嵌入式系统应用领域及发展概述.32页PPT

PART 04
嵌入式系统设计
系统需求分析
01
02
03
功能性需求
明确系统需要实现的功能 ，确保系统能够满足用户 的需求。
非功能性需求
如性能、可靠性、安全性 等方面的要求，确保系统 的质量和稳定性。
需求变更管理
对需求变更进行跟踪和管 理，确保项目进度和成果 与需求一致。
系统硬件设计
微控制器选择
根据系统需求和性能要求，选择合适的微控制器型号。
根据系统需求，设计应用程序并实现所需功能。
PART 05
嵌入式系统开发实例
基于ARM的嵌入式系统开发
ARM处理器架构
ARM处理器以其高效能、低功耗和低成本特性广泛应用于嵌入式系 统开发。
ARM开发板
市面上有多种基于ARM架构的开发板，如Raspberry Pi、 BeagleBone等，为开发者提供了丰富的硬件资源。
嵌入式系统的发展前景与挑战
随着技术的不断进步和应用需求的不 断增长，嵌入式系统将迎来更广阔的 发展空间，如智能家居、智能制造等 领域将得到广泛应用。
嵌入式系统的发展也面临诸多挑战， 如技术更新换代快、市场竞争激烈、 安全隐私保护等问题，需要不断加强 技术研发和创新能力，以应对未来的 挑战。
2023 WORK SUMMARY
电源与时钟
电源概述
电源是嵌入式系统中必不可少的组成部分，为各个硬件模块提供稳定的电力供 应。
时钟概述
时钟是嵌入式系统中用于控制各个模块协调工作的计时设备，具有高精度和稳 定性的特点。
PART 03
嵌入式软件基础
嵌入式操作系统
实时操作系统（ RTOS）
嵌入式Linux
RTOS是嵌入式系统中最常用的 操作系统，它能够提供实时任 务调度、任务管理、时间管理 、内存管理和中断服务等功能 。常见的RTOS有VxWorks、 QNX和FreeRTOS等。

医疗设备
医疗设备是嵌入式系统的又一重要应用领域， 通过嵌入式系统技术，可以实现医疗设备的智 能化和便携化，提高医疗服务的效率和精度。
嵌入式系统在医疗设备中广泛应用于各种便携 式医疗设备，如智能血压计、智能血糖仪、智 能心电图仪等。
嵌入式系统通过与各种传感器和执行器的连接 和控制，实现了医疗设备的自动化和智能化， 提高了医疗服务的效率和精度。
05
嵌入式系统的发展趋势 与挑战
发展趋势
智能化
微型化
随着人工智能技术的不断发展，嵌入式系 统将更加智能化，能够实现自主决策、学 习和适应环境变化。
随着微电子技术的进步，嵌入式系统的体 积将越来越小，性能更高，功耗更低。Fra bibliotek网络化
安全性增强
物联网的普及将推动嵌入式系统网络化的 发展，实现设备间的互联互通和远程控制 。
常见的输入设备包括按钮、开 关、传感器等，输出设备包括 显示器、打印机、LED显示屏 等。
输入输出设备的选择取决于嵌 入式系统的应用场景和功能需 求。
电源
电源为嵌入式系统提供电能。
根据系统需求，可以选择不同的电源方案，如电池、直流电源和交流电源。
电源的稳定性和效率对嵌入式系统的性能和可靠性具有重要影响。
嵌入式系统的应用及 基本概念ppt课件
目录
• 嵌入式系统简介 • 嵌入式系统的基本组成 • 嵌入式系统的软件 • 嵌入式系统的应用实例 • 嵌入式系统的发展趋势与挑战
01
嵌入式系统简介
定义与特点
定义
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 助操作机器和设备。
特点
实时性、专用性、可靠性和低功 耗。
供应链管理
随着嵌入式系统复杂性的增加， 企业需要更加精细的供应链管理 以确保产品的质量和交付。

Microsoft Windows CE是针对有限资源的平台而设计的多 线程、完整优先权、多任务的操作系统，但它不是一个硬 实时操作系统。
高度模块化是WinCE的一个鲜为人知的特性，这一特性有 利与它对从掌上电脑到专用的工业控制器的用户电子设备 进行定制。
WinCE操作系统的基本内核需要至少200K的ROM，它支 持 Win32 API子集、多种用户界面硬件、多种的串行和网 络通讯技术、COM/OLE和其他的进程间通讯的先进方法。 Microsoft 公 司 为 Windows CE 提 供 了 Platform Builder 和 Embedded Visual Studio开发工具。
进程调度
网络模块 图形驱动 调度 数据库
模块
驱动程序、硬件抽象层、板级支持包
硬件 （Hardware）
ppt课件
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图1- 4 RTOS体系结构图
典型嵌入式操作系统介绍
嵌入式操作系统的种类繁多，但大体上可 分为两种——商用型和免费型。
目 前 商 用 型 的 操 作 系 统 主 要 有 VxWorks 、 Windows CE 、 Psos 、 Palm OS 、 OS-9 、 LynxOS、QNX、LYNX等;
电话 无晶体管
BT DECT
1千万个晶体管
3个处理器
诺基亚手机 超过7亿个晶体管
(多数用于存储器) 5-6个处理器
1940
2pp0t课01件
2002
13
计算机的发展
Apple Macintosh
黑白显示器 1 MIP 处理器
Acorn Archimedes 彩色显示器
10 MIP 处理器 … RISC集
ppt课件
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FPGA可以用于实现各种数 字信号处理算法和数据流处 理，例如FIR滤波器、FFT变 换、数据加密等。
FPGA可以实现各种数字信 号处理算法和数据流处理， 例如FIR滤波器、FFT变换、 数据加密等。同时还可以用 于实现各种接口和控制逻辑 ，例如串口通信、SPI接口、 I2C接口等。在选择FPGA时 需要考虑FPGA的性能指标 、资源容量、开发环境和操 作系统的支持情况等因素。
需求分析与设计
需求收集
了解和分析嵌入式系统应 用的需求，包括功能、性 能、可靠性等。
算法设计
根据需求选择合适的算法 ，进行优化以提高性能。
系统设计
根据需求，设计系统的总 体架构、硬件和软件平台 、接口等。
编码与测试
编码语言选择
根据系统平台和需求，选择合适的编程语言 进行开发。
代码编写
按照设计要求，编写嵌入式系统应用的代码 。
。
FPGA
总结词
详细描述
总结词
详细描述
FPGA是一种可编程逻辑器 件，通过编程可以实现各种 逻辑功能，广泛应用于各种 嵌入式系统中。
FPGA具有高集成度、高可 靠性、可重复编程等优点， 通常采用硬件描述语言进行 编程。常见的FPGA包括 Xilinx的FPGA系列、Altera 的FPGA系列等。
单元测试
对编写的代码进行单元测试，确保各模块功 能正常。
部署与维护
01 系统部署
将开发好的嵌入式系统应用部署到目标环境中。
02 系统调试
在部署后进行系统调试，确保系统功能正常并满 足性能要求。
03 系统维护
对部署好的嵌入式系统应用进行维护，包括升级 、故障排除等。
05
嵌入式系统安全与可靠性
系统安全

、MIPS、ARM系列等。
2.嵌入式微控制器(MCU)
嵌入式微控制器又称单片机 （Intel最早将自己生产的单片机 命名为嵌入式微控制器），就是 将整个计算机系统集成到一块芯 片中。
嵌入式微控制器一般以某一种微处 理器内核为核心，芯片内部集成 ROM/EPROM、RAM、总线、总线逻辑、 定时/计数器、WatchDog、I/O、串行 口 、 脉 宽 调 制 输 出 、 A/D 、 D/A 、 Flash RAM、E2PROM等各种必要功能 和外设。
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。
SOC可以分为通用和专用两类。
一、嵌入式系统的含义及分类
含意：用来控制处理外部世界各种中断信号的计 算机系统，主要有：嵌入式微控制器MCU，专 用集成电路ASIC、现场可编程门阵列、数字信 号处理器DSP等。 组成：由硬件和软件两部分组成。
简单的嵌入式系统由微控制器或嵌入式微控制器 及嵌入式软件等组成。
较复杂的嵌入式系统由微处理器、实时操作系统、 嵌入式软件等组成。
嵌入式系统的智能化是推动嵌入式 DSP处理器发展的另一个因素，如： 各种带有智能逻辑的消费类产品， 生物信息识别终端，带有加解密算 法 的 键 盘 ， ADSL 接 入 、 实 时 语 音 压 解系统，虚拟现实显示等。这类智 能化算法一般运算量较大，特别是 向量运算、指针线性寻址等较多， 而这些正是DSP处理器的长处所在。
嵌入式DSP处理器有代表性的是： TI 的 TMS320 系 列 和 Motorola 的 DSP56000系列。

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。

实时操作系统
总结词
实时操作系统是嵌入式系统中用于实现实时处理的关键技术 。
详细描述
实时操作系统能够提供多任务管理和调度功能，确保关键任 务能够在规定的时间内完成。它具有高度的可靠性和确定性 ，能够处理突发事件和异常情况，保证系统的稳定性和实时 性。
精简指令集计算机
总结词
精简指令集计算机是一种针对嵌入式系统设计的计算机架构，它能够提高系统的性能和 能效。
可靠性设计涉及硬件和软件两个方面。硬件方面，选用高 质量的元器件、进行严格的测试和筛选是关键。软件方面 ，通过容错技术、恢复机制和错误检测与纠正等技术，提 高系统的可靠性和稳定性。此外，在系统设计中还需要考 虑环境适应性、安全性和电磁兼容性等方面，以确保嵌入 式系统在各种复杂环境中的稳定运行。
PART 04
《嵌入式系统概述》 ppt课件
REPORTING
• 嵌入式系统简介 • 嵌入式系统的组成 • 嵌入式系统的关键技术 • 嵌入式系统的发展趋势 • 嵌入式系统的未来展望
目录
PART 01
嵌入式系统简介
REPORTING
定义与特点
总结词
嵌入式系统的定义、特点
详细描述
嵌入式系统是一种专用的计算机系统，它被嵌入到其他设备中，作为这些设备的控制核心。它具有特定的功能和 性能要求，通常需要满足高可靠性、低功耗、小体积等要求。嵌入式系统的主要特点是软硬件紧密结合，软件需 要根据硬件平台进行定制。
低功耗设计
总结词
低功耗设计是嵌入式系统中的重要技术之一，它能够延长设备的运行时间并降低 能源消耗。
详细描述
嵌入式系统的低功耗设计主要涉及硬件和软件两个方面。硬件方面，低功耗的处 理器和外围设备是关键，它们能够降低整个系统的能耗。软件方面，通过优化算 法和调度策略，减少不必要的计算和等待时间，降低系统能耗。

三大领域所占比例之和接近60%
消费电子：信息家电，电视机、微波炉、数字电话 通信设备：手机、平板电脑 工业控制:自动化与测控仪器仪表 在工控和仿真领域，几乎所有的计算机控制系统都
采用嵌入式系统.新型的测控仪器仪表无一不是嵌入 式系统
嵌入式系统作为“物联网”的核心，是当前最热门最 有前景的IT应用领域之一。
（软件外包是指软件外包提供商为了集中精力从事核心 竞争力业务,降低项目成本,同时提高项目实施的质量,将 自己的软件项目中的全部或部分工作发包给合适的软件 企业去完成）
嵌入式系统在工业上的应用
嵌入式工控机 嵌入式工控机（Embedded Industrial Computer）是一
种加固的增强型工业计算机，它可以作为一个工业控 制器在工业环境中可靠运行。
工控机对于扩展性的要求也非常高，接口的设计需要 满足特定的外部设备，因此大多数情况下工控机需要 单独定制才能满足需求。
嵌入式工控机的优点 性能可靠 体积小巧 免维护 低功耗、无风扇、宽温设计、适应恶劣工作环境
嵌入式工控机的三大缺点。 一是性能较低； 二是扩展性较差；
三是缺乏标准化。
嵌入式工业触控一体机
工控机（Industrial Personal Computer，IPC）即工业 控制计算机，是一种采用总线结构，对生产过程及 机电设备、工艺装备进行检测与控制的工具总称。 工控机具有重要的计算机属性和特征，如具有计算 机CPU、硬盘、内存、外设及接口，并有操作系统、 控制网络和协议、计算能力、友好的人机界面。
工控机的主要类别有：IPC（PC总线工业电脑）、PLC （可编程控制系统）、DCS（分散型控制系统）、 FCS（现场总线系统）及CNC（数控系统）五种。
嵌入式工控机的优势

军事与航天工业应用特点高 安全性要求高 成本要求布不高
勇气号
军事（航天）工业产品

数字化单兵信息装备 夜视扫描、全球定位、 指挥通信
医疗行业应用特点（可关注）
嵌入式系统的发展趋势(2)
嵌入式系统联网成为必然趋势，驱动了大量新的 应用
针对外部联网要求，嵌入系统必需配有通信接口，需
要TCP/IP协议簇软件支持。 针对内部联网要求，新一代嵌入式系统还需具备USB、 CAN、Bluetooth或2G/3G通信接口，同时也需要 提供相应的通信组网协议软件和物理层驱动软件。 支持自然的人机交互和互动的、图形化、多媒体的嵌 入式人机界面。操作简便、直观、无须学习。
嵌入式系统应用
军事电子 信息家电
工控设备
智能玩具 智能仪表 嵌入式应用 移动存储
汽车电子
网络设备
电子商务
经典应用



CISCO的路由器 华为、中兴的以太网交换机 高可靠以及可配置的网管型工业交换机 恒基伟业的商务通PDA； 现代高档3G手机 美国宇航局的火星探测器 Sony的机器狗AIBO


医疗市场 心脏除颤器，心脏起搏器，患者信息和监视系统，电磁成像系 统等 军事 武器控制
嵌入式系统热点应用


信息家电 车载系统 军事工业 医疗器械
信息家电应用特点



市场巨大 低成本要求 利润空间小 竞争激烈 人机界面友好 网络化
车载系统应用特点


与汽车工业相配套 利润空间较大 可靠性要求较高 无线通讯要求
嵌入式系统的演变

8031/8051单片机系统，自行编写程序； 68360/386EX控制系统，自己编写简单 的操作系统； 各种32位处理器+嵌入式 Linux/VxWorks+嵌入式Web 设备 server以及各种复杂网络协议栈＋GUI图 形界面＋无线模块＝现代可移动的网络智 能设备

物联网与5G技术
嵌入式系统将与云计算和边缘计算技术结 合，实现数据处理和分析能力的提升。
物联网和5G通信技术的发展为嵌入式系统 提供了更广阔的应用空间，嵌入式系统将 更加网络化、智能化。
02 嵌入式系统硬件
微控制器
微控制器是嵌入式系统的核心，它是一 种集成电路芯片，包含了计算机的基本 组成要素，如中央处理器、存储器、输
嵌入式系统PPT课件
目录
CONTENTS
• 嵌入式系统概述 • 嵌入式系统硬件 • 嵌入式系统软件 • 嵌入式系统开发流程 • 嵌入式系统应用案例 • 嵌入式系统面临的挑战与解决方案
01 嵌入式系统概述
定义与特点
定义
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 器设备。
特点
嵌入式系统在智能家居控制系统中发 挥着核心作用，通过嵌入式处理器和 相关硬件设备，实现对家庭设备的控 制和管理。
智能家居控制系统可以实现的功能包 括：远程控制、定时控制、语音控制 等，为家庭生活带来便利和舒适。
工业自动化控制系统
工业自动化控制系统是嵌入式系统的另一个重要应用领域，通过嵌入式系统技术， 可以实现生产过程的自动化和智能化。
调研市场需求
了解行业发展趋势和市场需求，为系统设计提供参考 和依据。
制定开发计划
根据需求分析结果，制定详细的开发计划，包括时间 安排、人员分工、资源需求等。
系统设计
硬件设计
根据系统需求，设计合适的硬件架构，包括 处理器、存储器、接口电路等。
软件设计
设计嵌入式系统的软件架构，包括操作系统、 中间件和应用软件等。
01
02
03
系统集成
将硬件和软件集成在一起， 形成完整的嵌入式系统。