嵌入式系统原理及应用教程第6章

ARM嵌入式系统基础教程周立功等编著北京航空航天大学出版社2005年1月定价：32.00元内容简介本书是《ARM嵌入式系统系列教程》中的理论课教材。

以PHILIPS公司LPC2000系列ARM微控制器为例，深入浅出地介绍嵌入式系统开发的各个方面。

全书共分为3部分：第1章和第2章为理论部分，主要介绍嵌入式系统的概念及开发方法。

第3～5章为基础部分，主要介绍ARM7体系结构、指令系统及LPC2000系列ARM微控制器的结构原理。

第6～8章为应用部分，主要以LPC2000系列微控制器为例介绍如何设计嵌入式系统，包括硬件的设计、μC/OSII的移植以及建立软件开发平台的方法。

本书可以作为高等院校电子、自动化、机电一体化计算机等相关专业嵌入式系统课程的教材，也可作为从事嵌入式系统应用开发工程师的参考资料。

本书配套多媒体教学课件。

序1. ARM嵌入式系统的发展趋势由于网络与通信技术的发展，嵌入式系统在经历了近20年的发展历程后，又进入了一个新的历史发展阶段，即从普遍的低端应用进入到一个高、低端并行发展，并且不断提升低端应用技术水平的时代，其标志是近年来32位MCU的发展。

32位MCU的应用不会走8位机百花齐放、百余种型号系列齐上阵的道路，这是因为在8位机的低端应用中，嵌入对象与对象专业领域十分广泛而复杂；而当前32位MCU的高端应用则多集中在网络、通信和多媒体技术领域，32位MCU将会集中在少数厂家发展的少数型号系列上。

在嵌入式系统高端应用的发展中，曾经有众多的厂家参与，很早就有许多8位嵌入式MCU厂家实施了8位、16位和32位机的发展计划。

后来，8位和32位机的技术扩展侵占了16位机的发展空间。

传统电子系统智能化对8位机的需求使这些厂家将主要精力放在8位机的发展上，形成了32位机发展迟迟不前的局面。

当网络、通信和多媒体信息家电业兴起后，出现了嵌入式系统高端应用的市场；而在嵌入式系统的高端应用中，进行多年技术准备的ARM公司适时地推出了32位ARM系列嵌入式微处理器，以其明显的性能优势和知识产权平台扇出的运行方式，迅速形成32位机高端应用的主流地位，以至于使不少传统嵌入式系统厂家放弃了自己的32位发展计划，转而使用ARM内核来发展自己的32位MCU。

《嵌入式系统应用》课程标准一、课程概要二、课程定位本课程是电子信息工程技术专业的一门核心必修课，是培养学生专业技能的重要组成部分。

在人才培养方案中，本课程支撑学生熟悉嵌入式系统开发的基本理论和工作原理，基本掌握嵌入式应用系统的设计方法，具有初步的嵌入式产品的维护、设计和开发能力，能够利用 Keil—MDK—ARM软件进行嵌入式微控制器的仿真和调试。

三、教学目标（一）知识目标1.了解嵌入式系统相关知识；2.掌握嵌入式C语言的编程特点；3.了解STM32标准外设库编程的特点；4.掌握STM32微控制器GPIO、定时器、PWM输出、中断、串口、AD转换器、DMA控制器等外设的编程方法；5.掌握STM32微控制器驱动彩色LCD显示、WIFI模块以及与物联网云平台的连通方法。

6.通过以上学习初步掌握嵌入式应用系统的设计思路和设计方法。

（二）能力目标1.能设计嵌入式应用系统控制程序；2.能进行嵌入式系统的程序调试；3.具有初步的嵌入式电子产品设计能力；4.具有较强的思考、分析和解决问题的能力；（三）素质目标1.培养学生严谨、细致、规范的职业素质；2.培养学生团队协作、表达沟通能力；3.培养学生跟踪新技术、创新设计能力；4.培养技术标准意识、操作规范意识、服务质量意识等。

四、课程设计本课程以培养目标为起点，选取“帆板角度测量与控制装置”作为整个课程的项目载体，将课程内容分解成10个能力模块，每一个模块对应一个具体的实训项目，每一个实训项目分解成若干个知识技能点，形成了以模块化实训项目为骨架、以技能知识点为内容的实践导向结构化课程内容体系。

在教学设计方面，以项目为驱动，突出实践性、知识性、职业性，体现“教、学、做合一”的设计理念。

实训项目导向的结构化课程内容设计如图1所示。

图1 实践导向的结构化课程内容设计五、教学内容安排六、教学实施（一）教学团队本课程负责人由具备较高专业技术水平、教学经验丰富、教学特色鲜明、具有副高以上专业技术职务的教师担任，并建立职称、学历、年龄等结构合理的专兼结合的“双师型”教学团队，每40人的标准班配备1名任课教师。

嵌入式系统原理及应用课后答案
嵌入式系统是一种专门针对特定应用领域设计的计算机系统，
它通常被嵌入到各种设备中，以实现特定的功能。

嵌入式系统的应
用范围非常广泛，涉及到汽车、家电、医疗设备、工业控制等诸多
领域。

在现代社会中，嵌入式系统已经成为各种智能设备的核心，
其重要性不言而喻。

嵌入式系统的原理主要包括硬件和软件两个方面。

在硬件方面，嵌入式系统通常采用专用的微处理器或微控制器作为核心处理器，
配合各种外围设备，如存储器、输入输出设备等，构成完整的系统。

而在软件方面，嵌入式系统的软件通常由嵌入式操作系统和应用程
序组成，其中嵌入式操作系统具有实时性和高效性的特点，能够保
证系统的稳定运行。

在嵌入式系统的应用中，我们需要考虑的问题非常多。

首先，
我们需要充分了解所涉及的应用领域，明确系统的功能和性能需求。

其次，我们需要选择合适的硬件平台和软件开发工具，以确保系统
能够满足需求。

最后，我们需要进行系统的设计和实现，同时进行
充分的测试和调试，以保证系统的稳定性和可靠性。

对于嵌入式系统的开发人员来说，需要具备扎实的硬件和软件知识，同时需要具备良好的团队合作和沟通能力。

此外，对于特定领域的应用，还需要具备相关的专业知识，以确保系统能够满足特定领域的需求。

总的来说，嵌入式系统的原理及应用涉及到硬件、软件、应用领域等诸多方面，需要开发人员具备全面的知识和技能。

只有不断学习和积累经验，才能够在嵌入式系统领域取得成功。

希望通过本文的介绍，能够对嵌入式系统的原理及应用有更深入的了解，为相关领域的开发工作提供一定的帮助。

课程编号：“嵌入式系统设计”课程教学大纲Embeded System Design Course Outline50学时 3学分一、课程的性质、目的及任务嵌入式系统设计是计算机科学与技术专业的一门专业基础课程。

随着后PC时代的到来，以高速度、高可靠、低功耗为特征的嵌入式系统的应用日益广泛和深入，嵌入式系统设计在计算机科学与技术专业课程体系中的地位愈发重要。

通过本课程的学习，掌握嵌入式系统的组成和基本原理、ARM体系结构特点、嵌入式系统设计的一般原理及方法、以及嵌入式操作系统的基本原理及应用等。

二、适用专业——计算机科学与技术三、先修课程——计算机组成原理、微型计算机技术、汇编语言、C语言程序设计四、课程的基本要求通过本课程的学习，学生应能达到下列要求：1.掌握嵌入式系统的概念、体系结构、系统组成及设计方法；2.掌握ARM7的微处理器结构和指令系统以及嵌入式系统的分析与设计方法，了解嵌入式操作系统和嵌入式网络技术；3.掌握以S3C44B0系列嵌入式微处理器的硬件资源、指令系统，并以它为核心，能够进行实际系统的设计与分析；4.通过实例学习，重点掌握嵌入式系统的应用开发。

五、课程的教学内容(一)课堂讲授的教学内容0．绪论嵌入式系统开发基础（基本概念、组成结构、硬件组成、操作系统、应用软件开发、嵌入式系统开发流程）1．ARM体系结构及汇编指令集ARM技术概述；ARM处理模式和状态、ARM存储器组织、ARM异常中断；ARM寻址方式；ARM指令集、Thumb 指令集、ARM汇编程序规范、ARM汇编程序特点2．基于ARM的嵌入式系统程序设计基础ARM汇编语言程序设计、嵌入式C语言程序设计及技巧、C语言与汇编语言混合编程、基于ARM的软件开发环境3．基于ARM核微处理器S3C44B0X的扩展接口技术S3C44B0X微处理器及其硬件开发平台、基于S3C44B0X的嵌入式系统体系结构；存储器扩展接口、UART异步串行接口、USB设备接口、通用I/O口应用、A/D和D/A接口应用。

《嵌入式系统开发与应用》教学教案一、教学目标1. 了解嵌入式系统的概念、特点和应用领域。

2. 掌握嵌入式系统的基本组成和开发流程。

3. 学习嵌入式操作系统的基本原理和常用操作系统。

4. 掌握嵌入式系统编程方法和常用编程工具。

5. 培养学生的嵌入式系统设计和开发能力。

二、教学内容1. 嵌入式系统概述1.1 嵌入式系统的定义1.2 嵌入式系统的特点1.3 嵌入式系统的应用领域2. 嵌入式系统的基本组成2.1 硬件平台2.2 软件系统2.3 中间件和驱动程序3. 嵌入式系统开发流程3.1 需求分析3.2 硬件选型和系统设计3.3 软件开发3.4 系统集成与测试3.5 产品发布与维护4. 嵌入式操作系统原理4.1 嵌入式操作系统的概念4.2 嵌入式操作系统的分类4.3 嵌入式操作系统的特点4.4 常用嵌入式操作系统介绍5. 嵌入式系统编程方法5.1 嵌入式编程语言5.2 嵌入式系统编程工具5.3 嵌入式系统编程规范5.4 嵌入式系统编程实例三、教学方法1. 讲授法：讲解嵌入式系统的基本概念、原理和开发流程。

2. 案例分析法：分析实际项目中的嵌入式系统设计和开发案例。

3. 实验法：动手实践，掌握嵌入式系统编程方法和工具。

4. 小组讨论法：分组讨论，培养团队合作能力。

四、教学资源1. 教材：《嵌入式系统开发与应用》2. 课件：教学PPT3. 实验设备：嵌入式开发板、编程器、仿真器等4. 在线资源：相关论文、博客、教程、论坛等五、教学评价1. 课堂参与度：观察学生在课堂上的发言和讨论情况。

2. 作业完成情况：评估学生作业的质量和完成速度。

3. 实验报告：评估学生在实验过程中的操作能力和解决问题的能力。

4. 期末考试：测试学生对嵌入式系统开发与应用知识的掌握程度。

六、教学内容6. 嵌入式系统硬件平台6.1 微控制器(MCU)6.2 应用处理器(AP)6.3 系统级芯片(SoC)6.4 硬件选型的考虑因素7. 嵌入式系统软件系统7.1 固件编程7.2 嵌入式操作系统7.3 中间件与驱动程序开发7.4 软件开发工具与环境8. 嵌入式系统中间件与驱动程序8.1 中间件的概念与作用8.2 常用中间件介绍8.3 驱动程序的概念与开发8.4 设备驱动程序的框架9. 嵌入式系统项目开发流程9.1 需求分析与规格说明书编写9.2 硬件设计与选型9.3 软件设计与开发9.4 系统集成与测试9.5 项目管理与迭代10. 嵌入式系统案例分析与实践10.1 案例选择与分析10.2 系统设计与开发过程10.3 项目实施与调试10.4 项目报告与评审七、教学方法1. 案例分析法：通过分析具体的嵌入式系统项目案例，使学生了解项目开发的实际过程。

《嵌入式系统设计与应用》教案嵌入式系统设计与应用教案一、课程背景和目标嵌入式系统是现代科技领域的重要组成部分，广泛应用于各行各业。

本课程旨在通过系统性的研究和实践，培养学生在嵌入式系统设计与应用方面的能力和技巧。

二、教学内容和方法2.1 教学内容- 嵌入式系统的概念和发展历程- 嵌入式系统的硬件平台和软件工具- 嵌入式系统的设计原理和方法- 嵌入式系统的应用案例分析2.2 教学方法- 理论讲解与案例分析相结合，通过实际案例加深学生对嵌入式系统的理解。

- 实验演示和实践操作，培养学生的实际操作能力和解决问题的能力。

三、教学计划3.1 教学时间分配本课程共设30学时，具体时间分配如下：- 前10学时：嵌入式系统概述和基础知识- 中间10学时：嵌入式系统设计原理和方法- 后10学时：嵌入式系统应用案例分析3.2 教学目标- 了解嵌入式系统的基本概念和发展历程。

- 掌握嵌入式系统的硬件平台和软件工具。

- 能够独立设计和实现简单的嵌入式系统。

- 能够分析和解决嵌入式系统应用中的问题。

四、教学评估方法4.1 课堂表现评估- 参与度：学生在课堂上积极参与讨论和提问的程度。

- 案例分析：学生对课堂案例分析的理解和分析能力。

4.2 实践操作评估- 实验报告：学生进行实验操作并撰写实验报告的质量和准确性。

- 项目设计：学生独立完成小型嵌入式系统设计和实施的能力。

五、教材和参考资料5.1 教材- 《嵌入式系统设计与应用教程》- 《嵌入式系统设计与开发实例解析》5.2 参考资料- 《嵌入式系统原理与实践》- 《ARM Cortex-M系列嵌入式系统设计与应用》以上是《嵌入式系统设计与应用》教案的详细内容和安排。

通过本课程的学习，学生将能够全面了解和掌握嵌入式系统设计与应用的基本原理和方法，并具备实际操作和解决问题的能力。

第一章嵌入式系统概论1.嵌入式系统的定义是什么？答：以应用为中心，以计算机技术为基础，硬件、软件可裁剪，功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。

2.简述嵌入式系统的主要特点。

答：（1）功耗低、体积小、具有专用性（2）实时性强、系统内核小（3）创新性和高可靠性（4）高效率的设计（5）需要开发环境和调试工具3. 嵌入式系统一般可以应用到那些领域？答：嵌入式系统可以应用在工业控制、交通管理、信息家电、家庭智能管理系统、网络及电子商务、环境监测和机器人等方面。

4. 简述嵌入式系统的发展趋势答：（1）嵌入式应用的开发需要强大的开发工具和操作系统的支持（2）连网成为必然趋势（3）精简系统内核、算法，设备实现小尺寸、微功耗和低成本（4）提供精巧的多媒体人机界面（5）嵌入式软件开发走向标准化5.嵌入式系统基本架构主要包括那几部分？答：嵌入式系统的组织架构是由嵌入式处理器、存储器等硬件、嵌入式系统软件和嵌入式应用软件组成。

嵌入式系统一般由硬件系统和软件系统两大部分组成，其中，硬件系统包括嵌入式处理器、存储器、I/O系统和配置必要的外围接口部件；软件系统包括操作系统和应用软件。

6.嵌入式操作系统按实时性分为几种类型，各自特点是什么？答：（1）具有强实时特点的嵌入式操作系统。

（2）具有弱实时特点的嵌入式操作系统。

（3）没有实时特点的嵌入式操作系统。

第二章嵌入式系统的基础知识1.嵌入式系统体系结构有哪两种基本形式？各自特点是什么？答：冯诺依曼体系和哈佛体系。

冯诺依曼体系结构的特点之一是系统内部的数据与指令都存储在同一存储器中，其二是典型指令的执行周期包含取指令TF，指令译码TD，执行指令TE，存储TS四部分，目前应用的低端嵌入式处理器。

哈佛体系结构的特点是程序存储器与数据存储器分开，提供了较大的数据存储器带宽，适用于数据信号处理及高速数据处理的计算机。

2.在嵌入式系统中采用了哪些先进技术？答：（1）流水线技术（2）超标量执行（3）总线和总线桥3.简述基于ARM架构的总线形式答：ARM架构总线具有支持32位数据传输和32位寻址的能力，通过先进微控制器总线架构AMBA支持将CPU、存储器和外围都制作在同一个系统板中。

嵌入式技术与应用开发项目教程（STM32版）习题答案项目一LED控制设计与实现1-1 嵌入式系统是如何定义的？嵌入式系统（Embedded system），是一种“完全嵌入受控器件内部，为特定应用而设计的专用计算机系统”，根据IEEE（国际电气和电子工程师协会）的定义：嵌入式系统是控制、监视或辅助设备、机器或用于工厂运作的设备。

目前，国内普遍认同的嵌入式系统定义是：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、功耗等严格要求的专用计算机系统。

1-2 嵌入式系统具有哪些特点？嵌入式系统具有以下几个显著特点：（1）嵌入式系统是面向特定应用；（2）软件要求固态化存储；（3）嵌入式系统的硬件和软件都必须具备高度可定制性；（4）嵌入式系统的生命周期较长；（5）嵌入式系统开发需要开发工具和环境。

1-3 ARM Cortex-M3处理器是哪几个部分组成？嵌入式系统一般是由嵌入式处理器、存储器、输入输出和软件（嵌入式设备的应用软件和操作系统是紧密结合的）等4部分组成。

1-4 简述STM32F103系列产品的命名规则。

STM32F103系列产品的命名规则，是按照“STM32F103XXYY”格式来命名的，具体含义如下：（1）产品系列：STM32是基于ARM Cortex-M3内核设计的32位微控制器；（2）产品类型：F是通用类型；（3）产品子系列：101是基本型、102是USB基本型（USB全速设备）、103是增强型、105或107是互联型；（4）引脚数目（第一个X）：T是36脚、C是48脚、R是64脚、V是100脚、Z是144脚；（5）闪存存储器容量（第二个X）：4是16K、6是32K、8是64K、B是128K、C是256K、D是384K、E是512K；（6）封装（第一个Y）：H是BGA、T是LQFP、U是VFQFPN、Y是WLCSP64；（7）温度范围（第二个Y）：6是工业级温度范围-400C~850C、7是工业级温度范围-400C~1050C。

mcs-51单片机原理及应用教程MCS-51单片机是一种用于嵌入式系统的微处理器，它广泛应用于各种电子设备中。

本教程将介绍MCS-51单片机的原理和应用。

在接下来的内容中，我们将从基本概念开始，逐步深入了解MCS-51单片机的工作原理和常见应用。

1. 概述MCS-51单片机是由Intel公司于20世纪80年代推出的一种8位微处理器。

它包括中央处理器(CPU)、存储器、输入/输出(I/O)接口和定时器等功能模块，可以完成各种数据处理和控制任务。

2. 架构和指令集MCS-51单片机采用哈佛架构，即指令存储器和数据存储器分开存储的结构。

它的指令集包括基本指令、算术指令、逻辑指令和控制指令等，可以完成各种数据操作和控制流程。

3. 存储器和寄存器MCS-51单片机具有内部存储器和外部扩展存储器。

内部存储器包括程序存储器和数据存储器，用于存储指令和数据。

此外，MCS-51单片机还包括多个特殊功能寄存器，用于存储控制和状态信息。

4. 输入/输出(I/O)MCS-51单片机具有多个I/O口，用于连接外部设备。

通过配置I/O口的输入和输出模式，可以实现与外界的数据交换和控制。

5. 中断和定时器MCS-51单片机支持中断功能，可以在特定条件下中断正在执行的程序，并转向处理中断程序。

此外，MCS-51单片机还包含多个定时器/计数器，用于生成精确的时间控制和测量。

6. 应用领域MCS-51单片机广泛应用于各种嵌入式系统中，包括家电、通信设备、汽车电子和工业控制等。

它的低成本、低功耗和高可靠性使其成为许多应用场景的首选。

综上所述，MCS-51单片机是一种功能强大的嵌入式微处理器，具有丰富的功能和广泛的应用领域。

通过学习MCS-51单片机的原理和应用，我们可以更好地理解和应用该技术，为嵌入式系统的开发和设计提供支持。