嵌入式系统简介
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 +
电子信息技术中的嵌入式系统介绍
电子信息技术中的嵌入式系统介绍嵌入式系统是指集成了硬件和软件的特定功能的电子系统，能够在特定的环境下执行特定的任务。
它是电子信息技术领域中一种应用广泛、功能强大的系统。
本文将介绍嵌入式系统的定义、应用领域、工作原理以及未来发展趋势。
首先，嵌入式系统是一种特殊的计算机系统，通常用于嵌入在其他设备中，比如手机、汽车、家电等。
它的特点是体积小、功耗低、性能高，能够实现高度集成和高度可靠性的要求。
嵌入式系统通过与外界进行交互，完成特定的功能和任务。
嵌入式系统的应用领域非常广泛。
在消费电子产品中，嵌入式系统被广泛应用于智能手机、平板电脑、智能电视等。
在汽车行业，嵌入式系统被用于发动机控制、刹车控制、导航系统等。
在医疗领域，嵌入式系统被用于心脏起搏器、血压监测仪等。
此外，嵌入式系统还被应用于航空航天、通信、工业控制等众多领域。
嵌入式系统的工作原理一般可以分为硬件部分和软件部分。
硬件部分包括中央处理器（CPU）、存储器、输入输出接口等。
中央处理器是嵌入式系统的核心部件，负责执行各种指令和运算。
存储器用于存储程序和数据。
输入输出接口用于连接其他设备。
软件部分包括操作系统、应用软件和驱动程序等。
操作系统负责管理硬件资源、调度任务、提供各种服务。
应用软件是根据特定需求编写的具体功能程序。
驱动程序用于控制硬件设备。
未来，随着智能化和物联网的发展，嵌入式系统将面临更多的挑战和机遇。
首先，技术的进步将推动嵌入式系统的性能进一步提升，使得它们能够处理更加复杂和高效的任务。
其次，嵌入式系统将需要支持更多的应用和服务，比如人工智能、机器学习等。
同时，安全性和可靠性也是嵌入式系统未来的发展重点。
随着智能家居、智能交通等领域的蓬勃发展，对嵌入式系统的安全性要求越来越高。
总之，嵌入式系统是电子信息技术中一种重要的应用系统，具有广泛的应用领域和强大的功能。
它集成了硬件和软件，能够在特定环境下执行特定任务。
嵌入式系统的工作原理包括硬件和软件部分，通过中央处理器、存储器和输入输出接口实现与外界的交互。
1. 什么是嵌入式系统？其特点有些什么？
1. 什么是嵌入式系统？其特点有些什么？答: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。
特点：（1）通常是面向特定应用，低功耗、体积小、集成度高；（2）是技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统；（3）软硬件必须高效率地设计，根据应用需求量体裁衣，去除冗余；（4）与具体应用有机结合，具有较长的生命周期；（5）为提高执行速度和系统可靠性，软件一般固化在存储器芯片或单片机本身中；（6）本身不具备自举开发能力，必须有一套开发工具和环境才能进行开发。
2. 嵌入式系统的BooTLoader的功能是什么？答： BooTLoader是系统加电后,操作系统内核或用户应用程序运行之前，首先必须运行的一段程序，即引导加载程序。
通过这段程序,为最终调用操作系统内核、运行用户应用程序准备好正确的环境。
3. 什么是嵌入式操作系统？为何要使用嵌入式操作系统？答：嵌入到对象体系中的专用计算机应用系统。
4. 目前嵌入式操作系统有哪些？答：（1）Windows CE（2）VxWorks（3）pSOS（4）QNX（5）Palm OS（6）嵌入式Linux 5. 构造嵌入式开发环境有哪几种形式？答：（1）交叉开发环境（2）软件模拟环境（3)评估电路板6. 嵌入式系统开发的基本流程?答：（1）系统定义与需求分析（2）规格说明（3）系统结构设计（4）构件设计（5）系统集成7. 什么是可编程片上系统？答：用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上,称作可编程片上系统PSOC.它是一种特殊的嵌入式系统，首先它是SOC，即由单个芯片实现整个系统的主要逻辑功能，具有一般SOC基本属性；其次，它又具备软硬件在系统可编程的功能，是可编程系统，具有可裁剪、可扩充、可升级等灵活的设计方式。
8. 有时要使用Thumb技术的原因?答：16位Thumb指令集是32位ARM指令集的子集，用16位代码密度的指令获得32位处理器的性能既节省存储空间及成本，又不降低处理性能，低功耗，小体积，低成本。
什么是嵌入式系统
1.什么是嵌入式系统？举例。
嵌入式系统是以应用为中心、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；水、电、煤气表的远程自动抄表，安全防火、防盗系统，其中嵌有的专用控制芯片将代替传统的人工检查，并实现更高，更准确和更安全的性能2.嵌入式发展历经四个阶段，分别说明各阶段特点。
无操作系统阶段：系统结构和功能相对单一，处理效率较低，存储容量较小，几乎没有用户接口。
简单操作系统阶段：出现了大量高可靠、低功耗的嵌入式CPU(如PowerPC等)，各种简单的嵌入式操作系统开始出现并得到迅速发展实时操作系统阶段：操作系统的实时性得到了很大改善，已经能够运行在各种不同类型的微处理器上，具有高度的模块化特点和扩展性面向Internet阶段：嵌入式技术与Intemet技术的结合正在推动着嵌入式技术的飞速发展，嵌入式系统的研究和应用会出现更多的新的显著变化3.简述嵌入式三个基本要素三要素：嵌入式系统的三个基本要素是嵌入性、专用性与计算机系统。
(1)嵌入性是把软件嵌入到Flash存储器中，(2)专用性是指针对某个具体应用领域和场合，量体裁衣式的定制适用该场合的专用系统，(3)计算机系统是指必须具有计算机系统的组成，核心是计算机系统。
4.简述嵌入式的几个重要特征系统内核小专用性强系统精简高实时性的系统软件(OS) 嵌入式系统开发需要开发工具和环境使用多任务的操作系统5.一切皆是文件是。
分门别类举例介绍为什么设备文件也可以共用操作系统对所有文件（目录、字符设备、块设备、套接字、打印机等）操作，读写都可用fopen()/fclose()/fwrite()/fread()等函数进行处理。
屏蔽了硬件的区别，所有设备都抽象成文件，提供统一的接口给用户。
这就是“一切皆是文件”的思想。
因为Linux系统把任何设备都抽象为文件了.设备文件分为:字符设备,块设备,网络设备,这些在Linux里都以文件的形式存在5.目录和分区在linux和windows上的实现具体哪些不一样Windows是以驱动器的盘符为基础，每一个目录与对应的分区对应，而linux相反，文件系统是一棵树，文件和外部设备都是以文件的形式挂载在文件树上的。
嵌入式系统概述
• SOC可以分为通用和专用两类。通用系 列包括Siemens的TriCore，Motorola的MCore ， 某 些 ARM 系 列 器 件 ， Echelon 和 Motorola联合研制的Neuron芯片等。专用 SOC一般专用于某个或某类系统中，不 为一般用户所知。一个有代表性的产品 是Philips的Smart XA。
• 系统软件(OS)的高实时性是基本要求 在多任务嵌入式系统中，对重要性各不 相同的任务进行统筹兼顾的合理调度是 保证每个任务及时执行的关键，单纯通 过提高处理器速度是无法完成和没有效 率的这种任务调度只能由优化编写的系 统软件来完成，因此系统软件的高实时 性是基本要求。
嵌入式系统软件需要RTOS开 发平台
嵌入式片上系统(SOC)
• 随着EDI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 SOC。各种通用 处理器内核将作为SOC设计公司的标准库，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。用户只需定义出其 整个应用系统，仿真通过后就可以将设计图交给 半导体工厂制作样品。这样除个别无法集成的器 件以外，整个嵌入式系统大部分均可集成到一块 或几块芯片中去，应用系统电路板将变得很简洁， 对于减小体积和功耗、提高可靠性非常有利。
• 新型的微控制器指令及SOC速度不断提高， 存储器空间也相应加大，已经达到甚至 超过了目前的通用计算机中的微处理器， 为嵌入式系统工程师采用过去一直不敢 问津的C++语言创造了条件。C++语言强 大的类、继承等功能更便于实现复杂的 程序功能。
• 但是C++语言为了支持复杂的语法，在代 码生成效率方面不免有所下降。为此， 1995年初在日本成立的Embedded C++技 术委员会经过几年的研究，针对嵌入式 应用制订了减小代码尺寸的EC++标准。
嵌入式系统中的仿真技术
嵌入式系统中的仿真技术嵌入式系统是指内嵌在各种设备或系统中，以实现特定功能的计算机系统。
在嵌入式系统设计和开发中，仿真技术起着至关重要的作用。
本文将从嵌入式系统的概念入手，详细介绍嵌入式系统中的仿真技术及其应用。
一、嵌入式系统简介嵌入式系统是一种特殊的计算机系统，它通常被嵌入到其他系统或设备中，来实现特定的功能。
与传统计算机系统相比，嵌入式系统通常具有体积小、功耗低、性能可靠、实时性强等特点。
嵌入式系统应用广泛，如家电、汽车、医疗设备、通信设备等领域。
二、仿真技术在嵌入式系统中的作用仿真技术是一种重要的工具，可以在系统设计和开发的早期阶段进行大规模的测试和排错，以降低后期修改的风险和成本。
在嵌入式系统中，仿真技术的主要作用如下：1. 性能评估：通过仿真技术，可以对嵌入式系统的性能进行全面的评估，包括响应时间、功耗、资源利用率等指标。
这有助于性能优化和系统设计的合理规划。
2. 硬件软件协同开发：嵌入式系统中通常包含硬件和软件两部分，二者需要协同开发。
仿真技术可以使硬件和软件开发团队在早期阶段进行集成测试，验证硬件和软件之间的接口和交互是否正确，提高开发效率。
3. 故障分析与调试：嵌入式系统的开发过程中，可能会出现各种故障和问题。
通过仿真技术，可以模拟各种用户场景和异常情况，以帮助开发人员分析和解决问题。
4. 系统验证和验证：在嵌入式系统完成开发后，需进行系统验证和验证。
仿真技术可以模拟真实环境下的系统行为，对系统功能进行全面的测试，确保系统的正确性和稳定性。
三、嵌入式系统仿真技术的应用嵌入式系统中的仿真技术广泛应用于多个方面，包括以下几个方面：1. 功能仿真：通过软件仿真技术，模拟系统功能的运行情况，验证系统设计的正确性和可行性。
这有助于系统的迭代开发和功能优化。
2. 性能仿真：嵌入式系统的性能对于实际应用至关重要。
通过仿真技术，可以对系统的性能进行全面的评估和优化，确保系统的响应时间、功耗等指标满足需求。
嵌入式系统概述
第一章嵌入式系统概述1.嵌入式系统的概念从技术的角度概念：以应用为中心、以运算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、靠得住性、本钱、体积、功耗严格要求的专用运算机系统。
从系统的角度概念：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路的运算机系统。
术语嵌入式反映了这些系统一般是更大系统中的一个完整的部份，称为嵌入的系统。
嵌入的系统中能够共存多个嵌入式系统。
2.嵌入式处置器的分类①嵌入式微处置器；②嵌入式微控制器；③嵌入式DSP处置器；④嵌入式片上系统（SOC）3.嵌入式操作系统的大体概念及特点一般实时操作系统应用于实时处置系统的上位机和实时查询系统等实时性较弱的实时系统，而且提供了开发、调试、运用一致的环境。
嵌入式实时操作系统应用于实时性要求高的实时控制系统，而且应用程序的开发进程是通过交叉开发来完成的，即开发环境与运行环境是不一致。
嵌入式实时操作系统具有规模小(一般在几K～几十K 内)、可固化利用实时性强(在毫秒或微秒数量级上)的特点4.实时操作系统的大体概念及特点总的来讲实时操作系统是事件驱动的，能对来自外界的作用和信号在限定的时刻范围内作出响应。
它强调的是实时性、靠得住性和灵活性, 与实时应用软件相结合成为有机的整体起着核心作用, 由它来管理和协调各项工作,为应用软件提供良好的运行软件环境及开发环境。
从实时系统的应用特点来看实时操作系统能够分为两种：一般实时操作系统和嵌入式实时操作系统IEEE 的实时UNIX分委会以为实时操作系统应具有以下的几点:异步的事件响应；切换时刻和中断延迟时刻肯定；优先级中断和调度；抢占式调度；内存锁定；持续文件；同步；5.操作系统的内核有哪两种，各自的特点①非占先式内核：非占先式内核要求每一个任务自我舍弃CPU 的所有权。
非占先式调度法也称作合作型多任务，各个任务彼此合作共享一个CPU。
异步事件仍是由中断服务来处置。
中断服务能够使一个高优先级的任务由挂起状态变成就绪状态。
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。
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嵌入式系统市场规模及平均增长率 （2003－2006）
嵌入式软件系统生命周期发展
提纲
嵌入式系统概念 嵌入式系统发展历程 嵌入式系统构成要素 嵌入式系统应用领域
嵌入式系统结构
嵌入式系统一般由嵌入式微处理器、外围硬件
设备、嵌入式操作系统（可选），以及用户的 应用软件系统等四个部分组成
嵌入式实时操作系统
术、电子信息技术的发展，嵌入式系统的各项技术蓬勃发 展，市场迅猛扩大，已深入生产和生活的各个角落。
嵌入式系统发展的三个阶段
嵌入式系统的出现和兴起
（1960－1970）
嵌入式系统走向繁荣，软件、硬件日臻完善（1971－1989）
嵌入式系统应用走向纵深化发展
（1990－至今）
嵌入式系统应用走向纵深化发展
计算机应用领域的划分
小型专用型
桌面通用型
服务器
服务器
服务器
高端服务型
嵌入式系统与桌面通用系统的区别(1/7)
嵌入式系统中运行的任务是专用而确定的
心脏监视器只需运行信号输入、信号处理、心电图显示任务 如要更改任务，需要对整个系统进行重新设计或在线维护
桌面通用系统需要支持大量的、需求多样的应用程序
嵌入式系统与桌面通用系统的区别(3/7)
嵌入式系统中使用的操作系统一般是实时操作系统
嵌入式实时操作系统数量众多，如：
VxWorks（美国风河公司Wind River产品） Windows CE（包括Windows Mobile） pSOS QNX
国产嵌入式实时操作系统，如：
HOPEN DeltaOS
嵌入式技术的应用－PDA
Personal Digital Assistant （个人数字助理）
GPS导航仪
嵌入式技术的应用－手机
普通手机 智能手机
与PDA结合
Nokia手机户外音响
内置 DVB-H 移动电视手机
Sony Ericsson超小型手机电 脑手机放在底座上成为电脑
韩国电信手机/电视遥 控器二合一产品
Nokia和微软结盟
Nokia和微软结盟，放弃自身的S60系统，转而采用 微软的Windows Phone系统。
嵌入式技术的应用－智能家居
智能家居 智能家电
DangerBomb 闹钟 不起床就爆炸啰
智能型垃 圾桶 i.Master
Roto-Rooter公司马桶
组合笔记本/ipod/冰 箱/Xbox360/健身
嵌入式计算机系统的应用
工业控制
工控设备
智能仪表
军事国防
军事电子
嵌入式应用
消费电子
信息家电 智能玩具 通信设备
汽车电子
移动存贮
网络设备 电子商务
网络
嵌入式计算机系统的创新－平板电脑
平板电脑
Apple：Ipad
ipad2（2011.3.3）：iOS4.3
东芝android平板电脑：Folio100
采用常规的方法，能量只能持续工作5天！ 引入间歇工作方式，从而降低功耗，节省能量。
嵌入式系统比桌面通用系统可用资源少得多
为降低系统成本，降低功耗，嵌入式系统的资源配置遵循够用就 行！
提纲
嵌入式系统概念 嵌入式系统发展历程 嵌入式系统构成要素 嵌入式系统应用领域
嵌入式系统的发展历程
嵌入式系统出现于20世纪60年代，40多年来随着计算机技
高科技的捕鼠器
浙江大学显示营 养智能果汁机
遮断红外线光束掉下笼子
配备电子食谱 的锅铲coo.boo
嵌入式系统
An Introduction to Embedded System
提纲
嵌入式系统概念 嵌入式系统发展历程 嵌入式系统构成要素 嵌入式系统应用领域
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，采用可剪裁软硬件， 适用于对功能、可靠性、成本、体 积、功耗等有严格要求的专用计算 机系统，用于实现对其他设备的控 制、监视或管理等功能
计算机系统的创新－平板电脑
平板电脑（HP/TouchPad）
HP（惠普）：TouchPad 采用Palm公司的WebOS系统（Linux内核，Palm已经被HP收购） 2011年2月10日发布：
计算机系统的创新－平板电脑
平板电脑（Motorola Xoom）
Motorola Xoom：Android3.0
应用充分普及：工业控制、数字化通讯、数字化家电
汽车：50个以上嵌入式微处理器 飞机：70个以上嵌入式系统
嵌入式微处理器32位、64位 嵌入式实时操作系统使用比率越来越高
早期：10％；90年代初：30％；目前：80～90％
嵌入式系统开发工具越来越丰富 嵌入式系统产业链形成
ห้องสมุดไป่ตู้
嵌入式系统产业链
嵌入式系统的含义和构造原理
含义：通俗地说，嵌入式系统就是将计算机的 硬件或软件嵌入到其他设备或应用系统中所构 成的一种新的系统。 构造原理：嵌入式系统是以应用为中心，以计 算机技术为基础，采用可剪裁软硬件，适用于 对功能、可靠性、成本、体积、功耗等有严格 要求的专用计算机系统，用于实现对其他设备 的控制、监视或管理功能。 嵌入式系统简单地讲，就是定制硬、软件。
对系统中运行的程序不作假设 程序升级、更新等方便
嵌入式系统与桌面通用系统的区别(2/7)
嵌入式系统往往对实时性提出较高的要求。
实时系统：指系统能够在限定的响应时间内提供所需水平的服 务。（POSIX 1003.b ）
嵌入式实时系统可分为：
强实时型：响应时间μs～ms级； 一般实时：响应时间ms～s级； 弱实时型：响应时间s级以上。
典型的嵌入式实时操作系统（RTOS）
近200种操作系统，VxWorks、QNX、WinCE、 PalmOS
面向SOC的操作系统：Symbian的Epoc、 Express Logic的ThreadX、ATI的Nucleus
开放源码的操作系统：Linux系列、uC/OS
提纲
嵌入式系统概念 嵌入式系统发展历程 嵌入式系统构成要素 嵌入式系统应用领域
嵌入式系统与桌面通用系统的区别(4/7)
嵌入式系统运行需要高可靠性保障，比桌面系统的故障
容忍能力弱很多
嵌入式系统需要忍受长时间、无人值守条件下的运行 嵌入式系统运行的环境恶劣 嵌入式系统大都有功耗约束。
如：珍贵文物微气象环境监测 要求1分钟采样一次，每个采样节点采用电池供电，1年更新一次。