【嵌入式系统及应用】第一讲 嵌入式系统硬件基础
《嵌入式系统原理和应用》教学大纲
《嵌入式系统原理与应用》教学大纲一、课程基本信息二、课程性质、地位和任务嵌入式系统原理与应用是计算机科学技术专业的一门专业课，讲述嵌入式系统的基本理论、原理。
本课程是一门既与硬件关系紧密，又与嵌入式操作系统、嵌入式软件关系十分紧密课程。
它围绕目前流行的32位ARM处理器和源码开放的Linux操作系统，讲述嵌入式系统的概念，软、硬件组成，开发过程以及嵌入式应用程序开发设计方法。
本课程的知识将为学生今后从事嵌入式系统研究与开发打下坚实的基础。
三、课程基本要求通过对基于ARM嵌入式芯片的系统的基本组织结构与工作原理的学习，使学生对计算机系统的硬件部分有一个全面的了解，对嵌入式软件的开发过程有一个清楚的认识，通过对嵌入式操作系统的工作原理的学习，使学生对嵌入式操作系统有一个清晰的认识，提高学生在嵌入式软件设计设计能力及解决实际问题的动手能力，为后续专业课程的学习打下坚实的基础。
四、课程内容第一章嵌入式系统导论教学内容：1.1嵌入式系统概述1.2嵌入式系统的实时性与可靠性1.3嵌入式系统的应用领域和发展趋势教学目的：掌握嵌入式系统的特点、与通用计算机系统的区别、影响嵌入式系统实时性和可靠性的主要因素、了解嵌入式系统的发展趋势教学重点：嵌入式系统的特点、与通用计算机系统的区别、影响嵌入式系统实时性和可靠性的主要因素教学难点：影响嵌入式系统实时性和可靠性的主要因素教学方法：课堂讲授为主，布置部分作业，在讲解时多举一些嵌入式系统的应用实例，使学生对嵌入式系统有更好的认识与理解。
第二章嵌入式硬件系统教学内容：2.1嵌入式微处理器概述2.2嵌入式微处理器内核原理和指令系统教学目的：掌握嵌入式系统的硬件的基本组成、了解嵌入式微处理器的基本组成和运行模式、基本了解ARM芯片的指令系统教学重点：嵌入式系统的基本组成、CISC与RISC指令系统的对比、嵌入式微处理器的特点、嵌入式微处理器的体系结构、嵌入式微处理器的分类、AMBA总线、PCI总线、ARM指令系统教学难点：嵌入式微处理器的体系结构、ARM指令系统教学方法：课堂讲授为主，结合课堂练习为辅，布置部分作业。
嵌入式系统 第一讲
第一讲本次课程重点内容：嵌入式系统综述第1章嵌入式系统概述本章回顾了嵌入式系统（Embedded System）发展历史，概述了嵌入式系统的基本概念、应用领域及特点，介绍了嵌入式系统的基本知识。
本章学习以下内容：－ 嵌入式系统简介－ 嵌入式系统的构成－ 嵌入式系统的特点－ 嵌入式系统的分类－ 嵌入式系统的应用－ 嵌入式系统的现状和发展趋势1.1嵌入式系统简介1.1.1嵌入式系统的历史第一阶段是以单芯片为核心的可编程控制器形式的系统，同时具有与监测、驱动、指示设备相配合的功能。
第二阶段是以嵌入式中央处理器（Embedded Central Processing Unit，ECPU）为基础、以简单操作系统为核心的嵌入式系统。
第三阶段是以嵌入式操作系统为标志的嵌入式系统。
这一阶段系统的主要特点是：嵌入式操作系统能运行于各种不同类型的微处理器上，兼容性好；操作系统内核精小、效率高，并且具有高度的模块化和扩展性；具备文件和目录管理、设备支持、多任务管理、网络支持、图形窗口以及用户界面等功能；具有大量的应用程序接口（Application Programmable Interface，API），开发应用程序简单；嵌入式应用软件丰富。
第四阶段是以基于Internet 为标志的嵌入式系统，这是一个正在迅速发展的阶段。
进入20世纪90年代后，Internet的应用迅速普及，广泛渗透到社会、经济、军事、交通、通信等相关行业，计算机与通信一体化的趋势日趋明显，嵌入式技术再度成为一个研究热点。
嵌入式系统最初的应用是基于单片机的。
20世纪70年代单片机的应用使得汽车、家电、工业机器、通信装置等成千上万种产品可以通过内嵌电子装置来获得更佳的使用性能，更容易使用、更快、更便宜。
嵌入式系统已经成为当今后PC时代的生力军，嵌入式控制系统也将在未来的控制领域扮演重要角色。
1.1.2 嵌入式系统的定义根据IEEE（国际电气和电子工程师协会）的定义，嵌入式系统是“用于控制、监测仪器、机器、设备的辅助运行装置”。
《单片机原理嵌入式系统基础》
（4）总线
所谓总线，就是在微型计算机各芯片之间或芯片内部各部件之间传输信息的一组公共通信线 。 微型计算机总线的种类非常多，可分为内部总线、元件级总线、系统总线、外部总线四大类。 在微型计算机中使用比较多的是元件级总线。 计算机元件级总线包括地址总线AB（Address Bus）、数据总线DB（Data Bus）、控制总线CB（Control Bus）三种。
单板机
将CPU芯片、存储器芯片、I/O接口芯片和简单的I/O设备（小键盘、LED显示器）等装配在一块印刷电路板上，再配上监控程序（固化在ROM中），就构成了一台单板微型计算机（简称单板机）。
单板机
单片机
单片机是将中央处理器（CPU）,随机存储器（RAM），只读存储器（ROM或EPROM）,定时器/计数器芯片和一些输入/输出接口电路集成在一个芯片上的微型计算机，有的甚至包含A/D、D/A转换器。总而言之，一块单片机芯片，就相当于一台微型计算机。又称为微控制器（Microcontroller）。 它是专为工业控制和智能仪器设计的一种集成度很高的微型计算机。
目录
地址线总线：
三态单向 A15～A0 1K=1024
数据线：
三态双向 D7～D0
控制线：
/RD、/WR、
3、微型计算机系统
以微型计算机为主体，配上外部输入/输出设备、外围设备、电源、系统软件一起构成应用系统，称为微型计算机系统
三、常用的术语
二进制、十进制、十六进制 位、字节、半字节、字 字长 CPU、存储器、I/O口 总线：AB、DB、CB 地址空间、I/O口口地址
单片机、单板机、个人计算机
多板机（系统机）
将CPU、存储器、I/O接口电路和总线接口等组装在一块主机板（即微机主板）。各种适配板卡插在主机板的扩展槽上并与电源、软/硬盘驱动器及光驱等装在同一机箱内，再配上系统软件，就构成了一台完整的微型计算机系统（简称系统机）。 工业PC机 也属于多板机。 从应用形态上，微机可以分成三种：
嵌入式系统：硬件基础单元测试与答案
一、单选题1、上拉电阻的作用是（）A.吸收引脚输出的电流。
B.将引脚钳位在高电平。
C.为芯片存储电荷能量。
D.消除输出引脚的噪声。
正确答案：B2、开放收集器（OC）的特点是（）A.不能输出低电平B.不能输入高电平C.不能输出高电平D.不能输入低电平正确答案：C3、RS-232电平中，逻辑0和1的电压范围为（）A.负电平-3～-5V为逻辑“1”，正电平+3～+5V为逻辑“0”。
B.高于2.4V为逻辑1，低于0.8V为逻辑0。
C.负电平-3～-12V为逻辑“1”，正电平+3～+12V为逻辑“0”。
D.高于10.8V为逻辑1，低于1.2V为逻辑0。
正确答案：C二、多选题1、对器件进行封装的意义在于（）A.增强电气性能B.增强机械性能C.增强化学稳定性D.增强散热性能正确答案：A、B、C、D2、如下有关TTL、CMOS、RS-232接口电路的电平特性描述正确的有（）A.三类电平可以互相转换。
B.三类器件可以直接互连。
C.三者都是正逻辑电平。
D.前两者是正逻辑电平，后者是负逻辑电平。
正确答案：A、D4、嵌入式系统的典型设计形式有（）A.基于高性能服务器设计B.基于嵌入式处理器专门设计C.基于单板计算机设计D.基于通用计算机设计正确答案：B、C、D三、判断题1、根据嵌入式系统的特点，基于通用计算机是无法构建嵌入式系统的。
正确答案：×解析：通过对通用计算机的接口进行扩展，可以连接到特定的物理对象，形成通用计算机型的嵌入式系统。
2、三态门具有高电平、低电平和高阻抗三种输出状态，所谓高阻抗状态就是既不提供电流也不吸收电流的浮动状态。
正确答案：√四、填空题1、上拉电阻的阻值越大，其上拉能力越（），产生的功耗越（）。
正确答案：大或强，小或低2、为了解决芯片引脚的信号浮动问题，可以在引脚连接一个（）。
正确答案：上拉电阻或下拉电阻。
嵌入式系统开发
★第二步 配置platform Manager
★第三步 编译、连接和运行
结果显示
谢谢大家！
2、vivi烧录到目标板
3、zImage下载 下载vivi后通过超级终端下载内核镜像文件： ivi>load flash kernel x
4、下载文件系统 在下载内核镜像文件zImage后,下载文件系 统：vivi>load flash root x
至此整个嵌入式Linux系统已经建立，按复位 键启动vivi，然后回车，Linux将启动，如下 ： 请注意： 对容量 较大的 文件系 统得用 ztelnet 或tftp 来下载.
int my_open(struct inode *inode, struct file *file) {//每当应用程序用open打 开设备时，此函数被调用 } static void my_release(struct inode *inode, struct file *file) {//每当应用程序 用close关闭设备时，此函数被调用} ssize_t my_read (struct file *f,char *buf,int size,loff_t off) {//每当应用程序 用read访问设备时，此函数被调用 } ssize_t my_write (struct file *f,const char *buf, int size,loff_t off) {//每当应 用程序用write访问设备时，此函数被调用 } int my_ioctl(struct inode *inod,struct file *f,unsigned int arg1, unsigned int arg2) {//每当应用程序用ioctl访问设备时，此函数被调用}
嵌入式系统及应用教学大纲
《嵌入式系统及应用》实验教学大纲一、课程基本信息二、实验课程的性质、任务和目的《嵌入式系统及应用》是一门实践性很强的课程，通过实验有助于学生深入理解课程内容，有利于提高学生的实践能力，提高分析和解决问题的能力，创造独立思维的氛围，培养创新能力，激发学习兴趣。
通过实验，要求学生掌握嵌入式系统的基础概念、基本原理、开发流程和步骤、工程师设计的方法和解决技术问题的方法。
为学生今后从事嵌入式系统研究与开发打下坚实的基础。
三、实验方式1、由指导教师讲解实验的基本要求、目的、操作规程及注意事项。
2、学生按一人一实验箱训练独立完成操作或分组按项目要求共同完成。
3、要求学生课前预习，严格遵守实验课守则，认真实验，按时完成实验内容。
四、实验项目设置、学时分配及基本要求【实验项目一】嵌入式软件的基本使用【实验项目二】串口通讯实验【实验项目三】汇编指令实验【实验项目四】ARM处理器工作模式实验【实验项目五】任务间的通信和同步实验【实验项目六】LED显示实验【实验项目七】键盘及数码管驱动实验【实验项目八】A/D接口实验【实验项目九】D/A接口实验【实验项目十】LCD驱动实验【实验项目十一】触摸屏实验【实验项目十二】µC/OS-Ⅱ在ARM上的移植实验【实验项目十三】绘图的API函数实验【实验项目十四】系统的消息环实验【实验项目十五】列表框控件的使用实验【实验项目十六】文本框控件实验【实验项目十七】多任务和系统时钟实验五、实验考核方式与评分办法1、实验考核成绩占课程总分10~20%；2、实验成绩评定按实验操作占70%、实验报告占30%计算。
执笔人：专业负责人：学院教学副院长审核签名：制定日期：年月日。
chapt 01 嵌入式系统概述
BUS and Bus Bridge
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（体积） 4）DRAM需要周期性刷新
• ROM：只读存储器 • FLASH：闪存
Windows Embedded • Windows CE 3.0：一种针对小容量、移动式、智能化、 32位、连接设备的模块化实时嵌入式操作系统 • 针对掌上设备、无线设备的动态应用程序和服务提供了一 种功能丰富的操作系统平台， WindowsCE嵌入但不够实 时，属于软实时操作系统，目前也开始中文手机的研究开 发。 • 操作系统的基本内核需要至少200K的ROM。
• • • •
SoC嵌入式系统微处理器所具有的其他的 好处可以分为下列几种： 利用改变内部工作电压，降低芯片功耗。 减少芯片对外管脚数，简化制造过程。 减少外围驱动接口单元及电路板之间的信 号传递，可以加快微处理器数据处理的速 度。 内嵌的线路可以避免外部电路板在信号传 递时所造成系统杂讯。
嵌入式操作系统
嵌入式微处理器(EMPU)
• EMPU嵌入式微处理器是由通用计算机中的CPU 演变而来的，80386－80387 • 与计算机处理器不同的是，在实际嵌入式应用中， 只保留和嵌入式应用紧密相关的功能硬件，去除 其他的冗余功能部分，这样就以最低的功耗和资 源实现嵌入式应用的特殊要求。 • 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。目前 主要的嵌入式处理器类型有Am186/88、386EX、 SC-400、Power PC、68000、MIPS、 ARM/StrongARM系列等
嵌入式系统及应用——第1章 嵌入式系统概论
嵌入式系统的应用程序可以没有操作 系统直接在芯片上运行。 为了合理地调度多任务、利用系统资 源、系统函数以及和专家库函数接口， 用 户 必 须 自 行 选 配 RTOS （ Real － Time Operating System ）开发平台，这样才 能保证程序执行的实时性、可靠性，并 减少开发时间，保障软件质量。
课程的主要内容
• 嵌入式系统导论（概念、分类、发展 历程、特点、应用领域、发展趋势） • 嵌入式硬件系统（基本组成，嵌入式 微处理器，外围电路等） • 嵌入式软件系统（分类、特点、体系 结构、运行流程、操作系统、开发方 法） • 嵌入式系统领域的一些新动态和成果
教材
嵌入式系统原理及应用开发技术 （第2版），桑楠等，高教出版社，
（２）专用性强
嵌入式系统的个性化很强，其中的软件系 统和硬件的结合非常紧密，一般要针对硬件进 行系统的移植。 即使在同一品牌、同一系列的产品中也需 要根据系统硬件的变化和增减不断进行修改。 同时针对不同的任务，往往需要对系统进 行较大更改，程序的编译下载要和系统相结合， 这种修改和通用软件的“升级”是完全不同的 概念。
• POSIX 1003.b定义 能够在限定响 应时间内提供所需水平服务的计算机 系统 • 一般性定义 一个实时系统是指计 算的正确性不仅取决于程序的逻辑正 确性，也取决于结果产生的时间：如 果系统的时间约束条件得不到满足， 将会发生系统出错。
嵌入式系统原理及应用复习知识点总结
第一章1、嵌入式系统的应用范围：军事国防、消费电子、信息家电、网络通信、工业控制。
2、嵌入式系统定义：嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软件与硬件可裁剪，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。
（嵌入式的三要素：嵌入型、专用性与计算机系统）。
3、嵌入式系统的特点：1)专用性强；2）实时约束；3）RTOS；4）高可靠性；5）低功耗；6）专用的开发工具和开发环境；7）系统精简；4、嵌入式系统的组成：（1）处理器：MCU、MPU、DSP、SOC；（2）外围接口及设备：存储器、通信接口、I/O接口、输入输出设备、电源等；（3）嵌入式操作系统：windows CE、UCLinux、Vxworks、UC/OS;（4）应用软件：Bootloader5、嵌入式系统的硬件：嵌入式微处理器（MCU、MPU、DSP、SOC），外围电路，外部设备；嵌入式系统的软件：无操作系统（NOSES），小型操作系统软件（SOSES），大型操作系统软件（LOSES）注：ARM处理器三大部件：ALU、控制器、寄存器。
6、嵌入式处理器特点：（1）实时多任务；（2）结构可扩展；（3）很强的存储区保护功能；（4）低功耗；7、DSP处理器两种工作方式：（1）经过单片机的DSP可单独构成处理器；（2）作为协处理器，具有单片机功能和数字处理功能；第二章1、IP核分类：软核、固核、硬核；2、ARM处理器系列：（1）ARM7系列（三级流水，thumb指令集，ARM7TDMI）;(2)ARM9系列（DSP处理能力，ARM920T）（3）ARM/OE（增强DSP）（4）SecurCone 系列（提供解密安全方案）；（5）StrongARM系列（Zntle产权）；（6）XScale系列（Intel产权）；（7）Cortex系列（A：性能密集型；R：要求实时性；M：要求低成本）3、ARM系列的变量后缀：（1）T：thumb指令集；（2）D：JTAG调试器；（3）快速乘法器；（4）E：增强DSP指令；（5）J：Jave加速器4、ARM{X}{Y}{Z}{T}{D}{M}{I}{E}{J}{F}{S} :x—系列号，y—内部存储管理和保护单元，Z—含有高速缓存。
嵌入式课程第1讲嵌入式系统综述ppt课件
课程设置的必要性
▪ 应用需求日益复杂 ▪ 微处理器技术长足发展 ▪ 社会对嵌入式技术人才的需求
据统计2002年16/32位嵌入式处理 器的销售额已接近70亿美元 ▪ 嵌入式软件技术成为核心
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嵌入式处理器快速成长
$70亿
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课程目的
了解嵌入式系统的概念和体系结构
掌握嵌入式系统的软硬件开发方法
代表产品有TI的TMS320C2000/C5000 和Motorola的DSP56000
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嵌入式SOC
System On Chip,片上系统/系统芯片 将很多功能模块集成到单个芯片上 ➢ 各种通用处理器内核作为SOC设计公司的标准库，
用VHDL等语言描述 ➢ 除个别无法集成外，嵌入式系统的大部分集成到一
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课程安排（5）
3. 嵌入式Linux设备驱动实验 － 基本的编程实现 － 数码管驱动与按键驱动的结构分析及使用方法
4. 串口通讯与短信收发系统综合实验 － 基于Qt的嵌入式GUI程序设计 － 串口通讯程序设计 － 短信收发程序设计 － 程序编译下载与运行
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评分标准
课堂表现与出勤率：20％ 实验表现：50％ 实验报告：30％
MIPS公司开发了32位高性能，低功耗的处理器 内核MIPS 32 4Kc和64位的处理器内核MIPS
64 5Kc
应用范围：机顶盒、视频游戏机、Cisco路由
器、激光打印机
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典型的嵌入式微处理器－PowerPC
PowerPC架构特点：可伸缩性好，方便灵活
既有通用处理器，也有嵌入式微控制器和内核， 应用范围非常广泛，从高端服务器、工作站到 PC，从消费类电子到通信设备