导航系统、航空电子系统等。
3.按处理器架构划分：嵌入式系统可按其处理器架构划分为单片机嵌入式系统和微处理器嵌入式系统。
单片机嵌入式系统通常使用单片机作为核心处理器，功能简单，成本低，适用于一些简单的任务和应用；微处理器嵌入式系统通常使用微处理器作为核心处理器，功能复杂，成本较高，适用于一些复杂的任务和应用。
嵌入式系统与通用计算机系统的区别
7
3.系统组成
嵌入式系统是指以应用为中心，以计算机技术为基础，软件硬件可裁剪， 适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机 系统。 • 嵌入式系统主要由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以
及用户应用软件等部分组成。 • 它具有“嵌入性”、“专用性”和“计算机系统”三个基本要素。
8
4. 技术要求和发展方向
• 通用计算机系统的技术要求是高速、海量的数 值计算，其技术发展方向是总线速度的无限提 升、存储容量的无限扩大；
• 嵌入式计算机系统的技术要求则是智能化控制， 技术发展方向是与对象系统密切相关的嵌入性 能、控制能力与控制的可靠性不断提高。
通用计算机与嵌入式系统的区别
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特征
智能化控制能力，
技术发展方向 总线速度的无限提升、存储容量的无限扩大
与对象系统密切相关的嵌入性能、控制能力与控制 的可靠性不断提高。
思考题：
10
1. 嵌入式系统可以作为独立的开发平台使用吗？ 2. PC可以用于搭建嵌入式计算机系统，但PC不能称为嵌入式计算机系统，对吗？ 3. 嵌入式系统的软件都包括哪些？ 4. 嵌入式系统的软件与硬件系统是相互独立的吗？
系统资源充足，有丰富的编译器、集成开发环境、 系统资源紧缺，没有编译器等相关开发工具
调试器等
开发平台和运行平台都是通用计算机
采用交叉编译方式，开发平台一般是通用计算机， 运行平台是嵌入式系统
应用程序可重新编程
一般不能重新编程开发
编程功能电脑，普遍进入社会
变为专用电脑，实现“普及计算”
高速、海量的数值计算
•嵌入式计算机系统即“看不见”的计算机， •一般只是运行平台，不能独立作为开发平台， 它们不能被用户编程， •有一些专用的I/O设备，对用户的接口是应用 专用的。
嵌入式系统的概念
嵌入式系统的概念嵌入式系统是一种特殊的计算机系统，它被设计用来执行特定任务。
在此系统中，硬件和软件被协同工作，以满足特定需求。
嵌入式系统被广泛应用于各个领域，如家电、汽车、航空航天、医疗等，它们的存在对我们的日常生活产生了重要影响。
一、嵌入式系统的定义嵌入式系统是由特定硬件和软件组成的计算机系统，它被设计用来控制、监测、处理和执行特定任务。
与通用计算机系统相比，嵌入式系统通常运行在资源受限、功耗低、体积小的环境中。
嵌入式系统通常以微控制器或专用芯片为核心，通过嵌入式软件实现其功能。
二、嵌入式系统的特点1. 实时性：嵌入式系统需要能够在确定的时间内响应和完成任务。
实时性要求不同的嵌入式系统存在不同的级别，从而保证系统能够满足实际需求。
2. 硬件资源受限：嵌入式系统通常具有有限的硬件资源，如处理器速度、存储容量和外设接口等。
这使得嵌入式系统的设计需要在受限的资源条件下实现所需的功能。
3. 低功耗设计：由于嵌入式系统通常需要长时间运行，对电力消耗的要求较高。
因此，嵌入式系统的设计需要考虑功耗最优化，以延长系统的使用寿命和提高能源利用效率。
4. 实时控制：嵌入式系统经常用于对实时事件的控制和监测，如自动化生产线、交通信号灯和医疗设备等。
这些系统需要在实时环境下进行数据采集、处理和输出，以保证准确性和及时性。
三、嵌入式系统的应用领域1. 家电产品：智能家居和家电产品中广泛采用嵌入式系统，如智能电视、洗衣机、冰箱等。
嵌入式系统使得这些产品能够实现智能控制、远程监测和交互功能，提供更加便捷的生活体验。
2. 汽车领域：现代汽车中大量采用嵌入式系统，如车载导航、智能驾驶辅助系统和车联网等。
嵌入式系统在汽车领域的应用使得汽车具备了更高的安全性、舒适性和智能化。
3. 医疗设备：医疗设备中广泛应用嵌入式系统，如心电图仪、血糖仪和体温计等。
这些系统能够实时采集、处理和传输医疗数据，为医生提供准确的诊断依据和患者的健康监测。
嵌入式系统的原理和应用
嵌入式系统的原理和应用嵌入式系统是一种计算机系统，它通常是用于控制、监视、数据采集等特定目的的。
与个人计算机和服务器等通用计算机系统不同，嵌入式系统的硬件和软件被特别设计和优化，以适应其特定用途的要求。
本文将介绍嵌入式系统的工作原理和应用领域。
一、嵌入式系统的工作原理嵌入式系统通常由处理器、存储器、输入输出接口电路、外设模块等组成。
其核心是处理器，嵌入式系统所用的处理器性能越来越强大，从较老的8位、16位微控制器到现在的ARM Cortex-A 系列、RISC-V等高性能嵌入式处理器。
嵌入式系统可分为硬件和软件两个方面。
嵌入式硬件和通用计算机硬件类似，都由处理器、存储器、I/O模块等部件组成。
相比通用计算机硬件，嵌入式系统硬件的主要特征是小巧、低功耗，通常单板上能整合处理器、存储器、外设模块以及工业标准I/O接口。
嵌入式软件通常是裁剪优化过的，因为嵌入式系统的存储器容量有限，CPU速度也低于PC等通用计算机，所以软件需要更少的计算成本。
通常情况下，嵌入式软件是为相应硬件设计的，并通过编程语言(如C/C++)来进行编写。
嵌入式系统的软件基本上由一个实时操作系统（RTOS）和应用程序组成，RTOS通常是实时性高、稳定性好的嵌入式系统操作系统，常见的RTOS产品有uC/OS、FreeRTOS等。
嵌入式系统使用可升级的固件，这种固件是在嵌入式系统启动时加载到处理器的固定内存区域。
由于它是硬件的一部分，因此它对CPU运行的速度、可靠性和稳定性都有重要影响。
固件可以像软件一样升级，因此在需要升级时，制造商可以通过远程升级(OTA)来即时更新固件软件。
二、嵌入式系统的应用领域近年来，嵌入式系统在各种领域广泛应用，包括飞行器、工业控制、医疗设备、智能家居、汽车电子、IoT等等。
下面简单介绍一些典型的应用领域。
1. 工业自动化嵌入式系统在工业控制、机器人、智能制造等领域得到广泛应用，可以实现工厂资产管理、自动化生产线、产品检测和数据采集等功能。
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。
嵌入式系统的优点和缺点
嵌入式系统的优点和缺点嵌入式系统的概述嵌入式系统是指集成了特定功能的计算机系统，通常被嵌入到其他设备中，并与其他系统相互交互。
嵌入式系统采用了专用的硬件和软件，通常设计用来执行特定的任务，如控制操作、传感和测量、媒体播放等。
这些系统广泛应用于工业自动化、交通运输、医疗设备、家庭电器等领域，成为现代社会不可或缺的一部分。
然而，嵌入式系统也存在一些缺点。
嵌入式系统的优点1. 低成本嵌入式系统通常采用优化的硬件和软件设计，以达到高效能和低成本的目的。
由于专门的硬件设备和精简的软件编程，嵌入式系统可以更加精确地控制和管理特定任务，从而实现高效而优质的性能。
此外，由于嵌入式系统通常集成在其他设备中，可以减少硬件成本和占用空间，使生产商能够更加轻松地将成本控制在成本范围内。
2. 可靠性高嵌入式系统通常需要长时间的运行，因此对可靠性和质量的要求很高。
专门的硬件和软件设计使得嵌入式系统可以抵抗各种环境干扰和故障，以减少系统崩溃和操作失误的风险。
此外，嵌入式系统的优化设计使得它们更加稳定，减少软硬件崩溃的几率，从而使运维成本更低。
3. 优质的性能表现嵌入式系统通常调整为某种特定任务，因此它们可以对制造商的性能要求进行完全的优化。
这些系统可以使用定制化的软件和驱动程序，以最大限度地利用硬件的性能潜力。
由于简单的软件设计和紧凑的硬件设计，嵌入式系统通常比PC和服务器等大型计算机系统具有更高的性能和能源效率。
嵌入式系统的缺点1. 不可扩展性由于嵌入式系统采用了专用的硬件和软件设计，因此它们通常不能容易地进行扩展或升级。
这意味着一旦设计和生产完成，就很难更改和升级系统中的组件和软件。
这可以导致短期内甚至长期内的问题。
2. 硬件配置限制在最初的硬件和软件设计中，嵌入式系统就被配置为执行特定的任务。
如果生产商需要更改系统的目的或加入新的功能，就会面临硬件配置限制的问题，因为嵌入式系统可能无法处理新的需求。
这意味着系统必须重新设计，并重新实施和生产，这将增加成本。
嵌入式系统教学：嵌入式系统及应用PPT课件
仿真器
用于模拟嵌入式系统的运行环境，便 于开发者在真实硬件之前进行调试和 测试。
调试器
用于在嵌入式系统运行过程中进行实 时调试，帮助开发者定位和解决问题。
交叉编译器
将应用程序代码编译为目标硬件平台 上的可执行文件，实现跨平台开发。
03 嵌入式系统的应用
智能家居
智能家居是嵌入式系统的重要应用领域之一，通过嵌入式系 统可以实现家庭设备的智能化控制和管理，提高生活便利性 和舒适度。
、医学影像设备等。
汽车电子
嵌入式系统用于汽车电 子控制系统，如发动机
控制、车身控制等。
嵌入式系统的发展历程
01
02
03
起源
嵌入式系统的概念起源于 20世纪70年代，主要用于 工业控制领域。
发展
随着微处理器技术的发展， 嵌入式系统逐渐普及，应 用领域不断扩大。
趋势
未来嵌入式系统将朝着智 能化、网络化、低功耗等 方向发展。
RTOS技术具有可移植性和可裁 剪性，可以根据实际需求进行 定制化开发，提高系统的可靠 性和性能。
06 嵌入式系统发展趋势与挑 战
物联网时代的嵌入式系统
嵌入式系统在物联网中的应用
嵌入式系统作为物联网的重要组成部分，广泛应用于智能家居、智能交通、智能制造等领域，实现设备间的互联 互通和智能化控制。
提高实际操作能力。
项目实践
组织学生进行嵌入式系统的项目 实践，将理论知识应用于实际项 目中，提高学生的综合应用能力。
注重培养学生的实际动手能力
提供实验设备和实验环境
学校应提供先进的实验设备和实验环境，满足学生进行实验和实 践的需求。
加强实验课程建设
增加实验课程的比重，设计更多具有挑战性和实用性的实验项目， 引导学生主动实践。