嵌入式系统设计与开发 第1章
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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 +
第一章 嵌入式系统概述1
土星探测
自1997年10月15日发射以来， 经历了7年35亿公里航程的卡西 尼号太空船在2004年7月1日10 时30分进入土星轨道，开始进 行人类有史以来对土星及其31 颗已知卫星最详尽的探测。
嵌入式设备无处不在，但桌面系统还依然有用。
无处不在的计算机是计算机与使用者的比率达到和超 过100:1的阶段 无处不在的计算机包括通用计算机和嵌入式计算机系 统 在100:1比例中95%以上都是嵌入式计算机系统，并非 通用计算机
形式多样、面向特定应用
一般用于特定的任务，其硬件和软件都必须 高效率地设计，量体裁衣、去除冗余，而通 用计算机则是一个通用的计算平台。 它通常都具有低功耗、体积小、集成度高等 特点，能够把通用微处理器中许多由板卡完 成的任务集成在芯片内部。 嵌入式软件是应用程序和操作系统两种软件 的一体化程序。
即使远在火星和土星
火星与地球， 这一对在星空 中遥遥相望的 “兄弟”，将 迎来6万年来 “最亲密的接 触”，在2003 年8月27日这 一天，火星距 离地球最近达 到55756622(5 千多万)公里。 勇气号 面对6万年才有一次 的机会，科学家们 积极行动起来—— —从6月开始，先后 有欧洲的“火星快 车”、美国“勇气 号”和“机遇号” 等三颗火星探测器 飞往火星，而日本 一颗本已在太空 “迷失方向”的火 星探测器也在关键 时刻及时“醒”来， 开始了久违的火星 之旅。
处理器和处理器体系结构类型多
通用计算机采用少数的处理器类型和体 系结构，而且主要掌握在少数大公司手 里。 嵌入式系统可采用多种类型的处理器和 处理器体系结构。 在嵌入式微处理器产业链上，IP设计、 面向应用的特定嵌入式微处理器的设计、 芯片的制造已形成巨大的产业。大家分 工协作，形成多赢模式。 有上千种的嵌入式微处理器和几十种嵌 入式微处理器体系结构可以选择。
西安电子科技大学嵌入式实时操作系统第1章PPT课件
0世纪90年代，在分布控制、柔性制造、数字化通信和 信息家电等巨大需求的牵引下，嵌入式应用进一步加速发展。 面向实时信号处理算法的DSP产品向着高速、高精度、低功 耗发展。Texas推出的第三代DSP芯片TMS320C30，引导着 微控制器向32位高速智能化发展。在应用方面，掌上电脑、 手持PC机、机顶盒技术相对成熟，发展也较为迅速。特别 是掌上电脑，1997年在美国市场上不过四五个品牌，而1998 年底，各式各样的掌上电脑如雨后春笋般纷纷涌现出来。随 着人类进入网络时代，将嵌入式计算机系统应用到各类网络 中已成为嵌入式系统发展的重要方向。在发展潜力巨大的信 息家电中，人们非常关注的网络电话设备，即IP电话，就是 一个代表。
第1章 嵌入式系统导论
在早期，由于嵌入式应用范围比较狭窄，大多用于工业 控制领域，人们还可以勉强将通用计算机通过改装、加固、 定制专业软件等方法，嵌入到大型系统中去实现嵌入式应用。 但随着经济、技术的高速发展，嵌入式应用越来越广泛，已 经深入到我们生活中的方方面面，小到彩电、空调、洗衣机、 手机，大到飞机、导弹、汽车等，嵌入式应用对计算机的功 能、体积、功耗、价格、重量、可靠性等方面的要求也越来 越苛刻，通过改造通用计算机的传统方法已远远不能胜任。 因此，嵌入式计算机不得不脱离通用计算机系统，走上独立 发展的道路。这就形成了现代计算机两大分支并行发展的时 期。
第1章 嵌入式系统导论
早在1614年，苏格兰人John Napier就发表论文公布他发 明了一种可以进行四则运算和方根运算的精巧装置。1848年， 英国数学家George Boole创立二进制代数学，为现代二进制 计算技术的发展铺平了道路。1937年，Bell试验室的George Stibitz展示了用继电器表示二进制的装置，尽管它是个展品， 但却是世界上的第一台二进制电子计算机。1946年2月15日， 名为ENIAC的计算机在美国诞生了，这是第一台现代意义 上的数字计算机，它的诞生具有划时代的意义，表明了现代 数字计算机时代的到来。在随后的近三十年里，计算机一直 为少数精英所掌握，主要用于实验室里的数值求解。
第1章 嵌入式系统导论
在早期，由于嵌入式应用范围比较狭窄，大多用于工业 控制领域，人们还可以勉强将通用计算机通过改装、加固、 定制专业软件等方法，嵌入到大型系统中去实现嵌入式应用。 但随着经济、技术的高速发展，嵌入式应用越来越广泛，已 经深入到我们生活中的方方面面，小到彩电、空调、洗衣机、 手机，大到飞机、导弹、汽车等，嵌入式应用对计算机的功 能、体积、功耗、价格、重量、可靠性等方面的要求也越来 越苛刻，通过改造通用计算机的传统方法已远远不能胜任。 因此，嵌入式计算机不得不脱离通用计算机系统，走上独立 发展的道路。这就形成了现代计算机两大分支并行发展的时 期。
第1章 嵌入式系统导论
早在1614年，苏格兰人John Napier就发表论文公布他发 明了一种可以进行四则运算和方根运算的精巧装置。1848年， 英国数学家George Boole创立二进制代数学，为现代二进制 计算技术的发展铺平了道路。1937年，Bell试验室的George Stibitz展示了用继电器表示二进制的装置，尽管它是个展品， 但却是世界上的第一台二进制电子计算机。1946年2月15日， 名为ENIAC的计算机在美国诞生了，这是第一台现代意义 上的数字计算机，它的诞生具有划时代的意义，表明了现代 数字计算机时代的到来。在随后的近三十年里，计算机一直 为少数精英所掌握，主要用于实验室里的数值求解。
嵌入式系统(第二版)第一至第五章课后答案
第一章思考与练习1、举出3个书本中未提到的嵌入式系统的例子。
答:红绿灯控制,数字空调,机顶盒2、什么叫嵌入式系统嵌入式系统：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。
3、什么叫嵌入式处理器？嵌入式处理器分为哪几类？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。
嵌入式微处理器(Embedded Microprocessor Unit, EMPU)嵌入式微控制器(Microcontroller Unit, MCU)嵌入式DSP 处理器(Embedded Digital Signal Processor, EDSP)嵌入式片上系统(System On Chip)4、什么是嵌入式操作系统？为何要使用嵌入式操作系统？是一段在嵌入式系统启动后首先执行的背景程序，首先，嵌入式实时操作系统提高了系统的可靠性。
其次，提高了开发效率，缩短了开发周期。
再次，嵌入式实时操作系统充分发挥了32 位CPU 的多任务潜力。
第二章1、嵌入式系统项目开发的生命周期分哪几个阶段？各自的具体任务是什么？项目的生命周期一般分为识别需求、提出解决方案、执行项目和结束项目4 个阶段。
识别需求阶段的主要任务是确认需求，分析投资收益比，研究项目的可行性，分析厂商所应具备的条件。
提出解决方案阶段由各厂商向客户提交标书、介绍解决方案。
执行项目阶段细化目标，制定工作计划，协调人力和其他资源；定期监控进展，分析项目偏差，采取必要措施以实现目标。
结束项目阶段主要包括移交工作成果，帮助客户实现商务目标；系统交接给维护人员；结清各种款项。
2、为何要进行风险分析？嵌入式项目主要有哪些方面的风险？在一个项目中，有许多的因素会影响到项目进行，因此在项目进行的初期，在客户和开发团队都还未投入大量资源之前，风险的评估可以用来预估项目进行可能会遭遇的难题。
需求风险；时间风险；资金风险；项目管理风险3、何谓系统规范？制定系统规范的目的是什么？规格制定阶段的目的在于将客户的需求，由模糊的描述，转换成有意义的量化数据。
精品课件-ARM Cortex-A9多核嵌入式系统开发-第一章
第1章 嵌入式系统概述
1软件是整个系统
应用软件 应用层
文件系统/图形用户应用程序接口
的控制核心，控制整个系统 的运行，提供人机交互的信
OS层
嵌入式操作系统
硬件设备驱动层 设备驱动程序、HAL、BSP
息等。在嵌入式系统不同的 应用领域和不同的发展阶段， 嵌入式系统软件组成也不完
安全、地震监测网、实时气象信息网、水源和空气污染监 测都涉及大量数据的实时处理分析。 国防与航天
神舟飞船和长征火箭中有很多嵌入式系统，导弹的 制导系统也是一种嵌入式系统。
第1章 嵌入式系统概述
1.3 嵌入式系统的概念和特点
概念： 按照IEEE(国际电气和电子工程师协会)的定义，
嵌入式系统即“控制、监视或者辅助装置、机器和设备运 行的装置”(原文为devices used to control，monitor， or assist the operation of equipment，machinery or plants)。这主要是从应用上加以定义的，从中可以看出嵌 入式系统是软件和硬件的综合体，并且涵盖机械等附属装 置。
第1章 嵌入式系统概述
Linux： 遵循GPL协议的开放源码的操作系统，使用时
无需交纳许可费用。内核可任意裁剪，几乎支持所有的 32位、64位CPU；内核中支持的硬件种类繁多，几乎可以 从网络上找到所有硬件驱动程序；支持几乎所有的网络 协议；有大量的应用程序可用，从编译工具、调试工具 到GUI程序。其缺点在于实时性，虽然2.6版本的Linux在 实时性方面有较大改进，但是仍无法称为实时操作系统。
图1.2 嵌入式系统软件子系统 全相同，但基本上可以分为
组成框图
应用层、操作系统(OS)层和
嵌入式系统原理与应用课后答案
嵌入式系统原理与应用课后答案1. 第一章答案：a. 嵌入式系统是嵌入到其他系统中的小型电子系统，一般具有特定的功能和任务。
它以硬件和软件的结合形式存在。
b. 嵌入式系统具有实时性、可靠性和可扩展性的要求，并且一般运行在资源受限的环境中。
c. 嵌入式系统可分为实时嵌入式系统和嵌入式控制系统两种类型。
d. 实时嵌入式系统需要按照严格的时间要求完成任务，可以分为硬实时和软实时系统。
2. 第二章答案：a. 嵌入式系统的硬件平台由微处理器、存储器、总线、输入输出设备等组成。
b. 嵌入式系统的硬件平台性能指标包括：处理器的主频、存储器的容量和带宽、总线的带宽和响应时间、输入输出设备的性能等。
c. 嵌入式系统的软件平台由操作系统、应用软件和驱动程序等组成。
d. 实时操作系统是嵌入式系统的核心软件，它可以提供任务调度、资源管理、中断处理等功能。
3. 第三章答案：a. 嵌入式系统的开发流程包括需求分析、系统设计、硬件设计、软件设计、系统集成和测试等阶段。
b. 嵌入式系统开发中常用的设计工具包括仿真工具、编译工具、调试工具和测试工具等。
c. 嵌入式系统的设计方法可以分为自顶向下设计和自底向上设计两种。
d. 自顶向下设计是先定义系统的整体结构，再逐步详细设计每个组件的功能和接口。
e. 自底向上设计是先设计每个组件的功能和接口，再逐步将它们组合起来形成系统。
4. 第四章答案：a. 嵌入式系统的程序设计语言可以分为汇编语言、高级语言和特定领域语言三种。
b. 汇编语言是一种低级语言，使用机器指令来编写程序，可以直接控制硬件。
c. 高级语言是一种抽象层次较高的语言，使用类似自然语言的语法来编写程序，更易理解和维护。
d. 嵌入式系统常用的高级语言包括C语言和C++语言。
e. 特定领域语言是一种专门为某种特定应用领域设计的语言，具有特定领域的特性和功能。
5. 第五章答案：a. 嵌入式系统的编程模型可以分为裸机编程和操作系统编程两种。
第01章、嵌入式系统概述
功能 可靠性 成本 体积 功耗
4
嵌入式系统的例子
手机: 应用最广的嵌入式系统 汽车:电子系统控制 机床：动作监视与控制 洗衣机:旋转控制，水流控制 数码照相机：读写数据卡 打印机：打印强度，颜色，翻页 飞机：参数控制 …
5
1.1.2 嵌入式系统的组成
Vxworks
16
Windows CE
WinCE主要应用于PDA，以及智能电话（smart phone）等多媒 体网络产品。微软于2004年推出了代号为“Macallan”的新版 WinCE系列的操作系统。 Windows 的目的，是让不同语言所写的程序可以在不 同的硬件上执行，也就是所谓的.NET Compact Framework，在这 个Framework下的应用程序与硬件互相独立无关。而核心本身是 一个支持多线程以及多CPU的操作系统。在工作调度方面，为了 提高系统的实时性，主要设置了256级的工作优先级以及可嵌入 式中断处理。 如同在PC Desktop环境，Windows CE系列在通信和网络的能 力，以及多媒体方面极具优势。其提供的协议软件非常完整，甚 至还提供了有保密与验证的加密通信，如PCT/SSL。而在多媒体 方面，目前在PC上执行的Windows Media和DirectX都已经应用到 Windows CE 3.0以上的平台，其主要功能就是对图形、影音进行 编码译码，以及对多媒体信号进行处理。 17
12
2．ARM微处理器的特点，采用RISC架构的ARM微处理器具有如下特点： 体积小、低功耗、低成本、高性能； 支持Thumb（16位）/ARM（32位）双指令集，兼容8位/16位器件； 大量使用寄存器，指令执行速度更快； 大多数数据操作都在寄存器中完成； 寻址方式灵活简单，执行效率高； 指令长度固定 3．ARM微处理器系列 ARM7系列 ARM9系列 ARM9E系列 ARM10E系列 SecurCore系列 Intel的StrongARM Intel的Xscale 其中，ARM7、ARM9、ARM9E和ARM10E为4个通用处理器系列，每一个系 列提供一套相对独特的性能来满足不同应用领域的需求。如ARM7系列适用 于工业控制、网络设备、移动电话等应用；ARM9、ARM9E和ARM10E系列则 更适合无线设备、消费类电子产品的设计。SecurCore系列专门为安全要 13 求较高的应用而设计。
4
嵌入式系统的例子
手机: 应用最广的嵌入式系统 汽车:电子系统控制 机床：动作监视与控制 洗衣机:旋转控制，水流控制 数码照相机：读写数据卡 打印机：打印强度，颜色，翻页 飞机：参数控制 …
5
1.1.2 嵌入式系统的组成
Vxworks
16
Windows CE
WinCE主要应用于PDA，以及智能电话（smart phone）等多媒 体网络产品。微软于2004年推出了代号为“Macallan”的新版 WinCE系列的操作系统。 Windows 的目的，是让不同语言所写的程序可以在不 同的硬件上执行，也就是所谓的.NET Compact Framework，在这 个Framework下的应用程序与硬件互相独立无关。而核心本身是 一个支持多线程以及多CPU的操作系统。在工作调度方面，为了 提高系统的实时性，主要设置了256级的工作优先级以及可嵌入 式中断处理。 如同在PC Desktop环境，Windows CE系列在通信和网络的能 力，以及多媒体方面极具优势。其提供的协议软件非常完整，甚 至还提供了有保密与验证的加密通信，如PCT/SSL。而在多媒体 方面，目前在PC上执行的Windows Media和DirectX都已经应用到 Windows CE 3.0以上的平台，其主要功能就是对图形、影音进行 编码译码，以及对多媒体信号进行处理。 17
12
2．ARM微处理器的特点，采用RISC架构的ARM微处理器具有如下特点： 体积小、低功耗、低成本、高性能； 支持Thumb（16位）/ARM（32位）双指令集，兼容8位/16位器件； 大量使用寄存器，指令执行速度更快； 大多数数据操作都在寄存器中完成； 寻址方式灵活简单，执行效率高； 指令长度固定 3．ARM微处理器系列 ARM7系列 ARM9系列 ARM9E系列 ARM10E系列 SecurCore系列 Intel的StrongARM Intel的Xscale 其中，ARM7、ARM9、ARM9E和ARM10E为4个通用处理器系列，每一个系 列提供一套相对独特的性能来满足不同应用领域的需求。如ARM7系列适用 于工业控制、网络设备、移动电话等应用；ARM9、ARM9E和ARM10E系列则 更适合无线设备、消费类电子产品的设计。SecurCore系列专门为安全要 13 求较高的应用而设计。
嵌入式系统第一章 嵌入式系统概述
• TMS320系列处理器包括用于控制的 C2000系列，移动通 信的C5000系列，以及性能更高的C6000和C8000系列。
• DSP56000目前已经发展成为DSP56000，DSP56100， DSP56200和DSP56300等几个不同系列的处理器。
• 另外PHILIPS公司近年也推出了基于可重置嵌入式DSP结 构低成本、低功耗技术上制造的R. E. A. L DSP处理器，应 用目标是大批量消费类产品。
• 第一章 嵌入式系统概述
• 嵌入式处理器 ——嵌入式片上系统(SOC)
随着EDA的推广和VLSI设计的普及化及半导体工艺的 迅速发展，在一个硅片上实现一个更为复杂的系统的时代 已来临，这就是System On Chip(SOC)。
•各种通用处理器内核将作为SOC设计公司的标准库，和许 多其它嵌入式系统外设一样，成为 VLSI设计中一种标准的 器件，用标准的 VHDL等语言描述，存储在器件库中。
CPU（中央处理单元）
输入设备
运算器
输出设备
控制器
存储器
CPU
单片机工作支撑模块
数据存储器
程序存储器
其他模块
内部总线
定时/计数器模块 串行通讯接口 A/D转换模块 D/A转换模块 通用I/O模块
第一章 嵌入式系统概述
1.2嵌入式系统基本构成
• 硬件系统
• CPU • 存储器 • 模拟前向通路 • 模拟后向通路 • 数字输入 • 数字输出 • 人机界面 • 通信系统 • 电源系统
和工业控制计算机相比，嵌入式微处理器具有体积小、重量轻、 成本低、可靠性高的优点，但是在电路板上必须包括ROM、RAM、总 线接口、各种外设等器件，从而降低了系统的可靠性，技术保密性也 较差。嵌入式微处理器及其存储器、总线、外设等安装在一块电路板 上，称为单板计算机。如STD-BUS、PC104等。
• DSP56000目前已经发展成为DSP56000，DSP56100， DSP56200和DSP56300等几个不同系列的处理器。
• 另外PHILIPS公司近年也推出了基于可重置嵌入式DSP结 构低成本、低功耗技术上制造的R. E. A. L DSP处理器，应 用目标是大批量消费类产品。
• 第一章 嵌入式系统概述
• 嵌入式处理器 ——嵌入式片上系统(SOC)
随着EDA的推广和VLSI设计的普及化及半导体工艺的 迅速发展，在一个硅片上实现一个更为复杂的系统的时代 已来临，这就是System On Chip(SOC)。
•各种通用处理器内核将作为SOC设计公司的标准库，和许 多其它嵌入式系统外设一样，成为 VLSI设计中一种标准的 器件，用标准的 VHDL等语言描述，存储在器件库中。
CPU（中央处理单元）
输入设备
运算器
输出设备
控制器
存储器
CPU
单片机工作支撑模块
数据存储器
程序存储器
其他模块
内部总线
定时/计数器模块 串行通讯接口 A/D转换模块 D/A转换模块 通用I/O模块
第一章 嵌入式系统概述
1.2嵌入式系统基本构成
• 硬件系统
• CPU • 存储器 • 模拟前向通路 • 模拟后向通路 • 数字输入 • 数字输出 • 人机界面 • 通信系统 • 电源系统
和工业控制计算机相比，嵌入式微处理器具有体积小、重量轻、 成本低、可靠性高的优点，但是在电路板上必须包括ROM、RAM、总 线接口、各种外设等器件，从而降低了系统的可靠性，技术保密性也 较差。嵌入式微处理器及其存储器、总线、外设等安装在一块电路板 上，称为单板计算机。如STD-BUS、PC104等。
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另外，在理解嵌入式系统定义时，不要与嵌入式设备相混 淆。嵌入式设备是指内部有嵌入式系统的产品、设备，如内含 单片机的家用电器、仪器仪表、工控单元、机器人、手机、 PDA等。
1.1.3 嵌入式系统的组成 从组成上看，嵌入式系统可分为嵌入式硬件系统与嵌入式
软件系统两大部分，如图1-1所示。 嵌入式硬件系统主要由嵌入式处理器和外围接口电路及相
例如，将微型计算机经电气加固、机械加固，并配置各种 外围接口电路，安装到大型舰船中构成自动驾驶仪或轮机状态 监测系统。这样一来，计算机便失去了原来的形态与通用的功 能。为了区别于原有的通用计算机系统，把嵌入到对象系统中， 实现对对象系统智能化控制的计算机称做嵌入式计算机系统， 简称嵌入式系统。因此，嵌入式系统诞生于微型机时代，其嵌 入性本质是将一个计算机嵌入到一个对象系统中，这是理解嵌 入式系统的基本出发点。
关支撑硬件等组成。其中，嵌入式处理器在嵌入式硬件系统中 处于核心地位，按照功能和用途划分，它可以进一步细分为嵌 入式微控制器、嵌入式微处理器、嵌入式数字信号处理器 (DSP)和片上系统(SOC)等几种类型。
图1-1 嵌入式系统的组成
嵌入式软件系统通常可划分为嵌入式操作系统和嵌入式应 用软件两部分。在一些复杂的系统中，为了简化应用开发，还 提供了一个中间层(嵌入式中间件层)。在早期的嵌入式系统中， 系统的复杂性较低，这时的嵌入式系统通常不使用操作系统， 而是由应用软件直接控制和管理硬件。例如，现在还大量存在 的基于8位单片机的系统，一般仅完成单一的控制功能，其功 能与硬件复杂度都较低，其软件通常只有一个简单的控制程序， 在这类简单系统中没有使用操作系统的必要。随着技术的进步 与复杂需求的出现，嵌入式系统进入了一个新的阶段，这个阶 段的嵌入式系统硬件大多采用了32位的嵌入式SOC (System on Chip)芯片，软件系统则增加了嵌入式操作系统。
如果说微型机的出现使计算机进入到现代计算机发展阶段， 那么嵌入式系统的诞生，则标志着计算机进入了通用计算机系 统与嵌入式系统两大分支并行发展的时代。
3．两大分支的发展 20世纪末、21世纪初，通用计算机系统与嵌入式系统的专 业化分工发展促进了计算机技术的飞速发展。计算机专业领域 集中精力发展通用计算机系统的软、硬件技术，不必兼顾嵌入 式应用要求，通用微处理器迅速从286、386、486发展到奔腾 系列，操作系统则迅速扩展了计算机对高速、海量的数据文件 的处理能力，使通用计算机系统达到一个新的高度。
嵌入式系统则走上了一条完全不同的道路，这条独立发展 的道路就是单芯片化道路。它动员了原有的传统电子系统领域 的厂家与专业人士，接过起源于计算机领域的嵌入式系统，承 担起发展与普及嵌入式系统的历史任务，迅速地将传统的电子 系统发展到智能化的现代电子系统时代。
因此，现代计算机技术的两大分支的意义在于：它不仅形 成了计算机技术的专业化分工，而且将发展计算机技术的任务 扩展到传统的电子系统领域，使计算机成为进入人类社会全面 智能化时代的有力工具。
第1章 嵌入式系统设计基础
1.1 嵌入式系统简介 1.2 嵌入式处理器 1.3 嵌入式操作系统 练习题
1.1 嵌入式系统简介
目前，在嵌入式系统应用领域中，有些人对嵌入式系统不 甚了解，因此，下面我们先从现代计算机的发展历程来了解嵌 入式系统的由来，从其本质特点来探讨嵌入式系统较为准确的 定义。
1.1.1 现代计算机的发展历程 1．始于微型机时代的嵌入式应用 早期的计算机和嵌入式系统的出现始于微型机时代的嵌入
早期，人们想通过对通用计算机系统进行改装，在大型设 备中实现嵌入式应用。然而，众多的对象系统(如家用电器、 仪器仪表、工控单元等)都无法嵌入通用计算机系统，而且嵌 入式系统与通用计算机系统的技术发展方向完全不同。因此， 必须独立地发展通用计算机系统与嵌入式系统，这就形成了现 代计算机技术发展的两于嵌入式系统要嵌入到对象系统中，实现的是对对象的 智能化控制，因此，它有着与通用计算机系统完全不同的技术 要求和技术发展方向。 通用计算机系统的技术要求是高速、海量的数值计算；技 术发展方向是速度的无限提升，存储容量的无限扩大。而嵌入 式系统的技术要求则是对对象的智能化控制能力；技术发展方 向是与对象系统密切相关的嵌入性能、控制能力和控制的可靠 性。
1.1.2 嵌入式系统的定义和特点 我们在了解了嵌入式系统的由来与发展后，按照历史性、
本质性、普遍性要求，将嵌入式系统定义为“嵌入到对象系统 中的专用计算机系统”。“嵌入性”、“专用性”与“计算机 系统”是嵌入式系统的三个基本要素。对象系统则是指嵌入式 系统所嵌入的宿主系统。
嵌入式系统的特点是由定义中的三个基本要素衍生出来的。 不同的嵌入式系统，其特点会有所差异。
式应用。电子数字计算机诞生于1946年，在其后漫长的历史进 程中，计算机始终是安装在特殊的机房中，实现数值计算的大 型昂贵设备。直到20世纪70年代微处理器的出现，计算机才出 现了历史性的变化。以微处理器为核心的微型计算机以其体积 小、成本低、可靠性高等特点，迅速走出机房；基于高速数值 计算能力的微型机，表现出的智能化水平引起了控制专业人士 的兴趣，通过将微型机嵌入到一个对象系统中，实现对象系统 的智能化控制。
与“嵌入性”相关的特点：由于是嵌入到对象系统中的， 因此必须满足对象系统的环境要求，如物理环境(小型)、电气 环境(可靠)、成本(价廉)等要求。
与“专用性”相关的特点：软、硬件的裁减性；满足对象 要求的最小软、硬件配置等。
与“计算机系统”相关的特点：嵌入式系统必须是能满足 对象系统控制要求的计算机系统。与前两个特点相呼应，这样 的计算机必须配置有与对象系统相适应的接口电路。
从图1-1中可以看出，操作系统处于上层软件与嵌入式硬 件系统的中间，在整个嵌入式系统中处于重要的地位，起着至 关重要的作用。它负责控制与管理嵌入式硬件系统，将硬件的 复杂性隐藏起来，为上层软件设计提供一个统一、易用的应用 程序编程接口，以降低应用软件开发的复杂性。同时，作为嵌 入式系统软、硬件资源的管理者，它负责系统软、硬件资源的 调度与分配，保证系统资源被有效、合理地使用。总而言之， 嵌入式操作系统的出现与使用是嵌入式系统发展过程中的一个 重要的里程碑，它掩盖了底层硬件的复杂性，提高了软件的开 发效率和软件的可维护性。
1.1.3 嵌入式系统的组成 从组成上看，嵌入式系统可分为嵌入式硬件系统与嵌入式
软件系统两大部分，如图1-1所示。 嵌入式硬件系统主要由嵌入式处理器和外围接口电路及相
例如，将微型计算机经电气加固、机械加固，并配置各种 外围接口电路，安装到大型舰船中构成自动驾驶仪或轮机状态 监测系统。这样一来，计算机便失去了原来的形态与通用的功 能。为了区别于原有的通用计算机系统，把嵌入到对象系统中， 实现对对象系统智能化控制的计算机称做嵌入式计算机系统， 简称嵌入式系统。因此，嵌入式系统诞生于微型机时代，其嵌 入性本质是将一个计算机嵌入到一个对象系统中，这是理解嵌 入式系统的基本出发点。
关支撑硬件等组成。其中，嵌入式处理器在嵌入式硬件系统中 处于核心地位，按照功能和用途划分，它可以进一步细分为嵌 入式微控制器、嵌入式微处理器、嵌入式数字信号处理器 (DSP)和片上系统(SOC)等几种类型。
图1-1 嵌入式系统的组成
嵌入式软件系统通常可划分为嵌入式操作系统和嵌入式应 用软件两部分。在一些复杂的系统中，为了简化应用开发，还 提供了一个中间层(嵌入式中间件层)。在早期的嵌入式系统中， 系统的复杂性较低，这时的嵌入式系统通常不使用操作系统， 而是由应用软件直接控制和管理硬件。例如，现在还大量存在 的基于8位单片机的系统，一般仅完成单一的控制功能，其功 能与硬件复杂度都较低，其软件通常只有一个简单的控制程序， 在这类简单系统中没有使用操作系统的必要。随着技术的进步 与复杂需求的出现，嵌入式系统进入了一个新的阶段，这个阶 段的嵌入式系统硬件大多采用了32位的嵌入式SOC (System on Chip)芯片，软件系统则增加了嵌入式操作系统。
如果说微型机的出现使计算机进入到现代计算机发展阶段， 那么嵌入式系统的诞生，则标志着计算机进入了通用计算机系 统与嵌入式系统两大分支并行发展的时代。
3．两大分支的发展 20世纪末、21世纪初，通用计算机系统与嵌入式系统的专 业化分工发展促进了计算机技术的飞速发展。计算机专业领域 集中精力发展通用计算机系统的软、硬件技术，不必兼顾嵌入 式应用要求，通用微处理器迅速从286、386、486发展到奔腾 系列，操作系统则迅速扩展了计算机对高速、海量的数据文件 的处理能力，使通用计算机系统达到一个新的高度。
嵌入式系统则走上了一条完全不同的道路，这条独立发展 的道路就是单芯片化道路。它动员了原有的传统电子系统领域 的厂家与专业人士，接过起源于计算机领域的嵌入式系统，承 担起发展与普及嵌入式系统的历史任务，迅速地将传统的电子 系统发展到智能化的现代电子系统时代。
因此，现代计算机技术的两大分支的意义在于：它不仅形 成了计算机技术的专业化分工，而且将发展计算机技术的任务 扩展到传统的电子系统领域，使计算机成为进入人类社会全面 智能化时代的有力工具。
第1章 嵌入式系统设计基础
1.1 嵌入式系统简介 1.2 嵌入式处理器 1.3 嵌入式操作系统 练习题
1.1 嵌入式系统简介
目前，在嵌入式系统应用领域中，有些人对嵌入式系统不 甚了解，因此，下面我们先从现代计算机的发展历程来了解嵌 入式系统的由来，从其本质特点来探讨嵌入式系统较为准确的 定义。
1.1.1 现代计算机的发展历程 1．始于微型机时代的嵌入式应用 早期的计算机和嵌入式系统的出现始于微型机时代的嵌入
早期，人们想通过对通用计算机系统进行改装，在大型设 备中实现嵌入式应用。然而，众多的对象系统(如家用电器、 仪器仪表、工控单元等)都无法嵌入通用计算机系统，而且嵌 入式系统与通用计算机系统的技术发展方向完全不同。因此， 必须独立地发展通用计算机系统与嵌入式系统，这就形成了现 代计算机技术发展的两于嵌入式系统要嵌入到对象系统中，实现的是对对象的 智能化控制，因此，它有着与通用计算机系统完全不同的技术 要求和技术发展方向。 通用计算机系统的技术要求是高速、海量的数值计算；技 术发展方向是速度的无限提升，存储容量的无限扩大。而嵌入 式系统的技术要求则是对对象的智能化控制能力；技术发展方 向是与对象系统密切相关的嵌入性能、控制能力和控制的可靠 性。
1.1.2 嵌入式系统的定义和特点 我们在了解了嵌入式系统的由来与发展后，按照历史性、
本质性、普遍性要求，将嵌入式系统定义为“嵌入到对象系统 中的专用计算机系统”。“嵌入性”、“专用性”与“计算机 系统”是嵌入式系统的三个基本要素。对象系统则是指嵌入式 系统所嵌入的宿主系统。
嵌入式系统的特点是由定义中的三个基本要素衍生出来的。 不同的嵌入式系统，其特点会有所差异。
式应用。电子数字计算机诞生于1946年，在其后漫长的历史进 程中，计算机始终是安装在特殊的机房中，实现数值计算的大 型昂贵设备。直到20世纪70年代微处理器的出现，计算机才出 现了历史性的变化。以微处理器为核心的微型计算机以其体积 小、成本低、可靠性高等特点，迅速走出机房；基于高速数值 计算能力的微型机，表现出的智能化水平引起了控制专业人士 的兴趣，通过将微型机嵌入到一个对象系统中，实现对象系统 的智能化控制。
与“嵌入性”相关的特点：由于是嵌入到对象系统中的， 因此必须满足对象系统的环境要求，如物理环境(小型)、电气 环境(可靠)、成本(价廉)等要求。
与“专用性”相关的特点：软、硬件的裁减性；满足对象 要求的最小软、硬件配置等。
与“计算机系统”相关的特点：嵌入式系统必须是能满足 对象系统控制要求的计算机系统。与前两个特点相呼应，这样 的计算机必须配置有与对象系统相适应的接口电路。
从图1-1中可以看出，操作系统处于上层软件与嵌入式硬 件系统的中间，在整个嵌入式系统中处于重要的地位，起着至 关重要的作用。它负责控制与管理嵌入式硬件系统，将硬件的 复杂性隐藏起来，为上层软件设计提供一个统一、易用的应用 程序编程接口，以降低应用软件开发的复杂性。同时，作为嵌 入式系统软、硬件资源的管理者，它负责系统软、硬件资源的 调度与分配，保证系统资源被有效、合理地使用。总而言之， 嵌入式操作系统的出现与使用是嵌入式系统发展过程中的一个 重要的里程碑，它掩盖了底层硬件的复杂性，提高了软件的开 发效率和软件的可维护性。