嵌入式微处理器系统及应用-Chapter4 SoC嵌入式微处理器系统.67页PPT

《嵌入式应用开发设计》课程教学大纲课程名称：嵌入式应用开发设计英文名称：Design and Application Development of Embedded Systems课程编码：51610135学时/学分：46/2.5 ：课程性质：选修适用专业：计算机应用先修课程：计算机组成原理，计算机系统结构，操作系统原理，嵌入式操作系统，微型计算机原理及接口技术，单片机原理及应用。

一、课程的目的与任务本课程是一门涉及嵌入式计算机硬件、软件以及应用的综合性计算机课程。

本课程面向的学生主要是高年级本科生。

课程的目的是培养学生设计和实现嵌入式系统的能力。

本课程的任务是学习嵌入式计算机硬件软件构成，以及嵌入式系统的主流操作系统和软件开发技术。

本课程主要分为嵌入式体系结构、嵌入式操作系统、嵌入式软件开发。

嵌入式体系结构的教学主要围绕ARM体系结构进行，ARM体系结构在嵌入式领域占有相当大的比例，通过本课程的学习，使学生掌握ARM体系结构，ARM指令集、以及在ARM体系下的嵌入式编程。

二、教学内容及基本要求第一章嵌入式系统概述教学目的和要求：（1）主要介绍嵌入式系统的定义与基本概念，嵌入式系统的硬件/软件特点、嵌入式系统的类型及其发展过程；（2）嵌入式系统的基本设计过程与方法。

基本要求：介绍嵌入式系统的基本概念，硬件/软件特点，嵌入式系统的设计方发与过程。

教学难点和重点：嵌入式系统的特点；嵌入式系统硬件、软件的基本设计过程与方法。

教学方法和手段：课时安排：2学时第一节嵌入式系统简介1.1.1嵌入式系统的定义1.1.2发展历史1.1.3特点1.1.4实时性1.1.5市场1.1.6嵌入式系统组成第二节嵌入式处理器1.2.1嵌入式处理器分类1.2.2知识产权第三节嵌入式操作系统1.3.1嵌入式操作系统结构1.3.2嵌入式操作系统的有关基本概念1.3.3使用嵌入式操作系统的优缺点1.3.4嵌入式操作系统分类第四节嵌入式系统的典型应用1.4.1嵌入式系统的应用领域1.4.2嵌入式系统的应用实例第五节嵌入式系统的基本设计过程1.5.1嵌入式系统设计的主要步骤1.5.2需求分析与规格说明1.5.3体系结构设计1.5.4构件设计1.5.5系统调试与集成复习与作业要求：阅读教材的第一章，上网查阅对嵌入式系统的一般介绍。

微处理器与嵌入式系统微处理器与嵌入式系统在现代科技领域中扮演着至关重要的角色。

微处理器是现代电子设备中的核心部件，它具备高度集成、低功耗和高性能的特点。

而嵌入式系统是将微处理器与外部硬件、固件和软件相结合的系统，用于控制和执行特定任务。

本文将从微处理器的基本原理、嵌入式系统的设计和发展以及应用领域三个方面来探讨微处理器与嵌入式系统的关系和重要性。

一. 微处理器的基本原理微处理器是指将中央处理器（CPU）的主要功能集成在一个芯片上的电子器件。

它由运算器、控制器和寄存器组成，可以执行各种指令来完成计算和控制任务。

微处理器的基本原理是通过时钟发出的脉冲来调控内部电路的工作，将输入信号经过一系列的算术逻辑单元和存储单元的处理，最终得到输出结果。

微处理器的核心特性是高度集成，使得更多的功能可以被集成到一个芯片上，从而实现更小巧、高效的设计。

二. 嵌入式系统的设计和发展嵌入式系统是指将计算机技术应用于各种非计算机设备和应用领域的系统。

它的设计和发展与微处理器的发展密不可分。

随着微处理器的集成和性能的提升，嵌入式系统变得越来越小巧、高效。

嵌入式系统的设计从硬件和软件两个方面展开，硬件设计需要根据具体的应用需求选择合适的外部接口和外围设备，软件设计则需要根据应用进行特定的编程和调试。

三. 应用领域微处理器与嵌入式系统广泛应用于各个领域，以下列举几个常见的应用领域：1. 汽车电子：现代汽车内部集成了大量的嵌入式系统，包括引擎管理系统、车载娱乐系统等。

微处理器的高性能和可靠性保证了汽车的各项功能得以正常运行。

2. 智能家居：通过微处理器和各种传感器的联动，智能家居系统可以实现自动化控制、安全监控、能源管理等功能，提供更便捷、舒适、安全的居住环境。

3. 医疗设备：嵌入式系统在医疗设备中的应用越来越广泛，例如心脏起搏器、血糖仪等。

微处理器的高速计算和实时响应能力可以保证设备的准确性和稳定性。

4. 工业自动化：嵌入式系统在工业自动化中起着至关重要的作用，例如控制机器人的运动、监测生产线的状态等。

《微处理器系统结构与嵌入式系统设计》课程教案第一章：微处理器概述1.1 微处理器的定义与发展历程1.2 微处理器的组成与工作原理1.3 微处理器的性能指标1.4 嵌入式系统与微处理器的关系第二章：微处理器指令系统2.1 指令系统的基本概念2.2 常见的指令类型及其功能2.3 指令的寻址方式2.4 指令执行过程第三章：微处理器存储系统3.1 存储器的分类与特点3.2 内存管理单元（MMU）3.3 存储器层次结构与缓存技术3.4 存储系统的性能优化第四章：微处理器输入/输出系统4.1 I/O 接口的基本概念与分类4.2 常见的I/O 接口技术4.3 直接内存访问（DMA）4.4 interrupt 与事件处理第五章：嵌入式系统设计概述5.1 嵌入式系统的设计流程5.2 嵌入式处理器选型与评估5.3 嵌入式系统硬件设计5.4 嵌入式系统软件设计第六章：嵌入式处理器架构与特性6.1 嵌入式处理器的基本架构6.2 嵌入式处理器的分类与特性6.3 嵌入式处理器的发展趋势6.4 嵌入式处理器选型considerations 第七章：数字逻辑设计基础7.1 数字逻辑电路的基本概念7.2 逻辑门与逻辑函数7.3 组合逻辑电路与触发器7.4 微处理器内部的数字逻辑设计第八章：微处理器系统设计与验证8.1 微处理器系统设计流程8.2 硬件描述语言（HDL）与数字逻辑设计8.3 微处理器系统仿真与验证8.4 设计实例与分析第九章：嵌入式系统软件开发9.1 嵌入式软件的基本概念9.2 嵌入式操作系统与中间件9.3 嵌入式软件开发工具与环境9.4 嵌入式软件编程实践第十章：嵌入式系统应用案例分析10.1 嵌入式系统在工业控制中的应用10.2 嵌入式系统在消费电子中的应用10.3 嵌入式系统在医疗设备中的应用10.4 嵌入式系统在其他领域的应用案例分析第十一章：嵌入式系统与物联网11.1 物联网基本概念与架构11.2 嵌入式系统在物联网中的应用11.3 物联网设备的硬件与软件设计11.4 物联网安全与隐私保护第十二章：实时操作系统（RTOS）12.1 实时操作系统的基本概念12.2 RTOS的核心组件与特性12.3 常见的实时操作系统及其比较12.4 实时操作系统在嵌入式系统中的应用第十三章：嵌入式系统功耗管理13.1 嵌入式系统功耗概述13.2 低功耗设计技术13.3 动态电压与频率调整（DVFS）13.4 嵌入式系统的电源管理方案第十四章：嵌入式系统可靠性设计14.1 嵌入式系统可靠性概述14.2 故障模型与故障分析14.3 冗余设计技术与容错策略14.4 嵌入式系统可靠性评估与测试第十五章：现代嵌入式系统设计实践15.1 现代嵌入式系统设计挑战15.2 多核处理器与并行处理15.3 系统级芯片（SoC）设计与集成15.4 嵌入式系统设计的未来趋势重点和难点解析第一章：微处理器概述重点：微处理器的定义、发展历程、组成、工作原理、性能指标。

摘要嵌入式系统开始于20世纪80年代单片机的使用。

嵌入式技术已经渗透到各个领域，且与人们的日常生活密不可分，给人们生活和工业生产带来极大方便。

本文论述了嵌入式系统概念、嵌入式处理器、嵌入操作系统和嵌入软件开发环境，解释了嵌入式系统组成中的各个部分。

嵌入式操作系统具有良好的可移植性，能够用在根据应用要求选择的微处理器中。

嵌入式系统设计带来了与传统系统设计全然不同的挑战。

嵌入式系统已成为计算机领域的一个重要组成部分。

广泛讲，凡是带有微处理器的专用软硬件系统都可以称为嵌入式系统。

嵌入式系统可以通过各种无线形式和有线形式的网络连接方式实现它们之间的相互连接。

因此，在网络通信市场上极具生命力。

关键词嵌入式系统，嵌入式操作系统，μC/OS-ⅡABSTRACTThe Embedded system commenced with the use of SCM in 1980’s. The embedded technology has penetrated in every field. It’s inseparable with our daily life and it brings great convenience to people’s life and the industry.This paper discusses the concept of the embedded system, the embedded processor, the embedded operating system and the embedded software developing environment, explains the components of the embedded system.The embedded system has great compatibility. It can be used in MPU selected according to the application. The design of the embedded system brings the challenge witch is different with the traditional design.The embedded system has been an important component of the computer field. Universally speaking, all the private soft-hardware systems with MPU can be named with embedded system. The embedded systems can connect with each other through wireless and cable connecting way. Therefore, it is animate in the market of the communication networks.KEY WORDS Embedded system, Embedded operating system,μC/OS-Ⅱ目录第一章嵌入式系统概述 (1)1.1 嵌入式系统简介 (1)1.2 嵌入式系统的分类 (3)1.3 嵌入式系统设计的特点 (3)第二章嵌入式处理器 (5)2.1 嵌入式处理器简介 (5)2.2 常用嵌入式处理器 (6)第三章嵌入式操作系统 (7)3.1 嵌入式操作系统简介 (7)3.1.1 嵌入式操作系统的机制 (8)3.1.2 嵌入式操作系统的特点： (9)3.1.3 嵌入式操作系统的分类 (10)3.2 μC/OS-Ⅱ嵌入式操作系统 (10)3.2.1 μC/OS-Ⅱ实时操作系统结构 (11)3.2.2 μC/OS-Ⅱ嵌入式操作系统的特点 (11)3.2.3 μC/OS-Ⅱ的移植 (13)第四章嵌入式系统编程语言 (15)4.1 嵌入式系统的高级语言特点 (15)4.2 嵌入式系统高级语言开发过程 (15)4.3 嵌入式系统编程与系统硬件 (17)4.3.1 存储器映射 (17)4.3.2 I/O映射 (18)结束语 (19)参考文献 (20)第一章嵌入式系统概述1.1 嵌入式系统简介何谓嵌入式系统？根据英国电机工程师协会的定义所做的翻译，“嵌入式系统为控制、监视或辅助设备、机器或甚至工厂操作的装置”。

(完整版)嵌入式系统及其应用-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN嵌入式系统及其应用1嵌入式系统的定义根据IEEE（电气和电子工程师协会）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”（devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants）。

从中可以看出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。

目前国内一个普遍被认同的定义是：以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、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。

2 嵌入式系统的技术特点嵌入式系统通常包括构成软件的基本运行环境的硬件和操作系统两部分。

嵌入式系统的运行环境和应用场合决定了嵌入式系统具有区别于其它操作系统的一些特点。

（1）嵌入式处理器嵌入式处理器可以分为三类：嵌入式微处理器、嵌入式微控制器、嵌入式DSP（Digital Signal Processor）。

嵌入式微处理器就是和通用计算机的微处理器对应的CPU。

在应用中，一般是将微处理器装配在专门设计的电路板上，在母板上只保留和嵌入式相关的功能即可，这样可以满足嵌入式系统体积小和功耗低的要求。

（2）微内核结构大多数操作系统至少被划分为内核层和应用层两个层次。

内核只提供基本的功能，如建立和管理进程、提供文件系统、管理设备等，这些功能以系统调用方式提供给用户。

一些桌面操作系统，如Windows、Linux等，将许多功能引入内核，操作系统的内核变得越来越大。

内核变大使得占用的资源增多，剪裁起来很麻烦（3）任务调度在嵌入式系统中，任务即线程。

大多数的嵌入式操作系统支持多任务。

多任务运行的实现实际是靠CPU在多个任务之间切换、调度。

每个任务都有其优先级，不同的任务优先级可能相同也可能不同。

嵌入式微处理器原理与应用严海蓉 arm指令集Embedded microprocessors play a crucial role in various electronic devices we use daily. These processors are designed to perform specific tasks within the device efficiently and effectively. ARM (Advanced RISC Machine) is a popular architecture for embedded microprocessors due to its power efficiency and performance capabilities.嵌入式微处理器在我们日常使用的各种电子设备中起着至关重要的作用。

这些处理器被设计为在设备内部高效、有效地执行特定任务。

由于其功耗效率和性能优势，ARM（高级RISC机器）是嵌入式微处理器的流行架构之一。

One of the key aspects of ARM architecture is its Reduced Instruction Set Computing (RISC) design philosophy. This approach simplifies the instruction set, making it easier to decode and execute instructions quickly. The simplicity of the instruction set allows for faster processing of tasks, which is essential for real-time applications in embedded systems.ARM架构的一个关键方面是其精简指令集计算（RISC）设计理念。

版权说明本文件中出现的任何文字叙述、文件格式、插图、照片、方法、过程等内容，除另有特别注明，版权均属本人所有。

----WangYiwei由于我正在学习“嵌入式系统原理与应用——基于ARM微处理器和Linux操作系统”这门课程，网络上找不到课后习题答案。

因此本人通过认真地做习题，不懂百度，查阅相关书籍等途径，整理了一份答案，可供各位参考。

注意：答案并不一定完全正确，有异议的答案欢迎提出来大家一起探讨。

1.8 练习题P141.选择题（1）A说明：嵌入式系统的发展趋势表现在以下几方面：1.产品种类不断丰富，应用范围不断普及2.产品性能不断提高3.产品功耗不断降低，体积不断缩小4.网络化、智能化程度不断提高5.软件成为影响价格的主要因素（2）D说明：常见的嵌入式操作系统: VxWorks，Windows CE、uC/OS-II和嵌入式Linux。

（3）A说明：VxWorks是美国WindRiver公司于1983年开发的一种32位嵌入式实时操作系统。

2.填空题(1)嵌入式计算机(2)微处理器外围电路外部设备(3)板级支持包实时操作系统应用编程接口应用程序(4)嵌入式处理器微控制器数字信号处理器3.简答题（1）简述嵌入式系统的定义和特点答：定义：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，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。

特点：专用性强、实时性好、可裁剪性好、可靠性高和功耗低等。

（2）简述计算机系统的发展历程第一阶段大致在20世纪70年代前后，可以看成是嵌入式系统的萌芽阶段；第二阶段是以嵌入式微处理器为基础，以简单操作系统为核心的嵌入式系统；第三阶段是以嵌入式操作系统为标志的嵌入式系统，也是嵌入式应用开始普及的阶段；第四阶段是以基于Internet为标志的嵌入式系统，这是一个正在迅速发展的阶段。

（3）简述MCU和DSP的区别MCU是微控制器，DSP是数字信号处理器。

MCU相当于小型的电脑，内部集成的CPU、ROM、RAM、I/O总线，所以集成度高是它的特点。

嵌入式系统原理及应用
嵌入式系统是一种特殊的计算机系统，其设计和构建依赖于特定的应用需求。

它通常被用于特定的硬件设备和功能，例如家用电器、汽车电子系统、医疗设备、工业控制系统等。

嵌入式系统的设计和实现需要考虑资源受限、功耗低、实时性要求高等特点。

嵌入式系统的核心是处理器，常见的处理器包括ARM、MIPS、x86等。

处理器通过与外围设备的接口通信来完成特定功能，
例如通信模块、传感器、执行器等。

嵌入式系统通常集成了多种硬件和软件组件，以满足应用需求。

嵌入式系统的软件开发通常采用低级语言，例如C、汇编语言等，以实现高效的控制和资源管理。

此外，嵌入式系统的软件开发还需要考虑实时性要求，例如通过使用实时操作系统（RTOS）来实现任务的调度和响应。

在实际应用中，嵌入式系统被广泛应用于各个领域。

在家用电器领域，嵌入式系统实现了智能家居的控制和管理；在汽车电子系统中，嵌入式系统实现了车载娱乐、导航、安全等功能；在医疗设备中，嵌入式系统实现了监测、诊断和治疗等功能；在工业控制系统中，嵌入式系统实现了生产线的自动化和优化。

总之，嵌入式系统作为一种特殊的计算机系统，在各个领域都起到了重要作用。

它通过硬件和软件的结合，实现了丰富的功能和应用。

随着技术的不断发展，嵌入式系统将继续发展并扩大其应用范围。

嵌入式微处理器原理与应用一、引言嵌入式微处理器作为现代电子技术的重要组成部分，广泛应用于各个领域，如家电、汽车、通信等。

本文将介绍嵌入式微处理器的原理和应用，以帮助读者更好地了解和应用这一技术。

二、嵌入式微处理器的原理1. 定义：嵌入式微处理器是指集成在特定设备中的微处理器，它具有高度集成、低功耗、小体积等特点。

2. 构成：嵌入式微处理器由CPU核心、存储器、外设接口等组成。

其中，CPU核心负责执行指令，存储器用于存储指令和数据，外设接口用于与外部设备进行通信。

3. 工作原理：嵌入式微处理器通过执行存储在存储器中的指令来完成特定任务。

它通过总线与存储器和外设进行数据传输，并通过时钟信号控制指令的执行。

三、嵌入式微处理器的应用1. 家电领域：嵌入式微处理器广泛应用于家电产品，如冰箱、空调、洗衣机等。

它可以实现智能化控制，提高产品的性能和功能，提供更好的用户体验。

2. 汽车领域：嵌入式微处理器在汽车电子系统中扮演着重要角色。

它可以实现车载娱乐、车载导航、车辆控制等功能，提高驾驶安全性和乘坐舒适度。

3. 通信领域：嵌入式微处理器被广泛应用于通信设备，如手机、路由器等。

它可以实现数据传输、信号处理等功能，提高通信质量和速度。

4. 工业控制领域：嵌入式微处理器在工业控制系统中发挥着重要作用。

它可以实现自动化控制、数据采集、监测等功能，提高生产效率和质量。

四、嵌入式微处理器的发展趋势1. 高性能：随着科技的进步，嵌入式微处理器的性能越来越强大，运算速度和存储容量都得到了显著提升。

2. 低功耗：为了满足节能环保的需求，嵌入式微处理器的功耗也在不断降低，以延长电池寿命和降低能耗。

3. 多核处理：为了满足多任务处理的需求，嵌入式微处理器逐渐采用多核架构，提高系统的并行处理能力。

4. 高集成度：随着集成电路技术的不断进步，嵌入式微处理器的集成度越来越高，体积越来越小，功能越来越强大。

五、总结本文介绍了嵌入式微处理器的原理和应用。