第2章 嵌入式系统硬件开发平台(新)1
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嵌入式系统开发嵌入式系统是指内嵌在其他设备或系统中,实现特定功能的计算机系统。
它通常集成了硬件和软件,通过专门的开发平台进行开发和编程。
嵌入式系统广泛应用于各个领域,如汽车、家电、医疗设备、通信设备等。
本文将围绕嵌入式系统开发展开,介绍嵌入式系统的基本原理、开发流程以及相关技术。
一、嵌入式系统的基本原理嵌入式系统的基本原理是将处理器、存储器、输入输出设备等硬件组件集成在一起,通过操作系统和应用程序实现特定的功能需求。
常见的嵌入式系统采用单片机或微处理器作为核心处理器,具有较小的体积和功耗。
嵌入式系统的设计需要考虑硬件平台的选择、外设的接口设计、系统调度和任务管理等方面。
同时,软件开发也是嵌入式系统的重要组成部分,包括操作系统的移植、设备驱动程序的编写以及应用程序的开发。
二、嵌入式系统开发流程嵌入式系统的开发流程包括需求分析、硬件设计、软件开发、集成测试和发布等环节。
下面将逐一介绍各个环节的内容。
1. 需求分析在嵌入式系统开发之前,需要明确系统的功能需求和性能要求。
通过与用户沟通和需求分析,确定硬件平台、输入输出设备和外部接口等方面的需求。
2. 硬件设计硬件设计是指基于嵌入式系统的功能需求,选择合适的处理器、存储器、外设等硬件组件,并进行相应的电路设计和PCB布局。
硬件设计需要考虑系统的稳定性、扩展性和功耗等因素。
3. 软件开发软件开发是嵌入式系统开发的关键环节。
首先,根据硬件平台的选择,进行操作系统的移植和配置。
然后,编写设备驱动程序,实现对外设的控制和数据交换。
最后,根据系统需求,开发应用程序,实现特定功能。
4. 集成测试集成测试是将硬件和软件进行整合,测试系统的功能和性能是否满足需求。
通过功能测试、性能测试和稳定性测试,发现并修复系统中的缺陷和问题。
5. 发布在集成测试通过后,将嵌入式系统制作成最终产品,进行出厂测试和质量控制。
然后,将产品发布给客户或上线市场。
三、嵌入式系统开发的相关技术嵌入式系统开发涉及到多个技术领域,下面将介绍几个重要的技术。
第一章思考与练习1、举出3个书本中未提到的嵌入式系统的例子。
答:红绿灯控制,数字空调,机顶盒2、什么叫嵌入式系统嵌入式系统: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。
3、什么叫嵌入式处理器?嵌入式处理器分为哪几类?嵌入式处理器是为完成特殊的应用而设计的特殊目的的处理器。
嵌入式微处理器(Embedded Microprocessor Unit, EMPU)嵌入式微控制器(Microcontroller Unit, MCU)嵌入式DSP 处理器(Embedded Digital Signal Processor, EDSP)嵌入式片上系统(System On Chip)4、什么是嵌入式操作系统?为何要使用嵌入式操作系统?是一段在嵌入式系统启动后首先执行的背景程序,首先,嵌入式实时操作系统提高了系统的可靠性。
其次,提高了开发效率,缩短了开发周期。
再次,嵌入式实时操作系统充分发挥了32 位CPU 的多任务潜力。
第二章1、嵌入式系统项目开发的生命周期分哪几个阶段?各自的具体任务是什么?项目的生命周期一般分为识别需求、提出解决方案、执行项目和结束项目4 个阶段。
识别需求阶段的主要任务是确认需求,分析投资收益比,研究项目的可行性,分析厂商所应具备的条件。
提出解决方案阶段由各厂商向客户提交标书、介绍解决方案。
执行项目阶段细化目标,制定工作计划,协调人力和其他资源;定期监控进展,分析项目偏差,采取必要措施以实现目标。
结束项目阶段主要包括移交工作成果,帮助客户实现商务目标;系统交接给维护人员;结清各种款项。
2、为何要进行风险分析?嵌入式项目主要有哪些方面的风险?在一个项目中,有许多的因素会影响到项目进行,因此在项目进行的初期,在客户和开发团队都还未投入大量资源之前,风险的评估可以用来预估项目进行可能会遭遇的难题。
需求风险;时间风险;资金风险;项目管理风险3、何谓系统规范?制定系统规范的目的是什么?规格制定阶段的目的在于将客户的需求,由模糊的描述,转换成有意义的量化数据。
嵌入式系统原理与应用实验栗华编着山东大学信息科学与工程学院二零一四年三月目录第一章实验硬件平台1.1北京博创UP-TECH三合一实验箱简介本实验指导书所依赖的硬件平台为北京博创兴盛科技有限公司生产的一种ARM9/Xscale经典三核心教学科研平台(型号:UP-TECHS2410/S2440/P270),本平台兼容PXA270核心CPU及S3C2410、S2440核心CPU的全部功能,是北京博创多年来嵌入式教学产品开发经验的结晶。
这里选配的是S3C2440核心板。
图1-1UP-CUP三合一实验箱外观应用案例:※支持Linux、WinCE、Vxworks、μC/OS-Ⅱ4套操作系统;※核心板可更换,同时拥有ARM9(S3C2410和S3C2440)和XScale(PXA270);※中国电子学会嵌入式工程师认证考试和师资培训指定平台;硬件资源:软件资源结构说明图1-2UP-TECH三合一实验箱实物结构图1-2UP-TECH三合一实验箱框图结构图1-3UP-TECH三合一实验箱框图结构版图1.2跳线设置参考说明:◆PCB上所有“EXPORT”丝印字符表示168Pin扩展槽◆JP1401RESET-SEL:设置复位电路,位置JTAG20插座下方。
1-2:ICE的ICE-TRST复位信号可以控制系统复位信号RESET。
2-3:ICE的ICE-TRST复位信号不可以控制系统复位信号RESET。
◆JP1402JTAGSEL:选择JTAG电路,位置JTAG20插座下方。
1-2:使能板载的UP-LINKJTAG电路。
2-3:使用外部的JTAG电缆或者ARMICE仿真器。
◆JP1103TXD1-SEL◆JP1104RXD1-SEL:UART1选择扩展槽或者RS232的DB9插座。
1-2:UART1连接RS232-1,从DB9串口插座输出。
2-3:UART1连接到扩展槽。
◆JP1101TXD2-SEL◆JP1102RXD2-SEL:UART2选择跳线,分别为RS485、IrDA、扩展槽1-2:UART2连接到RS485总线上。
嵌入式系统课程大纲第一部分:课程简介嵌入式系统是现代科技领域中非常重要的一个分支。
本课程旨在介绍嵌入式系统的概念、原理和应用,并通过实际案例来培养学生的实践能力和创新思维。
本课程的大纲将详细介绍课程的目标、内容、教学方法和评估方式。
第二部分:课程目标本课程的目标主要包括以下几个方面:1. 理解嵌入式系统的基本概念和原理;2. 掌握嵌入式系统的设计和开发方法;3. 熟悉常用的嵌入式系统平台和工具;4. 培养学生的实践能力和解决问题的能力;5. 培养学生的团队协作和沟通能力。
第三部分:课程内容本课程主要包括以下几个模块:模块一:嵌入式系统基础1. 嵌入式系统概述- 嵌入式系统定义和特点- 嵌入式系统的应用领域和发展趋势2. 嵌入式系统原理- 处理器架构和指令集- 内存和外设的访问方式- 中断和异常处理机制模块二:嵌入式系统设计1. 嵌入式系统设计流程- 系统需求分析- 系统架构设计- 硬件和软件设计- 系统验证和调试2. 嵌入式系统设计方法- 硬件描述语言(HDL)的应用- 硬件/软件协同设计方法- 电路板设计和布局模块三:嵌入式系统开发1. 嵌入式系统开发工具和环境- 开发板和开发套件的选择和使用- 嵌入式操作系统的选择和配置- 开发和调试工具的使用2. 嵌入式软件开发- 嵌入式软件架构和设计- 嵌入式软件编程语言和工具- 驱动程序和应用软件的开发第四部分:教学方法1. 理论讲授:通过课堂授课介绍嵌入式系统的相关概念和原理。
2. 实践操作:通过实验和项目实践培养学生的实际操作能力。
3. 讨论互动:组织学生进行小组讨论和案例分析,促进学生之间的交流和合作。
4. 实例演示:通过真实的案例演示,展示嵌入式系统的应用和开发过程。
第五部分:评估方式1. 平时表现:包括课堂参与、作业完成情况等。
2. 实验和项目报告:学生通过完成实验和项目,并撰写实验报告和项目报告来展示实践能力。
3. 期末考试:对学生对嵌入式系统相关概念和原理的掌握程度进行考核。
嵌入式系统教案李震一、教案概述本教案旨在为广大嵌入式系统学习者提供一个全面、系统的学习路线,通过讲解基本概念、原理及实际应用,使学习者能够熟练掌握嵌入式系统的基本知识,具备实际项目开发能力。
本教案适用于嵌入式系统及相关专业的本科生、研究生和从业人员。
二、教学目标1. 理解嵌入式系统的概念、特点和应用领域;2. 掌握嵌入式系统硬件平台的基本组成;3. 熟悉嵌入式操作系统的基本原理及常用嵌入式操作系统;4. 学会嵌入式系统软件开发的基本方法;5. 能够运用所学知识分析和解决实际嵌入式系统问题。
三、教学内容第一章:嵌入式系统概述1.1 嵌入式系统的定义及特点1.2 嵌入式系统的应用领域1.3 嵌入式系统的发展趋势第二章:嵌入式系统硬件平台2.1 嵌入式处理器2.2 存储器2.3 输入输出接口2.4 嵌入式系统硬件设计方法第三章:嵌入式操作系统3.1 嵌入式操作系统的基本原理3.2 常用嵌入式操作系统简介3.3 嵌入式操作系统的选择与评估第四章:嵌入式系统软件开发4.1 嵌入式软件开发流程4.2 嵌入式编程语言4.3 嵌入式软件调试与测试第五章:嵌入式系统项目实践5.1 嵌入式系统项目开发流程5.2 基于嵌入式系统的应用案例分析5.3 项目实践案例讲解四、教学方法1. 采用讲授、讨论、实验相结合的方式进行教学;2. 使用实际案例进行分析,使学生更好地理解嵌入式系统的应用;3. 鼓励学生进行项目实践,提高实际动手能力;4. 定期进行课后作业和测试,检查学生学习效果。
五、教学资源1. 教材:《嵌入式系统原理与应用》等;2. 实验设备:嵌入式开发板、编程器、仿真器等;3. 网络资源:相关技术博客、论坛、学术论文等。
六、课程评估1. 课后作业:考察学生对课堂所学知识的理解和运用;2. 实验报告:评估学生在实验过程中的动手能力和问题解决能力;3. 课程论文:考察学生对嵌入式系统某一领域的深入研究;4. 期末考试:全面测试学生对本门课程的掌握程度。
嵌入式硬件开发1. 简介嵌入式硬件开发是指在嵌入式系统中设计、开发和测试硬件部分的过程。
嵌入式系统是一种特定功能的计算机系统,通常作为独立设备或嵌入到其他设备中,随时执行特定任务。
嵌入式硬件开发涉及到硬件电路的设计、原型制作以及与软件的协同工作。
2. 嵌入式硬件开发流程嵌入式硬件开发通常遵循以下步骤:(1)需求分析:明确嵌入式系统的功能需求和性能要求,根据需求确定硬件开发的方向。
(2)电路设计:根据需求分析,进行电路设计,包括选择适当的芯片、电路图设计、布局设计等。
(3)原型制作:使用专业的电路板制作工具,根据电路设计图制作原型电路板。
(4)硬件调试:将原型电路板与相关设备连接,进行硬件调试,测试电路的稳定性和性能。
(5)系统集成:将硬件开发的电路板与相应的软件进行集成,确保硬件与软件的协同工作。
(6)功能测试:对嵌入式系统进行全面的功能测试,验证硬件与软件的正确性和稳定性。
(7)优化改进:根据测试结果和用户反馈,对硬件进行优化改进,提升系统的性能和可靠性。
3. 嵌入式硬件开发的关键技术(1)电路设计:嵌入式硬件开发离不开电路设计,包括芯片选择和电路图设计等。
合理选择芯片,并进行精确的电路图设计,能够提高嵌入式系统的性能。
(2)PCB设计:PCB(Printed Circuit Board)是嵌入式硬件的核心部分,设计良好的PCB可以提高电路的稳定性和可靠性。
(3)信号完整性:高速信号传输会受到信号完整性的影响,通过合理布局和电路设计,可以减小信号完整性问题对系统性能的影响。
(4)嵌入式系统与外设的接口设计:嵌入式系统通常需要与外部设备进行通信,设计合理的接口和协议能够确保系统的稳定性和与外设的正常通信。
(5)功耗管理:在嵌入式设备中,功耗是一个重要的考虑因素。
通过合理设计和优化,减小功耗可以延长设备的使用时间。
4. 常见的嵌入式开发工具和平台(1)软件开发工具:常用的嵌入式软件开发工具有Keil MDK、IAR Embedded Workbench等。
第 1 章嵌入式系统基础1. 什么是嵌入式系统?它由哪几部分组成?有何特点?写出你所想到的嵌入式系统。
答:(1)定义:国内对嵌入式系统的一般定义是:以应用为中心,以计算机技术为基础,软硬件可裁剪,从而能够适应实际应用中对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统。
(2)组成:嵌入式处理器、外围设备、嵌入式操作系统和应用软件等几部分组成。
(3)特点: a. 软硬件一体化,集计算机技术、微电子技术、行业技术于一体;b. 需要操作系统支持,代码小,执行速度快;c. 专用紧凑,用途固定,成本敏感;d. 可靠性要求高;e. 多样性,应用广泛,种类繁多。
(4)嵌入式系统:个人数字助理(PDA、机顶盒(STB、IP电话。
2. 嵌入式处理器分为哪几类?答:( 1、低端的微控制器( MicroController Unit,MCU 、;( 2、中高端的嵌入式微处理器( Embeded MicroProcessor Unit,EMPU 、;(3)通信领域的DSP处理器(Digital Signal ProcessorQSP );(4、高度集成的片上系统( System on Chip,SoC、。
3. ARM英文原意是什么?它是一个怎样的公司?其处理器有何特点?答:(1、英文原意:Advaneed RISC Machines。
高级精简指令集机器。
(2)公司简介:该公司是全球领先的16/32位RISC微处理器知识产权设计供应商,通过将其高性能、低成本、低功耗的RISC微处理器、外围和系统芯片设计技术转让给合作伙伴来生产各具特色的芯片。
ARh公司已成为移动通信、手持设备、多媒体数字消费嵌入式解决方案的RISC标准。
(3)其处理器特点: a. 小体积、低功耗、低成本而高性能; b.16/32 位双指令集; c. 全球的合作伙伴众多。
4. 什么是实时系统?它有哪些特征?如何分类?答:(1)实时系统的定义:实时系统(Real Time System)是指产生系统输出的时间对系统至关重要的系统。
全新学生嵌入式系统设计平台NI myRIO简介1. 概述NI myRIO是NI针对教学和学生创新应用而最新推出的嵌入式系统开发平台。
NI myRIO内嵌Xilinx Zynq芯片,使学生可以利用双核ARM Cortex-A9的实时性能以及Xilinx FPGA可定制化I/O,学习从简单嵌入式系统开发到具有一定复杂度的系统设计。
NI myRIO的便携性、快速开发体验以及丰富的配套资源和指导书,使学生在较短时间内就可以独立开发完成一个完整的嵌入式工程项目应用,特别适合用于控制、机器人、机电一体化、测控等领域的课程设计或学生创新项目。
由于NI myRIO是一款针对学生创新应用的平台,因此在产品开发之初即确定了以下重要特点:✓易于上手使用:引导性的安装和启动界面可使学生更快地熟悉操作。
✓编程开发简单:支持用LabVIEW或C/C++对ARM进行编程,LabVIEW中包含大量现成算法函数,同时针对NI myRIO上的各种I/O接口提供经过优化设计的现成驱动函数,方便快速调用,甚至比使用数据采集(DAQ)设备还要方便;如果学生需要对FPGA进行自定义编程,可采用LabVIEW图形化编程方式进行开发。
✓安全性:直流供电,根据学生用户特点增设特别保护电路。
✓便携性同时,NI myRIO是一款真正面向实际应用的学生嵌入式开发平台。
NI myRIO采用NI工业级标准可重配置I/O (RIO) 技术,与NI其他工业级的嵌入式监测与控制开发平台(如NI CompactRIO及NI Single-Board RIO)具有相似的系统结构和开发体验,学生通过NI myRIO获得相应的经验后可将其用于其他更加复杂的工业嵌入式应用开发或相关科研项目。
2. 型号与规格NI myRIO分为NI myRIO-1900与NI myRIO-1950两种型号,两种型号的主要区别是NI myRIO-1900带有外壳,同时多一组I/O接口,并支持Wifi连接。