嵌入式系统原理与设计
第一章：概述
嵌入式系统是一种特殊的计算机系统，它通常被用于控制、监
视或执行特定函数。嵌入式系统有着高度的可靠性和稳定性，因
此广泛应用于工业自动化、智能家居、医疗设备等领域。本文将
介绍嵌入式系统的原理和设计。
第二章：嵌入式系统架构
嵌入式系统的架构通常分为三层：应用层、操作系统层和硬件层。
应用层：应用程序运行的层面，包含各种应用软件和应用程序，以及相关的驱动程序。
操作系统层：管理嵌入式系统的操作系统层，用于分配系统资源、提供应用程序运行环境、处理用户与系统交互等。
硬件层：承担实际运算工作的硬件设备，包括处理器、内存、
输入输出接口等。
第三章：嵌入式系统设计流程
嵌入式系统设计流程通常包括以下几个步骤：
1.需求分析：明确系统目标、性能要求和功能要求等。
2.系统设计：根据需求分析结果设计系统框架、硬件方案和软
件方案等。
3.软件开发：实现软件设计方案，包括编写驱动程序、系统程
序和应用程序等。
4.硬件开发：实现硬件设计方案，包括原型制作、芯片测试等。
5.系统测试：对整个系统进行功能测试、性能测试和稳定性测
试等。
第四章：嵌入式系统编程语言
常用的嵌入式系统编程语言有C、C++、汇编语言等。
C语言是嵌入式系统编程中最常用的编程语言，它具有简单易学、运行速度快、调试方便等优点。
C++语言是在C语言的基础上发展而成，它具有面向对象的编
程思想，可以大大提高程序的可维护性和可读性。
汇编语言是直接面向硬件的编程语言，可以充分发挥嵌入式系
统的处理器性能，但难度较大。
第五章：嵌入式系统通信协议
嵌入式系统通信协议是用于进行数据交换的规则和标准，常用
的有SPI、I2C、CAN和UART等。
SPI（Serial Peripheral Interface）是一种高速同步串行数据接口标准，常用于连接微控制器和外围设备。
I2C（Inter-Integrated Circuit）是一种双向、两线制串行总线，用于连接微控制器和外围设备。
CAN（Controller Area Network）是用于实时应用的多主机高速通信协议，常用于汽车电子、工业自动化等领域。
UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）是用于异步串行数据传输的协议，常用于连接微控制器和外围设备。
第六章：嵌入式操作系统
嵌入式操作系统是嵌入式系统中的一种特殊操作系统，它具有实时性、稳定性和可裁剪性等特点。
常用的嵌入式操作系统有：FreeRTOS、uC/OS、Nucleus等。
其中，FreeRTOS是一种基于开源模式的实时操作系统，可用于多种嵌入式系统。
uC/OS是常用的商业实时操作系统，提供了完整的可编程内核和通用的外部接口。
Nucleus是另一种常用的商业实时操作系统，提供了高度标准化的编程接口，易于使用和学习。
第七章：嵌入式系统优化技术
为了提高嵌入式系统的性能和稳定性，通常需要使用一些优化技术，如代码优化、系统优化、功耗优化等。
代码优化通常包括使用高效的算法和数据结构、减少不必要的指令和数据拷贝等。
系统优化通常包括优化内存管理、任务管理、系统配置等。
功耗优化通常包括使用低功耗器件、合理选择工作模式、电源管理等。
第八章：嵌入式系统发展趋势
随着物联网、人工智能、汽车电子等领域的不断发展，嵌入式系统将在未来得到广泛应用。未来的嵌入式系统将具有更高的智能化、更强的实时性、更低的功耗等特点。
总之，嵌入式系统是一种特殊的计算机系统，它具有高度可靠性、稳定性和智能化等特点。本文介绍了嵌入式系统的原理和设计、嵌入式系统架构、嵌入式系统设计流程、嵌入式系统编程语言、嵌入式系统通信协议、嵌入式操作系统、嵌入式系统优化技术和嵌入式系统发展趋势等方面的内容。
1.笔记本不是嵌入式产品 2.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。 3.一般而言，整个嵌入式系统的体积系统结构可以分成4个部分：嵌入式处理器，嵌入式外围设备，嵌 入式操作系统和嵌入式应用软件。 4.嵌入式系统的设计可以分成3个阶段：分析，设计和实现 5.ARM（Advanced RISC Machines）公司成立于英国剑桥 ARM技术知识产权（IP）核的微处理器，即 我们通常所说的ARM微处理器。在工业控制领域：作为32位的RISC架构 6.ARM7系列微处理器为低功耗的32位RISC位处理器，支持16位Thumb指令集，典型处理速度为 0.95MIPS/MHz 7.ARM7TDMI是目前使用最广泛的32位嵌入式RISC处理器，没有MMU（存储管理单元） T—支持16位压缩指令集Thumb D---支持片上Debug M—内嵌硬件乘法器 I---嵌入式ICE，支持片上辅助调试 8. XScale处理器是基于ARMv5TE体系结构的解决方案,它支持16位的Thumb指令和DSP指令集，是一款全性能、高性价比、低功耗的处理器 9. 嵌入式操作系统有：嵌入式Linux、Windows CE、Symbian、QNX是一个实时的、可扩充的操作系统，它部分遵循POSIX相关标准 10. 需要（交叉开发环境）（英文为Cross Development Environment）的支持是嵌入式应用软件开发时的一个显著特点，交叉开发环境是指编译、链接和调试嵌入式应用软件的环境，它与运行嵌入式应用软件的环境有所不同，通常采用宿主机/目标机模式 11. ARM（有15个）寄存器： R13-sp堆栈指针寄存器 R14-LR链接寄存器 R15-PC指针寄存器通用的R0-R12 12. ARM运行模式：用户模式和特权模式 FIQ快速中断 13．ARM采用哈佛结构，支持ARM和Thumb指令集 14. XScale核中的内存管理单元（MMU）提供内存访问保护、虚拟地址到物理地址的转换和内存空间的分配。其中MMU可以存在内部，也可以协处理器出现。 15. 裸机---------引导程序----------OS镜像----------文件系统----------应用程序 16. 开发环境的建立：（1）交叉编译（2）TFTP）（3）Minicom设置 17. Boot Loader是系统加电后运行的第一段代码，Boot Loader就是操作系统内核运行前运行的一段小程序，进行初始化硬件设置，创建内核需要的信息等工作，最后调用操作系统内核。利用JTAG烧写Boot Loader 使用Minicom实现窜口通信 18. 宏名涵义 $* 没有扩展名的当前目标文件 $@ 当前目标文件 $< 当前目标文件最近更新的文件名 $? 当前目标文件最近更新的文件名 19. 若目标机接在COM1上，则输入/dev/ttyS0;若接在COM2上则输入/dev/ttyS1.按回车键结束设置 20. BOOTP是一种协议，工作原理：在目标板上发送BOOTP请求时，宿主机上安装的BOOTP服务器(bootpd)根据/etc/bootptab中定义的目标机信息来生成BOOTP回应包以做应答。字段ht表示硬件类型（hardware type）因为使用10MB Ethernet，所以设置为1（Ethernet）;ha表示硬件地址（hardware address）,是发送BOOTP请求的目标机Mac地址；ip表示分配给目标机的IP地址；sm表示子网掩码（Subnet Mask），应与宿主机相同 21. ARM内核基于RISC技术，其结构是一种变形的哈佛结构，即内存和指令在逻辑上是相互独立的。ARM 有7种运行状态，它们分别是：用户状态（User）、中断状态（IRQ,Interrupt Request）、快中断状态（FIQ,Fast
嵌入式系统原理与设计 第一章：概述 嵌入式系统是一种特殊的计算机系统，它通常被用于控制、监 视或执行特定函数。嵌入式系统有着高度的可靠性和稳定性，因 此广泛应用于工业自动化、智能家居、医疗设备等领域。本文将 介绍嵌入式系统的原理和设计。 第二章：嵌入式系统架构 嵌入式系统的架构通常分为三层：应用层、操作系统层和硬件层。 应用层：应用程序运行的层面，包含各种应用软件和应用程序，以及相关的驱动程序。 操作系统层：管理嵌入式系统的操作系统层，用于分配系统资源、提供应用程序运行环境、处理用户与系统交互等。 硬件层：承担实际运算工作的硬件设备，包括处理器、内存、 输入输出接口等。 第三章：嵌入式系统设计流程 嵌入式系统设计流程通常包括以下几个步骤： 1.需求分析：明确系统目标、性能要求和功能要求等。
2.系统设计：根据需求分析结果设计系统框架、硬件方案和软 件方案等。 3.软件开发：实现软件设计方案，包括编写驱动程序、系统程 序和应用程序等。 4.硬件开发：实现硬件设计方案，包括原型制作、芯片测试等。 5.系统测试：对整个系统进行功能测试、性能测试和稳定性测 试等。 第四章：嵌入式系统编程语言 常用的嵌入式系统编程语言有C、C++、汇编语言等。 C语言是嵌入式系统编程中最常用的编程语言，它具有简单易学、运行速度快、调试方便等优点。 C++语言是在C语言的基础上发展而成，它具有面向对象的编 程思想，可以大大提高程序的可维护性和可读性。 汇编语言是直接面向硬件的编程语言，可以充分发挥嵌入式系 统的处理器性能，但难度较大。 第五章：嵌入式系统通信协议 嵌入式系统通信协议是用于进行数据交换的规则和标准，常用 的有SPI、I2C、CAN和UART等。
第一章 1.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。 ?嵌入式微处理器 ?外围硬件设备 ?嵌入式操作系统 ?应用程序 嵌入式系统体系结构 嵌入式处理器类型 嵌入式微处理器（Embedded Microprocessor Unit，EMPU） ?由通用微处理器裁剪后发展而来 ?386EX，PowerPC，MIPS，ARM 嵌入式微控制器（Microcontroller Unit，MCU） ?在一块芯片上集成cpu、存储器及其他部件 ?单片机 嵌入式DSP处理器（Embedded Digital Signal Processor，EDSP） 嵌入式片上系统（System On Chip） 第二章 ARM主要采用32位指令集，Thumb 16位指令集 ARM9处理器架构 ARM9处理器系列有两个分支 ?基于v4版本的ARM9，典型的有ARM9TDMI和ARM922T ?基于v5TE或v5TEJ架构的ARM9E，典型处理器有ARM9EJ-S和ARM926EJ-S等 ?后面关于ARM9的介绍主要也是围绕ARM9E系列
状态寄存器 ?1个当前程序状态寄存器(CPSR)和5个备份状态寄存器(SPSR) 状态寄存器结构 SPSR在处理器进入异常模式时用来保存CPSR寄存器内容，当从异常退出时，用SPSR恢复CPSR的值 流水线技术和哈佛体系结构 冯·诺依曼体系将数据和指令全部存储在同一个存储器中 哈佛体系中，指令存储和数据存储是分开的，指令的存取和数据的存取通过不同的数据总线进行 内存管理单元MMU作用 CPU产生的虚拟地址被先送到MMU中，通过一定的映射，转换为物理地址，然后进行相应的读写操作 有了MMU，才能使用虚拟内存 第三章 1.立即寻址也叫立即数寻址，这是一种特殊的寻址方式，操作数没有存储在寄存器或存 储器中，而是包含在指令的操作码中，只要取出指令也就取到了操作数。这个操作数被称为立即数，对应的寻址方式也就叫做立即寻址。 例如指令： MOV R0, #0xFF000 ;将立即数0xFF000装入R0寄存器 ADD R1, R1,＃0x7f ; R1←R1＋0x7f 在以上两条指令中，第二个源操作数即为立即数，要求以“＃”为前缀，对于以十六进制表示的立即数，还要求在“＃”后加上“0x”。 2.寄存器寻址就是利用寄存器中的内容作为操作数，寄存器本身就是操作数地址。这种寻址方式是各类微处理器经常采用的一种方式，也是一种执行效率较高的寻址方式。 例如指令： MOV R2, R3 ;R2←R3 R3中的内容赋给R2 ADD R2，R3，R4 ;R2←R3＋R4 R3和R4中的内容相加，结果赋给R2 3.寄存器间接寻址就是以寄存器中的内容作为操作数的地址，而操作数本身存放在存 储器中。例如指令： LDR R1，[R2] ；R1←[R2]
嵌入式系统原理与设计 第一章嵌入式处理器 1. 嵌入式系统概念,组成 定义:以应用为主, 以计算机技术为基础, 软硬件可裁剪, 满足系统对功 能 .. 、 性能、可靠性、体积和功耗 .. 有严格要求的计算机 ... 系统。 组成:硬件:处理器、存储器、 I / O设备、传感器 软件:①系统软件②应用软件 2. 嵌入式处理器分类,特点;嵌入式处理器与通用处理器区别;哈佛体系结构与 风诺依曼体系结构;大端存储方式与小端存储方式。 分类:① MPU 微处理器。一块芯片,没有集成外设接口。内部主要由运算器, 控制器,寄存器组成。 ② MCU 微控制器(单片机) 。一块芯片集成整个计算机系统。 ③ EDSP 数字信号处理器。特点:运算速度快,擅长于大量重复数据处理 嵌入式处理器与通用计算机处理器的区别 : ①嵌入式处理器种类繁多,功能多样 ②嵌入式处理器能力相对较弱,功耗低 ③嵌入式系统提供灵活的地址空间寻址能力 ④嵌入式系统集成了外设接口 指令的存储结构 ①哈佛体系结构 :指令和数据分开存储————————(嵌入式存储结构) 特征:在同一机器周期内指令和数据同时传输 ② 冯·诺依曼体系结构 :指令和数据共用一个存储器——(通用式存数结构) 数据存储结构(多字节) 例题:一个十六进制数 12345678(h ) ,在存储器中使用大端方式格式为(B ) 使用小端方式格式为(A ) 小端方式 (A ) 大端方式 :低地址存高位小端方式 :低地址存低位处理器决定存储 方式 通用计算机(代表:X86系列处理器)采用小端方式存储嵌入式计算机(代 表:ARM 系列处理器)两者皆可,需设置
嵌入式系统原理与开发课程设计 一、课程设计概述 本次课程设计旨在帮助学生深入理解嵌入式系统的原理和开发技术，掌握嵌入 式系统的设计方法和实现过程。通过本次课程设计，学生将了解嵌入式系统的概念、原理和特点，了解常用的嵌入式系统开发平台和开发工具，并通过实际的项目设计和开发来增强实践能力和解决问题的能力。 二、课程设计目标 1.掌握嵌入式系统的概念、原理和特点。 2.了解常用的嵌入式系统开发平台和开发工具。 3.掌握嵌入式系统的设计方法和实现过程。 4.增强学生的实践能力和解决问题的能力。 三、课程设计内容 1.嵌入式系统概述 1.嵌入式系统概念和特点 2.嵌入式系统分类和应用 3.嵌入式系统硬件和软件体系结构 2.嵌入式系统开发平台和开发工具 1.嵌入式系统开发平台介绍 2.常用的嵌入式系统开发工具 3.嵌入式系统编程语言和编译器 3.嵌入式系统设计方法和实现过程 1.嵌入式系统设计流程 2.嵌入式系统软件设计流程
3.嵌入式系统硬件设计流程 4.基于嵌入式系统的应用设计和开发 1.基于嵌入式系统的实时控制系统设计 2.基于嵌入式系统的数据采集和处理系统设计 3.其他嵌入式系统应用开发案例 四、课程设计要求 1.学生需要按照设计流程进行嵌入式系统的设计和开发。 2.学生需要选取一种基于嵌入式系统的应用进行设计和开发，并完成应 用开发。 3.学生需要编写实验报告，介绍嵌入式系统的设计流程、应用设计和开 发过程，其中包括软件和硬件实现的详细内容。 4.学生需要进行课程设计展示，展示应用设计和开发结果，同时进行设 计思路、实现过程和技术难点的汇报和交流。 五、参考资料 1.《嵌入式系统设计：基于ARM Cortex-M3/M4》 2.《嵌入式系统软硬件设计与开发》 3.《嵌入式系统开发指南》 4.《嵌入式系统设计与开发——从C语言到ARM Cortex M3/M4》 六、结语 本次课程设计将为学生提供全面的嵌入式系统开发知识和技能，是一次理论和实践相结合的课程。通过本次课程设计，希望学生能够更好地理解嵌入式系统的原理和开发技术，并能够运用所学知识解决实际开发工作中的问题。
嵌入式系统设计的基本原理与实践 一、嵌入式系统的定义与特点 嵌入式系统是应用于特定用途的计算机系统，通常在物理环境 要求较为严苛和资源受限的情况下使用。其特点是具有低功耗、 小尺寸、高可靠性、实时性强等特点。 二、嵌入式系统设计的基本原理 1、硬件设计 嵌入式系统硬件设计的重点是电路的选型和布局，需要精确根 据实际计算的需求来确定每一个组件的功率和性能，保证其稳定 运行。硬件完成后，需进行物理布局，尽可能地缩小板子的大小，提高系统的可移植性。 2、软件设计 嵌入式系统软件设计的主要难点在于资源受限，需要对程序占 用内存和运算速度进行精确地评估，提高系统的性能和稳定性。 软件的编写需要按照开发标准和规范，保证代码的质量和可靠性。同时需要进行严密的测试和调试，保证软件的正确性和稳定性。
3、系统设计 嵌入式系统的系统设计需要把硬件设计和软件设计进行整合， 构建完整的系统框架。需要确保各个模块的相互配合和协同，同 时保证系统的实时性和可靠性。同时还需要考虑到系统的可维护 性和扩展性，为后期的系统升级和维护提供便利。 三、嵌入式系统设计的实践 1、选型 在嵌入式系统设计之前需要对各种组件进行综合评估，按照实 际需求选择适合的硬件和软件组件。需要对电路图、 PCB 布局等 进行精确的仿真和测试，确保设计的可靠性和稳定性。 2、编码 嵌入式系统编程需要按照不同的 CPU 架构和系统平台进行编写，需要熟练使用各种编程语言和开发工具，如 C 语言、汇编语言、Keil 等。使用嵌入式系统的I/O 处理器来完成各种数据处理、状态转换等任务，确保程序的正确性和稳定性。 3、测试与调试
嵌入式系统的设计原理与应用嵌入式系统是指已经嵌入到其他设备或系统中的电脑系统，它运行在特定的硬件平台上，支持特定的硬件与软件接口，能够完成特定的功能。嵌入式系统具有体积小、功耗低、性价比高等特点，应用范围广泛，如智能家居、智能交通、消费电子等领域。 一、嵌入式系统的设计原理 1.1 选取硬件平台 嵌入式系统的硬件平台通常是由微型控制器或微处理器组成，他们都有自己的指令集，控制并处理外设的工作。选取适合自己的硬件平台主要取决于需求，如果需要的计算能力不高、功耗要求低的情况下就可以选用微型控制器。 1.2 选择操作系统和应用软件 根据硬件平台的性能和所需要的功能，选择合适的操作系统和应用软件。在嵌入式系统开发中，常用的操作系统包括uC/OS、FreeRTOS等实时操作系统，以及Linux、Windows CE等一般操作系统。在应用软件方面，需要根据所需要的功能选择相应的软件库和驱动等组件。 1.3 系统架构设计
在开始系统架构设计之前，需要明确系统的目标和需求，确定系统所需要实现的功能和性能。同时，根据系统的需求和所选用的硬件平台，确定系统的软硬件接口方式，确定各种设备之间交互的规则。 1.4 电源和电路设计 在嵌入式系统的设计中，电源和电路设计也是非常重要的。在系统的设计中需要考虑系统电源的接口管理和电源保护等问题，同时需要根据系统的需求和硬件平台的特点，设计相应的电路来支持系统所需要的各种功能。 二、应用领域 2.1 智能家居 在智能家居系统中，嵌入式系统可以用来做家庭自动化控制、环境监测、家庭影音等方面的控制，实现远程操作、智能控制等功能。 2.2 智能交通 在智能交通领域，嵌入式系统可以作为车载导航、道路监控、智能交通信号管理等方面的控制系统，以实现交通信息的快速传递，提升交通安全和便利性。 2.3 消费电子
嵌入式系统的设计原理与应用 一、嵌入式系统的概述 嵌入式系统是一种采用特定硬件和嵌入式软件组件构建的系统，用于控制或监测某些设备、机器或机器人等。嵌入式系统通常由 嵌入式处理器、记忆器、输入输出界面和操作系统等组成，广泛 应用于医疗、交通、制造业、家居等多个领域。 二、嵌入式系统的设计原则 1.设计嵌入式系统需要根据实际场景和具体需求进行。开发团 队需对系统进行全面的需求评估和系统结构设计，包括软硬件系 统的指令、处理器和物理架构等细节。 2.在嵌入式系统的设计中，也需要考虑系统的功能、可靠性、 性能和用户体验等，以便最终开发出满足客户期望的系统。 3.为了确保系统的稳定性和准确性，嵌入式系统设计需要将系 统中的元素精简至最少，从而提高系统的效率、性能和可靠性。 三、嵌入式系统的应用领域 1.医疗行业：嵌入式系统被广泛应用于医疗器械、患者监护系 统和医用电子产品等医疗领域，如血糖仪、健康监测设备、医用 图像设备等。
2.交通运输：嵌入式系统在交通、智能运输领域得到广泛应用，在车辆控制系统、航空航天领域、智能仓库等领域中发挥着重要 作用。 3.家居及办公自动化：家庭安防、智能家具、家用电器、机器 人等智能化产品，有着日益增长的应用市场。 4.无人机、机器人等机器设备控制。 5.物联网。 四、嵌入式系统的发展趋势 1.体积小，功能强：随着微型化、可设计开发软件及工艺的不 断发展，嵌入式系统的体积越来越小，同时性能也在逐渐的提高。 2.高可靠性要求：由于嵌入式系统通常运行在恶劣的环境下、 要求持续稳定高效地工作，因此系统的可靠性十分重要。 3.全球化和个性化：嵌入式系统由于应用领域广泛，系统必须 适应全球化市场的需求，并要能够满足客户的个性化需求，因此 加速了开发进程和对系统的复杂性进行管理。 总之，在嵌入式系统领域的快速发展过程中，不断发现和探索 新的领域和应用，将能够为各种行业的发展和增长提供稳定的技 术支持。
嵌入式系统的设计原理和应用近年来，嵌入式系统的应用范围越来越广泛，成为信息技术领域中备受关注的技术之一。嵌入式系统的设计原理和应用，对于信息技术从业者来说，有着至关重要的作用。本文将深入讨论嵌入式系统的设计原理及其在不同领域的应用，希望能对读者有所启示。 一、嵌入式系统的设计原理 嵌入式系统的设计原理包括硬件和软件两个方面。硬件方面主要涉及电子元器件、芯片等方面的设计，而软件方面则主要是嵌入式操作系统、应用程序等的开发。下面将分别从这两个方面入手，深入探讨嵌入式系统的设计原理。 1. 硬件设计 嵌入式系统的硬件设计需要考虑功耗、性能、成本等多方面因素，同时还需要考虑特定应用领域的实际需求。常用的硬件开发工具有FPGA、ASIC和DSP等。其中，FPGA是一种可编程逻辑器件，可实现各种算法和功能的实现，因此通常用于嵌入式系统的原型设计和快速开发。而ASIC是一种专用芯片，通常用于对电路的实现进行优化和精简。DSP则是一种数字信号处理器，通常用于嵌入式系统的实时信号处理和算法运算等任务。
在硬件设计方面，还需要考虑各种接口标准和通信协议，如USB、RS232、SPI、I2C等。这些标准和协议可以帮助不同设备 之间进行数据交换和通信，从而实现各种功能需求。 2. 软件设计 嵌入式系统的软件设计主要涉及嵌入式操作系统和应用程序的 开发。在嵌入式系统中，常用的操作系统有μC/OS、FreeRTOS和LynxOS等。这些嵌入式操作系统通常具有占用系统资源少、运行 稳定等特点，能够满足实时嵌入式系统的需求。 同时，在应用程序开发方面，需要考虑软件模块化、开发框架 和编程语言等方面的问题。常用的编程语言有C、C++和Python 等，而开发框架则有Qt、Java和.NET等。不同的编程语言和开发 框架适用于不同的应用场景，需要根据具体的应用需求进行选择。 二、嵌入式系统的应用 嵌入式系统的应用非常广泛，涵盖了电子、通信、汽车、医疗、工业控制等多个领域。下面将从几个常见领域入手，介绍嵌入式 系统的应用情况。 1. 电子领域 在电子领域，嵌入式系统的应用主要集中在手机、智能家居和 消费电子等方面。随着智能手机和智能家居的流行，嵌入式系统 的应用逐渐得到了普及。例如在智能家居中，通过嵌入式系统可
1、什么是嵌入式系统？ 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、嵌入式微办理器一般就具备那些特色？ （1）対及时多任务有很强的支持能力 （2）拥有功能很强的储存区保护功能 （3）拥有可扩展的办理器构造 （4）嵌入式微办理器功耗很低 3、什么是中间层？ 介于硬件层和软件层之间，将硬件的细节进行障蔽，便于操作系统调用，所以成为中 间层，又称硬件抽象层或板级支持包。 4、简述冯诺依曼系统构造和哈佛系统构造的定义与不一样。 冯.诺依曼系统构造又称普林斯顿系统构造，是一种将程序指令储存器和数据储存器归 并在一同的储存器构造。办理器经由同一总线输出来接见程序和数据储存器，程序和 数据宽度相同。 哈佛系统构造是一种将程序指令储存和数据储存分开的储存构造，目的是为了减少程 序运转时的访存瓶颈。哈佛构造的微办理器往常拥有较高的履行效率。 5嵌入式办理器按系统构造分为那几类，分别简答介绍？ 冯。诺依曼系统构造和哈佛系统构造。 6.嵌入式办理器按指令种类能够分为哪几类？分别简要介绍。 复杂指令集（CISC）办理器和精简指令集（RISC）办理器 CISC：微办理器除向程序员供给近似各样存放器和机器指令的功能外，还经过预存于制度储存器（ROM）中的微程序来实现及其强的功能，办理器在剖析每一条指令以后执 行一系列初级指令运算来达成所需功能。这类设计形式被称为CISC构造特 色：（1）指令格式不固定，指令长度不一致，操作数可多可少 （2）寻址方式复杂多样，以利于程序编写 （3）采纳微程序构造，履行每条指令均需一个微指令序列 （4）每条指令需要若干个机器周期才能达成，指令越复杂，花销IE机器周期越多。RISC：指令系统中应该只包含哪些使用频次很高的少量指令，并供给一些必需的指令以支持操作系统和高级语言。 特色：（1）指令数量少，在通道中只包含最实用的指 令（2）履行时间短，保证数据通道迅速履行每一条指 令（3）使CPU硬件构造设计更加简单 （4）每条指令都采纳标准字长。 7.嵌入式软件系统构造有哪几种种类，优弊端如何？ 4种，分别是轮转构造、带中断的轮转构造、函数队列调动构造和及时操作系统构造。 轮转构造： 长处：构造简单，没有中断，没有共享数据，无需考虑延缓时间。 弊端：（1）假如一个设施需要比微办理器在最坏状况下达成一个循环的时间更短的 响应时间，那么这个系统将没法工作。
嵌入式系统原理与应用教学设计 摘要 本文主要介绍嵌入式系统原理与应用教学的设计。嵌入式系统是指内嵌在其他 设备中，具有特定功能的计算机系统。嵌入式系统广泛应用于各种领域，例如汽车、医疗、家居等等。如今，嵌入式系统在我们的生活中发挥着越来越重要的作用，因此，培养嵌入式系统的应用开发人才变得至关重要。 简介 嵌入式系统是一种小型计算机系统，具有专门的功能，被嵌入到其他设备中。 嵌入式系统是由微处理器、存储器、输入/输出设备和其他电子组件组成的。嵌入 式系统广泛应用于汽车、家庭电器、医疗设备、智能手表、智能手机、安防设备、机器人、网络设备等等。 为了培养嵌入式系统开发人才，越来越多的高校开始开设嵌入式系统课程。嵌 入式系统教学不仅需要从原理方面来讲解嵌入式系统的基本概念、模型和架构，而且需要将理论知识与实际应用相结合。 嵌入式系统课程设计 课程目标 本课程的目标是： •了解嵌入式系统的基本概念、模型和架构； •掌握嵌入式系统软件开发的基本方法； •掌握硬件和软件协同设计的方法； •了解嵌入式系统在各个领域的应用； •掌握嵌入式系统的开发流程。
课程大纲 本课程分为四个部分：嵌入式系统原理、嵌入式系统软件开发、硬件设计与协同设计和嵌入式系统应用案例。 第一部分：嵌入式系统原理 本部分的主要内容包括： •嵌入式系统的概念、模型和架构； •嵌入式系统与普通计算机、微处理器、控制器之间的区别； •嵌入式系统的实时性和可靠性。 第二部分：嵌入式系统软件开发 本部分的主要内容包括： •嵌入式系统的体系结构和编译工具； •嵌入式系统软件的基本编程技术； •嵌入式系统软件的调试技巧。 第三部分：硬件设计与协同设计 本部分的主要内容包括： •嵌入式系统的硬件设计原理； •嵌入式系统硬件设计中的电路设计与嵌入式软件开发的协同开发； •嵌入式系统的I/O口、中断处理和存储器等相关知识。 第四部分：嵌入式系统应用案例 本部分的主要内容包括： •嵌入式系统在汽车、医疗、家庭电器、智能手表、智能手机、安防设备、机器人、网络设备等领域的应用；
嵌入式系统设计的原理与实践随着科技的不断进步和人们对智能化的追求，嵌入式系统在现 代社会中越来越普遍。嵌入式系统指的是嵌入到其他设备中以完 成特定功能的计算机系统，它具有体积小、成本低、功耗低等优点，市场需求也越来越大。嵌入式系统的设计离不开硬件和软件 两个方面的技术支持，这篇文章将从原理与实践两个层面进行讲解。 原理部分 1. 嵌入式系统设计的基本构成 嵌入式系统的基本构成由主控芯片、存储器、输入输出接口和 其他外围电路部分组成。主控芯片是整个系统最重要的组成部分，它的主要任务是处理外部输入的数据，完成一定的计算或控制操作，并将其结果输出到外部。存储器由 ROM、RAM、Flash 等构成，它们存储了系统自带的固件、数据以及程序运行时所需的变 量等。输入输出接口就是将外部的人机交互接口、各种传感器或 输出设备等与主控芯片连接起来，实现数据的输入输出以及外设 的控制等功能。其他外围电路则是根据设计需求加以扩展。 2. 嵌入式系统的设计原则 在设计嵌入式系统时，需遵循以下原则： （1）系统可靠性
嵌入式系统一般是用于工业控制、医疗、交通、军事等重要场合，其工作环境恶劣，因此系统的可靠性是非常重要的。这意味 着在设计中要注意各种可能的故障情况，并考虑相应的应对措施，如电源掉电、电磁干扰、线路故障以及软件出错等。 （2）效率和性能 现代嵌入式系统不仅要求实现各种功能，还要保证效率和性能，包括系统的运行速度、占用内存、能耗等方面。这要求设计时需 要充分考虑硬件与软件协同优化，选择合适的处理器、存储器和 各种输入输出接口，同时采用流畅高效的算法和程序进行开发。 （3）灵活性和可扩展性 嵌入式系统的设计需要考虑系统的灵活性和可扩展性，包括对 不同的传感器、输入输出设备、通信接口等的兼容性，以及可能 需要新增的功能。 （4）成本控制 由于嵌入式系统配备较简单，较小的存储容量和比较低的计算 能力，它的成本比一般电脑甚至智能手机低得多。但与此同时， 设计者需要系统地审慎选择单个部件和总体的设计方案以保持总 体成本在可接受的范围内。 实践部分
嵌入式系统原理及应用开发技术课程设计 一、背景介绍 嵌入式系统是指集成了计算机系统的硬件和软件的特定产品，用于控制、监视或帮助另一种设备或系统工作。随着现代科技的快速发展，嵌入式系统的应用越来越广泛，比如智能家居、智能医疗、智能交通等。因此，对于嵌入式系统的学习和研究变得愈发重要。 本文将介绍嵌入式系统原理及应用开发技术的课程设计，旨在帮助读者更好地掌握嵌入式系统的基本原理和开发技术。 二、课程设计内容 1. 前置知识 在学习本课程前，需要具备以下知识： •C语言编程基础； •计算机系统组成原理。 2. 实验环境 本课程的实验环境需要准备的材料和软件如下： 硬件准备 •开发板：STM32F407开发板； •传感器模块：温湿度传感器DHT11； •电路材料：面包板、导线等。 软件准备 •Keil MDK开发工具；
•烧录工具ST-Link。 3. 课程主要内容 本课程设计主要涉及以下内容： •嵌入式系统基础知识； •Keil MDK开发工具的使用； •STM32F407开发板介绍； •DHT11温湿度传感器的介绍； •编写基于STM32F407的温湿度传感器应用程序。 4. 实验过程 实验一：LED控制 在本实验中，将学习如何使用 Keil MDK 开发工具，使用 STM32F407 开发板，点亮 LED 灯。 实验二：按键控制 在本实验中，将学习如何使用 Keil MDK 开发工具，使用 STM32F407 开发板，通过按键按下来控制 LED 灯。 实验三：PWM控制 在本实验中，将学习如何使用 Keil MDK 开发工具，使用 STM32F407 开发板，通过 PWM 控制 LED 灯。 实验四：ADC采集 在本实验中，将学习如何使用 Keil MDK 开发工具，使用 STM32F407 开发板，读取当前 ADC 的值，并将读数值打印在串口的屏幕上。
嵌入式计算系统设计原理 嵌入式计算系统是一种特殊的计算系统，它通常被嵌入到其他设备中，用于控 制和实现特定的功能。设计嵌入式计算系统需要考虑诸多原理和技术，以确保系统的可靠性、高效性和可维护性。 首先，嵌入式计算系统的设计原理包括硬件和软件两个方面。在硬件设计方面，需要根据目标设备的需求选择合适的处理器、存储器等硬件组件，并进行电路设计和布局。同时，还需要注意功耗管理、接口设计、电路隔离等因素，以确保系统的稳定性和可靠性。 在软件设计方面，嵌入式计算系统通常运行的是实时操作系统（RTOS）或嵌 入式操作系统（Embedded OS）。这些操作系统具备实时调度和资源管理的能力， 能够满足实时控制和响应的要求。此外，还需要编写嵌入式软件，包括设备驱动程序、嵌入式应用程序以及与其他系统的通信接口等。软件的编写需要考虑系统的资源限制、实时性要求和数据完整性等因素。 另外，嵌入式计算系统设计原理还涉及到系统的功能分析、需求分析和系统架 构设计。在功能分析阶段，需要明确系统需要实现的具体功能和性能要求。需求分析则是根据用户需求和设备要求，对系统需求进行详细说明和分析。系统架构设计是系统开发中的关键环节，需要确定系统的组成部分、模块划分、接口设计以及系统的层次结构等。 此外，嵌入式计算系统设计原理还需要考虑系统的可测试性和可维护性。为了 保证系统的稳定运行和故障排除，需要设计相应的调试和测试机制，以便在系统出现问题时能够快速定位和修复故障。同时，为了方便系统的日常维护和升级，需要考虑系统的可扩展性和软件固件升级的支持。 总之，嵌入式计算系统设计原理是一项复杂的工作，需要综合考虑硬件设计、 软件设计、功能分析、需求分析、系统架构设计以及测试和维护等多个方面的知识
《嵌入式系统原理与设计》课程教学大纲 (The Principle and Design of Embedded System) 课程编号: 课程性质：专业课 适用专业：软件工程 先修课程：计算机硬件基础、计算机组成与结构、C语言程序设计 后续课程：嵌入式操作系统 总学分：3学分(其中实验学分0。5） 一、教学目的与要求 1．教学目的 “嵌入式系统原理与设计”是工科院校各专业重要的必修课程之一,培养学生具有嵌入式系统的应用知识、嵌入式系统的初步分析能力和具有用RTOS构成嵌入式系统的应用能力.本课程主要介绍嵌入式系统更广泛的概念、设计思想和其他技术。通过本课程的学习可以理解嵌入式系统的概念和基本要素；掌握嵌入式系统软硬件设计的基本方法；跟踪嵌入式系统最新设计理念；实践嵌入式系统项目开发基本流程;为嵌入式系统开发奠定良好的基础. 本课程以介绍硬件知识为主,但在构成一个嵌入式计算机应用系统时，还必须具有用汇编语言、C或C++语言及程序设计编制源程序的能力，软硬件结合是本课程的一个特点。通过本课程的学习,使学生具有嵌入式计算机应用系统的分析能力和初步设计能力。 2．教学要求 学生必须掌握有一定的模拟电子和数字电子的基础知识和《计算机组成和结构》等课程的主要内容，同时具有用C语言进行程序设计的能力。 二、课时安排
三、教学内容 １。嵌入式系统概述(4学时） （1）教学的基本要求 了解：嵌入式系统、嵌入式处理器概念 重点：嵌入式处理器的分类方法 (2）教学内容 ①嵌入式系统的概念 ②嵌入式处理器的分类 ③嵌入式系统的应用举例 2. 嵌入式系统工程设计（2学时） （1）教学的基本要求 了解:嵌入式系统工程设计方法 重点： UML系统建模 (2）教学内容 ①嵌入式系统项目开发生命周期 1。识别需求.2。提出方案.3.执行项目。4.结束项目 ②嵌入式系统工程设计方法 1。由上而下与由下而上.2。UML系统建模。3。面向对象OO的思想. 3. ARM7体系结构(8学时） （1）教学的基本要求 了解: ARM体系结构、各ARM体系结构版本 理解：处理器状态、处理器模式 掌握: 各寄存器使用方法和场合 灵活应用:寻址方式 重点：ARM的不同工作模式 难点：异常 （2)教学内容 ①ARM体系结构、各ARM体系结构版本。 ②ARM处理器核简介、ARM7、ARM9、ARM10、SecurCore、Xscale。 ③ARM7TDMI简介、ARM7TDMI的模块和内核框图、处理器状态、处理器模式。 ④内部寄存器、程序状态寄存器. ⑤异常、中断延迟、复位、存储器及存储器映射I/O、寻址方式。 4. ARM7TDMI(—S)指令系统（10学时) （1）教学的基本要求 了解：寻址方式分类 理解:ARM指令集与Thumb指令集的关系 掌握：寻址方式和每条指令的功能和用法 灵活应用:指令的使用。
嵌入式系统设计原理与实践 嵌入式系统是指嵌入到其他设备或系统中的特定计算机系统。 它的应用非常广泛，从智能手机到家电、运输、医疗设备等等都 有嵌入式系统的身影。嵌入式系统支撑着现代社会的许多领域， 离我们的生活越来越近。 嵌入式系统的设计过程与普通计算机系统有很大的差别，必须 充分考虑硬件和软件之间的协同设计。嵌入式系统的硬件设计是 从系统的功能需求出发，确定硬件接口和电路设计，而软件设计 则是与硬件密不可分的。 嵌入式系统设计的第一步是确定系统功能需求和规格。然后设 计硬件电路，包括选择适合的处理器和其他硬件组件，并且确定 它们之间的接口。硬件设计的过程非常复杂，需要多种专业技能，包括电路设计、印制板设计和封装设计等。在硬件设计完成后， 就可以开始程序设计。 与传统计算机系统不同，嵌入式系统的程序通常是裸机编程， 即直接在汇编语言或机器语言中编写程序。这是因为在嵌入式系 统中内存资源和处理器速度通常比较有限，需要尽可能地利用它们。另外，裸机编程可以减少软件大小和性能开销，从而提高系 统运行速度和功耗效率。对于初学者来说，裸机编程需要一定的 技术积累和经验，因此可以先使用支持高级语言编程的开发板进
行实践。嵌入式系统的程序设计涉及到处理器的低级别编程，需 要将处理器的硬件特性和寄存器配置等信息考虑在内。 在确定系统硬件和软件设计之后，需要进行集成和测试。这个 过程包括验证软件的正确性、系统的稳定性、接口兼容性和功能 完备性。在测试过程中还需要注意代码的容错性和兼容性，确保 系统不会因为不合理的用户输入或特定条件下的运行而崩溃。 一些嵌入式系统设计的实践案例包括智能家居、医疗设备、智 能交通系统、电力系统等等。嵌入式系统的应用非常广泛，具有 良好的灵活性和可靠性。对于从事嵌入式系统设计的工程师来说，需要掌握多种技术和工具，包括底层硬件和软件编程的技能，熟 悉操作系统和应用软件的设计方法。 总之，嵌入式系统对于现代社会而言不可或缺，其应用范围广泛，包括工业、医疗、家居、汽车等多个行业。嵌入式系统设计 需要充分考虑硬件和软件的协同设计，注重代码的正确性和兼容性，以确保系统的稳定性和可靠性。对于初学者来说，可以从使 用开源硬件平台进行实践开始。随着技术的发展和嵌入式系统应 用场景的不断扩展，对嵌入式系统工程师的需求也越来越高，需 要具备扎实的技术功底和丰富的实践经验。
嵌入式数据库系统：探讨嵌入式数据库系统的基本原理、特点和设计 引言 嵌入式数据库系统是一种被广泛应用于嵌入式设备中的数据库管理系统。它具有特定的设计原则和独特的特点，以满足嵌入式设备的需求。本文将探讨嵌入式数据库系统的基本原理、特点和设计，帮助读者更好地了解和应用这种数据库系统。 嵌入式数据库系统的基本原理 嵌入式数据库系统的基本原理包括数据存储和管理、数据库查询和事务处理。数据存储和管理 嵌入式数据库系统通过数据存储和管理来提供持久化的数据存储能力。它使用一种叫做数据库文件的机制来组织和存储数据。数据库文件通常由一个或多个数据表组成，每个表包含多个数据库记录。每条数据库记录由一组字段组成，用于存储数据的各个属性。嵌入式数据库系统还提供索引机制来加快数据库查询的速度。 数据管理方面，嵌入式数据库系统提供了数据的增删改查等基本操作。它使用了一种叫做SQL（结构化查询语言）的语言来进行数据操作。通过SQL，开发人员可以方便地进行数据的增删改查操作，以满足应用程序的需求。
数据库查询 数据库查询是嵌入式数据库系统的核心功能之一。它使开发人员能够从数据库中获取所需的数据。嵌入式数据库系统使用SQL语言来发起查询。SQL语言提供了多种查询方式，如简单查询、条件查询、排序查询、连接查询等。通过这些查询方式，开发人员可以根据自己的需求，从数据库中检索出满足条件的数据。 事务处理 事务处理是嵌入式数据库系统的另一个重要功能。事务处理允许开发人员将多个数据库操作组合成一个逻辑单元，并确保这个单元的操作要么全部成功，要么全部失败。这样可以确保数据库的完整性和一致性。嵌入式数据库系统通过提供事务处理机制来支持开发人员进行事务操作。 嵌入式数据库系统的特点 嵌入式数据库系统具有以下独特的特点，使其成为嵌入式设备的理想选择。小型化 嵌入式设备通常具有资源有限的特点，包括有限的存储空间、处理能力和电池寿命等。因此，嵌入式数据库系统需要尽可能小型化，以适应这些受限制的资源。它通常采用精简的数据结构和算法，以节省存储空间和提高查询速度。
嵌入式系统的设计原理与方法嵌入式系统是指集成于某个设备中的计算机系统，其硬件和软 件都是针对特定应用需求进行设计和开发的。随着嵌入式技术的 广泛应用，其设计原理与方法愈加重要。本文将探讨嵌入式系统 的设计原理与方法，重点包括硬件设计、软件开发、测试以及维 护等方面。 第一部分：硬件设计 嵌入式系统的硬件设计是其最核心的部分之一。其中，CPU、 存储器、外设以及总线等是构成嵌入式系统的主要组件。在硬件 设计中应该注意以下几点： 1.系统结构设计。根据应用需求设计系统的结构。理论上来说，系统结构的框架应该与应用需求一致。 2.硬件选型。选择合适的芯片和外设，并考虑它们之间的兼容性。除此之外，还需要考虑单位功耗的性能指标是否优秀。 3.模块设计。为了方便维护，应将整个系统分为多个模块，每 个模块都有相应的接口和功能。模块之间的接口应设计好，避免 出现接口不兼容的情况。 4.电路设计。根据硬件选型和模块设计，完成各个电路模块的 设计并进行测试。设计的电路需要兼顾性能、功耗、成本等多方 面因素。
第二部分：软件开发 软件开发是嵌入式系统的另一重要部分。一般的，从硬件设计完成后，开发人员便开始着手进行软件开发。软件开发的流程包括嵌入式软件需求分析、嵌入式软件设计、实现及测试等步骤。在软件开发中，应该注意以下几点： 1.系统需求分析。对于嵌入式系统而言，需求必需具有实时性和可靠性的同时，还需要符合开发者的技术能力，因此需求分析极为重要。 2.设计方案。在进行设计前先要做好系统的整体设计，包括模块、接口和功能等的设计。设计应遵循模块化、可重用和可移植的原则。 3.实现。根据设计完成程序的实现，进行合理的软件优化。代码的质量，优化的效果与相关的工具和工具链等都是决定其效率和质量的重要因素。 4.测试。嵌入式系统的软件测试反应的是设计、实现的质量以及需求的实现是否符合预期的结果。显然、完整的测试流程是开发高质量软件的必要条件，所以，软件测试应被视为至关重要的一个步骤。 第三部分：嵌入式系统维护
嵌入式系统原理与设计-知识点整理
第一章嵌入式处理器 1嵌入式系统的概念组成： 定义：以应用为主，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，满足系统对功能、性能、可靠性、体积和功耗有严格要求的计算机系统。 组成：硬件：处理器、存储器、I / O设备、传感器 软件：①系统软件， ②应用软件。 2.嵌入式处理器分类特点： 分类：①MPU（Micro Processor Unit）微处理器。一块芯片，没有集成外设接口。内部主要由运算器，控制器，寄存器组成。 ②MCU（Micro Controller Unit）微控制器（单片机）。一块芯片集成整个计算机系统。 ③EDSP（Embled Digital Signal Processor）数字信号处理器。运算速度快，擅长于大量重复数据处理 ④SOC（System On Chip）偏上系统。一块芯片，内部集成了MPU和某一应用常用的功能模块 3.嵌入式处理器与通用计算机处理器的区别： ①嵌入式处理器种类繁多，功能多样 ②嵌入式处理器能力相对较弱，功耗低 ③嵌入式系统提供灵活的地址空间寻址能力 ④嵌入式系统集成了外设接口 4.①哈佛体系结构：指令和数据分开存储————————（嵌入式存储结构） 特征：在同一机器周期内指令和数据同时传输 ②冯·诺依曼体系结构：指令和数据共用一个存储器——（通用式存数结构） 数据存储结构（多字节）： 大端方式：低地址存高位；小端方式：高地址存高位 6.ARM指令集命名：V1~V8 （ARMV表示的是指令集）
②使用按键控制LED S3C2410
K1闭合，GPB11低电平K1断开，GPB11高电平 GPGDAT11位，当GPB11为0时，低电平；当GPG11为1时，高电平。#define GPBCON(*(volatile unsigned long*)0x56000010) #define GPBDAT(*(volatile unsigned long*)0x56000014) #define GPGCON(*(volatile unsigned long*)0x56000050) #define GPGDAT(*(volatile unsigned long*)0x56000054) #define GPFCON(*(volatile unsigned long*)0x56000060) #define GPFDAT(*(volatile unsigned long*)0x56000064) #define GPB5_OUT 1<<(5*2) #define GPB6_OUT 1<<(6*2) #define GPB7_OUT 1<<(7*2) #define GPB8_OUT 1<<(8*2) #define GPG11_IN ~(3<<(11*2)) #define GPG3_IN ~(3<<(3*2)) #define GPF2_IN ~(3<<(2*2))