第1课时 嵌入式操作系统概述及先修课程
《嵌入式系统概论》课程教学大纲
《嵌入式系统概论》教学大纲二、教学目标本课程以嵌入式软件工程思想为指导，通过突出嵌入式系统软硬件依赖、实时、可靠、低功耗等特性，使学生利用工具开发实际嵌入式软件程序的同时，帮助他们理解符合嵌入式系统特色的各种原理和方法，培养嵌入式系统产品方案规划、体系架构选择、处理器和芯片选型、操作系统应用、总体及详细设计、可靠性测试评估等方面的综合能力，为将来的进一步发展奠定坚实的基础。
三、教学内容及基本要求第一章嵌入式系统导论（理论2学时）（一）教学目标1. 掌握嵌入式系统基本概念、分类和特点；2. 了解嵌入式实时系统基本概念；3. 了解嵌入式系统和实时系统的关系和区别；（二）重点、难点教学重点：嵌入式系统定义，嵌入式系统的分类、特点；教学难点：嵌入式系统的软硬件组成。
（三）教学方法多媒体教学。
（四）教学内容1. 嵌入式系统概述2. 嵌入式系统的应用领域3. 嵌入式系统的发展趋势第二章嵌入式硬件系统（理论4学时）（一）教学目标1. 掌握嵌入式系统的硬件的基本组成；2. 了解嵌入式微处理器的基本组成和运行模式；3. 掌握主流嵌入式处理器ARM的相关知识；（二）重点、难点教学重点：ARM编程模型；嵌入式存储器；教学难点：ARM编程模型；AMBA总线工作原理。
（三）教学方法多媒体式对嵌入式微处理器进行全方位讲解。
（四）教学内容1. 嵌入式硬件系统的基本组成2. 嵌入式微处理器3. 嵌入式总线4. 嵌入式存储器5. 输入/输出与典型接口第三章嵌入式软件系统（理论4学时）（一）教学目标1. 了解当今几款主流的嵌入式操作系统：Linux、Vxworks、WinCE的基础知识；2. 掌握嵌入式软件系统的体系结构和运行流程；3. 掌握嵌入式软件系统的功能和特点；4. 掌握嵌入式软件开发工具的特点和软件开发的过程；5. 了解嵌入式操作系统的发展趋势。
（二）重点、难点教学重点：嵌入式软件体系结构、运行流程、交叉环境、交叉调试；教学难点：客户/服务器结构、交叉调试与非交叉调试的区别；JTAG技术。
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。
嵌入式系统教学：嵌入式系统及应用PPT课件
仿真器
用于模拟嵌入式系统的运行环境，便 于开发者在真实硬件之前进行调试和 测试。
调试器
用于在嵌入式系统运行过程中进行实 时调试，帮助开发者定位和解决问题。
交叉编译器
将应用程序代码编译为目标硬件平台 上的可执行文件，实现跨平台开发。
03 嵌入式系统的应用
智能家居
智能家居是嵌入式系统的重要应用领域之一，通过嵌入式系 统可以实现家庭设备的智能化控制和管理，提高生活便利性 和舒适度。
、医学影像设备等。
汽车电子
嵌入式系统用于汽车电 子控制系统，如发动机
控制、车身控制等。
嵌入式系统的发展历程
01
02
03
起源
嵌入式系统的概念起源于 20世纪70年代，主要用于 工业控制领域。
发展
随着微处理器技术的发展， 嵌入式系统逐渐普及，应 用领域不断扩大。
趋势
未来嵌入式系统将朝着智 能化、网络化、低功耗等 方向发展。
RTOS技术具有可移植性和可裁 剪性，可以根据实际需求进行 定制化开发，提高系统的可靠 性和性能。
06 嵌入式系统发展趋势与挑 战
物联网时代的嵌入式系统
嵌入式系统在物联网中的应用
嵌入式系统作为物联网的重要组成部分，广泛应用于智能家居、智能交通、智能制造等领域，实现设备间的互联 互通和智能化控制。
提高实际操作能力。
项目实践
组织学生进行嵌入式系统的项目 实践，将理论知识应用于实际项 目中，提高学生的综合应用能力。
注重培养学生的实际动手能力
提供实验设备和实验环境
学校应提供先进的实验设备和实验环境，满足学生进行实验和实 践的需求。
加强实验课程建设
增加实验课程的比重，设计更多具有挑战性和实用性的实验项目， 引导学生主动实践。
嵌入式软件开发入门课程
嵌入式软件开发入门课程一、课程简介嵌入式软件开发是指将软件嵌入到特定硬件设备中的过程。
在现代社会中，嵌入式系统已经无处不在，从智能手机到汽车控制系统，都依赖于嵌入式软件的运行。
本课程旨在为初学者提供深入了解嵌入式软件开发的基础知识和技能。
二、课程目标1.了解嵌入式系统的基本概念和特点；2.掌握常用的嵌入式软件开发工具和平台；3.学习使用C语言进行嵌入式软件开发；4.理解并应用常见的嵌入式软件开发技术。
三、课程大纲第一章：嵌入式系统概述1.嵌入式系统定义和分类2.嵌入式系统的特点和应用领域3.常见的嵌入式硬件平台介绍第二章：嵌入式软件开发环境搭建1.常用的开发工具介绍2.基于Linux的开发环境搭建3.基于Windows的开发环境搭建第三章：C语言基础1.C语言基本语法和数据类型2.控制流程和函数3.数组和指针4.结构体和联合体第四章：嵌入式软件开发流程1.软件开发生命周期2.需求分析和系统设计3.编码和调试技巧4.测试和验证第五章：嵌入式操作系统1.操作系统的作用和分类2.常见的嵌入式操作系统介绍（例如FreeRTOS、uC/OS等）3.操作系统的任务调度和资源管理第六章：外设驱动程序编写1.嵌入式外设驱动程序的概念和作用2.常见外设驱动程序的编写方法（例如GPIO、UART等）3.中断处理和时钟管理第七章：通信协议与网络编程1.常见的通信协议介绍（例如SPI、I2C、TCP/IP等）2.基于网络的嵌入式应用开发3.Socket编程实践四、教学方法与评估方式本课程将采用理论讲授与实践操作相结合的教学方法。
学生将通过课堂讲解、案例分析、实验操作等方式进行学习。
课程结束后，将进行考试和项目评估，以评估学生对嵌入式软件开发的掌握程度。
五、参考书目1.《嵌入式系统设计与开发》 - 陈向阳2.《嵌入式实时操作系统原理与实践》 - 李志强3.《C Primer Plus》 - Stephen Prata以上是关于嵌入式软件开发入门课程的详细内容。
北航《嵌入式系统》课件第一章
存储器
01
存储器是嵌入式系统中 用于存储数据和程序的 硬件设备。
02
根据存储速度和访问方 式，可以分为高速缓存 、主存储器和辅助存储 器。
03
嵌入式系统通常采用不 同类型的存储器，以满 足不同的存储需求。
04
存储器的容量和速度对 嵌入式系统的性能和可 靠性有重要影响。
智能环境
通过嵌入式系统技术，实现家庭环境 的智能化管理，如温度、湿度、空气 质量监测与调节等功能。
工业控制系统
01
02
03
04
工业控制系统
通过嵌入式系统技术，实现工 业生产过程中的设备控制、数
据采集、监控等功能。
自动化流水线
通过嵌入式系统控制，实现自 动化流水线的运作，提高生产
效率。
工业机器人
通过嵌入式系统技术，实现工 业机器人的运动控制、感知与
系统集成
将软硬件集成在一起，形 成完整的嵌入式系统。
系统测试
1 2
单元测试
对每个软件模块进行测试，确保其功能正常。
集成测试
对整个系统进行测试，确保软硬件协同工作正常 。
3
系统测试
对整个系统进行全面测试，确保满足用户需求。
04 嵌入式系统的开发工具
嵌入式开发环境
嵌入式开发环境概述
嵌入式开发环境是用于编写、编译、调试嵌入式系统程序的集成 开发环境。
编写详细的需求规格说明书，明确系 统需求。
系统设计
硬件设计
01
根据系统需求，设计合适的硬件架构。
软件设计
02
设计软件架构，确定软件模块及其接口。
系统集成方案
03
制定系统集成方案，确保软硬件协同工作。
第一章 嵌入式系统概述讲述PPT课件
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第一章 嵌入式系统概论
一些嵌入式系统应用案例
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第一章 嵌入式系Biblioteka 概论一些嵌入式系统应用案例
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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！
9
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
英国电机工程师协会的定义
➢ 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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• CAN、蓝牙、Zigbee、Modbus、LIN协议栈
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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
嵌入式操作系统-Chapter1-嵌入式系统导论精品文档
臻完善（1971-1989） • 嵌入式系统应用走向纵深（1990年-现在）
嵌入式系统的出现和兴起
• 出现：20世纪60年代以晶体管、磁芯存储 为基础的计算机开始用于航空等军用领域。
– 第一台机载专用数字计算机是奥托内蒂克斯公 司为美国海军舰载轰炸机“民团团员”号研制 的多功能数字分析器(Verdan)。
Smart Dust
/~pister/SmartDust/
Wearable Computing
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
– 嵌入式硬件系统基础（基本组成，嵌入式微 处理器：ARM、MIPS、X86、SH等，总线、 存储系统、输入/输出与典型接口等， W90P710/SH7709S ），约7节课
– 嵌入式软件系统基础（分类、特点、体系结 构、运行流程、操作系统、开发工具）,约4 节课
课程的主要内容
• 嵌入式实时内核，约14节课
– 1963年DEC公司推出PDP8并发展成PDP11系列，成 为工业生产集中控制的主力军。
– 在军用领域中，为了可靠和满足体积、重量的严格要 求，还需为各个武器系统设计五花八门的专用的嵌入 式计算机系统。
嵌入式系统开始走向繁荣
• 嵌入式系统大发展是在微处理器问世之后
– 1973年至1977年间各厂家推出了许多8位的微处理 器，包括Intel 8080/8085，Motorola 的6800/6802， Zilog的Z80和Rockwell的6502。
第01课：嵌入式系统软件工程概述 绪论0829共97页PPT资料
第1讲：软件工程概论
5. 复杂性 软件的复杂性是由软件可以解 决任何行业和领域中的问题的特征所决定的。
6. 泛域性 软件可以服务与人类智能所能 到达的所有领域。
第1讲：软件工程概论
7. 非损性 软件在使用过程中不象其他产品 存在损耗和老化现象，只要硬件环境不发生故 障和改变，软件就可以永远使用。
开发方法，并未完全摆 脱危机和手工方式
第1讲：软件工程概论
1. 人们对软件的看法逐步全面化 ◆ 从专家到一般开发人员 ◆ 从艺术到工程 ◆ 从程序设计技巧到需求分析、设计、编程、 调试、维护等全面软件开发
第1讲：软件工程概论
2. 软件的内涵发生了重大变化 软件的概念和内涵从简单的程序发展成为程序、 数据以及软件开发所需的一切文档。
第1讲：软件工程概论
文档是指与程序开 发、维护和使用有关 的图文资料。
第1讲：软件工程概论
需要从以下两个方面理解软件： 1）在计算机系统中，我们把除了所有可 见性设备和资源之外的计算机系统的组成部 分统称为软件。 2）软件的概念比程序广泛，程序是软件 的构成部分。
第1讲：软件工程概论
1.1 软件的概念 2、软件的本质： 软件是认识的中介、是人意识的外化、
5-20 20以上
开发期限 1-4周 1-6月 1-2年 2-3年 3年以上
源程序行数 0.5K 1K-2K 5K-50K 50K-100K 1M以上
第1讲：软件工程概论
二 软件的发展与软件工程
第1讲：软件工程概论
2.1 软件发展的三个阶段 1946年世界上第一台计算机出现之后，
就有了程序的概念，程序是软件的前身。 几十年来，软件的发展经历了程序设计，
大学课件物联网与嵌入式系统开发--第1章_嵌入式系统概述
1.2 嵌入式系统的组成（18）
3 软件层 系统软件层由实时多任务操作系统 （Real-Time Operation System， RTOS）、文件系统、图形用户接口（ Graphic User Interface，GUI）、网络 系统及通用组件模块组成。RTOS是嵌 入式应用软件的基础和开发平台。
第1章 嵌入式系统概述
本章主要内容
1.1 嵌入式系统简介 1.2 嵌入式系统的组成 1.3 嵌入式处理器简介 1.4 嵌入式系统应用 1.5 嵌入式系统发展趋势
1.6 物联网与嵌入式系统
1.7 嵌入式开发工具
思考与习题
1.1 嵌入式系统简介
1 嵌入式系统的概念
（1）电气和电子工程师协会（IEEE） 的定义：嵌入式系统是“控制、监视或 者辅助装置、机器和设备运行的装置” （2）国内一个普遍被认同的定义：以 应用为中心、以计算机技术为基础、软 /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。 回本章目录
1.2 嵌入式系统的组成（12）
2 中间层（续1）
BSP具有以下两个特点。 硬件相关性：因为嵌入式实时系统的硬 件环境具有应用相关性，而作为上层软件与 硬件平台之间的接口，BSP需要为操作系统提 供操作和控制具体硬件的方法； 操作系统相关性：不同的操作系统具有 各自的软件层次结构，因此，不同的操作系 统具有特定的硬件接口形式。
嵌入式处理器是嵌入式系统的核心，是控制、辅助系统运 行的硬件单元。范围极其广阔，从最初的４位处理器，目前仍 在大规模应用的8位单片机，到最新的受到广泛青睐的32位、64 位嵌入式CPU。 目前，世界上具有嵌入式功能特点的处理器已经超过1000 种，流行体系结构包括MCU、MPU等30多个系列。鉴于嵌入式 系统广阔的发展前景，很多半导体制造商都大规模生产嵌入式 处理器，并且公司自主设计处理器也已经成为了未来嵌入式领 域的一大趋势，其中从单片机、DSP到FPGA，有着各式各样的 品种，速度越来越快，性能越来越强，价格也越来越低。目前 嵌入式处理器的寻址空间可以从64KB到1GB，处理速度最快可 以达到2000 MIPS，封装从8个引脚到324个引脚（如TI的ARM Cortex A8 AM335x）不等。
第1章嵌入式系统概述PPT学习教案
BSP/HAL 硬件抽象层/板极支持包
D/A
通用接口
A/D
嵌入式 微处理器
ROM
I/O
SDRAM
人机交互接口
第嵌32入页式/共计4算7页机系统
33
嵌入式系统硬件组成
第33页/共47页
34
嵌入式系统软件结构
第34页/共47页
35
嵌入式系统软件
板级支持包（BSP) 嵌入式操作系统内核 API 应用软件
第27页/共47页
28
嵌入式系统与PC
嵌入式系统一般是专用系统，而PC是通用 计算平台
嵌入式系统的资源比PC少得多 嵌入式系统软件故障带来的后果比PC机大
得多
第28页/共47页
29
嵌入式系统一般采用实时操作系统 嵌入式系统大都有成本、功耗的要求 嵌入式系统得到多种微处理体系的支持 嵌入式系统需要专用的开发工具
第24页/共47页
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网络化阶段：1998年－
应用领域：智能家电，医疗仪器仪表，通信，消费电子，手机，汽 车电子，无线终端
功能：管理，大量数据传输，远程控制等 编程语言：汇编语言，c，c＋＋，Java 操作系统：VxWorks，QNX,pSOS，Linux 硬件处理器：高性能嵌入式处理器，SOC
第25页/共47页
第7页/共47页
8
嵌入式系统应用领域主要产品
家用市场
机顶盒、掌上电脑、DVD、MP3、数码相机、数字电视、WebTV、网络冰箱、网络空调、家庭网关、智能 家用电器、车载导航器系统等
通信市场
电话交换系统，电缆系统，卫星和全球定位系统（L3D），数据交换设备，移动电话等
工业市场
制造工厂，污水处理系统，发电站和电力传输系统，自动化工厂，控制系统开发，维护和测试的工具， 石油提炼和相关的贮运设施，建筑设备，计算机辅助制造系统，能源控制系统，核电站，机器人系统 等