嵌入式系统概述(浙江大学)

嵌入式系统概论嵌入式系统是一种特殊的计算机系统，它被嵌入到其他设备中，以完成特定的功能或任务。

嵌入式系统广泛应用于各个领域，如家电、汽车、医疗设备、通信设备等。

本文将介绍嵌入式系统的基本概念、特点、应用领域以及发展趋势。

一、嵌入式系统的基本概念嵌入式系统是由硬件和软件组成的一种特殊计算机系统。

与通用计算机系统相比，嵌入式系统具有以下几个特点：1. 特定功能：嵌入式系统被设计用于执行特定的功能或任务，例如控制家电设备、驾驶汽车、监测环境等。

2. 实时性：嵌入式系统通常需要实时响应外部事件，确保系统能够及时做出反应。

3. 资源受限：由于嵌入式系统通常运行在资源受限的环境中，如处理能力、存储容量、能耗等都有限制。

4. 可靠性：嵌入式系统对系统的可靠性要求很高，一旦出现故障可能会对用户的生命财产安全造成影响。

二、嵌入式系统的应用领域嵌入式系统广泛应用于各个领域，以下列举几个典型的应用领域：1. 汽车领域：现代汽车中的嵌入式系统包括发动机控制单元(ECU)、车载娱乐系统、安全系统等，它们协同工作以提供稳定、安全的驾驶体验。

2. 家电领域：智能家居中的嵌入式系统能够实现家电设备的远程控制、能耗监测以及与其他设备的联动等功能。

3. 医疗设备领域：医疗设备中的嵌入式系统用于监测病人的生命体征、控制手术设备等，对病人的诊断和治疗起到重要作用。

4. 工业控制领域：嵌入式系统在工业自动化领域中广泛应用，用于控制生产线、监测设备状态、优化生产过程等。

三、嵌入式系统的发展趋势随着科技的不断进步，嵌入式系统也在不断发展。

以下是几个嵌入式系统的发展趋势：1. 物联网：随着物联网的兴起，越来越多的设备将与互联网连接，嵌入式系统将扮演连接设备与互联网的桥梁，实现设备之间的通信与协同工作。

2. 人工智能：人工智能技术的发展将为嵌入式系统带来更多的智能化能力，使其能够识别、理解和响应更复杂的指令或环境变化。

3. 虚拟化技术：虚拟化技术可以将多个嵌入式系统虚拟化为一个物理平台，提高系统的资源利用率和灵活性。

课程简介和教学大纲课程代码：15120660 课程名称：嵌入式系统设计学分： 5.0 周学时：4.0-2.0面向对象：大学本科生预修课程要求：微机原理、C程序设计一、课程介绍（100-150字）（一）中文简介《嵌入式系统设计》是工科学生学习掌握嵌入式系统的结构原理、ARM处理器核的设计原理和方法、理解操作系统的基本原理、学习掌握嵌入式应用软件开发的主要流程和相关技术的一门课程，重点在于理解ARM体系结构及其组成嵌入式系统的结构原理基础上，培养学生具备初步的嵌入式系统软硬件设计开发能力。

课程内容主要包括ARM处理器核的设计原理，ARM体系结构，ARM编程模型及指令集，ARM调试结构与存储器层次，操作系统的I/O接口技术、操作系统进程与线程的概念和管理、并发、进程间通信，操作系统的内存管理策略，调度算法和实时调度算法等内容，并以树莓派实验板为基础进行相应的实验设计，掌握嵌入式系统设计开发能力。

（二）英文简介《Embedded System Design》is one of the basic courses for engineering students to master the structural principle of embedded system, principle and method of ARM core design, basic principle of operating system, the main process of embedded application software development and related technologies. The priority of this course is making students have an initial capacity of embedded system hardware and software design and development based on understanding the ARM architecture and composition of the embedded system. Course content includes core design of ARM processor, ARM architecture, ARM programming model and instruction set, ARM debug architecture and memory hierarchy, IO technologies of operating system, concept and management of operating system processes and threads, concurrent, inter-process communication, memory management, scheduling algorithm and real-time scheduling algorithm etc. Experimental design on Raspberry Pi2 development board may also be made to know the embedded system design and development process well.二、教学目标（一）学习目标本课程通过嵌入式系统的开发平台，使学生熟悉嵌入式应用开发流程，更方便地学习和理解嵌入式系统的基础知识，使学生具备基本的嵌入式系统的软硬件设计能力。

嵌入式系统概述随着科技的不断进步和发展，嵌入式系统越来越不可或缺，已经广泛应用于生产制造、智能家居、医疗健康、车联网、工业自动化、农业智能、安防监控等众多领域。

那么，什么是嵌入式系统呢？嵌入式系统一般指嵌入到机器或电子设备中的微型计算机系统，通常由处理器、存储器、输入输出设备、各种外设接口和运行嵌入式操作系统组成，具有较强的实时性、稳定性、可靠性、易集成等特点。

嵌入式系统的应用嵌入式系统由于其硬件配置的固定性和软件的高度个性化，被广泛应用于各种场合，如智能手机、平板电脑、安防监控、车联网、医疗设备等，其应用范围越来越广泛，应用场景越来越多元化。

例如，在智能家居领域，嵌入式系统可以实现智能家电的智能控制、智能安防、智能家居影音、智能家居照明等功能。

在车联网领域，嵌入式系统可以实现车辆定位、车载娱乐、车辆诊断、智能驾驶等功能。

在医疗健康领域，嵌入式系统可以实现医疗器械的监测、病人的远程监控和诊断等方面。

嵌入式系统的组成嵌入式系统通常由处理器、存储器、输入输出设备和各种外设接口组成。

其中，处理器是系统的核心部分，它负责对数据的处理和计算。

存储器用于存储程序和数据，包括程序存储器和数据存储器。

输入输出设备则是连接系统与外界的接口，包括显示器、键盘、鼠标、摄像头、麦克风等。

外设接口则是系统与各种外设进行通讯的接口，包括串口、并口、USB、网口等。

嵌入式系统的开发嵌入式系统的开发包括硬件开发和软件开发两个方面。

硬件开发主要包括电路原理设计、PCB设计、射频设计等，软件开发则分为低层驱动程序开发和应用程序开发两个部分。

低层驱动程序主要包括系统启动代码、操作系统内核、设备驱动程序等。

应用程序则是根据需求编写的具体程序，它能实现系统的各种功能，如数据采集、数据处理、通讯控制、用户界面等。

嵌入式系统的发展趋势随着科技的不断发展，嵌入式系统的应用范围越来越广泛，发展趋势也越来越明显。

其主要体现在以下几个方面：1. 泛在化：嵌入式系统将越来越普及和多样化，从智能手机、平板电脑、智能电视、智能家电等到车联网、智能交通、医疗健康、智能城市等领域。

嵌入式考点整理-王勇浙大第二版1.嵌入式系统的定义:以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、对系统的功能、可靠性、成本、体积、功耗等有严格要求的专用计算机系统。

P1嵌入式系统基本特征：P21）具有特定的功能，用于特定的任务2）极其关注成本3)有功耗要求4）有实时性要求5)运行环境广泛6）软件通常要求固态化存储7）软硬件可靠性要求更高8)具有较长的生命周期；2.嵌入式系统可以分为哪几类，比如依据使用的微处理器划分P5嵌入式微控制器（MCU=MicroConctroller Unit单片机）低端的微控制器嵌入式微处理器（MPU=MicroProcessor Unit）中高端的嵌入式微处理器嵌入式DSP处理器（Digital Signal Processor）通信领域的DSP 系统嵌入式片上系统（SOC=System on Chip）高度集成的片上系统3.嵌入式操作系统的特点：P12P1651.可剪裁性2.可移植性3.可靠性4.功耗管理5.实时性操作系统：连接计算机硬件与应用程序的系统程序组成：与硬件相关的底层驱动软件，系统内核，设备驱动接口，通信协议，图形界面等4.嵌入式系统开发与设计的主要步骤:P14需求分析，详细说明，结构设计，组件设计，系统集成5.操作系统的基本功能P12进程管理，进程间通信与同步，内存管理，I/O资源管理6.实时操作系统的概念实时系统（RTOS）是具有实时性且能支持实时控制系统工作的操作系统。

其首要任务是调动一切可利用的资源来完成实时控制任务，其次才着眼于提高计算机系统的使用效率，其重要特点是通过任务调度来满足对于重要事件在规定时间内做出正确的响应。

【特征：实时性：实时系统所产生的结果在时间上有严格的要求，只有符合时间要求的结果才是正确的。

并行性：要求系统有并行处理能力，以便能同时相应来自不同端口的输入信号。

多路性：对多个不同的现场进行采集，以及对多个对象和多个执行实行控制。