第一章 嵌入式系统概述
第一章 ARM Cortex-A8 处理器概述
美国WindRiver公司 一种嵌入式实时操作系统（RTOS） 在当前市场占有率最高的嵌入式实时操作系统 微软 是基于掌上型电脑类的电子设备操作系统 具有模块化、结构化和基干Win32应用程序接口以及与 处理器无关等特点
（2）Windows CE
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三、嵌入式操作系统举例
US Seattle, Los Gatos, Walnut Creek, Austin, Boston, San Diego China Taiwan and Shanghai Japan Shin-Yokohama (Tokyo)
ARM营销模式
将技术授权给 其它芯片厂商
形成各具特色 的ARM芯片
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1.2 主流的ARM处理器介绍
ARM微处理器丰富的体系主要包括以下四个部分 ：
ARM Cortex应用程序处理器。 ARM Cortex嵌入式处理器。 经典ARM处理器。 ARM专家处理器
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1.2.1 ARM体系结构命名规则
ARM产品通常以ARM【x】【y】【z】【T】【D】 【M】【I】【E】【J】【F】【－S】形式出现。
（1）移动Internet的理想选择。 （2）高性能。Cortex-a设备可为其目标应用领域 提供各种可伸缩的能效性特点。 （3）多核技术。Cortex-A5、Cortex-A9、和 Cortex-A15处理器都支持ARM的第二代多核技术 。 （4）高级扩展。 Thumb-2 TrustZone 安全扩展 Jazelle技术
区别于Cortex应用程序处理器对操作系统和移动 Internet的支持偏向，Cortex嵌入式处理器旨在为 各种不同的市场提供服务。嵌入式处理器主要着 重于在各种功耗敏感性应用中提供具有高确定性 的实时行为。 ARM Cortex嵌入式处理器主要包括Cortex-M系列 和Cortex-R系列。
第一章 嵌入式系统概述
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嵌入式处理器分类
嵌入式片上系统(SoC，System on Chip)
它结合了许多功能模块,将整个系统集成在一个 芯片上。 各种通用处理器内核作为SoC设计公司的标准库， 与许多其他嵌入式系统外设一样，成为VLSI设计 中一种标准的器件。 它用标准的VHDL等语言描述，存储在器件库中。 IP（Intellectual Property Core，知识产权核）核 的设计是该系统设计的关键。
实时系统
嵌入式系统≠实时系统
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嵌入式系统简介
硬实时与软实时
“软”意味着如果没有满足指定的时间约束并 不会导致灾难性的后果，而对于硬实时系统来 说却是灾难性的 从实践上说，软实时和硬实时之间的区别通常 与系统的时间精度有关：由于这个原因，典型 的，软实时任务的调度精度必须大于千分之一 秒，而硬实时任务为微秒级。
分类
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主要内容
1 嵌入式系统简介 2 嵌入式处理器 3 4 5 嵌入式操作系统 嵌入式系统典型应用
嵌入式系统的教学平台
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嵌入式处理器
嵌入式处理器与通用处理器最大的不同就是 嵌入式处理器多数工作在设备制造商自己设 计的系统中，是面向应用的处理器。 嵌入式系统设计人员可以根据具体需要来对 处理器进行裁减，因此大部分嵌入式处理器 具有体积小、性能高、功耗低和成本低等特 点
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嵌入式系统简介
IEEE定义
嵌入式系统是“用于控制、监视或者辅助操作 的机器、设备或装臵”（原文为devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants）。
嵌入式期末复习资料（9）
嵌⼊式期末复习资料（9）第⼀章嵌⼊式系统概论本章主要内容：1.什么是嵌⼊式系统（嵌⼊式系统是计算机软件与计算机硬件集成在⼀起，并嵌⼊到应⽤对象内部的计算机系统）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。
它⼀般由嵌⼊式微处理器、外围硬件设备、嵌⼊式操作系统以及⽤户的应⽤程序等四个部分组成，⽤于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。
2.嵌⼊式系统分类（按技术复杂度分类：⽆操作系统控制的嵌⼊式系统NOSES；⼩型操作系统控制的嵌⼊式系统SOSES；⼤型操作系统控制的嵌⼊式系统LOSES。
按⽤途分类：军⽤，⼯业⽤，民⽤。
）系统级，板级，⽚级芯⽚级嵌⼊含程序或算法的处理器模块级嵌⼊系统中的某个核⼼模块板系统级嵌⼊主计算机系统3.嵌⼊式操作系统分类（按照源代码分类：商⽤型和开源型；按照实施性能分类：强实时性型和普通实时型；按内核结构分类：单内核型和为内核型。
）按⽤途分类：军⽤/民⽤按载体分类：宇航/车载? ? ?按通信性质分类：⽆线/有线按⽹络性质分类：联⽹/单机按环境分类：普通/恶劣按功耗分类：低功耗/普通功耗主要分类⽅法按硬件软件性质根据控制技术的复杂度可以把嵌⼊式系统分为三类：⽆操作系统控制的嵌⼊式系统NOSES，Non-OS control Embedded System；⼩型操作系统控制的嵌⼊式系统SOSES，Small OS control Embedded System；⼤型操作系统控制的嵌⼊式系统LOSES，Large OS control Embedded System。
4.嵌⼊式处理器特点,常见缩写特点：1.对实施多任务有较强的⽀持能⼒，能完成多任务处理，并且中断响应速度快2.处理器结构可扩展3.内部集成了测试电路4.低功耗常见缩写：通⽤型嵌⼊式微处理器（简称：EMPU，或者MPU）微控制器（MCU）数字信号处理器（DSP）(嵌⼊式DSP处理器：EDSP）混合处理器和⽚上系统（SOC）嵌⼊式双核处理器，双核（dual core）；多核处理器，多核DSP。
嵌入式系统概述ppt
Connecting SRAM
服务特 权
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赠每的送次VI的发P类共放型的享决特文定权档。有下效载期特为权1自个V月IP，生发效放起数每量月由发您放购一买次，赠 V不 我I送 清 的P生每 零 设效月 。 置起1自 随5每动 时次月续 取共发费 消享放， 。文一前档次往下，我载持的特续账权有号，效-自
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
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。
嵌入式系统中的驱动程序设计与实现
嵌入式系统中的驱动程序设计与实现第一章：嵌入式系统概述嵌入式系统是一种专用型计算机系统，通常包含微处理器、存储器、输入/输出接口和其他外围设备。
这些系统被设计用于执行特定的任务或实现特定的功能。
相对于一般的计算机系统，嵌入式系统通常更加小巧、节能、稳定和高效。
嵌入式系统的应用领域非常广泛，涉及到自动控制、计算机网络、医疗、工业自动化、汽车电子、智能家居等众多领域。
从智能手机和平板电脑，到高铁和飞机上的控制系统，嵌入式系统已经成为现代社会中不可或缺的一部分。
在开发嵌入式系统时，驱动程序是一个非常重要的部分。
驱动程序是一种软件模块，用于控制硬件设备的操作和管理。
它将应用程序与底层硬件之间进行了有效的沟通。
在接下来的章节中，我们将详细介绍嵌入式系统中的驱动程序设计与实现。
第二章：驱动程序的架构嵌入式系统中的驱动程序通常包含两个部分：设备驱动和主程序。
设备驱动负责控制硬件设备的操作和管理。
它向主程序提供硬件抽象层，屏蔽了硬件底层的细节。
主程序则利用设备驱动提供的接口，完成相应的应用功能。
驱动程序的架构通常遵循一般软件工程的设计原则，实现结构分层、模块化、可复用的代码。
设备驱动可以按照不同的硬件设备进行分类，比如网络设备驱动、磁盘设备驱动、串口设备驱动等。
在实现时，可以采用面向对象编程思想，使得代码的设计更加清晰明了。
第三章：驱动程序的实现实现驱动程序的过程通常可以分为以下四个步骤：1. 设备地址映射在计算机系统中，设备通常被映射到一定的地址空间中。
驱动程序需要获取设备的物理地址，并将其映射到操作系统的虚拟地址空间中。
这样，驱动程序才能正确地与硬件设备进行交互。
2. 硬件的初始化和配置在设备地址映射成功后，驱动程序需要对硬件进行初始化和配置，以确保硬件设备能够正常运行。
比如，对于一个串口设备，驱动程序需要配置波特率、数据位、校验位等参数。
3. 设备操作的实现驱动程序的核心是硬件设备的操作函数实现。
驱动程序需要对不同的设备类型实现不同的操作函数，例如对于网络设备，包括接收和发送数据的实现；对于磁盘设备，包括读写数据的实现。
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。
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英国电机工程师协会的定义
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第一章 嵌入式系统概论
1.2 嵌入式系统的定义（续）
微机学会的定义
嵌入式系统是以嵌入式应用为目的的计算机系统，可 分为系统级、模块级、芯片级 系统级：各种类型的工控机 以标准总线互联（背板结构）的工控机：CPCI、 PCI-ISA、VME 、STD 模块级：各种类型的带CPU的模块 嵌入式CPU模块：PC104模块、Biscuit板 芯片级：各种以微控制器、DSP、嵌入式微处理器为 核心的产品 个性化设计
嵌入式系统
坦克、导弹、飞机、军舰、雷达 DVD机、电视机、微波炉、洗衣机、电冰箱、热水器 手机、MP3播放器、数码相机、数码摄像机、机顶盒 键盘、鼠标、闪存盘、CD-ROM、交换机、路由器
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第一章 嵌入式系统概论
1.2 嵌入式系统的定义（续）
1.3 嵌入式系统的体系结构（续）
应用层 操作系 统层 中间层 应用程序
文件系统 图形系统 网络系统
嵌入式操作系统（EOS） BSP/HAL板级支持包/硬件抽象层 D/A A/D I/O 嵌入式 处理器 人机交互接口 ROM FLASH SDRAM
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硬件层
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第一章 嵌入式系统概论
“索杰纳” ６轮探测车
火星一无所有的荒漠
“火星探路者”飞 船
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第一章 嵌入式系统概论
嵌入式系统市场划分
12/21/2015
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第一章 嵌入式系统概论
1.2 嵌入式系统的定义
计算机分类
从通用性角度来分类：通用计算机和嵌入式计算机
通用计算机系统
巨型机、大型机、小型机、微型机 服务器、工作站、台式机、笔记本计算机
第一章 嵌入式系统概论
一些典型的嵌入式系统
你买的最终产 品包含了该系 统，并不像一 般通用软件或 者计算机系统 一样，你可以 直接看到并购 买它！
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第一章 嵌入式系统概论
进一步认识嵌入式系统
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J. Stankovic, 1988
Not necessarily “real-fast”!
Predictability is the key
There was a man who drowned crossing a stream with an average depth of six inches
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第一章 嵌入式系统概论
1.5 嵌入式系统的发展历史及趋势（续）
程序设计语言
汇编语言——〉C语言——〉C++语言 软件开发环境——完善、友好的工具链 项目管理、编辑、编译、调试、下载 硬件开发环境 开发板、仿真器、万用电表、示波器、逻辑分析仪 硬件、软件、开发环境集成化、一体化 网络化、图形化、多媒体化
J. Stankovic
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第一章 嵌入式系统概论
1.4 嵌入式系统与通用计算机系统比较
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第一章 嵌入式系统概论
1.5 嵌入式系统的发展历史及趋势
20世纪70年代
单片机出现 1975年TI推出了第一片4位单片机——TMS-1000 1976年Intel：8048——>8051（8位） ARM（1991年，32位） ARM7系列、ARM9系列 ARM10E系列、 ARM11系列 SecurCore系列、Cortex系列 Power PC、MIPS
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第一章 嵌入式系统概论
What is a Real-Time System?
The moment for a bird catching fish 翠鸟潜入水底捕捉小鱼瞬间
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捉到鱼后，翠鸟会快速冲出水面。
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第一章 嵌入式系统概论
What is a Real-Time System?
从幼苗茁壮成长到参天大树
经过三十多年的发展，嵌入式系统从最开始的涓涓细 流，发展壮大成了目前数量最多，使用范围最广的电 子信息系统 在人们的日常生活中，嵌入式设备几乎随处可见，已 经成为生活的重要组成部分 嵌入式系统一般隐藏在产品中 在使用过程中主要完成无形的信息处理，用户不容易 感知到它的存在
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第一章 嵌入式系统概论
1.3 嵌入式系统的体系结构（续）
中间层（BSP）
板级支持包（Board Support Package） 系统软件与底层硬件隔离 • 相关硬件的初始化 • 数据的输入输出操作 • 硬件设备的配置功能 特点 • 硬件相关性 • 操作系统相关性
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20世纪90年代
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第一章 嵌入式系统概论
1.5 嵌入式系统的发展历史及趋势（续）
市场巨大、发展迅速、前景广阔
产品种类不断丰富，应用范围不断普及 性能不断提高 核心处理芯片位数更高 多种媒体处理能力的汇聚 功耗不断降低，体积不断缩小 软件成为影响价格的主要因素 硬件模块化、标准化 软件越来越复杂 Nvidia Ion平台（离子平台） Ion=ATOM+Geforce 9400M 54GFLOPS、14W
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优秀的开发环境
嵌入式系统设计工程
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第一章 嵌入式系统概论
固件设计语言选用情况
美国版EETimes子网站Embedded Systems Design十三 年来针对嵌入式软件所应用之设计语言的调查统计表
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20世纪90年代
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第一章 嵌入式系统概论
1.5 嵌入式系统的发展历史及趋势（续）
20世纪80年代
实时操作系统出现 1981年，Ready System: VRTX32 WindRiver: VxWorks 实时性强、可靠性高 实时多任务操作系统 WindRiver: VxWorks Microsoft: WinCE 友好的图形界面
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第一章 嵌入式系统概论
12/21/2015
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第一章 嵌入式系统概论用
嵌入式处理器与通用处理器的最大不同就是嵌入式处 理器嵌入在针对特定应用设计的系统中 嵌入式系统是将计算机技术、半导体技术和电子技术 与各个行业的具体应用相结合后的产物 是一个技术密集、资金密集、知识高度分散、不断创 新的知识集成系统 可裁剪——嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地 设计，量体裁衣、去除冗余
第一章 嵌入式系统概论
1.6 嵌入式系统的应用
军事应用 航空航天 工业控制 机器人 仪器仪表 办公设备 家用电器 消费电子 …………
机载合成孔径雷达
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第一章 嵌入式系统概论
坦克
步兵战车
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12/21/2015
第一章 嵌入式系统概论
1.3 嵌入式系统的体系结构
硬件 嵌入式系统 软件 开发平台 ARM7微处理器 嵌入式处理器 嵌入式操作系统
概述
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结构
指令
定时/中断
接口技术
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第一章 嵌入式系统概论
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、重 量、功耗严格要求的专用计算机系统 简而言之，是含有处理器的专用软硬件系统 具有自主的信息处理能力（信息装备） Devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants（用于控制、监视或 者辅助操作机器和设备的装置）
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第一章 嵌入式系统概论
1.3 嵌入式系统的体系结构（续）
应用层
与应用密切相关 面向目标和用户 完成特定的功能 例如 • 星载遥感图像处理系统 • 星载合成孔径雷达 • 机载相控阵雷达
机载相控阵雷达
12/21/2015
虽然数量众多，但却不为人所知