嵌入式系统设计与开发课件
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《嵌入式系统设计》课件
2
系统架构设计
设计系统的硬件和软件架构，包括选择适当的处理器和外设。
3
电路设计
设计电路板，包括选择元件、布线和进行电路仿真。
4
软件开发
编写嵌入式软件，实现系统功能和交互。
嵌入式系统硬件设计
电路设计
微控制器
通过选择合适的元件和进行布线， 设计控制器，如 Arduino或Raspberry Pi，以实现 系统的处理和控制。
《嵌入式系统设计》PPT 课件
嵌入式系统是指将计算机技术和信息处理能力嵌入到特定应用领域中的系统。
嵌入式系统简介
嵌入式系统是一种特殊的计算机系统，集成了软硬件设计，广泛应用于生活中的各个方面，如智能家居、汽车 电子和医疗设备。
嵌入式系统设计流程
1
需求分析
根据需求和系统特点确定设计目标和主要功能。
嵌入式系统应用于医疗设备中， 如心脏起搏器和医疗监测仪器， 提供精准和可靠的医疗服务。
总结与提问
嵌入式系统设计是一个综合性的过程，需要考虑硬件和软件的协同工作，以 实现特定应用领域的需求。欢迎提问和讨论。
传感器
选择适当的传感器，如温度、湿 度或距离传感器，以实现系统的 感知能力。
嵌入式系统软件设计
嵌入式编程语言
选择适当的编程语言，如C或C++，以实现嵌入式系统的软件功能。
实时操作系统
使用实时操作系统（RTOS）来管理系统的任务和资源，保证系统的实时性。
驱动程序开发
开发设备驱动程序，以实现与外设的通信和控制。
嵌入式系统调试与测试
调试和测试是嵌入式系统设计过程中至关重要的一环，涉及硬件和软件的运 行状态、故障排除和性能评估。
嵌入式系统应用实例
《嵌入式Linux开发》课件
交叉编译工具链的安装
指导如何安装适用于目标板的交叉编译工具 链。
测试交叉编译环境
提供一种简单的方法来测试交叉编译环境是 否设置成功。
目标板与宿主机的连接方式
串口通信
介绍如何通过串口连接目标板和宿主机 ，以及串口通信的配置和常用命令。
USB连接
介绍如何通过USB连接目标板和宿主 机，以及USB通信的配置和常用命令
02
03
嵌入式系统
是一种专用的计算机系统 ，主要用于控制、监视或 帮助操作机器与设备。
特点
具有实时性、硬件可裁剪 、软件可定制、低功耗、 高可靠性等特点。
应用
汽车电子、智能家居、医 疗设备、工业自动化等领 域。
Linux作为嵌入式操作系统的优势
开源
Linux是开源的，可以免费使用和定制，降 低了开发成本。
路由与交换
介绍路由器和交换机的原理及在网 络中的作用。
03
02
IP地址
解释IP地址的分类、寻址方式以及子 网掩码的作用。
网络安全
简述常见的网络安全威胁和防范措 施。
04
TCP/IP协议栈简介
TCP/IP协议栈结构
详细描述TCP/IP协议栈的层次结构，包括应 用层、传输层、网络层和链路层。
IP协议
解释IP协议的核心功能，如地址解析、路由 选择等。
调试工具
介绍常用的调试工具，如gdbserver和gdb等，并说明如何使用这些 工具进行远程调试。
调试过程
详细描述调试过程，包括启动调试会话、设置断点、单步执行代码等 操作。
调试技巧与注意事项
提供调试过程中的一些技巧和注意事项，以提高调试效率和准确性。
03
嵌入式Linux系统开发基础
嵌入式系统设计与开发课程教材
03
嵌入式系统中常用 的面向对象技术
如消息传递机制、接口与实现分 离等。
多任务调度与同步机制实现
多任务调度的基本概念
包括任务、任务状态、任务优先级等核心概 念，以及常见的调度算法。
同步机制的实现方法
包括信号量、互斥锁、条件变量等同步原语 的使用方法和注意事项。
多任务调度与同步机制的结合
通过合理的任务划分和优先级设置，结合同 步机制实现多任务之间的协同工作。
将更加注重智能化、网络化、安全性 等方面的发展，以满足不断增长的应 用需求。
现代嵌入式系统
随着微电子技术、计算机技术、通信 技术等的发展，嵌入式系统逐渐变得 更加复杂和强大，应用领域也不断扩 展。
嵌入式系统应用领域
01
02
03
04
工业控制领域
如自动化设备、智能仪表、工 业机器人等。
交通运输领域
如汽车电子、航空电子、轨道 交通控制系统等。
管理访问控制策略
提供灵活的访问控制策 略管理功能，支持策略 的添加、修改、删除等 操作。
漏洞扫描与修复方案制定
定期进行漏洞扫描
使用专业的漏洞扫描工具对嵌入式系统 进行定期扫描，发现系统中存在的安全
漏洞。
制定漏洞修复方案
根据漏洞分析结果，制定针对性的修 复方案，包括补丁升级、配置调整等
措施。
分析漏洞成因及影响
应用案例分析
结合具体案例，如环境监测、智能交通等，分析传 感器网络在嵌入式系统中的实际应用。
云计算平台对嵌入式影响分析
云计算平台简介
介绍云计算平台的基本概念、架构和服务模 式。
嵌入式系统与云计算结合
探讨嵌入式系统如何利用云计算平台进行数据处理 、存储和资源共享。
嵌入式系统的PPT课件
地址
指令寄存器
控制器
指令
数据通道
输入
输出
中央处理器
地址 数据
程序存储器
指令0 指令1 指令2
数据存储器
数据0 数据1 数据2
9
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 确保数据通道快速执行每一条指令 使CPU硬件结构设计变得更为简单
10
CISC与RISC的数据通道
开始
IF
ID
ALU MEM REG
退出
微操作通道
开始
IF
ID
REG ALU MEM
退出
单通数据通道
11
CISC的背景和特点
背景:存储资源紧缺, 强调编译优化 增强指令功能，设置一些功能复杂的指令，把一些原来由
软件实现的、常用的功能改用硬件的（微程序）指令系统 来实现 为节省存储空间，强调高代码密度，指令格式不固定，指 令可长可短，操作数可多可少 寻址方式复杂多样，操作数可来自寄存器，也可来自存储 器 采用微程序控制，执行每条指令均需完成一个微指令序列 （微程序） CPI > ５，指令越复杂，CPI越大。
15
CISC与RISC的对比
类别
CISC
指令系统 指令数量很多
RISC 较少，通常少于100
执行时间 编码长度
有些指令执行时间很长，如 整块的存储器内容拷贝；或 将多个寄存器的内容拷贝到 存贮器
嵌入式系统设计与开发教材
硬件安全模块
集成加密、解密、身份验证等功能的硬件模块，提供安全存储和 运算环境。
电磁屏蔽与干扰防护
采用电磁屏蔽材料和干扰抑全防护策略
安全启动机制
确保系统启动过程中软件的完整性和真实性，防止恶意代 码注入。
访问控制策略
对系统资源进行访问控制，防止未经授权的访问和操作。
应用程序调试方法
介绍应用程序调试的常用方法， 如断点调试、单步执行、变量监 视等，并分析它们的优缺点和适 用场景。
软件调试和测试方法
软件调试方法
详细阐述软件调试的方法， 包括静态调试和动态调试， 以及常见的调试工具和技巧
。
软件测试方法
介绍软件测试的基本概念、 分类和方法，包括单元测试 、集成测试和系统测试等， 并分析它们在嵌入式软件开
汽车电子领域
如车载导航、自动驾驶辅助系 统、智能座舱等，嵌入式系统 的应用不断推动汽车智能化发 展。
航空航天领域
如飞机导航系统、卫星控制系 统等，嵌入式系统的高可靠性
和高性能得到了广泛应用。
02 嵌入式系统硬件设计
处理器选型及原理
常用嵌入式处理器类型
包括微控制器、数字信号处理器、嵌入式微 处理器等。
远程升级和固件更新机制
远程升级协议
制定安全的远程升级协议，确保固件更新过程的可靠性和完整性 。
固件验证机制
对更新的固件进行验证，确保其来源可靠且未被篡改。
断点续传和回滚机制
支持断点续传和回滚功能，确保固件更新过程的稳定性和容错性。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
特点
嵌入式系统通常具有功耗低、体 积小、实时性强、可靠性高等特 点，且软硬件可裁剪，以适应不 同应用需求。
集成加密、解密、身份验证等功能的硬件模块，提供安全存储和 运算环境。
电磁屏蔽与干扰防护
采用电磁屏蔽材料和干扰抑全防护策略
安全启动机制
确保系统启动过程中软件的完整性和真实性，防止恶意代 码注入。
访问控制策略
对系统资源进行访问控制，防止未经授权的访问和操作。
应用程序调试方法
介绍应用程序调试的常用方法， 如断点调试、单步执行、变量监 视等，并分析它们的优缺点和适 用场景。
软件调试和测试方法
软件调试方法
详细阐述软件调试的方法， 包括静态调试和动态调试， 以及常见的调试工具和技巧
。
软件测试方法
介绍软件测试的基本概念、 分类和方法，包括单元测试 、集成测试和系统测试等， 并分析它们在嵌入式软件开
汽车电子领域
如车载导航、自动驾驶辅助系 统、智能座舱等，嵌入式系统 的应用不断推动汽车智能化发 展。
航空航天领域
如飞机导航系统、卫星控制系 统等，嵌入式系统的高可靠性
和高性能得到了广泛应用。
02 嵌入式系统硬件设计
处理器选型及原理
常用嵌入式处理器类型
包括微控制器、数字信号处理器、嵌入式微 处理器等。
远程升级和固件更新机制
远程升级协议
制定安全的远程升级协议，确保固件更新过程的可靠性和完整性 。
固件验证机制
对更新的固件进行验证，确保其来源可靠且未被篡改。
断点续传和回滚机制
支持断点续传和回滚功能，确保固件更新过程的稳定性和容错性。
THANKS FOR WATCHING
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特点
嵌入式系统通常具有功耗低、体 积小、实时性强、可靠性高等特 点，且软硬件可裁剪，以适应不 同应用需求。
《嵌入式软件开发》课件
VxWorks
VxWorks是一种实时操作系统，广泛应用于航空航天、军事等领域。 它具有高度的可靠性和实时性，能够满足严苛的实时任务需求。
03
Android
Android是一种基于Linux的开源操作系统，主要用于移动设备。由于
其开放性和丰富的应用生态，Android也被广泛应用于嵌入式领域，如
智能家居、物联网设备等。
数据加密、数据备份与恢复
数据安全与隐私保护问题是嵌入式软 件开发中不可忽视的问题之一。由于 嵌入式系统通常涉及到敏感数据和隐 私信息，如果程序中存在数据泄露或 数据损坏问题，会导致严重的信息安 全和隐私侵犯问题。
解决方案： 对敏感数据进行加密处理 ，使用数据备份与恢复机制，确保数 据的完整性和安全性。同时加强用户 隐私保护意识，避免敏感信息的泄露 和滥用。
时钟管理问题
时钟不准确、时钟同步
时钟管理问题也是嵌入式软件开发中常见的问题之一。由于嵌入式系统 的时钟资源有限，如果程序中存在时钟不准确或时钟同步问题，会导致
系统时间错误或数据采集错误。
解决方案： 使用高精度时钟源，优化时钟配置，实现时钟同步和校准， 确保系统时间的准确性。
多任务并发问题
01
任务优先级、任务同步
外设接口
用于连接外部设备，扩展嵌入 式系统的功能。
嵌入式系统的软件架构
操作系统
负责资源管理和任务调度，提供系统服务。
驱动程序
用于管理硬件设备，实现与操作系统的通信 。
应用程序
实现特定功能的软件，直接与硬件交互。
嵌入式中间件
提供跨平台的通信和数据交换服务。
嵌入式软件开发工具与环境
IDE（集成开发环境）
《嵌入式软件开发》PPT课 件
VxWorks是一种实时操作系统，广泛应用于航空航天、军事等领域。 它具有高度的可靠性和实时性，能够满足严苛的实时任务需求。
03
Android
Android是一种基于Linux的开源操作系统，主要用于移动设备。由于
其开放性和丰富的应用生态，Android也被广泛应用于嵌入式领域，如
智能家居、物联网设备等。
数据加密、数据备份与恢复
数据安全与隐私保护问题是嵌入式软 件开发中不可忽视的问题之一。由于 嵌入式系统通常涉及到敏感数据和隐 私信息，如果程序中存在数据泄露或 数据损坏问题，会导致严重的信息安 全和隐私侵犯问题。
解决方案： 对敏感数据进行加密处理 ，使用数据备份与恢复机制，确保数 据的完整性和安全性。同时加强用户 隐私保护意识，避免敏感信息的泄露 和滥用。
时钟管理问题
时钟不准确、时钟同步
时钟管理问题也是嵌入式软件开发中常见的问题之一。由于嵌入式系统 的时钟资源有限，如果程序中存在时钟不准确或时钟同步问题，会导致
系统时间错误或数据采集错误。
解决方案： 使用高精度时钟源，优化时钟配置，实现时钟同步和校准， 确保系统时间的准确性。
多任务并发问题
01
任务优先级、任务同步
外设接口
用于连接外部设备，扩展嵌入 式系统的功能。
嵌入式系统的软件架构
操作系统
负责资源管理和任务调度，提供系统服务。
驱动程序
用于管理硬件设备，实现与操作系统的通信 。
应用程序
实现特定功能的软件，直接与硬件交互。
嵌入式中间件
提供跨平台的通信和数据交换服务。
嵌入式软件开发工具与环境
IDE（集成开发环境）
《嵌入式软件开发》PPT课 件
嵌入式系统原理与开发(第三版)课件：嵌入式系统概述
嵌入式系统概述
2) 前后台系统 前后台(foreground/background)系统属于中断驱动机制。 后台程序是一个无限循环，通过调用函数实现相应操作，又 称任务级。前台程序是中断处理程序，用来处理异步事件， 又称中断级。设计前后台的目的主要是通过中断服务来保证 时间性很强的关键操作(critical operation)。通常情况下，中 断只处理需要快速响应的事件，将输入/输出数据存放在内 存的缓冲区里，再向后台发信号，由后台来处理这些数据， 如运算、存储、显示、打印等。其流程图如图1-4所示。
嵌入式系统概述
1.2.4 嵌入式系统的分类 嵌入式系统可按照嵌入式微处理器的位数、实时性、软
件结构以及应用领域等进行分类。 1．按照嵌入式微处理器的位数分类 按照嵌入式微处理器字长的位数，嵌入式系统可分为4
位、8位、16位、32位和64位。 2．按照实时性分类 实时系统是指系统执行的正确性不仅取决于计算的逻辑
嵌入式系统概述
分析嵌入式计算机系统的产生背景，可以发现它与通用 计算机系统有着完全不同的技术要求和技术发展方向。通用 计算机系统要求的是高速、海量的数值运算，在技术发展方 向上追求总线速度的不断提升、存储容量的不断扩大。而嵌 入式计算机系统要求的是对象体系的智能化控制能力，在技 术发展方向上追求针对特定对象系统的嵌入性、专用性和智 能化。这种技术发展的分歧导致20世纪末计算机进入了通用 计算机系统和嵌入式计算机系统两大分支并行发展的时期。 这一时期被人们称为后PC时代。
嵌入式系统概述
(4) 软、硬件紧密结合，高效设计。嵌入式微处理器与 通用微处理器的最大区别在于每种嵌入式微处理器大多专用 于某种或几种特定应用，工作在为特定用户群设计的系统中。 它通常具有功耗低、体积小、集成度高等特点。把通用微处 理器中许多由板卡完成的功能集成在芯片内部，有利于嵌入 式系统设计小型化，增强移动能力，增强与网络的耦合度。 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。 对于嵌入式软件而言，系统软件和应用软件的界限并不明显， 原因在于嵌入式环境下应用系统的配置差别较大，所需操作 系统的裁剪配置不同，I/O操作没有标准化，驱动程序通常 需要自行设计。
嵌入式系统设计课件
嵌入式系统的基本构成
嵌入式系统硬件
嵌入式处理器 各种类型存储器 模拟电路及电源 接口控制器及接插件
应用程序
操 作 系 统 驱动程序
嵌入式系统软件
内存
实时操作系统（RTOS） 板级支持包（BSP） 设备驱动（Device Driver） 图形用户接口（GUI） 应用程序（Application）
flash
文件系统
驱动程序
内存
处理器
外设
嵌入式操作系统的结构
几个比较流行的嵌入式操作系统
实时嵌入式操作系统 ucosII、RT-linux、Vxworks 分时嵌入式操作系统 uclinux、WinCE、裁减的linux、PocketPC Palm OS、Neclus
嵌入式系统架构
GUI 应用程序
应用软件
系统软件
操作系统
内存管理 硬件
嵌入式系统设计综述
Embedded System Designing
内容概要
第一部分、嵌入式系统介绍
嵌入式系统概述 嵌入式系统的应用 嵌入式处理器介绍 嵌入式系统硬件结构 嵌入式系统硬件开发 嵌入式操作系统概述 嵌入式操作系统介绍 嵌入式系统软件开发
第二部分、嵌入式系统硬件
第三部分、嵌入式操作系统
采用操作系统编程与传统编程的方法对比
硬件初始化
Flag1 =1?
硬件初始化
程序模块4
程序模块1 程序模块2
Flag2 =1?
中断
程序模块1 RTOS 中断
程序模块3 程序模块4
中断
程序模块2
程序模块3
传统编程