嵌入式系统的电气设计基础

什么是嵌入式系统
什幺是嵌入式系统
嵌入式系统是一种完全嵌入受控器件内部，为特定应用而设计的专用计算机系统，根据英国电气工程师协会的定义，嵌入式系统为控制、监视或辅助设备、机器或用于工厂运作的设备。

与个人计算机这样的通用计算机系统不同，嵌入式系统通常执行的是带有特定要求的预先定义的任务。

由于嵌入式系统只针对一项特殊的任务，设计人员能够对它进行优化，减小尺寸降低成本。

嵌入式系统通常进行大量生产，所以单个的成本节约，能够随着产量进行成百上千的放大。

嵌入式系统是用来控制或者监视机器、装置、工厂等大规模设备的系统。

国内普遍认同的嵌入式系统定义为：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、功耗等严格要求的专用计算机系统。

通常，嵌入式系统是一个控制程序存储在ROM
中的嵌入式处理器控制板。

事实上，所有带有数字接口的设备，如手表、微波炉、录像机、汽车等，都使用嵌入式系统，有些嵌入式系统还包含操作系统，但大多数嵌入式系统都是由单个程序实现整个控制逻辑。

嵌入式系统的核心是由一个或几个预先编程好以用来执行少数几项任务的微处理器或者单片机组成。

与通用计算机能够运行用户选择的软件不同，嵌入式系统上的软件通常是暂时不变的；所以经常称为固件。

史上最详细！嵌⼊式系统知识和接⼝技术总结1什么是嵌⼊式IEEE（Institute of Electrical and Electronics Engineers，美国电⽓和电⼦⼯程师协会）对嵌⼊式系统的定义：“⽤于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置”。

原⽂为：Devices Used to Control，Monitor or Assist the Operation of Equipment，Machinery or Plants）。

嵌⼊式系统是⼀种专⽤的计算机系统，作为装置或设备的⼀部分。

通常，嵌⼊式系统是⼀个控制程序存储在ROM中的嵌⼊式处理器控制板。

事实上，所有带有数字接⼝的设备，如⼿表、微波炉、录像机、汽车等，都使⽤嵌⼊式系统，有些嵌⼊式系统还包含操作系统，但⼤多数嵌⼊式系统都是由单个程序实现整个控制逻辑。

从应⽤对象上加以定义，嵌⼊式系统是软件和硬件的综合体，还可以涵盖机械等附属装置。

国内普遍认同的嵌⼊式系统定义为：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、功耗等严格要求的专⽤计算机系统。

⼀个嵌⼊式系统装置⼀般都由嵌⼊式计算机系统和执⾏装置组成,嵌⼊式计算机系统是整个嵌⼊式系统的核⼼，由硬件层、中间层、系统软件层和应⽤软件层组成。

执⾏装置也称为被控对象，它可以接受嵌⼊式计算机系统发出的控制命令，执⾏所规定的操作或任务。

执⾏装置可以很简单，如⼿机上的⼀个微⼩型的电机，当⼿机处于震动接收状态时打开；也可以很复杂，如SONY 智能机器狗，上⾯集成了多个微⼩型控制电机和多种传感器，从⽽可以执⾏各种复杂的动作和感受各种状态信息。

2嵌⼊式系统的组成⼀、硬件层硬件层中包含嵌⼊式微处理器、存储器（SDRAM、ROM、Flash等）、通⽤设备接⼝和I/O接⼝（A/D、D/A、I/O等）。

在⼀嵌⼊式处理器基础上添加电源电路、时钟电路和存储器电路，就构成了⼀个嵌⼊式核⼼控制模块。

课程编号：“嵌入式系统设计”课程教学大纲Embeded System Design Course Outline50学时 3学分一、课程的性质、目的及任务嵌入式系统设计是计算机科学与技术专业的一门专业基础课程。

随着后PC时代的到来，以高速度、高可靠、低功耗为特征的嵌入式系统的应用日益广泛和深入，嵌入式系统设计在计算机科学与技术专业课程体系中的地位愈发重要。

通过本课程的学习，掌握嵌入式系统的组成和基本原理、ARM体系结构特点、嵌入式系统设计的一般原理及方法、以及嵌入式操作系统的基本原理及应用等。

二、适用专业——计算机科学与技术三、先修课程——计算机组成原理、微型计算机技术、汇编语言、C语言程序设计四、课程的基本要求通过本课程的学习，学生应能达到下列要求：1.掌握嵌入式系统的概念、体系结构、系统组成及设计方法；2.掌握ARM7的微处理器结构和指令系统以及嵌入式系统的分析与设计方法，了解嵌入式操作系统和嵌入式网络技术；3.掌握以S3C44B0系列嵌入式微处理器的硬件资源、指令系统，并以它为核心，能够进行实际系统的设计与分析；4.通过实例学习，重点掌握嵌入式系统的应用开发。

五、课程的教学内容(一)课堂讲授的教学内容0．绪论嵌入式系统开发基础（基本概念、组成结构、硬件组成、操作系统、应用软件开发、嵌入式系统开发流程）1．ARM体系结构及汇编指令集ARM技术概述；ARM处理模式和状态、ARM存储器组织、ARM异常中断；ARM寻址方式；ARM指令集、Thumb 指令集、ARM汇编程序规范、ARM汇编程序特点2．基于ARM的嵌入式系统程序设计基础ARM汇编语言程序设计、嵌入式C语言程序设计及技巧、C语言与汇编语言混合编程、基于ARM的软件开发环境3．基于ARM核微处理器S3C44B0X的扩展接口技术S3C44B0X微处理器及其硬件开发平台、基于S3C44B0X的嵌入式系统体系结构；存储器扩展接口、UART异步串行接口、USB设备接口、通用I/O口应用、A/D和D/A接口应用。

嵌入式计算机系统的设计技术嵌入式计算机系统的设计技术嵌入式计算机系统的设计技术摘要：随着互联网在日常生活与工作中的作用越来越大，信息技术的发展日益迅速。

嵌入式计算机系统作为当今信息技术的核心部分，对我国的各行各业产生了深远影响。

嵌入式系统开发嵌入式开发就是对于除了电脑之外的所有电子设备上操作系统的开发，开发对象有手机，掌上电脑，机电系统等。

嵌入式计算机系统设计技术，则是嵌入式计算机系统开发的核心环节。

更高的应用需求，对嵌入式计算机系统的设计技术提出了更高的要求。

与此同时，嵌入式系统本身的升级，也使得嵌入式计算机系统的设计技术面临更大的挑战。

本文主要分析了嵌入式计算机系统的设计技术为更好的适应和满足市场，而需要面对的诸多挑战。

关键词：嵌入式;设计技术;挑战;市场;性能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。

嵌入式计算机系统与通用计算机系统有着本质上的不同，嵌入式计算机系统在很多情况下需要考虑的是为其产品性能，生命周期和商业驱动做优化，而不是努力提高其最大计算吞吐量。

对于一个有市场适应能力的嵌入式计算机系统来说，产品的成功与否更重要的是其在性价比上的优势。

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。

嵌入式系统和具体应用有机地结合在一起，它的升级换代也是和具体产品同步进行，因此嵌入式系统产品一旦进入市场，具有较长的生命周期。

由于嵌入式计算机系统自身功能和具体应用环境的限制，其在设计技术上会面临如下两个方面的挑战：1 系统自身发展升级挑战应用领域的不断扩大和用户要求的逐渐提高推动了嵌入式计算机系统功能的升级，而在升级过程中，嵌入式计算机系统设计技术作为系统开发的核心环节，无法避免的要面对来自整个系统的全面挑战。

嵌入式系统设计课设报告福州大学《嵌入式系统设计课设》报告书题目：基于28027的虚拟系统姓名：学号：学院：电气工程与自动化学院专业：电气工程与自动化年级：起讫日期：指导教师：目录1、课程设计目的 (1)2、课程设计题目和实现目标 (1)3、设计方案 (1)4、程序流程图 (1)5、程序代码 (1)6、调试总结 (1)7、设计心得体会 (1)8、参考文献 (1)1、课程设计目的《嵌入式系统设计课设》是与《嵌入式系统设计》课程相配套的实践教学环节。

《嵌入式系统设计》是一门实践性很强的专业基础课，经过课程设计，达到进一步理解嵌入式芯片的硬件、软件和综合应用方面的知识，培养实践能力和综合应用能力，开拓学习积极性、主动性，学会灵活运用已经学过的知识，并能不断接受新的知识。

培养大胆创造创造的设计理念，为今后就业打下良好的基础。

经过课程设计，掌握以下知识和技能：1．嵌入式应用系统的总体方案的设计；2．嵌入式应用系统的硬件设计；3．嵌入式应用系统的软件程序设计；4．嵌入式开发系统的应用和调试能力2、课程设计题目和实现目标课程设计题目：基于28027的虚拟系统任务要求：A、利用28027的片上温度传感器，检测当前温度；B、经过PWM过零中断作为温度检测A/D的触发，在PWM中断时完成温度采样和下一周期PWM占空比的修正；PWM频率为1K;C、利用按键作为温度给定；温度给定变化从10度到40度。

D、当检测温度超过给定时，PWM占空比增减小（减小幅度自己设定）；当检测温度小于给定时，PWM占空比增大（增大幅度自己设定）；E、把PWM输出接到捕获口，利用捕获口测量当前PWM的占空比；F、把E测量的PWM占空比经过串口通信发送给上位机；3、设计方案-----介绍系统实现方案和系统原理图①系统实现方案：任务A:利用ADC模块通道A5获取当前环境温度。

任务B:PWM过零触发ADC模块，在PWM中断服务函数中，将当前环境温度和按键设定温度进行比较，并按照任务D的要求修订PWM占空比。

嵌入式和集成电路设计嵌入式系统的设计通常要考虑性能要求、功耗、物理尺寸、成本等因素。

在嵌入式系统设计中，集成电路的设计是至关重要的一环。

集成电路是将多个电子器件集成到一个芯片上，以实现特定功能的电路。

在嵌入式系统中，集成电路的设计需要兼顾功耗、性能、面积等方面的要求。

本文将探讨嵌入式与集成电路设计的相关内容，并举例说明其在实际应用中的重要性。

一、嵌入式系统设计1.1 嵌入式系统的特点嵌入式系统通常有以下几个特点：- 有限的资源：嵌入式系统通常具有有限的处理能力、内存容量和存储空间。

因此，在设计嵌入式系统时需要充分考虑资源的有限性，尽量精简设计，提高系统效率。

- 即时性要求：许多嵌入式系统需要实时响应外部事件，如工业控制系统、交通信号灯等。

因此，嵌入式系统在设计时需要考虑实时性要求，确保系统能够及时响应外部事件。

- 高度可靠性要求：许多嵌入式系统应用于工业控制、医疗设备等领域，要求系统具有高可靠性，能够长时间稳定运行。

因此，在嵌入式系统设计中需要考虑系统的稳定性和可靠性。

- 硬件与软件协同设计：嵌入式系统通常由硬件和软件共同构成，硬件和软件必须协同工作，实现系统的功能。

因此，在嵌入式系统设计中需要充分考虑硬件和软件的协同设计。

1.2 嵌入式系统设计流程嵌入式系统设计通常包括需求分析、系统设计、硬件设计、软件设计、验证测试等环节。

下面将对嵌入式系统设计的流程进行详细介绍：- 需求分析：需求分析是嵌入式系统设计的第一步，要明确系统的功能需求、性能要求、实现方式等。

一般由系统工程师与领域专家共同完成。

需求分析确定了系统的整体框架，为后续设计提供了基础。

- 系统设计：系统设计阶段将需求分析阶段的需求转化为系统结构和系统模块。

系统设计是整个设计流程中最重要的一环，它决定了后续硬件和软件设计的方向。

在系统设计阶段，通常会进行系统结构设计、模块划分、接口定义等工作。

- 硬件设计：硬件设计是嵌入式系统设计的重要环节。

电气工程与自动化的嵌入式系统与嵌入式软件嵌入式系统（Embedded System）是指嵌入于其他设备中的一种特殊计算机系统。

它通常用于控制、监测和执行特定任务，广泛应用于电子产品、汽车、医疗设备、家电等领域。

电气工程与自动化领域，作为嵌入式系统的核心领域之一，与嵌入式软件共同构成了现代工业自动化的重要组成部分。

一、嵌入式系统的定义与特点嵌入式系统是一种专用计算机系统，其主要特点是小型化、低成本、低功耗和高性能。

它具有高度集成的特点，整个系统的硬件和软件都被紧密地固化在一起，以确保系统的可靠性和稳定性。

嵌入式系统还需要具备实时性、可靠性和安全性等特点，以满足不同领域的应用需求。

二、嵌入式系统的应用领域1. 家电与消费电子：智能手机、智能电视、冰箱等家电产品中都有嵌入式系统，用于控制和管理各种功能。

2. 交通运输：汽车、飞机等交通工具的动力系统、导航系统、车载娱乐系统等都是嵌入式系统的应用。

3. 工业控制：在工业自动化领域，嵌入式系统广泛应用于PLC控制器、各种传感器和执行器等设备中。

4. 医疗设备：医疗影像设备、生命监测设备、手术机器人等都依赖于嵌入式系统来进行精确控制和数据处理。

5. 通信与网络：无线路由器、智能网关等网络设备都需要嵌入式系统来实现通信和数据处理功能。

三、嵌入式系统与电气工程的关系嵌入式系统的设计与开发需要涉及到电气工程的各个领域，包括电路设计、电源管理、数字信号处理、传感器与执行器的接口等。

在电气工程中，通过嵌入式系统的应用，可以实现对电力系统、工业控制系统、通信网络等的智能化管理和控制。

四、嵌入式软件在嵌入式系统中的作用嵌入式软件是嵌入式系统中不可或缺的一部分，它通过编程实现系统的控制和功能。

嵌入式软件的开发涉及到多种编程语言和开发工具，如C、C++、嵌入式操作系统和集成开发环境。

嵌入式软件需要具备实时性、稳定性和可靠性，同时也需要考虑系统的资源利用和功耗控制。

五、嵌入式系统与自动化技术的融合嵌入式系统的应用使得自动化技术更加智能化和高效化。

集成电路板卡嵌入式系统设计与优化一、引言随着科技的不断发展，人们对于计算机系统的需求越来越高。

作为计算机系统的重要组成部分之一，集成电路板卡在计算机系统中起到了关键的作用。

而嵌入式系统则是集成电路板卡应用广泛的领域之一，在物联网、智能家居等领域中有着非常广泛的应用。

本文将探讨集成电路板卡在嵌入式系统中的设计和优化。

二、集成电路板卡的设计1. PCB设计原理PCB（Printed Circuit Board），即印刷电路板，是一种将电气元器件、导线和复合材料等组合在一起的电子元器件，它是集成电路板卡的重要组成部分。

PCB设计的原理包括信号完整性、电磁兼容、热管理和可靠性等。

信号完整性是指在信号传输过程中保证信号的完整性和稳定性，电磁兼容是指保证设备在强电磁干扰环境下的正常工作，热管理是指对于高功率电子器件的发热问题进行合理的解决，可靠性是指确保电路板卡在长期使用过程中的可靠性。

2. PCB设计流程PCB设计流程包括以下几个步骤：原理图设计、PCB布局设计、走线布局、生成网络表、设计验证和生产加工等。

原理图设计是指根据电气原理图设计出电路卡板的电路图，PCB布局设计是指确定电路板卡器件的位置和电源接口的位置，走线布局是指确定电路板卡各电气元器件之间的线路连接方式，生成网络表是指根据各元器件的信号连接生成网络表，设计验证是指对设计的电路板卡进行性能测试和验证，生产加工是指将设计好的电路板卡进一步制造加工成品。

三、嵌入式系统的设计1. 嵌入式系统的概述嵌入式系统是一种特殊用途的计算机系统，通常被设计用于特定的任务。

嵌入式系统通常有极低的成本、体积小、功耗低、且需要高可靠性。

嵌入式系统包括软硬件两部分，软件通常是以固化方式存在于系统中，而硬件通常是以集成电路板卡的形式集成在系统内部。

2. 嵌入式系统的设计流程嵌入式系统设计的流程包括需求分析、系统设计、软件开发、硬件开发、系统测试和维护等步骤。

需求分析是嵌入式系统设计的第一步，需要对系统进行需求分析和需求评估，系统设计是指根据需求分析结果设计出硬件和软件系统，软件开发是指开发出满足设计要求的软件系统，硬件开发是指根据系统设计结果设计出硬件系统，系统测试是指对已经开发完成的系统进行功能测试和性能测试，维护是指在系统交付后对系统进行维护和升级。

电气工程中的数字信号处理与嵌入式系统随着科技的不断发展，数字信号处理（DSP）和嵌入式系统在电气工程领域中变得越来越重要。

本文将探讨数字信号处理技术在电气工程中的应用以及数字信号处理与嵌入式系统的关系。

一、数字信号处理的概念与应用1.1 数字信号处理的概念数字信号处理是指通过数学算法对连续信号进行采样和量化，将其转化为离散信号，并通过一系列的数字信号处理技术进行分析、处理和改善信号质量。

数字信号处理广泛应用于音频处理、图像处理、通信系统以及各种控制系统中。

1.2 数字信号处理的应用在音频处理领域，数字信号处理技术可以用于音频的录制、编码、压缩和解码等过程，提高音频的质量和可靠性。

在图像处理领域，数字信号处理技术可以应用于图像的增强、滤波和恢复等操作，提高图像的清晰度和视觉效果。

在通信系统中，数字信号处理技术主要应用于信号的调制与解调、编码与译码、信道均衡和多址技术等方面，提高信号传输的可靠性和传输速率。

在各种控制系统中，数字信号处理技术可以实现对系统的控制和调节，提高系统的稳定性和响应速度。

二、数字信号处理与嵌入式系统2.1 嵌入式系统的概念与特点嵌入式系统是指将计算机技术、电子技术和软件技术等综合应用于各种电子设备和系统中，以完成特定功能的系统。

嵌入式系统以其小型化、低功耗、高可靠性和实时性强等特点，广泛应用于家电、汽车、工控设备等领域。

2.2 数字信号处理在嵌入式系统中的应用数字信号处理在嵌入式系统中扮演着重要的角色。

例如，在数字音频播放器中，数字信号处理技术被用于对音频进行解码、解压缩和音频效果处理，以提供高质量的音频输出。

在数字相机中，数字信号处理技术被用于图像的采集、压缩、存储和后处理等环节，提供高清晰度和高速度的图像处理能力。

在智能家居系统中，数字信号处理技术可以应用于声音、图像和视频的处理，实现智能家居的各种功能，如语音识别、图像识别、智能安防等。

在工业自动化控制系统中，数字信号处理技术被广泛应用于控制算法的设计和实现、传感信号的处理和判别以及运动控制系统的实时控制。

1．什么是嵌入式系统？嵌入式系统是嵌入式计算机系统的简称，是一种嵌入在设施（或系统）内部的特定应用而设计开发的专用的计算机系统。

英国电气工程师协会（IEE ）从应用角度定义嵌入式是“控制、监督或辅助设施、机器、工厂运转的装置”。

从技术角度看，国内广泛以为：嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础。

软硬件可裁剪、适应应用系统对功能、靠谱性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。

2.嵌入式系统的特色：专用性、隐蔽性、资源受限、高靠谱性、及时性、软件固化专用性：嵌入式系统与详细应用密切联合，拥有很强的专用性。

隐蔽性：嵌入式系统往常老是非计算机设施（系统）中的一部分，它们隐蔽在其内部，鲜为人知。

资源受限：嵌入式系统往常要求小型化、轻量化、低功耗及低成本。

高靠谱性：嵌入式系统大多面向控制应用，系统的靠谱性十分重要。

及时性：嵌入式系统宽泛应用于过程控制、数据收集、通讯传输等领域，肩负着丈量、报警、控制、调理等任务。

软件固化：嵌入式系统是一个软硬件高度联合的产物。

3.嵌入式系统的构成和分类：嵌入式系统的逻辑构成：嵌入式系统与通用计算机同样，也是由软件和硬件构成，硬件的主体由中央办理器和储存器构成。

它们经过输入 / 输出（ I/O ）接口和输入输出设施与外面世界联系，并借助总线互相连结，这些硬件连同嵌入式软件一同构成完好的嵌入式系统。

1)办理器能依据指令的要求高速度达成二进制数据算术和逻辑运算的零件称为“办理器” 。

办理器又称为计算引擎，由运算器、控制器、存放器、高速缓冲储存器等零件构成。

因为采纳微米级的半导体加工工艺，人们又称为微办理器，当前所有的办理器都是微办理器。

有些嵌入式系统会包含多个办理器，它们各有其不一样的任务，负责运转系统软件和应用软件的主办理器称为中央办理器（ CPU），其他的都是协办理器，如数字信号办理器（ DSP）、图形办理器、通讯办理等嵌入式系统CPUCPU的子长有4 位、 8 位、 16 位、 32 位、 64 位之分。

电子与电气工程中的嵌入式系统嵌入式系统是电子与电气工程领域中的一个重要分支，它涉及到硬件设计、软件开发和系统集成等多个方面。

嵌入式系统通常是指被嵌入到其他设备或系统中，以完成特定任务的计算机系统。

它的应用范围广泛，涵盖了电子产品、交通工具、医疗设备、家电等各个领域。

在电子与电气工程中，嵌入式系统的设计和开发需要综合考虑硬件和软件两个方面。

硬件设计主要涉及电路设计、电子元器件的选型和布局等，它是嵌入式系统的基础。

软件开发则包括操作系统的选择、驱动程序的编写以及应用程序的开发等，它是嵌入式系统的核心。

嵌入式系统的硬件设计需要考虑多个因素，如功耗、体积、成本和可靠性等。

由于嵌入式系统通常需要长时间运行，功耗的控制成为一个重要的考虑因素。

设计者需要选择低功耗的处理器、优化电路布局以及使用节能的电子元器件来降低功耗。

此外，嵌入式系统的体积也需要尽可能小，以便嵌入到其他设备中。

因此，硬件设计者需要精确计算和布局电路板的大小，以满足空间限制。

软件开发在嵌入式系统中起着至关重要的作用。

操作系统的选择对系统的性能和稳定性有着直接影响。

不同的操作系统适用于不同的应用场景，例如实时操作系统适用于对响应时间要求较高的系统，而嵌入式Linux适用于对功能丰富性要求较高的系统。

驱动程序的编写是嵌入式系统中的另一个重要任务，它负责与硬件交互，使得软件能够正确地控制硬件。

应用程序的开发则是根据具体的需求，编写相应的功能代码，实现嵌入式系统的特定功能。

嵌入式系统的集成是将硬件和软件组合在一起，使其能够正常运行的过程。

在集成过程中，需要进行硬件和软件的调试和测试，以确保系统的稳定性和可靠性。

此外，还需要进行系统性能的优化，以提高系统的运行效率和响应速度。

嵌入式系统在电子与电气工程领域中有着广泛的应用。

在电子产品方面，嵌入式系统被广泛应用于智能手机、平板电脑、智能电视等消费电子产品中，为用户提供丰富的功能和良好的用户体验。

在交通工具方面，嵌入式系统被应用于汽车、飞机、火车等各种交通工具中，提供安全、舒适和智能化的交通服务。