嵌入式系统第46嵌入式系统的基本知识.ppt

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。

应用范例介绍二
iPhone® Went on sale in June 2007
One Samsung ARM1176
application processor core Memory capacity: 8 – 16 GB Display: 3.5 inch widescreen multi-
And the list goes 全on a自nd 动on 操作循环
Televisions
24 MB of int嵌erna入l m式ain m系em统ory为一种计算机软件与硬件的综合体，特别强调「量身定做」 LDEisGkOdrTivEeCs H的NIC原El则eme，nts基于某一种特殊用途上，针对这项用途开发出截然不同的系 Anti-lock bra统kes，是所谓的客制化(Customized)系统。
32-bit ARM7 microprocessor 256 Kbytes FLASH, 64 Kbytes RAM
Bluetooth wireless communication using NXT software only.
USB 2.0 port 4 input ports, 6 wire digital platform 3 output ports, 6 wire digital platform 100 x 64 pixel LCD graphical display Sound channel with 8-bit resolution Stores multiple programs
Take advantage of application characteristics to optimize the design: Do not need all the general-purpose bells and whistles

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

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。

必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知
识集成系统。

今天嵌入式系统带来的工业年产值已超过了1万亿美元
嵌入式产品应用示例
themegallery
嵌入式Windows CE的应用领域
❖信息家电领域
❖移动计算领域
手机、PDA、掌上电脑。（以语音功能和数据处理
为中心）
❖工业控制领域
Company Logo
深刻理解Windows CE的重要组件及系统提供的可选特性，
并灵活运用Platform Builder的配置文
件.REG、.BIB、.DAT、.DB是定制适合目标平台的Windows
CE操作系统的关键。
Company Logo
themegallery
Platform Builder概况（2）
能够完成基本的控制任务，另外，还要向目标平台中加入外部
设备的驱动程序和一些附加的设置。但是，对于一些通用性较
强的嵌入式系统，如PDA、机顶盒、智能 等，微软都为其特
别定制了专用的操作系统，如SmartPhone、PocketPC 等。
开发者可以利用这些特定的操作系统，并在此基础上进行调整，
从而更快地定制出适合需要的目标操作系统平台。
特性。
导出SDK向导（Export SDK Wizard）：使用户
可以导出一个自定义的软件开发工具包（SDK）。即
可以将客户定制的SDK导出到特定的开发环境中（如
EVC）去。这样开发人员就可以使用特定的SDK写出
符合特定的操作系统平台要求的应用程序。
远程工具：可以执行同基于Windows CE的目标
甚至还能支持诸如手写体和声音识别、动态影像、
3D图形等特殊应用。

1.1 嵌入式系统简介
嵌入式系统已经广泛应用于各个科技领域和日常生活的每个角落，由于其本 身的特性，使得我们很难发现它的存在。甚至一些从事嵌入式系统开发的科技人 员也只知单片机，不知道嵌入式系统。本节从嵌入式系统的定义开始，阐述嵌入 式系统的含义、特点等，以使读者加深对嵌入式系统的理解。
§1.1.1 嵌入式系统的定义 §1.1.2 嵌入式系统的组成 §1.1.3 嵌入式系统的特点 §1.1.4 嵌入式系统的应用 §1.1.5 嵌入式系统的发展
由上述可以看出，嵌入式系统是一个外延极广的概念，凡是与产品结合在一起的、 具有嵌入式系统特点的系统都可以称为嵌入式系统。
第1章 嵌入式系统设计基础
4
嵌入式系统的组成
嵌入式系统一般有3个主要的组成部分： 硬件。图1.1给出了嵌入式系统的硬件组成。其中，处理器是系统的运算核心； 存储器（ROM、RAM）用来保存可执行代码，以及中间结果；输入输出设备完成 与系统外部的信息交换；其他部分辅助系统完成功能。 应用软件。应用软件是完成系统功能的主要软件，它可以由单独的一个任务来 实现，也可以由多个并行的任务来实现。 实时操作系统（Real-Time Operating System，RTOS）。该系统用来管理应 用软件，并提供一种机制，使得处理器分时地执行各个任务并完成一定的时限要 求。
由于对嵌入式系统含义的理解因人而异，所以不同的书籍对嵌入式系统的定义也 不尽相同。下面给出了一些文献中对嵌入式系统的定义：
“Computer as Components – Principles of Embedded Computing System Design”一书的作者Wayne Wolf认为：“什么是嵌入式计算系统？如果不严格地定 义，它是任何一个包含可编程计算机的设备，但是它本身却不是一个通用计算机。”

ARM处理器的寄存器

当前处理器的模式决定着哪组寄存器可操作. 任何模式都可以存取： • 相应的r0-r12子集 • 相应的 r13 (the stack pointer, sp) and r14 (the link register, lr) • 相应的 r15 ( the program counter, pc) • 相应的CPSR(current program status register, cpsr)
嵌入式系统
庄源昌 常州数控技术研究所
主要内容
1. 嵌入式系统的概述
2. 嵌入式系统的硬件架构
3. 嵌入式系统的软件基础
4. 嵌入式系统的软硬件开发流程
1. 嵌入式系统的概述
1.1 嵌入式系统的过去、现在与将来
1.2 嵌入式系统的基本概念
1.1 嵌入式系统的过去、现在和将来
嵌入式系统的发展已经有30年的历史；
r8 r9 r10 r11 r12 r13 (sp) r13 (sp) r13 (sp) r13 (sp) r13 (sp) r14 (lr) r14 (lr) r14 (lr) r14 (lr) r14 (lr)
spsr
spsr
spsr
spsr
ARM处理器的寄存器

ARM 有37个32-Bits长的寄存器. • 1 个用作PC( program counter) • 1个用作CPSR(current program status register) • 5个用作SPSR(saved program status registers) • 30 个通用寄存器
2.2 ARM处理器的内部资源
2.1 ARM处理器的硬件架构

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

ppt课件
7
嵌入式系统的概念_国内的定义
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、功耗严格要求的 专用计算机系统。
相比较而言国内的定义更全面一些，体现 了嵌入式系统“嵌入”、“专用性”、 “计算机”的基本要素和特征。
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
图1-1 典型的p嵌pt课入件式系统组成
软件 硬件 输 入 输 出 接 口
24
嵌入式系统硬件组成_处理器
嵌入式处理器可以分为三类：
嵌入式微处理器（Microprocessor） 嵌入式微控制器MCU（Microcontroller
Apple IPOD
100 张CDs 袖珍型
四处理器
HP 1315
GameBoy Advance
照片质量彩色打印机 手持式彩色联网型
双处理器
双处理器
ppt课件
16
嵌入式系统的应用领域
ppt课件
17
嵌入式系统的应用领域
消费类电子—智能玩具、手持通讯的核心
ppt课件
18
嵌入式系统的应用领域
ppt课件
惠普－康柏掌上电脑 彩色显示
200 MIP 处理器

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。