第二章 嵌入式系统的基本概念
如何使用C语言进行嵌入式系统开发
如何使用C语言进行嵌入式系统开发第一章：引言嵌入式系统是一种专门设计用于特定应用领域的计算机系统，它通常由硬件平台和软件系统组成。
C语言作为一种高级编程语言，广泛应用于嵌入式系统开发中。
本文将介绍如何使用C语言进行嵌入式系统开发。
第二章：了解嵌入式系统在使用C语言进行嵌入式系统开发之前，我们需要了解嵌入式系统的基本概念和特点。
嵌入式系统通常运行在资源受限的环境中，因此需要对系统资源的管理和利用进行精确控制。
嵌入式系统的开发过程需要考虑实时性、可靠性、功耗等因素。
第三章：基础知识在使用C语言进行嵌入式系统开发之前，我们需要掌握一些基础知识。
首先是C语言的基本语法和特性，包括数据类型、运算符、控制语句等。
其次是嵌入式系统开发中常用的硬件知识，例如芯片架构、外设接口等。
还需要了解一些常用的嵌入式开发工具，如编译器、调试器等。
第四章：选择适合的开发平台嵌入式系统开发需要选择适合的开发平台。
常见的开发平台包括单片机、嵌入式Linux系统、实时操作系统等。
根据具体应用需求选择合适的开发平台，同时要考虑开发工具的可用性和便利性。
第五章：编写嵌入式系统应用程序使用C语言进行嵌入式系统开发的核心是编写应用程序。
在编写应用程序时，需要根据系统需求设计合适的算法和数据结构，实现功能模块。
同时要考虑资源的合理利用和性能的优化，以保证系统的稳定运行。
第六章：调试和测试嵌入式系统开发过程中，调试和测试是至关重要的环节。
通过调试和测试可以发现和解决系统中的问题，保证系统的可靠性和稳定性。
在调试和测试过程中，可以使用一些专业的嵌入式开发工具，如JTAG、Logic Analyzer等，来辅助分析和调试。
第七章：性能优化嵌入式系统通常具有资源受限的特点，因此性能优化是非常重要的。
通过代码优化、算法改进、资源管理等手段，可以提高系统的实时性、运行速度和功耗效率。
在进行性能优化时，需要仔细分析系统的瓶颈和热点，针对性地进行优化操作。
测控专业学嵌入式
测控专业学嵌入式嵌入式系统是测控专业中的重要组成部分，它通常指的是在特定领域内，通过特定的硬件和软件技术，设计和开发出来的一种特定功能的电子系统。
嵌入式系统广泛应用于汽车、家电、通信、医疗、工业控制等领域，它具有功耗低、体积小、成本低、响应快等特点。
在学习嵌入式系统之前，首先需要了解基本的硬件和软件知识。
硬件方面，了解计算机的基本组成，包括CPU、存储器、外设等；软件方面，了解操作系统、编程语言、编译器等基础知识。
1. 嵌入式系统的基本概念：- 了解嵌入式系统的定义和基本特点，以及其与计算机系统的区别；- 了解嵌入式系统的应用领域和发展趋势；- 了解嵌入式系统的软硬件平台和开发流程。
2. 嵌入式系统的硬件设计：- 学习电子电路的基本知识，包括电路元件的选型、电路的设计和布线规则；- 学习数字电路和模拟电路的设计原理，了解常用的数字/模拟转换器、传感器、开关电路等；- 了解嵌入式系统的微控制器和嵌入式处理器的选择和设计原则；- 学习硬件调试和测试技术，如示波器、逻辑分析仪的使用等。
3. 嵌入式系统的软件设计：- 学习C语言和汇编语言的基本知识，掌握嵌入式系统的程序设计方法；- 学习操作系统的基本概念和原理，了解实时操作系统的特点和应用；- 学习通信协议，如UART、SPI、I2C、CAN等，了解其原理和应用；- 学习嵌入式系统的驱动程序编程、任务调度和中断处理；- 了解嵌入式系统的软件测试、调试和优化技术。
4. 嵌入式系统的应用开发：- 学习嵌入式系统的应用开发平台，如Arduino、树莓派等； - 学习嵌入式系统的传感器和执行器的接口方法和调试技巧； - 学习使用嵌入式系统开发板进行电子系统的原型设计和测试；- 学习嵌入式系统的物联网和云计算应用开发。
除了理论学习外，实际动手操作和项目实践也是学习嵌入式系统的重要环节。
通过参加相关竞赛、项目实训或实习，可以提高嵌入式系统的设计和开发能力。
总之，学习嵌入式系统是测控专业中必不可少的一项技能。
嵌入式系统概述ppt
Connecting SRAM
服务特 权
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包权
人书友圈7.三端同步
一、嵌入式系统的定义
嵌入式系统：
嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，
其软硬件可配置，对功能、可靠性、成本、体积、 功耗有严格约束的一种专用系统。
专用计算机系统(非PC智能电子设备)
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
嵌入式系统硬件
Power Supply Oscillation Circuit
Reset Circuit
Ports
Chip Board Ciruit
Prescaler
CPU CORE
Interrupt Controler
Timer DMA
CPU
I/O Port A/D
Connectong for Debugging
前言
课程设置的必要性 嵌入式系统涉及现代生活的方方面面 应用日趣复杂 微处理器技术长足发展 嵌入式软件技术成为核心
嵌入式八股文200页
嵌入式八股文200页第一章嵌入式的基本概念与发展趋势1.1 嵌入式的定义及特点嵌入式系统是以微型计算机技术为基础，集成在其他产品中，实现特定功能的计算机系统。
它具有体积小、功耗低、成本低、性能高等特点。
1.2 嵌入式系统的应用领域嵌入式系统广泛应用于消费电子、通信、汽车、医疗、工业控制等领域。
例如，智能手机、智能家居、车载导航系统等都是嵌入式系统的应用。
1.3 嵌入式系统的发展趋势随着科技的进步和人们对智能化产品的需求不断增加，嵌入式系统的发展呈现以下趋势：1.3.1 多核处理器的应用为提高系统性能和处理能力，嵌入式系统逐渐采用多核处理器，实现并行计算和任务分配。
1.3.2 网络连接能力的增强嵌入式系统通过网络连接，实现与云端数据的交互和远程控制，满足人们对智能化、互联网化的需求。
1.3.3 人工智能的集成随着人工智能技术的发展，嵌入式系统逐渐集成人工智能算法和模型，实现智能感知和决策能力。
第二章嵌入式系统的硬件设计与开发2.1 嵌入式系统的硬件组成嵌入式系统的硬件包括处理器、存储器、外设等。
处理器负责计算和控制，存储器用于存储数据和程序，外设用于与外部设备进行交互。
2.2 嵌入式系统的硬件设计流程嵌入式系统的硬件设计流程包括需求分析、系统设计、电路设计、PCB设计、原型制作等步骤，确保系统满足功能和性能要求。
2.3 嵌入式系统的开发工具与环境嵌入式系统的开发工具包括编译器、调试器、仿真器等，用于开发和调试嵌入式软件和硬件。
第三章嵌入式系统的软件设计与开发3.1 嵌入式系统的软件架构嵌入式系统的软件架构包括操作系统、驱动程序、应用程序等。
操作系统负责管理系统资源和调度任务，驱动程序用于控制外设，应用程序实现系统功能。
3.2 嵌入式系统的软件开发流程嵌入式系统的软件开发流程包括需求分析、系统设计、编码、测试、调试等步骤，确保软件的正确性和稳定性。
3.3 嵌入式系统的软件开发工具与技术嵌入式系统的软件开发工具包括编译器、调试器、仿真器等，技术包括C语言、汇编语言、RTOS等。
嵌入式答案
1.嵌入式系统基本含义是什么?为什么说单片机是典型的嵌入式系统?嵌入式系统（Embedded System）：面向测控对象，嵌入到实际应用系统中，实现嵌入式应用的计算机称之为嵌入式计算机系统，简称嵌入式系统（Embedded System）。
嵌入式系统是面向测控对象，嵌入到实际应用系统中的计算机系统的统称。
嵌入式系统通常有4 种：①工控机；②通用CPU 模块；③嵌入式微处理器（Embedded Processor）；嵌入式微控制器（Embedded Microcontroller）。
前两者是基于通用计算机系统，即将通用计算机系统用于测控对象。
后两者是基于芯片形态的计算机系统，其中嵌入式MCU 是在通用CPU 基础上发展，增加满足测控对象要求的外围接口电路，用于测控领域。
而嵌入式MCU则是在嵌入式系统的概念广泛使用后，给传统MCU 定位的称呼。
所以，可以说MCU 是最典型的、最广泛的嵌入式系统。
3．比较MCU与CPU的区别与联系。
从总体上说，通用计算机系统主要用于数值计算、信息处理，兼顾控制功能，而嵌入式计算机系统主要用于控制领域，兼顾数据处理。
与单纯的高速海量计算要求不同，通信、测控、数据传输等领域主要表现在：①直接面向控制对象；②嵌入到具体的应用体中，而不以计算机的面貌出现；③能在现场可靠地运行；④体积小，应用灵活；⑤突出控制功能，特别是对外部信息的捕捉与丰富的输入输出（I/O）功能等。
由此可以看出，满足这些要求的计算机与满足高速数值计算的计算机是不可兼得的就MCU 组成而言，虽然它只是一块芯片，但包含了计算机的基本组成单元，仍由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五部分组成，只不过这些都集成在一块芯片上，这种结构使得MCU成为具有独特功能的计算机。
2．简述MCU的基本组成及应用领域，简述嵌入式系统的特点。
MCU的基本组成：由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五部分组成。
MCU应用领域：通信、测控、数据传输等领域。
嵌入式系统教案李震
嵌入式系统教案李震一、教案概述本教案旨在为广大嵌入式系统学习者提供一个全面、系统的学习路线，通过讲解基本概念、原理及实际应用，使学习者能够熟练掌握嵌入式系统的基本知识，具备实际项目开发能力。
本教案适用于嵌入式系统及相关专业的本科生、研究生和从业人员。
二、教学目标1. 理解嵌入式系统的概念、特点和应用领域；2. 掌握嵌入式系统硬件平台的基本组成；3. 熟悉嵌入式操作系统的基本原理及常用嵌入式操作系统；4. 学会嵌入式系统软件开发的基本方法；5. 能够运用所学知识分析和解决实际嵌入式系统问题。
三、教学内容第一章：嵌入式系统概述1.1 嵌入式系统的定义及特点1.2 嵌入式系统的应用领域1.3 嵌入式系统的发展趋势第二章：嵌入式系统硬件平台2.1 嵌入式处理器2.2 存储器2.3 输入输出接口2.4 嵌入式系统硬件设计方法第三章：嵌入式操作系统3.1 嵌入式操作系统的基本原理3.2 常用嵌入式操作系统简介3.3 嵌入式操作系统的选择与评估第四章：嵌入式系统软件开发4.1 嵌入式软件开发流程4.2 嵌入式编程语言4.3 嵌入式软件调试与测试第五章：嵌入式系统项目实践5.1 嵌入式系统项目开发流程5.2 基于嵌入式系统的应用案例分析5.3 项目实践案例讲解四、教学方法1. 采用讲授、讨论、实验相结合的方式进行教学；2. 使用实际案例进行分析，使学生更好地理解嵌入式系统的应用；3. 鼓励学生进行项目实践，提高实际动手能力；4. 定期进行课后作业和测试，检查学生学习效果。
五、教学资源1. 教材：《嵌入式系统原理与应用》等；2. 实验设备：嵌入式开发板、编程器、仿真器等；3. 网络资源：相关技术博客、论坛、学术论文等。
六、课程评估1. 课后作业：考察学生对课堂所学知识的理解和运用；2. 实验报告：评估学生在实验过程中的动手能力和问题解决能力；3. 课程论文：考察学生对嵌入式系统某一领域的深入研究；4. 期末考试：全面测试学生对本门课程的掌握程度。
《嵌入式ARM教案》课件
《嵌入式ARM教案》课件第一章：嵌入式系统概述1.1 嵌入式系统的定义介绍嵌入式系统的概念、特点和应用领域解释嵌入式系统与通用计算机系统的区别1.2 嵌入式系统的历史与发展概述嵌入式系统的发展历程介绍嵌入式系统在不同领域的应用发展情况1.3 嵌入式系统的组成与架构讲解嵌入式系统的常见架构介绍嵌入式系统的主要组成部分及其作用1.4 嵌入式系统的优势与挑战阐述嵌入式系统的优势分析嵌入式系统面临的挑战和发展趋势第二章：ARM处理器简介2.1 ARM处理器的发展历程介绍ARM公司的起源和发展历程讲解ARM处理器的发展阶段和产品系列2.2 ARM处理器的特点与优势阐述ARM处理器的特点分析ARM处理器在嵌入式系统中的应用优势2.3 ARM处理器的架构与工作原理讲解ARM处理器的架构设计介绍ARM处理器的工作原理和指令集2.4 ARM处理器的选型与评估指导如何选择合适的ARM处理器介绍评估ARM处理器性能的方法和指标第三章：嵌入式操作系统基础3.1 嵌入式操作系统的概念与分类解释嵌入式操作系统的定义和分类介绍常见的嵌入式操作系统及其特点3.2 嵌入式操作系统的核心功能与架构讲解嵌入式操作系统的核心功能阐述嵌入式操作系统的常见架构设计3.3 嵌入式操作系统的移植与优化介绍嵌入式操作系统移植的基本步骤讲解嵌入式操作系统的优化方法和技巧3.4 嵌入式操作系统的应用与案例分析分析嵌入式操作系统在实际应用中的案例探讨嵌入式操作系统的发展趋势和挑战第四章：嵌入式系统设计与开发流程4.1 嵌入式系统设计的基本原则介绍嵌入式系统设计的重要原则讲解设计过程中需要考虑的因素4.2 嵌入式系统硬件设计讲解嵌入式系统硬件设计的基本步骤和方法介绍硬件选型和硬件设计中的注意事项4.3 嵌入式系统软件设计阐述嵌入式系统软件设计的基本步骤和方法讲解软件开发工具和编程语言的选择4.4 嵌入式系统开发的流程与实践介绍嵌入式系统开发的典型流程分析实际开发过程中需要注意的问题和实践经验第五章：嵌入式系统编程基础5.1 嵌入式编程语言概述介绍嵌入式编程的常用语言及其特点分析不同编程语言在嵌入式系统中的应用场景5.2 C语言编程基础讲解C语言的基本语法和编程技巧介绍C语言在嵌入式编程中的应用和实践5.3 汇编语言编程基础介绍汇编语言的基本概念和语法讲解汇编语言在嵌入式编程中的应用和实践5.4 嵌入式编程的实践技巧讲解嵌入式编程的常见技巧和注意事项分析实际项目中遇到的问题和解决方法《嵌入式ARM教案》课件第六章：嵌入式系统硬件接口与驱动6.1 嵌入式系统硬件接口概述介绍嵌入式系统中常见的硬件接口类型讲解硬件接口的工作原理和功能6.2 UART接口与驱动编程讲解UART接口的基本概念和功能介绍UART接口的驱动编程方法和实践6.3 I2C接口与驱动编程介绍I2C接口的基本概念和协议讲解I2C接口的驱动编程方法和实践6.4 SPI接口与驱动编程讲解SPI接口的基本概念和协议介绍SPI接口的驱动编程方法和实践第七章：嵌入式系统存储与文件系统7.1 嵌入式系统存储概述介绍嵌入式系统中常见的存储设备和技术讲解存储器接口和存储器控制器的选择7.2 NAND闪存与驱动编程介绍NAND闪存的基本概念和特点讲解NAND闪存的驱动编程方法和实践7.3 NOR闪存与驱动编程讲解NOR闪存的基本概念和特点介绍NOR闪存的驱动编程方法和实践7.4 文件系统的设计与实现讲解嵌入式文件系统的设计原理介绍常见嵌入式文件系统的实现方法和实践第八章：嵌入式系统网络通信8.1 嵌入式系统网络通信基础介绍嵌入式系统网络通信的基本概念和技术讲解网络通信协议和网络架构8.2 TCP/IP协议栈与嵌入式网络应用讲解TCP/IP协议栈的基本原理和组成介绍基于TCP/IP协议栈的嵌入式网络应用实践8.3 Wi-Fi通信模块与驱动编程介绍Wi-Fi通信模块的基本概念和功能讲解Wi-Fi通信模块的驱动编程方法和实践8.4 蓝牙通信模块与驱动编程讲解蓝牙通信模块的基本概念和功能介绍蓝牙通信模块的驱动编程方法和实践第九章：嵌入式系统实时性与调度策略9.1 嵌入式系统实时性概述讲解嵌入式系统实时性的概念和重要性介绍实时系统的分类和实时性要求9.2 嵌入式调度策略与算法讲解嵌入式系统的调度策略和算法分析不同调度策略的优缺点和适用场景9.3 实时操作系统（RTOS）简介介绍实时操作系统的基本概念和特点讲解RTOS在嵌入式系统中的应用和实践9.4 实时调度器的实现与优化讲解实时调度器的实现方法和流程介绍调度器的优化技巧和注意事项第十章：嵌入式系统项目管理与实践10.1 嵌入式系统项目管理概述介绍嵌入式系统项目管理的概念和重要性讲解项目管理工具和方法在嵌入式系统中的应用10.2 项目需求分析与规划讲解项目需求分析和规划的方法介绍需求文档编写和项目进度管理的实践经验10.3 嵌入式系统开发的实践技巧讲解嵌入式系统开发中的实践技巧和注意事项分享实际项目开发中的经验和最佳实践10.4 项目验收与维护介绍项目验收的标准和方法讲解项目维护和升级的策略与实践《嵌入式ARM教案》课件第十一章：嵌入式系统安全与加密技术11.1 嵌入式系统安全概述讲解嵌入式系统安全的重要性介绍常见的嵌入式系统安全威胁和攻击手段11.2 加密技术在嵌入式系统中的应用介绍加密技术的基本原理和算法讲解加密技术在嵌入式系统中的应用场景和实践11.3 安全存储与传输讲解如何在嵌入式系统中实现安全存储和传输介绍常见的加密存储和传输技术及其实现方法11.4 安全认证与授权讲解嵌入式系统中的安全认证和授权机制介绍常见的认证和授权方法及其在嵌入式系统中的应用第十二章：物联网与嵌入式系统的融合12.1 物联网概述介绍物联网的概念、架构和应用领域讲解物联网与嵌入式系统的关联和融合趋势12.2 物联网协议与技术讲解物联网中常用的通信协议和技术介绍物联网协议栈和网络架构12.3 物联网在嵌入式系统中的应用案例分析物联网在嵌入式系统中的应用案例探讨物联网技术在嵌入式系统中的实践经验和挑战12.4 物联网安全与隐私保护讲解物联网安全的重要性和挑战介绍物联网中的安全技术和隐私保护措施第十三章：嵌入式系统在智能家居的应用13.1 智能家居系统概述介绍智能家居系统的概念、架构和应用讲解智能家居系统与嵌入式系统的关联和融合13.2 智能家居设备与控制讲解智能家居设备的选择和控制方法介绍智能家居设备的嵌入式系统设计和开发实践13.3 智能家居平台的构建与优化讲解智能家居平台的构建方法和实践介绍智能家居平台的优化技巧和注意事项13.4 智能家居安全与隐私保护讲解智能家居系统中的安全问题和隐私保护需求介绍智能家居系统中的安全技术和隐私保护措施第十四章：嵌入式系统在工业控制的应用14.1 工业控制系统概述介绍工业控制系统的概念、架构和应用领域讲解嵌入式系统在工业控制中的应用和重要性14.2 工业控制设备与接口讲解工业控制设备的选择和接口技术介绍工业控制设备的嵌入式系统设计和开发实践14.3 工业控制协议与通信讲解工业控制中常用的通信协议和技术介绍工业控制协议的实现和通信实践14.4 工业控制系统的安全性与优化讲解工业控制系统中的安全问题和优化需求介绍工业控制系统中的安全技术和优化措施第十五章：嵌入式系统在自动驾驶的应用15.1 自动驾驶系统概述介绍自动驾驶系统的概念、架构和应用前景讲解嵌入式系统在自动驾驶中的应用和挑战15.2 自动驾驶感知与决策讲解自动驾驶系统中的感知技术和决策算法介绍嵌入式系统在自动驾驶感知和决策中的应用15.3 自动驾驶控制与执行讲解自动驾驶系统中的控制技术和执行策略介绍嵌入式系统在自动驾驶控制和执行中的应用15.4 自动驾驶安全与伦理问题讲解自动驾驶系统中的安全问题和伦理挑战介绍自动驾驶系统中的安全技术和伦理指导原则重点和难点解析1. 嵌入式系统的基本概念、特点和应用领域。
《嵌入式系统基础》课程教学大纲
嵌入式系统基础课程教学大纲（EmbeddedMicroprocessorSystem）学时数：32其中：实验学时：0课外学时：0学分数：2适用专业：计算机科学与技术一、课程的性质、目的和任务本课程是计算机科学与技术专业本科生的一门专业选修课程。
通过本课程的学习，使学生掌握嵌入式系统的基础知识，熟悉典型的嵌入式微处理器及嵌入式操作系统，掌握嵌入式系统的一般设计方法与开发过程，具备初步的嵌入式系统的软硬件设计开发能力，为嵌入式系统的实际应用打下基础。
二、课程教学的基本要求（一）掌握嵌入式系统的基本概念、基本组成及发展、嵌入式处理器及嵌入式操作系统分类（二）掌握ARM嵌入式微处理器体系结构、ARM指令系统及ARM汇编语言（H）掌握嵌入式1inUX 操作系统内核结构及文件系统（四）掌握嵌入式系统的一般设计流程、典型开发环境及开发工具（五）掌握基于ARM嵌入式微处理器的典型接口设计（六）初步掌握基于嵌入式1inUX操作系统的软件设计三、课程的教学内容、重点和难点第一章嵌入式系统基础知识一、嵌入式系统简介二、嵌入式处理器第二章嵌入式系统一般设计方法一、嵌入式系统的层次结构二、嵌入式系统的设计流程第三章ARM处理器体系结构及指令系统一、ARM微处理器的体系结构二、指令系统三、基于ARM体系的汇编语言程序设计第四章基于ARM处理器的硬件平台设计一、基于微处理器的嵌入式系统的硬件设计二、存储系统的分析与设计三、通用I/O接口的设计第五章嵌入式1inux操作系统一、1i1IUX及其应用二、嵌入式1inux内核三、嵌入式1inUX文件系统第六章嵌入式1inux系统的Boot1oader设计一、Boot1oader的基本概念二、Boot1oader的具体实现重点：Boot1oader的基本概念难点：BOOt1Oader的具体实现第七章嵌入式1inux程序设计基础一、嵌入式1inUX开发基础二、1inUX的常用工具三、嵌入式1inUX操作系统的开发工具四、交叉开发环境重点：嵌入式1inUX操作系统的开发工具、难点：交叉开发环境第八章嵌入式1inux系统的驱动开发一、1inUX下的设备驱动程序简介二、设备驱动程序的开发过程三、典型设备驱动程序设计分析第九章嵌入式网络程序设计一、嵌入式以太网基础知识二、以太网接口设计三、1in1IX网络编程实现重点：以太网接口设计、1inUX网络编程实现难点：1inUX网络编程实现第十章嵌入式1inux图形用户界面编程一、1inux图形开发基础二、嵌入式1inIIX图形用户界面简介四、课程各教学环节要求（一）作业根据课程学习需要，安排适当课外作业。
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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（媒体播放）；
弱实时系统，其系统响应时间约为数十秒或更长。
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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。 Initialize() While(true){
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）。
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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
……
任务 控制 块1 寄存器 CPU CPU寄存器
29
任务 控制 块2
任务 控制 块n
多任务（任务、进程和线程）
7
哈佛体系结构
地址 程序存储器 指令0 指令1 指令2
指令寄存器
控制器
指令
地址 数据通道 输入 中央处理器
数据存储器 数据0 数据1 数据2
输出
数据
8
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
冯诺依曼理论的要点是：数字计算机的数制采用二进制；计算机应该按 照程序顺序执行。
根据冯诺依曼体系结构构成的计算机，必须具有如下功能： 把需要的程序和数据送至计算机中。 必须具有长期记忆程序、数据、中间结果及最终运算结果的能力。 能够完成各种算术、逻辑运算和数据传送等数据加工处理的能力。 能根据需要控制程序走向，并能根据指令控制机器的各部件协调操作。 能够按照要求将处理结果输出给用户。
Firm cores(―code+structure‖)(固核）
Hard cores(―physical‖)(硬核）
包含工艺相关的布局和时序信息
IP很容易保护 多数的处理器和存储器
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IP核的商业模型
三种模式
一、计者提供设计和工具的许可证
DSP Group (Pine and Oak Cores), 3Soft, ARM 提供包括HDL在内的模拟模型，工具或仿真器 使用者负责设计制造
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。 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CPU的利用率得到最大的发挥，并使 应用程序模块化。 在实际应用中，多任务的最大特点是，开发人员 可以将很复杂的应用程序层次化－综合实验（时钟、位 图、USB、KEY）。
30
系统内核（Kernel)与调度（Scheduler)
多任务系统中，内核负责管理各个任务，或者说为每个任 务分配CPU时间，并且负责任务之间的通信。 内核（Kernel)：提供的基本服务是任务切换。内核本身 也增加了应用程序的额外负荷，代码空间增加ROM用量， 内核本身的数据结构增加了RAM的用量。内核本身对CPU的 占用时间一般在2到5个百分点之间。 调度（Scheduler）：是内核的主要职责之一，就是要决 定该轮到哪个任务运行了。多数实时内核是基于优先级调 度法的。每个任务根据其重要程度的不同被赋予一定的优 先级。基于优先级的调度法指，CPU总是让处在就绪态的 优先级最高的任务先运行。
超标量是通过内置多条流水线来同时执行多个处理器，其实质是 以空间换取时间。而超流水线是通过细化流水、提高主频，使得 在一个机器周期内完成一个甚至多个操作，其实质是以时间换取 空间。例如Pentium 4的流水线就长达20级。将流水线设计的步( 级)越长，其完成一条指令的速度越快，因此才能适应工作主频更 高的CPU。但是流水线过长也带来了一定副作用，很可能会出现 主频较高的CPU实际运算速度较低的现象，Intel的奔腾4就出现了 这种情况，虽然它的主频可以高达1.4G以上，但其运算性能却远 远比不上AMD 1.2G的速龙甚至奔腾III。
20
输入输出接口
I/O
A/D、D/A
键盘 LCD 存储器接口 设备接口
21
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
22
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。
Add Sub Cmp 时间
取指
译码 取指
执行add 译码 取指 执行sub 译码 执行cmp
17
流水线技术
流水线(Pipeline )是Intel首次在486芯片中开始使用的。流水线的 工作方式就象工业生产上的装配流水线。在CPU中由5—6个不同 功能的电路单元组成一条指令处理流水线，然后将一条X86指令分 成5—6步后再由这些电路单元分别执行，这样就能实现在一个 CPU时钟周期完成一条指令，因此提高CPU的运算速度。经典奔 腾每条整数流水线都分为四级流水，即指令预取、译码、执行、 写回结果，浮点流水又分为八级流水。
3
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
IP
核
流水线
存储器系统
4
冯· 诺依曼体系结构
20世纪30年代中期，德国科学家冯诺依曼大胆的提出，抛弃十进制，采 用二进制作为数字计算机的数制基础。同时，他还说预先编制计算程序 ，然后由计算机来按照人们事前制定的计算顺序来执行数值计算工作。
编码长度 编码长度可变，1-15字节
寻址方式 寻址方式多样 操作
编码长度固定，通常为4个字节
简单寻址
可以对存储器和寄存器进行 只能对寄存器对行算术和逻辑 算术和逻辑操作 操作，Load/Store体系结构
编译
难以用优化编译器生成高效 采用优化编译技术，生成高效 的目标代码程序 的目标代码程序
11
知识产权核(IP核, intellectual property)
PC - 8
PC - 4
Execute
PC指向正被取指的指令，而非正在执行的指令
19
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
18
指令流水线—以ARM为例
为增加处理器指令流的速度，ARM7 系列使用3级流水线.
允许多个操作同时处理，比逐条指令执行要快。
ARM
PC
Thumb
PC
Fetch
从存储器中读取指令
PC指令 寄存器读（从寄存器Bank） 移位及ALU操作 寄存器写（到寄存器Bank ）
嵌入式系统
(Embedded System)
嵌入式系统的基本概念 华北电力大学 电气与电子工程学院
1
本节提要
1 基本知识 2 嵌入式系统软硬件基础 3 嵌入式系统设计方法
4
一个嵌入式设计方法实例
2
嵌入式系统的软/硬件框架
功能层 应用程序
文件系统 软件层
图形用户 接口
任务管理
实时操作系统(RTOS) 中间层 D/A A/D 硬件层 I/O 人机交互接口 嵌入式计算机系统 嵌入式 微处理器 BSP/HAL 硬件抽象层/板极支持包 通用接口 ROM SDRAM
多媒体处理: MPEG/JPEG ;
encoder/decoder ; 数字信号处理器(DSP)
通信: Ethernet controller, router,
12
IP核的种类
Soft Cores(―code‖)（软核）
HDL语言描述
灵活度高，可修改 与工艺独立，可根据具体的加工工艺重新综合； IP很难保护 逻辑综合后的描述 与工艺相关 物理综合后的描述 准备流片
识产权知识产权(IP) 电路或核是设计好并经过验证的 集成电路功能单元
IP复用意味着设计代价降低（时间，价格） IP核的类别:
微处理器微处理器: ARM, PowerPC; 存储器存储器: RAM, memory controller; 外设: PCI, DMA controller;
例如，很多基于微处理器的产品采用前后台系统设计，如微波炉 、电话机、玩具等。从省电的角度出发，平时微处理器处在停机状态 ，所有的事都靠中断服务来完成。
26
前后台系统（后台循环、前台中断）
后台 前台
ISR
时间
ISR
ISR
27
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。
15
ARM的IP核
可综合内核（软核）
ARM926EJ-S ARM7TDMI-S ARM1026EJ-S
固化宏单元（硬核）
ARM920T ARM7TDMI ARM720T ARM1022E