嵌入式系统
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 +
什么是嵌入式系统
什么是嵌入式系统
什幺是嵌入式系统
嵌入式系统是一种完全嵌入受控器件内部，为特定应用而设计的专用计算机系统，根据英国电气工程师协会的定义，嵌入式系统为控制、监视或辅助设备、机器或用于工厂运作的设备。
与个人计算机这样的通用计算机系统不同，嵌入式系统通常执行的是带有特定要求的预先定义的任务。
由于嵌入式系统只针对一项特殊的任务，设计人员能够对它进行优化，减小尺寸降低成本。
嵌入式系统通常进行大量生产，所以单个的成本节约，能够随着产量进行成百上千的放大。
嵌入式系统是用来控制或者监视机器、装置、工厂等大规模设备的系统。
国内普遍认同的嵌入式系统定义为：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统。
通常，嵌入式系统是一个控制程序存储在ROM
中的嵌入式处理器控制板。
事实上，所有带有数字接口的设备，如手表、微波炉、录像机、汽车等，都使用嵌入式系统，有些嵌入式系统还包含操作系统，但大多数嵌入式系统都是由单个程序实现整个控制逻辑。
嵌入式系统的核心是由一个或几个预先编程好以用来执行少数几项任务的微处理器或者单片机组成。
与通用计算机能够运行用户选择的软件不同，嵌入式系统上的软件通常是暂时不变的；所以经常称为固件。
1. 什么是嵌入式系统？其特点有些什么？
1. 什么是嵌入式系统？其特点有些什么？答:嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。
特点：（1）通常是面向特定应用，低功耗、体积小、集成度高；（2）是技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统；（3）软硬件必须高效率地设计，根据应用需求量体裁衣，去除冗余；（4）与具体应用有机结合，具有较长的生命周期；（5）为提高执行速度和系统可靠性，软件一般固化在存储器芯片或单片机本身中；（6）本身不具备自举开发能力，必须有一套开发工具和环境才能进行开发。
2. 嵌入式系统的BooTLoader的功能是什么？答： BooTLoader是系统加电后,操作系统内核或用户应用程序运行之前，首先必须运行的一段程序，即引导加载程序。
通过这段程序,为最终调用操作系统内核、运行用户应用程序准备好正确的环境。
3. 什么是嵌入式操作系统？为何要使用嵌入式操作系统？答：嵌入到对象体系中的专用计算机应用系统。
4. 目前嵌入式操作系统有哪些？答：（1）Windows CE（2）VxWorks（3）pSOS（4）QNX（5）Palm OS（6）嵌入式Linux 5. 构造嵌入式开发环境有哪几种形式？答：（1）交叉开发环境（2）软件模拟环境（3)评估电路板6. 嵌入式系统开发的基本流程?答：（1）系统定义与需求分析（2）规格说明（3）系统结构设计（4）构件设计（5）系统集成7. 什么是可编程片上系统？答：用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上,称作可编程片上系统PSOC.它是一种特殊的嵌入式系统，首先它是SOC，即由单个芯片实现整个系统的主要逻辑功能，具有一般SOC基本属性；其次，它又具备软硬件在系统可编程的功能，是可编程系统，具有可裁剪、可扩充、可升级等灵活的设计方式。
8. 有时要使用Thumb技术的原因?答：16位Thumb指令集是32位ARM指令集的子集，用16位代码密度的指令获得32位处理器的性能既节省存储空间及成本，又不降低处理性能，低功耗，小体积，低成本。
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。
什么是嵌入式系统
1.什么是嵌入式系统？举例。
嵌入式系统是以应用为中心、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；水、电、煤气表的远程自动抄表，安全防火、防盗系统，其中嵌有的专用控制芯片将代替传统的人工检查，并实现更高，更准确和更安全的性能2.嵌入式发展历经四个阶段，分别说明各阶段特点。
无操作系统阶段：系统结构和功能相对单一，处理效率较低，存储容量较小，几乎没有用户接口。
简单操作系统阶段：出现了大量高可靠、低功耗的嵌入式CPU(如PowerPC等)，各种简单的嵌入式操作系统开始出现并得到迅速发展实时操作系统阶段：操作系统的实时性得到了很大改善，已经能够运行在各种不同类型的微处理器上，具有高度的模块化特点和扩展性面向Internet阶段：嵌入式技术与Intemet技术的结合正在推动着嵌入式技术的飞速发展，嵌入式系统的研究和应用会出现更多的新的显著变化3.简述嵌入式三个基本要素三要素：嵌入式系统的三个基本要素是嵌入性、专用性与计算机系统。
(1)嵌入性是把软件嵌入到Flash存储器中，(2)专用性是指针对某个具体应用领域和场合，量体裁衣式的定制适用该场合的专用系统，(3)计算机系统是指必须具有计算机系统的组成，核心是计算机系统。
4.简述嵌入式的几个重要特征系统内核小专用性强系统精简高实时性的系统软件(OS) 嵌入式系统开发需要开发工具和环境使用多任务的操作系统5.一切皆是文件是。
分门别类举例介绍为什么设备文件也可以共用操作系统对所有文件（目录、字符设备、块设备、套接字、打印机等）操作，读写都可用fopen()/fclose()/fwrite()/fread()等函数进行处理。
屏蔽了硬件的区别，所有设备都抽象成文件，提供统一的接口给用户。
这就是“一切皆是文件”的思想。
因为Linux系统把任何设备都抽象为文件了.设备文件分为:字符设备,块设备,网络设备,这些在Linux里都以文件的形式存在5.目录和分区在linux和windows上的实现具体哪些不一样Windows是以驱动器的盘符为基础，每一个目录与对应的分区对应，而linux相反，文件系统是一棵树，文件和外部设备都是以文件的形式挂载在文件树上的。
什么是嵌入式系统？什么叫嵌入式系统？
嵌入式系统综述
嵌入式系统综述嵌入式系统综述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和系统中，不同于个人计算机或服务器等通用计算机系统。
嵌入式系统通常被用于控制和操作其他设备，而不是为了执行通用的计算任务。
在这篇文章中，我们将对嵌入式系统进行综述，探讨其定义、特点、应用领域以及未来发展趋势。
一、嵌入式系统的定义和特点嵌入式系统是一种专用的计算机系统，具有以下几个特点： 1. 实时性：嵌入式系统通常需要对实时数据进行处理和响应，因此必须满足严格的实时性要求。
比如，航空、汽车和医疗设备等领域都需要嵌入式系统来确保其操作的实时性和可靠性。
2. 专用性：嵌入式系统的功能通常是针对特定应用领域或设备而设计的，因此它们的硬件和软件都经过专门定制。
这使得嵌入式系统在功耗、资源利用效率和成本方面具有较高的优势。
3. 小尺寸：嵌入式系统通常需要被嵌入到其他设备中，因此它们的大小和体积通常要比个人计算机或服务器小得多。
这要求嵌入式系统具备较高的集成度和紧凑的设计。
4. 低功耗：嵌入式系统通常由电池供电或者依赖于环境能源，因此需要具备较低的功耗。
为了降低功耗，嵌入式系统往往使用低功耗的处理器和传感器，并采取各种节能措施。
二、嵌入式系统的应用领域嵌入式系统在各个领域得到了广泛的应用，下面我们将介绍其中的一些典型应用领域：1. 汽车电子：现代汽车中的许多功能和系统都依赖于嵌入式系统，比如引擎控制单元、车载娱乐系统、智能驾驶辅助系统等。
这些嵌入式系统使汽车具备更高的安全性、驾驶舒适性和能源利用效率。
2. 工业控制：嵌入式系统在工业领域中扮演着重要的角色，用于控制和监测各种工业过程。
比如，工厂中的自动化生产线、机器人系统和传感器网络都离不开嵌入式系统的支持。
3. 消费电子：如今的消费电子产品中普遍采用了嵌入式系统，比如智能手机、智能电视、智能家居设备等。
这些嵌入式系统实现了各种智能功能，提升了用户体验。
4. 医疗设备：医疗设备中的嵌入式系统可以用于监测患者的生命体征、控制医疗设备的操作、进行远程医疗等。
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。
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第一章绪论
1．嵌入式系统的定义、特点和分类
2．嵌入式操作系统
3．嵌入式系统的选型
4．嵌入式系统的发展趋势
5．嵌入式系统的关键技术
6．嵌入式系统的应用
思考与练习
1．什么是嵌入式系统？嵌入式系统的特点是什么？
2．请说出嵌入式系统与其它商用计算机系统的区别。
3．嵌入式系统的关键技术有哪些？
4．请说明嵌入式系统技术发展及开发应用的趋势。
5．你知道嵌入式系统在我们日常生活中哪些设备中应用?说明其采用的处理器是什么？采用的哪一个嵌入式操作系统？
6．开发嵌入式系统的计算机语言主要有哪几种？分别用在什么场合？7. 嵌入式系统和专用集成电路的关系是什么？
第二章嵌入式系统设计方法
1. 需求分析与系统分析法
2．软硬件协同设计方法
3．嵌入式硬件开发方法
4．嵌入式软件开发方法
5．构件式开发方法
6．软件调试与软件测试方法
思考与练习
1．请说出嵌入式系统设计的主要方法及设计流程。
在嵌入式系统开发的总体设计中，需要进行哪几方面的工作？
2．嵌入式硬件调试的主要方法及技术手段有哪些？
3．什么是构件式开发方法？说明该方法对嵌入式系统开发具有什么意义，并举例说明。
4．需求分析阶段分为哪几个步骤？每个步骤完成什么工作？
5．在进行系统设计时，概要设计和详细设计的工作内容有什么不同？
6．在嵌入式系统实现阶段，需要选择开发平台，通常开发平台的选择包括哪些内容？7．在当今IT 时代，为了使产品尽快进入市场，就产品开发阶段，你认为有哪些方法可以加快产品的开发速度?
8．什么是“黑盒”测试？什么是“白盒”测试？什么是“灰盒”测试？
9．嵌入式系统开发中，使用软件组件技术有什么好处？
10．什么是知识产权核(Intellectual Property Core,简称IP Core)？指出“软知识产权核(Soft IP Core)”、“硬知识产权核（Hard IP Core)”、“固知识产权核（Firm IP Core)”的意义和差别。
11．根据嵌入式软件开发的不同阶段，嵌入式开发工具有哪些种类？
12．从底层硬件到上层应用，嵌入式软件的开发可以分为哪几种？
13．什么是交叉开发环境？
14．什么是OCD 调试方法？指出OCD 的主要形式JTAG 和BDM 的特点和区别？
15．嵌入式软件的调试运行环境和固化运行环境主要区别是什么？
16．综合思考题：
选择一个嵌入式系统产品（如手机、PDA、工业控制产品、智能家用电器等），利用本章学过的知识，进行系统的总体方案和硬件与软件系统设计。
提示：嵌入式系统开发包括需求分析、设计、实现、测试等方面，应当有设计指标及功能要求。
在实现方面，不需要把产品硬件电路图、程序代码设计出来，只需要概括地写出软件硬
件需要完成的工作或画出相应的框图、程序流程图即可。
第三章嵌入式系统的硬件基础
1. 嵌入式系统硬件基础技术
2. 常用嵌入式系统及嵌入处理器分类
3. 单片机构成最常用和最基本的嵌入式系统
4. ARM 通用嵌入式处理器
5. PLD、CPLD、FPGA是柔性化的硬件处理系统
6. DSP 是嵌入式高速信号处理器
7. PC104 及工业控制计算机是生产现场控制的典型嵌入式硬件系统
8. 国产嵌入式处理器芯片
思考与练习
1．按照原理和功能不同，嵌入式处理器分为哪几种类型？简要说明它们各自不同的主要性能特点。
2．举出在嵌入式系统开发应用最主流的5 种以上的单片机系列及型号。
介绍这些单片机的主要特点、开发工具及最佳的应用场合。
3．简要介绍CPLD 与FPGA 的工作原理及主要区别，指出两者在用户PCB 板上是如何进行编程、下载及初始化工作。
4．什么是ISP 技术与JTAG 技术？简述两者的主要技术特点及区别，指出它们在嵌入式系统调试中的应用。
5．解释嵌入式处理器的名词MCU、EMPU、SOC、DSP、SOPC、ARM的基本概念，指出其在嵌入式系统中的应用特色。
6．简要介绍ARM处理器的主要特点和ARM处理器家族的体系结构、N级流水线结构、流
水线冲突、RISC结构等。
7．讨论TI公司的TMS320C2X、TMS320C5X、TMS320C6X系列DSP 的主要特点和最适合的应用场合。
8．指出以x86 为核心的PC机开发技术在嵌入式系统中的应用实例，请说明它们特点及的最佳用途。
9．根据模块化和复用的原则，设计嵌入式微控制器系统时，需要设计哪些电路？
10．通常嵌入式微控制器和微处理器之间有什么异同？它们分别适用于哪些方面的应用？11．选择嵌入式处理器需要考虑哪些因素？
12．指出嵌入式处理器的CISC结构与RISC结构的特点及差异。
13．指出NAND Flash和NOR Flash存储器的主要特点、两者的区别及适用场合。
14．请列举2～3 种国内自主研发的嵌入式处理器的名称，指出设计单位或设计人的名称，说明产品的主要特点。
15．了解几种主流的嵌入式处理器的特点和用途，包括：Intel PXA255，PowerPC,ARM(例如，三星2410)，COLDFIRE处理器，MSP430单片机及凌阳SPCE061A单片机等。
16．DSP 研究与开发涉及到哪些算法？DSP算法研究有什么意义和价值？
17．指出嵌入式系统常用的数据接口有哪些？分别采用的是什么协议？
18．什么是软核处理器？该处理器与通常所说的微处理器之间有什么区别？
19．什么是SOPC 技术？该技术对现代电子设计有什么影响? 简述SOPC 技术的主要特点
及硬件平台（芯片）的支撑情况。
20．Cortex-M3 内核的ARM 芯片（TI Stellaris（群星）系列ARM ）的主要特点是什么？它采用ARM什么版本？该处理器最适合什么应用？
21. ARM 处理器目前有哪些版本，最新版本的处理器代表有哪些？
22. 数码照片采用的外存储器主要有哪些类型？请列举4 种以上的外存储器名称。
第四章嵌入式实时操作系统
1.嵌入式系统的组成及RTOS 的引入
2.嵌入式实时操作系统介绍
3.RTOS 的基本概念及术语
4.RTOS 的关键技术
5.RTOS 的选择与开发应用
6.常用的嵌入式（实时）操作系统
思考与练习
1．嵌入式实时操作系统RTOS与台式PC机的操作系统有什么实质性的差异？简述RTOS 的主要功能和结构，列举至少5种以上的国内外著名的RTOS 产品。
2．在被业界公认的嵌入式实时操作系统（RTOS）中，实时性最出色的RTOS是什么？应用开发与多媒体支持最出色的RTOS 是什么？在大规模、产业化产品设计中最适合的RTOS 是什
么？
3．结合实际说说您对嵌入式实时操作系统的概念的理解。
引入嵌入式实时操作系统（RTOS）有什么好处？
4．国产有代表性的嵌入式RTOS 主要包括：深圳商夏高科的RTOS 名称是什么？电子科技大学“道系统”名称是什么？中科院凯思公司的RTOS 名称是什么？广州周立功公司的RTOS 名称是什么？。
5．什么前台和后台程序？实用于什么场合？怎样建立前后台程序？
6．了解嵌入式操作系统的几个术语的含义：
（1）硬实时（HardReal-Time）；（2）内核（Kernal）；（3）优先级反转（Priority-Inversion）；（4）任务（Task）；（5）进程（Process）和线程（Thread）（6）抢占（Preemptive）；；（7）调度（Scheduling）；（8）时间片轮转调度（Round-robin Scheduling）;
（9）信号量(semaphores);中断延迟（Interrupt Latenecy）；
（10）互斥、同步、通信、消息队列等
7．说明嵌入式操作系统选择应考虑哪些因素？
8．操作系统有哪几种主要功能？
9．嵌入式系统的软件由哪几部分组成？它们之间的关系是什么？
10．在多任务系统中，任务要参与资源的竞争，只有在所需资源都得到满足的情况下，任务才能够得到执行。
请画出基本的任务状态之间的转换关系图，标明各种状态转换的条件。
11．嵌入式系统的软件设计的原则是什么？
12．什么是Bootloader？
13．带嵌入式操作系统的嵌入式系统，从复位开始，直到执行用户的应用程序代码，过程中完成了哪些必要的操作？
14．BSP 是什么，主要实现哪些功能？与 HAL和Driver之间有什么区别和联系？
15．嵌入式系统的软件需要移植的原因有哪些？怎样移植？可移植系统如何设计？。