嵌入式系统讲义2_02
嵌入式系统课后答案
嵌⼊式系统课后答案嵌⼊式系统2011作业（⾮标准答案，仅供参考）第1章嵌⼊式系统概述 1、什么是嵌⼊式系统？答：嵌⼊式系统指的是以应⽤为中⼼和以计算机技术为基础的，并且软硬件是可裁剪的，能满⾜应⽤系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等指标严格要求的专⽤计算机系统。
3、根据嵌⼊式系统的复杂程度，嵌⼊式系统可分为哪4类？答：1：单个微处理器；2：嵌⼊式处理器可扩展的系统； 3：复杂的嵌⼊式系统； 4：在制造或过程控制中使⽤的计算机系统。
5、从硬件系统来看，嵌⼊式系统由哪⼏部份组成？画出简图。
答：P11图1-42.2 回答下列关于ARM 编程模式的问题（1）在该模式下有多少通⽤寄存器（2）CPSR 的作⽤是什么（3）Z 位的作⽤是什么（4）程序计数器保存在何处答（1）31个通⽤寄存器（2）为状态寄存器，保存当前的状态，可以在任何模式下访问（3）Z=1 运算结果为0 Z=0 运算结果不为0 （4）R15（PC）2.3 下列的arm 条件码的含义是什么（1）EQ （2）NE （3）MI （4）VS （5）GE （6）LT 答(1)z 置位相等 (2)z 清零不相等 (3)n 置位负数 31个通⽤寄存pc ，6个状～R7不分组，R8～R14按模式分组，R15为程序计数器，CPSR 为状态寄存器，SPSR 为保存程序状态寄存器。
R13为堆栈指针寄存器，R14为链接寄存器。
CPSR 在各种模式下多可以访问，⽽在⽤户模式及系统模式下SPSR 不可以被访问。
2.6若寄存器R1=0x01020304，分别按照⼤端模式和⼩端模式存储在0x30000字单元中，试分别写出两种模式下内存存储内容，并标出内存地址答⼤端模式 0x30000 01 0x30001 02 0x30002 03 0x30003 04 ⼩端模式 0x30000 04 0x30001 030x30002 02 0x30003 012.7 ARM 存储器的存储周期有⼏种类型？对应于Cache 访问和存储器访问是何存储周期？答：ARM 存储器有4种存储周期：空闲周期，⾮顺序周期，顺序周期，协处理器寄存器传送周期。
ARM嵌入式系统基础教程第二版课后习题答案
第1章嵌入式系统概述(1)举出3个本书中未提到的嵌入式系统的例子。
答：键盘、鼠标、扫描仪。
(2)什么叫嵌入式系统？答：嵌入到对象体系中的专用计算机应用系统。
(3)什么叫嵌入式处理器？嵌入式处理器分为哪几类？答：嵌入式处理器是为完成特殊的应用而设计的特殊目的的处理器。
分为3类：1.注重尺寸、能耗和价格；2.关注性能；3.关注全部4个需求——性能、尺寸、能耗和价格。
(4)什么是嵌入式操作系统？为何要使用嵌入式操作系统？答：嵌入式操作系统是操作系统的一种类型，是在传统操作系统的基础上加入符合嵌入式系统要求的元素发展而来的。
原因：1.提高了系统的可靠性；2.提高了开发效率，缩短了开发周期。
3.充分发挥了32位CPU的多任务潜力。
第2章 ARM7体系结构1.基础知识(1)ARM7TDMI中的T、D、M、I的含义是什么？答：T：高密度16位Thumb指令集扩展；D：支持片上调试；M：64位乘法指令；I：Embedded ICE硬件仿真功能模块。
(2)ARM7TDMI采用几级流水线？使用何种存储器编址方式？答：3级；冯·诺依曼结构。
(3)ARM处理器模式和ARM处理器状态有何区别？答：ARM处理器模式体现在不同寄存器的使用上；ARM处理器状态体现在不同指令的使用上。
(4)分别列举ARM的处理器模式和状态？答：ARM的处理器模式：用户模式、系统模式、管理模式、中止模式、未定义模式、中断模式、快速模式；ARM的处理器状态:ARM状态、Thumb状态。
(5)PC和LR分别使用哪个寄存器？答：PC:R15；LR:R14。
(6)R13寄存器的通用功能是什么？答：堆栈指针SP。
(7)CPSR寄存器中哪些位用来定义处理器状态？答：位31~28：N、Z、C、V，条件代码标志位；27~8：保留位；7~0：I、F、T、M4~0，控制标志位。
(8)描述一下如何禁止IRQ和FIQ的中断。
答：当控制位I置位时，IRQ中断被禁止，否则允许IRQ中断使能；当控制位F置位时，FIQ 中断被禁止，否则允许FIQ中断使能。
嵌入式教学
1965～1970年，第三代集成电路化计算机系统应用：
15
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。
Wii, 手柄, 手套, 枪
PS3
XboX360
35
嵌入式技术的应用－摄像器材
数码相机 DV
36
嵌入式技术的应用－多媒体终端
IP电话 视频会议 可视电话
基于H.323协议族 的网络视频电话
基于视频电话 的小型视频会 议系统(MCU)
语音识别电话
37
嵌入式技术的应用－家庭音响
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
12
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
嵌入式系统应用领域
浙大嵌入式系统教学
浙大嵌入式系统科研
嵌入式系统应用走向纵深化发展
（1990－至今）
14
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。 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。
单片机原理与嵌入式系统设计课后答案
7．嵌入式系统主要有哪些特点？
答： （1）嵌入式系统通常及其注重成本 （2）嵌入式系统通常对实时性有要求 （3）嵌入式系统一般采用 EOS 或 RTOS （4）嵌入式系统软件故障造成的后果较通用计算机更为严重 （5）嵌入式系统多为低功耗系统 （6）嵌入式系统经常在极端恶劣的环境下运行 （7）嵌入式系统的系统资源与通用计算机相比是非常少的 （8）嵌入式系统通常在 ROM 中存放所以程序的目标代码 （9）嵌入式系统可采用多种类型的处理器和处理器体系结构 （10）嵌入式系统需要有专用开发工具和方法进行设计 （11）嵌入式系统处理器包含专用调试电路
门在应用时输出端需要外接一个上拉负载电阻到电源。通过选择合适的电阻和电源电压，既 可以保证输出的高、低电平合乎要求，又可使输出端三极管的负载电流不会过大。OC 门的 输出端如果不接上拉负载电阻到电源，三极管的集电结则没有反偏，不能实现相应的逻辑关 系。
如同 TTL 电路中的 OC 门那样，CMOS 门的输出电路结构也可以做成漏极开路的形式。 称为漏极开路的门电路（OD 门），在 CMOS 电路中，这种输出电路结构经常用在输出缓冲/
12．OC 门在单片机系统中主要作用是什么？
答： （1）OC 门在单片机系统中主要有两个作用：线与和作为驱动器。几个 OC 门的输出端
连在一起，输出可以实现与的功能（F=F1F2…Fn）。 （2）OC 门在单片机系统中，还常常作为控制执行机构。利用 OC 门可以控制一些较大
电流的执行机构。
13．请列出优先编码器与普通编码器之间的区别。
解：
二进制
十六进制 十进制
10010111 1101101
97
6D
151
109
101111 2F 47
嵌入式实时操作系统uCOS-II(中文版)
嵌入式实时操作系统uCOS-II(中文版)第一章：范例在这一章里将提供三个范例来说明如何使用µC/OS-II。
笔者之所以在本书一开始就写这一章是为了让读者尽快开始使用µC/OS-II。
在开始讲述这些例子之前，笔者想先说明一些在这本书里的约定。
这些例子曾经用Borland C/C++ 编译器（V3.1）编译过，用选择项产生Intel/AMD80186处理器（大模式下编译）的代码。
这些代码实际上是在Intel Pentium II PC （300MHz）上运行和测试过，Intel Pentium II PC可以看成是特别快的80186。
笔者选择PC做为目标系统是由于以下几个原因：首先也是最为重要的，以PC做为目标系统比起以其他嵌入式环境，如评估板，仿真器等，更容易进行代码的测试，不用不断地烧写EPROM，不断地向EPROM仿真器中下载程序等等。
用户只需要简单地编译、链接和执行。
其次，使用Borland C/C++产生的80186的目标代码（实模式，在大模式下编译）与所有Intel、AMD、Cyrix公司的80x86 CPU兼容。
1.00 安装µC/OS-II本书附带一张软盘包括了所有我们讨论的源代码。
是假定读者在80x86，Pentium，或者Pentium-II处理器上运行DOS或Windows95。
至少需要5Mb硬盘空间来安装uC/OS-II。
请按照以下步骤安装：1.进入到DOS（或在Windows 95下打开DOS窗口）并且指定C：为默认驱动器。
2.将磁盘插入到A：驱动器。
3.键入 A：INSTALL 【drive】注意『drive』是读者想要将µC/OS－II安装的目标磁盘的盘符。
INSTALL.BAT 是一个DOS的批处理文件，位于磁盘的根目录下。
它会自动在读者指定的目标驱动器中建立\SOFTWARE目录并且将uCOS-II.EXE文件从A：驱动器复制到\SOFTWARE并且运行。
嵌入式系统设计师核心讲义概要
嵌入式系统基础知识1.1嵌入式系统的定义和组成一、嵌入式系统的定义1.IEEE定义2.国内定义二、嵌入式系统的发展概述1.嵌入式系统的发展历史2.嵌入式系统的发展趋势3.知识产权核三、嵌入式系统的组成1.概述2.硬件层3.中间层4.系统软件层5.应用软件层四、实时系统1.实时系统定义2.实时系统特点3.实时系统调度4.实时系统分类5.实时任务分类1.2 嵌入式微处理器体系结构一、冯诺依曼与哈佛结构1.冯诺依曼结构2.哈佛结构二、CISC与RISC1.复杂指令集计算机(CISC)2.精简指令集计算机(RISC)三、流水线技术1.流水线的基本概念2.流水线技术的特点3.流水线结构的分类4.流水线处理机的主要指标四、信息存储的字节顺序1.大端和小端存储法2.可移植性问题3.通信中的存储顺序问题4.数据格式的存储顺序1.3 嵌入式系统的硬件基础一、组合逻辑电路基础1.组合逻辑电路概述2.真值表3.布尔代数4.门电路5.译码器6.数据选择器和数据分配器二、时序逻辑电路1.时钟信号2.触发器3.寄存器与移位器4.计数器三、总线电路及信号驱动1.总线2.三态门3.总线的负载能力4.单向和双向总线驱动器5.总线复用6.总线通信协议7.总线仲裁四、电平转换电路1.数字集成电路的分类2.常用数字集成电路逻辑电平接口技术五、可编程逻辑器件基础1.可编程逻辑器件（PLD）概述2.PLD的电路表示法3.可编程阵列逻辑器件PAL和可编程逻辑阵列PLA4.可编程通用阵列逻辑器件GAL5.门阵列GA6.可编程程序门阵列PGA1.4嵌入式系统中信息表示和运算基础一、进位计数制与转换1.二进制2.十六进制3.数制表示4.数制转换二、计算机中数的表示1.基本概念2.数的定点和浮点表示三、非数值数据编码1.非数值数据定义2.字符和字符串的表示方法3.汉字的表示方法4.统一代码5.语音编码四、差错控制编码1.引入2.基本原理3.差错控制码分类4.常用的差错控制编码1.5嵌入式系统的性能评价一、质量项目1.性能指标2.可靠性与安全性3.可维护性4.可用性5.功耗6.环境适应性7.通用性8.安全性9.保密性10.可扩展性11.其他指标二、评价方法1.测量法2.模型法三、评估嵌入式系统处理器的主要指标1.MIPS测试基准2.Dhrystone3.EEMBC嵌入式微处理器与接口知识2.1嵌入式微处理器的结构和类型一、嵌入式微处理器1.定义2.组成3.分类二、典型8位微处理器结构和特点1.8位微处理器2.8051微处理器三、典型16位微处理器结构和特点1.16位微处理器2.16位微处理器MC68HC912DG128A四、典型32位微处理器结构和特点1.ARM处理器2.MIPS系列3.PowerPC五、DSP处理器结构和特点1.数字信号处理器的特点2.典型的数字信号处理器3.DSP的发展方向六、多核处理器的结构和特点1.多核处理器概述2.典型多核处理器介绍2.2嵌入式系统的存储体系一、存储器系统概述1.存储器系统的层次结构2.高速缓存（cache）3.存储管理单元MMU二、嵌入式系统存储设备分类1.嵌入式系统的存储器2.存储器部件的分类3.存储器的组织和结构的描述三、ROM的种类和选型1.常见ROM的种类2.PROM、EPROM、E2PROM型ROM的各自典型特征和不同点四、Flash Memory的种类和选型1.Flash Memory的种类（NOR和NAND型）2.NOR和NAND型Flash Memory各自的典型特征和不同点五、RAM的种类和选型1.常见RAM的种类（SRAM、DRAM、DDRAM）2.SRAM、DRAM、DDRAM各自的典型特征和不同点六、外部存储器的种类和选型1.外存概述2.硬盘存储器的基本结构与分类3.光盘存储器4.标准存储卡（CF卡）5.安全数据卡（SD卡）2.3嵌入式系统输入输出设备一、嵌入式系统常用输入输出设备1.概述2.键盘、鼠标3.触摸屏4.显示器5.打印机6.图形图像摄影输入设备二、GPIO原理与结构1.原理2.结构三、AD接口的基本原理和结构1.概述2.AD转换方法3.AD转换的重要指标四、DA接口的基本原理和结构1.DA转换的工作原理2.DA转换的主要指标五、键盘接口基本原理与结构1.键盘的分类2.用ARM芯片实现键盘接口六、显示接口的基本原理与结构1.液晶显示器LCD显示接口原理与结构2.电致发光3.LCD种类4.LCD的设计方法5.其他显示接口原理与结构七、显示接口的基本原理与结构1.触摸屏原理2.电阻触摸屏的有关技术3.触摸屏的控制4.触摸屏与显示屏的配合八、音频接口基本原理与结构1.音频数据类型2.IIS音频接口总线2.4嵌入式系统总线接口一、串行接口基本原理与结构1.串行通信的概念2.串行数据传送模式3.RS232串行接口4.RS422串行接口5.RS485串行总线接口二、并行接口基本原理与结构1.并行接口的分类2.并行总线三、PCI总线1.概述2.特点3.32位PCI系统的引脚分类4.PCI总线进行读操作四、USB通用串行总线1.概念2.主要性能特点B系统描述4.物理接口B电压规范6.总线协议7.健壮性B接口工作原理五、SPI串行外围设备接口1.概念2.使用信号3.同外设进行连接以及原理4.工作模式六、IIC总线1.概念2.特点3.操作模式4.通用传输过程及格式5.工作原理七、PCMCIA接口1.内存卡的种类2.16位PCMCIA接口的规范与结构2.5嵌入式系统网络接口一、以太网接口基本原理与结构1.以太网基础知识2.嵌入式以太网接口的实现方法3.在嵌入式系统中主要处理的以太网协议4.网络编程接口二、CAN总线1.概念2.特点3.位时间的组成4.CAN总线的帧数据格式5.在嵌入式处理器上扩展CAN总线接口三、XDSL接口的基本原理和结构1.概念2.XDSL技术的分析3.各类XDSL的特点四、无线以太网基本原理与结构1.概念2.标准3.网络结构4.接口设计和调试五、蓝牙接口基本原理与结构1.蓝牙技术2.蓝牙技术的特点3.蓝牙接口的组成4.链路管理与控制5.蓝牙接口的主要应用六、1394接口基本原理与结构1.发展过程2.应用领域3.IEEE 1394的特点4.IEEE 1394的协议结构2.6嵌入式系统电源一、电源接口技术1.AC电源2.电池3.稳压器二、电源管理技术1.电源管理技术2.降低功耗的设计技术2.7电子电路设计基础一、电路设计1.电路设计原理2.电路设计方法（有效步骤）二、PCB电路设计1.PCB设计原理2.PCB设计方法（有效步骤）3.多层PCB设计的注意事项（布线的原则）4.PCB螯合剂中的可靠性知识三、电子设计1.电子设计原理四、电子电路测试1.电子电路测试原理与方法2.硬件抗干扰测试嵌入式系统软件及操作系统知识3.1嵌入式软件基础一、嵌入式软件概述1.嵌入式软件的定义2.嵌入式软件的特点二、嵌入式软件分类1.系统软件2.应用软件3.支撑软件三、嵌入式软件的体系结构1.无操作系统的情形2.有操作系统的情形四、设备驱动层1.板级支持包2.引导加载程序3.设备驱动程序五、嵌入式中间件1.定义2.基本思想3.分类3.2嵌入式操作系统概述一、嵌入式操作系统的概念1.概述2.功能3.特点4.组件二、嵌入式操作系统的分类1.按系统的类型分类2.按响应时间分类3.按软件结构分类三、常见的嵌入式操作系统1.Vxworks2.嵌入式linux3.Windows CE4.Uc/os-II5.Palm OS3.3任务管理一、单道程序技术和多道程序技术1.定义2.实例二、进程、线程和任务1.进程2.线程3.任务三、任务的实现1.任务的层次结构2.任务的创建与终止3.任务的状态4.任务控制块TCB5.任务切换6.任务队列四、任务调度1.任务调度概述2.先来先服务算法3.短作业优先算法4.时间片轮转算法5.优先级算法五、实时系统调度1.任务模型2.RMS算法（单调速率调度算法）3.EDF算法（最早期限优先调度算法）六、任务间的同步与互斥1.任务之间的关系2.任务互斥3.任务互斥的解决方案4.信号量5.任务同步6.死锁7.信号七、任务间通信1.概念2.分类3.共享内存4.消息传递5.管道3.4存储管理一、存储管理概述1.存储管理方式2.内存保护3.实时性要求二、存储管理方案的种类1.实模式方案2.保护模式方案三、分区存储管理1.概念2.固定分区存储管理3.可变分区存储管理4.分区存储管理实例四、地址映射1.地址映射概述2.静态地址映射3.动态地址映射五、页式存储管理1.基本原理2.数据结构3.内存的分配与回收4.地址映射5.页式存储管理方案的特点六、虚拟存储管理1.程序局部性原理2.虚拟页式存储管理3.页面置换算法4.工作集模型3.5设备管理一、设备管理基础1.概述2.访问硬件寄存器的方法二、IO控制方式1.程序循环检测方式2.中断驱动方式3.直接内存访问方式（DMA）三、IO软件1.中断处理程序2.设备驱动程序3.设备独立的IO软件4.用户空间的IO软件3.6文件系统一、嵌入式文件系统概述1.基本概念2.嵌入式文件系统同桌面文件系统的区别3.常见的嵌入式文件系统二、文件和目录1.文件的基本概念2.文件的使用3.目录三、文件系统的实现1.数据块2.文件的实现3.目录的实现4.空闲空间管理嵌入式软件程序设计4.1嵌入式软件开发概述一、嵌入式应用开发过程1.步骤2.与桌面系统开发的区别3.示例二、嵌入式软件开发的特点1.需要交叉编译工具2.通过仿真手段调试3.开发板是中间目标机4.可利用的资源有限5.需要与硬件打交道三、嵌入式软件开发的挑战1.软硬件协同设计2.嵌入式操作系统3.代码优化4.有限的IO功能4.2嵌入式程序设计语言一、概述二、程序设计语言概述1.低级语言与高级语言2.汇编程序、编译程序、解释程序3.程序设计语言的定义4.程序语言的发展概述5.嵌入式程序设计语言三、汇编语言1.基本原理2.ARM汇编语言四、面向过程的语言1.基本概念2.数据成分3.运算成分程序语言的运算成分4.控制成分五、面向对象的语言1.面向对象的基本概念2.面向对象的程序设计语言六、汇编、编译与解释程序的基本原理1.汇编程序基本原理2.编译程序基本原理3.解释程序基本原理4.3嵌入式软件开发环境一、要求二、宿主机、目标机1.宿主机2.目标机3.宿主机与目标机的连接三、嵌入式软件开发工具1.软件开发阶段2.编辑器3.编译器4.调试及调试工具5.软件工程工具四、集成开发环境1.IDE的发展2.Tornado3.WindowsCE应用程序开发工具4.Linux环境下的集成开发环境4.4嵌入式软件开发一、嵌入式平台选型1.嵌入式系统设计的阶段2.软硬件平台的选择二、软件设计1.软件设计的任务2.模块结构设计3.结构化软件设计方法4.面向对象软件设计方法三、嵌入式程序设计1.BootLoader设计2.设备驱动程序设计3.网络应用程序设计四、编码1.编码过程2.编码准则3.编码技术五、测试1.软件测试2.测试的任务3.测试的方法和分类4.嵌入式软件测试的步骤5.覆盖测试六、下载和运行1.TFTP2.编程器的固化4.5嵌入式软件移植一、概述1.嵌入式软件的特点2.可移植性和可重用性的考虑3.嵌入式应用软件的开发4.嵌入式软件的移植二、无操作系统的软件移植1.概述2.基于层次化的嵌入式应用软件的设计三、有操作系统的软件移植1.概述2.示例四、应用软件的移植1.应用软件实现涉及的两方面2.移植应用软件是需考虑的因素3.软件开发时需遵守的原则嵌入式系统开发与维护知识5.1系统开发过程及其项目管理一、概述二、系统开发生命周期各阶段的目标和任务的划分方法1.常用开发模型1.1边做边修改模型1.2瀑布模型1.3快速原型模型1.4增量模型1.5螺旋模型1.6演化模型2.需求分析3.设计3.1系统架构设计3.2硬件子系统设计3.3软件子系统设计4.系统集成与测试三、系统开发项目管理基础知识及常用的管理工具1.项目管理概述2.项目范围管理3.项目成本管理4.项目时间管理5.软件配置管理6.软件配置管理的解决方案四、系统开发工具与环境知识1.建模工具2.编程工具3.测试工具5.2系统分析基础知识一、系统分析的目的和任务1.需求工程的概念2.相关术语二、用户需求1.概念2.关于Ada编程环境的需求示例3.编辑软件设计模型的CASE需求文档的示例4.特别的用户需求示例三、系统需求1.概念2.替代自然语言描述的系统分析方法四、系统规格说明书的编写方法1.系统规格说明书2.书写用户需求应遵循的简单原则3.需求文档的可能用户以及使用文档的方式4.Heninger（1980）对软件需求文档提出的要求5.IEEE标准为需求文档提出的结构6.编写系统规格说明书应重点注意的内容5.3系统设计知识一、传统的设计方法1.瀑布模型的组成部分2.瀑布模型法的优缺点3.传统的嵌入式系统的设计4.软硬件协同设计二、实时系统分析与设计1.实时系统分析阶段的主要任务2.实时系统的开发方法三、软硬件协同设计方法1.软硬件协同设计在实际应用中的表现2.软硬件协同设计的流程3.软硬件协同设计的优点4.系统涉及到组成部分5.4系统实施基础一、系统架构设计1.系统架构设计在软件生命周期中的作用2.系统架构设计原则和概念二、系统详细设计1.系统详细设计在软件生命周期中的作用2.系统详细设计阶段用到的设计方法概述三、系统测试1.系统测试在软件生命周期中的作用2.系统测试类型3.系统测试的策略5.5系统维护知识一、系统运行管理1.运行管理制度2.日常运行管理内容3.系统软件及文档管理二、系统维护知识1.系统可维护性概念2.系统维护的内容及类型3.系统维护的管理和步骤三、系统评价知识1.系统评价的目的和任务2.系统评价的指标嵌入式系统设计6.1嵌入式系统设计的特点一、嵌入式系统设计的主要任务二、嵌入式系统的设计方法三、嵌入式系统的特点1.软硬件协调并行开发2.嵌入式系统通常是面向特定应用的系统3.实时嵌入式操作系统的多样性RTOS4.与台式机相比，可利用资源很少5.嵌入式系统设计需要交叉开发环境6.嵌入式系统的程序需要固化7.嵌入式系统的软件开发难度较大8.嵌入式应用软件的开发需要强大的开发工具和操作系统的支持9.其他方面6.2嵌入式系统的设计流程一、概述1.嵌入式系统的设计和开发要求2.嵌入式系统的设计和开发流程的阶段二、产品定义1.产品功能与产品性能2.产品定义三、嵌入式系统的软硬件划分1.性能原则2.性价比原则3.资源利用率原则四、嵌入式系统硬件设计1.概述2.嵌入式系统硬件的选择3.硬件功能模块划分4.硬件的可靠性五、嵌入式系统的软件设计1.嵌入式开发过程中的角色2.进行嵌入式系统软件设计时需要考虑的方面六、系统集成和测试1.系统集成过程中，可以分阶段运行测试程序2.嵌入式系统集成过程中的调试工具3.嵌入式系统的软件测试的方法6.3设计示例：嵌入式数控系统一、嵌入式系统采用的设计方法1.传统设计方法2.软硬件协同设计方法二、数控系统简介1.概述C系统构成三、需求分析1.功能要求2.非功能要求四、系统体系结构设计1.系统软硬件划分2.硬件系统划分3.系统软件功能划分五、硬件设计1.板级设计2.芯片级硬件设计六、软件设计1.软件接口设计2.系统软件模块划分七、系统集成与测试1.功能干涉测试2.压力测试3.容量测试4.性能测试5.安全测试6.容错测试。
《嵌入式软件开发》课件
VxWorks是一种实时操作系统，广泛应用于航空航天、军事等领域。 它具有高度的可靠性和实时性，能够满足严苛的实时任务需求。
03
Android
Android是一种基于Linux的开源操作系统，主要用于移动设备。由于
其开放性和丰富的应用生态，Android也被广泛应用于嵌入式领域，如
智能家居、物联网设备等。
数据加密、数据备份与恢复
数据安全与隐私保护问题是嵌入式软 件开发中不可忽视的问题之一。由于 嵌入式系统通常涉及到敏感数据和隐 私信息，如果程序中存在数据泄露或 数据损坏问题，会导致严重的信息安 全和隐私侵犯问题。
解决方案： 对敏感数据进行加密处理 ，使用数据备份与恢复机制，确保数 据的完整性和安全性。同时加强用户 隐私保护意识，避免敏感信息的泄露 和滥用。
时钟管理问题
时钟不准确、时钟同步
时钟管理问题也是嵌入式软件开发中常见的问题之一。由于嵌入式系统 的时钟资源有限，如果程序中存在时钟不准确或时钟同步问题，会导致
系统时间错误或数据采集错误。
解决方案： 使用高精度时钟源，优化时钟配置，实现时钟同步和校准， 确保系统时间的准确性。
多任务并发问题
01
任务优先级、任务同步
外设接口
用于连接外部设备，扩展嵌入 式系统的功能。
嵌入式系统的软件架构
操作系统
负责资源管理和任务调度，提供系统服务。
驱动程序
用于管理硬件设备，实现与操作系统的通信 。
应用程序
实现特定功能的软件，直接与硬件交互。
嵌入式中间件
提供跨平台的通信和数据交换服务。
嵌入式软件开发工具与环境
IDE（集成开发环境）
《嵌入式软件开发》PPT课 件
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2011-2-25
© 国防科技大学计算机学院 国防科技大学计算机学院601室 室
11
第二章 嵌入式系统设计方法
1、基于EDA(PCB)和ICE的设计方法 、基于 和 的设计方法
2011-2-25
© 国防科技大学计算机学院 国防科技大学计算机学院601室 室
5
第二章 嵌入式系统设计方法
2.2.1 一般设计方法
定义
是指在系统设计期间应遵循的一系列步骤
设计模型
1、瀑布模型 、 2、螺旋模型 、 3、逐步求精 、 4、分层设计 、 • 任务分解（子系统） 任务分解（子系统）
2011-2-25
© 国防科技大学计算机学院 国防科技大学计算机学院601室 室
19
第二章 嵌入式系统设计方法
1、软硬件协同设计（续） 、软硬件协同设计（
特点
软硬件统一描述 • 有限状态机（FSM） 有限状态机（ ） • 统一化的规格语言 – SystemC、 CSP 、 – 新的统一描述语言 • 基于图形的表示工具 基于图形的表示工具——UML 协同设计 协同测试 协同验证
软件设计的进步
旧方法：无操作系统 旧方法： 新方法： 新方法：基于操作系统设计 • 简化多任务、实时、复杂软件设计 简化多任务 实时、复杂软件设计 多任务、
2011-2-25
© 国防科技大学计算机学院 国防科技大学计算机学院601室 室
13
第二章 嵌入式系统设计方法
3、系统级设计方法 、
集成系统（ 集成系统（SoC） ）
其步骤是先抽象后具体 其步骤是先抽象后具体
抽象设计 • 将系统功能细化为若干功能模块 • 再对功能模块进行硬件和软件功能实现的分配 具体设计包括硬件设计和软件设计 具体设计包括硬件设计和软件设计 • 硬件设计主要是根据性能参数要求对各功能模块所 需要使用的元器件进行选择和组合 选择和组合——PCB 需要使用的元器件进行选择和组合 • 软件设计主要包括任务分析、资源分配、模块划分、 软件设计主要包括任务分析、资源分配、模块划分、 流程设计和细化、编码调试等——ICE 流程设计和细化、编码调试等 这是过去直至现在我国单片机应用系统设计人员 单片机应用系统设计人员一直 这是过去直至现在我国单片机应用系统设计人员一直 沿用的方法
本讲简要说明
目的与要求
掌握嵌入式系统的传统设计方法； 掌握嵌入式系统的传统设计方法；熟悉嵌入式系统的 形式化设计方法； 形式化设计方法；了解嵌入式系统的系统级设计法
授课重点
嵌入式系统的传统设计方法
授课难点
无
阅读章节： 阅读章节：第2.1、2.3、2.4节 、 、 节 作业： 作业：补充作业
2011-2-25
3
第二章 嵌入式系统设计方法
2.2 设计方法学
2.2.1 一般设计方法 2.2.2 嵌入式系统设计方法的演变 嵌入式系统设计方法的演变 2.2.3 嵌入式系统的传统设计方法 嵌入式系统的传统 传统设计方法 2.2.4 嵌入式系统的系统级设计方法 嵌入式系统的系统级 系统级设计方法
2011-2-25
第二章 嵌入式系统设计方法
主要内容
2.1 引言 2.2 设计方法学 2.3 嵌入式系统的形式化设计方法 2.4 嵌入式系统的设计过程 2.5 实例分析 实例分析——GPS导航仪 导航仪 小结
2011-2-25
© 国防科技大学计算机学院 国防科技大学计算机学院601室 室
1
第二章 嵌入式系统设计方法
2011-2-25 © 国防科技大学计算机学院 国防科技大学计算机学院601室 室 22
第二章 嵌入式系统设计方法
2.3 嵌入式系统的形式化设计方法
复杂嵌入式系统需要形式化描述 复杂嵌入式系统需要形式化描述
传统的嵌入式开发方法已不能满足开发要求， 传统的嵌入式开发方法已不能满足开发要求，人们开 始尝试用一些形式化的开发方法进行开发 始尝试用一些形式化的开发方法进行开发 一种适合于嵌入式系统的形式化开发方法，不仅能缩 一种适合于嵌入式系统的形式化开发方法，不仅能缩 短嵌入式系统开发的周期，还能减少开发成本， 短嵌入式系统开发的周期，还能减少开发成本，提高 系统质量
8
第二章 嵌入式系统设计方法
3、逐步求精 、
2011-2-25
© 国防科技大学计算机学院 国防科技大学计算机学院601室 室
9
第二章 嵌入式系统设计方法
4、分层设计 、
2011-2-25
© 国防科技大学计算机学院 国防科技大学计算机学院601室 室
10
第二章 嵌入式系统设计方法
2.2.2 嵌入式系统设计方法的演变
用例图用于需求分析阶段 用例图用于需求分析阶段 用例图的建立是系统开发者和用户反复讨论的结果， 用例图的建立是系统开发者和用户反复讨论的结果， 表明了开发者和用户对需求规格达成的共识 • 描述了待开发系统的功能需求 描述了待开发系统的功能需求 • 将系统看作黑盒，从操作者的角度来理解系统 将系统看作黑盒， • 驱动了需求分析之后各阶段的开发工作
基于平台的系统级重用 基于平台的系统级重用 系统级
基于平台的设计重用是近几年提出的设计重用方法 基于IP核设计重用技术的扩展 核设计重用技术的扩展， 基于 核设计重用技术的扩展，强调系统级重用 要求提供面向特定应用领域的设计模板 提供面向特定应用领域的设计模板， 要求提供面向特定应用领域的设计模板，设计者通过 对设计模板进行适当的修改来构造符合性能要求的SoC 对设计模板进行适当的修改来构造符合性能要求的 系统
2011-2-25 © 国防科技大学计算机学院 国防科技大学计算机学院601室 室 20
第二章 嵌入式系统设计方法
1、软硬件协同设计（续） 、软硬件协同设计（
优点
软硬件统一描述 软硬件统一描述 有利于优化设计 有利于优化设计 重点关注算法 而非实现 关注算法， 重点关注算法，而非实现
缺点
不成熟，缺乏有效的统一描述工具 不成熟， 现有工具实现效率不高 有待于高效率的综合工具
特点
软硬件设计独立进行
优点
简单易行、分工明确 简单易行、
缺点
排错困难 • 出现问题互相推诿 解决方案无法进行优化设计 降低成本） 优化设计（ 解决方案无法进行优化设计（降低成本） • 在满足相关性能指标的情况下，成本最低 在满足相关性能指标的情况下， • 最优软硬件划分
2011-2-25 © 国防科技大学计算机学院 国防科技大学计算机学院601室 室 16
第二章 嵌入式系统设计方法
亚洲 嵌入 式系 统系 统级 设计 方法 选用
2011-2-25 © 国防科技大学计算机学院 国防科技大学计算机学院601室 室 24
第二章 嵌入式系统设计方法
1、用例图（Use Case diagram） 、用例图（ ）
从用户角度描述系统功能并指出各功能的操作者 用户角度描述系统功能并指出各功能的操作者
© 国防科技大学计算机学院 国防科技大学计算机学院601室 室
4
第二章 嵌入式系统设计方法
2.2 设计方法学（续） 设计方法学（
产品度量
上市时间、设计成本、产品质量 上市时间、设计成本、
嵌入式系统越来越复杂
监视、控制工作进度 监视、 • 确保项目按照预定计划进行 利用计算机辅助设计工具 • 缩短开发时间、降低开发成本 缩短开发时间、 方便团队成员相互交流 • 需要团体合作，必然需要一套规范 需要团体合作，
UML就是一种非常有效的描述工具 就是一种非常有效的描述工具
通过UML，设计者可以在每一个不同的抽象层次上 ， 通过 逐次加入细节信息， 逐次加入细节信息，不必重新考虑设计 UML共提供了五类图（共9种图形）实现对系统的面 共提供了五类图 种图形） 共提供了五类图（ 种图形 向对象描述
2011-2-25 © 国防科技大学计算机学院 国防科技大学计算机学院601室 室 23
2011-2-25 © 国防科技大学计算机学院 国防科技大学计算机学院601室 室 14
第二章 嵌入式系统设计方法
2.2.3 嵌入式系统的传统设计方法
2011-2-25
© 国防科技大学计算机学院 国防科技大学计算机学院601室 室
15
第二章 嵌入式系统设计方法
2.2.3 嵌入式系统的传统设计方法（续） 嵌入式系统的传统设计方法（
第二章 嵌入式系统设计方法
2.2.4 嵌入式系统的系统级设计方法
1、软硬件协同设计 、 2、设计重用技术 、
2011-2-25
© 国防科技大学计算机学院 国防科技大学计算机学院601室 室
17
第二章 嵌入式系统设计方法
1、软硬件协同设计 、
2011-2-25
© 国防科技大学计算机学院 国防科技大学计算机学院601室 室
2011-2-25 © 国防科技大学计算机学院 国防科技大学计算机学院601室 室 12
第二章 嵌入式系统设计方法
2、基于EDA(PLD)和EOS的设计方法 、基于 和 的设计方法
硬件设计的进步
旧方法：选择和使用标准通用集成电路器件 旧方法：选择和使用标准通用集成电路器件 新方法：自己设计和制作部分专用的集成电路器件 新方法：自己设计和制作部分专用的集成电路器件 • 由各种 由各种EDA工具软件提供支持的 工具软件提供支持的
© 国防科技大学计算机学院 国防科技大学计算机学院601室 室
6
第二章 嵌入式系统设计方法
1、瀑布模型 、
2011-2-25
© 国防科技大学计算机学院 国防科技大学计算机学院601室 室
7
第二章 嵌入式系统设计方法
2、螺旋模型 、