嵌入式系统的工作原理
嵌入式系统是一种特殊的电子系统，它被设计用来执行特定的任务。与通用计算机不同，嵌入式系统通常被集成到其他设备中，例如家电、汽车、医疗设备、通信设备等。
嵌入式系统的工作原理如下：
1. 硬件部分：嵌入式系统的硬件由处理器、存储器、输入/输
出接口等组成。处理器是嵌入式系统的核心部件，其功能是执行指令和控制系统的操作。处理器的性能和体系结构会根据应用需求进行选择，常见的处理器有微控制器、ARM、DSP等。存储器负责存储程序和数据，包括随机存取存储器（RAM）
和只读存储器（ROM）。输入/输出接口连接外部设备，例如
传感器、显示器、通信模块等。
2. 软件部分：嵌入式系统的软件包括操作系统、应用程序和驱动程序。操作系统负责管理硬件资源，提供任务调度、输入/
输出管理、内存管理等功能。应用程序是嵌入式系统执行的具体任务，根据应用需求编写。驱动程序与特定硬件设备交互，驱动硬件执行输入/输出操作。
3. 系统设计与开发：在嵌入式系统开发过程中，需要进行系统设计和软硬件开发。系统设计包括需求分析、软硬件架构设计、接口定义等。软硬件开发包括编写软件代码、硬件电路设计、系统集成和测试等。
4. 实时性：嵌入式系统通常需要满足实时性要求，即根据系统
任务的需求，系统必须在特定的时间范围内响应和处理事件。可以通过硬实时和软实时两种方式来满足实时性需求。
总之，嵌入式系统通过硬件和软件的协同工作，根据特定需求执行任务，实现了对其他设备的控制和管理。
嵌入式系统的原理和应用 嵌入式系统是一种计算机系统，它通常是用于控制、监视、数据采集等特定目的的。与个人计算机和服务器等通用计算机系统不同，嵌入式系统的硬件和软件被特别设计和优化，以适应其特定用途的要求。本文将介绍嵌入式系统的工作原理和应用领域。 一、嵌入式系统的工作原理 嵌入式系统通常由处理器、存储器、输入输出接口电路、外设模块等组成。其核心是处理器，嵌入式系统所用的处理器性能越来越强大，从较老的8位、16位微控制器到现在的ARM Cortex-A 系列、RISC-V等高性能嵌入式处理器。 嵌入式系统可分为硬件和软件两个方面。嵌入式硬件和通用计算机硬件类似，都由处理器、存储器、I/O模块等部件组成。相比通用计算机硬件，嵌入式系统硬件的主要特征是小巧、低功耗，通常单板上能整合处理器、存储器、外设模块以及工业标准I/O接口。 嵌入式软件通常是裁剪优化过的，因为嵌入式系统的存储器容量有限，CPU速度也低于PC等通用计算机，所以软件需要更少的计算成本。通常情况下，嵌入式软件是为相应硬件设计的，并通过编程语言(如C/C++)来进行编写。嵌入式系统的软件基本上由一个实时操作系统（RTOS）和应用程序组成，RTOS通常是实时
性高、稳定性好的嵌入式系统操作系统，常见的RTOS产品有 uC/OS、FreeRTOS等。 嵌入式系统使用可升级的固件，这种固件是在嵌入式系统启动时加载到处理器的固定内存区域。由于它是硬件的一部分，因此它对CPU运行的速度、可靠性和稳定性都有重要影响。固件可以像软件一样升级，因此在需要升级时，制造商可以通过远程升级(OTA)来即时更新固件软件。 二、嵌入式系统的应用领域 近年来，嵌入式系统在各种领域广泛应用，包括飞行器、工业控制、医疗设备、智能家居、汽车电子、IoT等等。下面简单介绍一些典型的应用领域。 1. 工业自动化 嵌入式系统在工业控制、机器人、智能制造等领域得到广泛应用，可以实现工厂资产管理、自动化生产线、产品检测和数据采集等功能。嵌入式系统的低功耗、高稳定性、多通道I/O以及真正的实时运行能力，特别适合业界对高速度、高灵活性和高度精度的控制要求。 2. 医疗设备 看病看医生体验和治疗效果的提高，赖于先进的嵌入式技术。如在医疗器械领域，嵌入式系统可以用于实时生物参数监测、监
1.嵌入式系统的定义：一般都认为嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为根底，并且软硬件可裁剪，可满足应用系统对功能、可靠性、本钱、体积和功能有严格要求的专用计算机系统。 2.嵌入式系统的特征：〔1〕通常是面向特定应用的。具有功耗低、体积小和集成度高等特点。〔2〕硬件和软件都必须高效率地设计，量体裁衣，力争在同样的硅片面积上实现更高的性能，这样才能满足功能、可靠性和功耗的苛刻要求。〔3〕实时系统操作支持。〔4〕嵌入式系统与具体应用有机结合在一起，升级换代也同步进展。〔5〕为了提高运行速度和系统可靠性，嵌入式系统中的软件一般固化在存储器芯片中。 3.ARM嵌入式微系统的应用：工业控制、网络系统、成像和平安产品、无线通信、消费类电子产品。 4.ARM嵌入式微处理器的特点：〔1〕体积小、低功耗、低本钱、高性能。〔2〕支持Thumb〔16位〕/ARM〔32位〕双指令集，兼容8位/16位器件。〔3〕使用单周期指令，指令简洁规整。〔4〕大量使用存放器，大多数数据都在存放器中完成，只有加载/存储指令可以存储器，以提高指令的执行效率。〔5〕寻址方式简单灵活，执行效率高。〔6〕固定长度的指令格式。 5.嵌入式系统一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统、用户软件构成。 2.哈佛体系构造的主要特点是将程序和数据存储在不同的存储空间。 3.嵌入式处理器主要有四种嵌入式微处理器〔EMPU〕、嵌入式微控制器〔MCU〕、嵌入式数字信号处理器〔DSP〕、嵌入式片上系统〔SoC) 4.ARM7采用3级流水线构造，采用·诺依曼体系构造；ARM9采用5
级流水线构造，采用哈佛体系构造。 5.ARM处理器共有37个32bit存放器，包括31个通用存放器和6个状态存放器。 6.ARM体系构造可以用2种方法存储字数据，即大端格式和小端格式。 7.ARM处理器既支持32位的ARM指令集又支持16位的THCMB指令集。 8.ARM处理器有7种工作模式，他们分为两大类特权模式、非特权模式。其中用户模式属于非特权模式。 9.ARM处理器的两种工作状态是①ARM状态,此时处理器执行32位的字对齐的ARM指令。 ②Thumb状态，此时处理器执行16位的、半字对齐的Thumb指令。 10.嵌入式系统中，堆栈有满递增堆栈FA、满递减堆栈FD、空递增堆 栈EA、空递减堆栈ED。 11.计算机硬件架构，按照数据和指令是否分开存放可分为·诺依曼体系构造、哈佛体系构造，其中·诺依曼体系构造构造又称普林斯顿体系构造。 12.RISC的含义是精简指令集计算机，而CISC的含义是复杂指令集计算机。 13.ARM是 14.IP核含义是知识产权核。 15.嵌入式系统开发和调试中需要ICE，ICE的含义是在线仿真器。 16.ARM体系构造中，字的长度32位，半字对齐存储的时候是2字节对齐。
ARM嵌入式技术原理与应用 第一章嵌入式系统介绍 1.1 嵌入式系统（Embedded system） 嵌入式系统有时也称为嵌入式计算机系统，指的是专用计算机系统。 个人电脑≠嵌入式系统 （通用）（专用，嵌入到对象体中） 嵌入式系统的定义是：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，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。以上定义突出了它的“嵌入性”和“专用性”，将其与通用计算机区分开。 1.2 嵌入式系统的特点 ①嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术以及电子技术与各行业的具体应用相结合的产物。 ②嵌入式系统通常是面向用户、面向产品、面向特定应用的。嵌入式系统CPU都具有功耗低、体积小、集成度高等特点，能够把通用CPU中许多由板卡完成的任务集成在芯片内部，从而使整个系统设计趋于小型化，移动能力日益增强，与网络的关系也越来越密切。 ③嵌入式系统和具体应用有机地结合在一起，其升级换代也是和具体产品同步进行的。因此嵌入式系统产品一旦进入市场，就具有较长的生存周期。 ④为了提高执行速度和系统可靠性，嵌入式系统中的软件一般都固化在存储器芯片或单片机中，而不是存储于磁盘等载体中。 ⑤嵌入式系统本身并不具备在其上进一步开发的能力。 1.3 嵌入式系统发展历程 嵌入式计算机系统与通用计算机系统目前属于计算机技术的两大分支。 嵌入式系统的发展大致经历了4个阶段： 第一阶段：单片微型计算机（SCM）阶段，即单片机时代。这一阶段的嵌入式系统硬件是单片机，软件停留在无操作系统阶段，采用汇编语言实现系统的功能。这阶段的主要特点是：系统结构和功能相对单一、处理效率低、存储容量也十分有限，几乎没有用户接口。 第二阶段：微控制器（MUC）阶段，主要的技术发展方向是：不断扩展对象系统要求的各种外围电路和接口电路，突显其对象的智能化控制能力。这一阶段主要以嵌入式微处理器为基础、以简单操作系统为核心，主要特点是硬件使用嵌入式微处理器，微处理器的种类繁多，通用性比较弱；系统开销小，效率高；软件采用嵌入式操作系统，这类操作系统有一点的兼容性和扩展性；这个阶段的嵌入式产品的应用软件比较专业化，用户界面不够友好。 第三阶段：片上系统（SOC），主要特点是：嵌入式系统能够运行于各种不同类型的微处理器上，兼容性好，操作系统的内核小，效果好。 第四阶段：以Internet为标志的嵌入式系统。嵌入式网络化主要表现在两个方面，一方面是嵌入式处理器集成了网络接口，另一方面是嵌入式设备应用于网络环境中。 1.4 嵌入式系统基本结构 嵌入式系统的基本结构一般可分为硬件和软件两部分。 1.4.1 嵌入式系统的硬件 包括嵌入式核心芯片、存储器系统及外部接口。 1、嵌入式处理器：是构成系统的核心部件，系统工程中的其他部件均在它的控制和调度下工作。处理器通过专用的接口获取监控对象的数据、状态等各种信息，并对这些信息进行计算、加工、分析和判断并作出相应的控制决策，再通过专用接口将控制信息传送给控制对象。 2、嵌入式存储器：存储器的类型将决定整个嵌入式系统的操作和性能，因此存储器的选择非常重要。无论系统是采用电池供电还是由市电供电，应用需求将决定存储器的类型（易失性或非易失性）以及使用目的（存储代码、数据或者两者兼有）。对于较小的系统，微控制器自带的存储器就有可能满足系统要求，而较大的系统可能要求增加外部存储器。为嵌入式系统选择存储器类型时，需要考虑一些设计参数，包括微控制器的选择、电压范围、电池寿命、读/写速度、存储器尺寸、存储器的特性、擦除/写入的耐久性以及系统总成本。 3、嵌入式系统的输入/输出接口：一般嵌入式处理器上集成了输入/输出接口，但是外设需要外接。例如，大多数的嵌入式通信控制器集成了以太网接口，但是收发器需要外部电路。 1.4.2 嵌入式系统的软件 嵌入式系统的软件主要包括两大部分：嵌入式操作系统和应用软件。 1、BSP
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
嵌入式系统设计与实践：STM32开发板原理及应用 随着科技的不断发展和进步，人们的生活方式和工作方式都在发生着不可逆转的变化。作为技术进步的重要组成部分，嵌入式技术在众多领域都得到了广泛的应用。而STM32开发板作为一种嵌入式系统的核心，其应用也在不断拓展和深化。本文将介绍STM32开发板的原理以及其在实际应用中的作用和意义。 一、STM32开发板的原理 STM32开发板是一种基于ARM Cortex-M系列微处理器的嵌入式开发平台。其核心是STM32微控制器，包含了丰富的模拟和数字功能，可以满足众多应用领域的需求。STM32开发板采用现场可编程门阵列 （Field-Programmable Gate Array，FPGA）技术，使其具备较高的灵活性和可扩展性，能够适应不同应用领域的需求。 STM32开发板的核心部分是处理器和外围电路。处理器是一款超低功耗的Cortex-M系列微处理器，具有高性能和低功耗的特点。处理器与外围电路通过高速总线互相连接，实现数据的传输和控制指令的执行。外围电路主要包括存储器、输入输出（I\/O）模块、通信模块、采样模块等。这些模块可以通过编程实现对系统进行控制和管理，完成各种应用场景的功能。
二、STM32开发板的应用 STM32开发板在各个应用领域都得到了广泛的应用。其中比较典型的应用领域包括智能家居、工业自动化、医疗器械、智能交通等。下面将分别介绍这几个应用领域中STM32开发板的典型应用案例。 1.智能家居：随着人们对安全、舒适、健康等方面需求的不断提高，智能家居正在逐渐成为未来家庭的重要构成部分。STM32开发板可以实时采集家庭各种数据，通过云端处理和智能算法，实现家庭设备的互联和智能管理。例如，STM32开发板可以实现智能门锁、智能窗帘、智能空气净化器、智能照明等功能。 2.工业自动化：随着工业的迅速发展和进步，工业自动化也越来越成熟和普及。STM32开发板可以实现对各种生产设备的实时监控和调控，提高生产效率和质量，降低成本和风险。例如，STM32开发板可以实现生产线的自动化控制、智能机器人的控制和监控、智能物流的管理等。 3.医疗器械：随着人们生活水平的不断提高和意识的不断增强，医疗器械的应用也越来越广泛。STM32开发板可以实现医疗设备的智能化和无线化，提高医疗效果和治疗质量，降低医疗成本和医疗风险。例如，STM32开发板可以实现心电图、血压计、血糖计、体温计等医疗设备的智能化和无线
了解嵌入式系统的原理与应用嵌入式系统（Embedded System）是指集成在各种电子设备中，负 责特定功能的计算机系统。它通常被嵌入到其他设备中，并且根据特 定需求，完成特定任务。嵌入式系统已经广泛应用于日常生活中的众 多领域，如家用电器、汽车电子、医疗设备、智能手机等。本文将介 绍嵌入式系统的原理和应用，并对其进行深入的探讨。 一、嵌入式系统的原理 嵌入式系统的原理核心是硬件与软件的结合。在硬件方面，嵌入式 系统通常由处理器、存储器、输入输出设备和各种接口组成。处理器 是嵌入式系统的核心，它根据指令集执行程序，并控制系统的各个部件。存储器用于存储程序和数据，其中包括ROM（只读存储器）和RAM（随机存储器）。输入输出设备包括键盘、显示器、传感器等， 用于实现与外部环境的交互。接口则负责处理各个设备之间的通信和 数据传输。 在软件方面，嵌入式系统的软件通常包括操作系统、驱动程序和应 用层软件。操作系统是嵌入式系统的基石，它提供了对硬件的管理和 控制。驱动程序则负责与硬件设备的交互，实现输入输出的功能。应 用层软件根据具体需求，实现各种功能，比如控制家电、监控环境等。 除了硬件和软件的结合，嵌入式系统的原理还包括实时性和可靠性。实时性指系统必须按时完成特定任务，对于一些时间敏感性的应用， 如航空航天和工业自动化，实时性更是至关重要。可靠性指系统必须 在各种复杂环境下稳定工作，并具备抗干扰和自我修复的能力。
二、嵌入式系统的应用 嵌入式系统在各行各业都有广泛的应用，下面将结合几个具体的领 域进行介绍。 1. 家用电器 嵌入式系统被广泛应用于家用电器中，如空调、洗衣机、电视等。 它使得这些电器具备了智能化的功能，可以通过遥控器或手机APP进 行控制和监控。比如空调可以根据温度和湿度自动调节，洗衣机可以 根据衣物的种类和数量自动选择洗涤程序。 2. 汽车电子 现代汽车中，嵌入式系统的应用也越来越广泛。它不仅控制了发动 机的运转和车辆的驾驶安全系统，还负责音频、导航和娱乐系统的控制。嵌入式系统的应用大大提升了汽车的智能化和驾驶体验。 3. 医疗设备 在医疗领域，嵌入式系统在各种医疗设备中得到了广泛应用。比如 心脏起搏器、药物泵、呼吸机等。它们能够根据患者的情况实时监测，及时作出相应的调整和处理，大大提高了医疗治疗的准确性和安全性。 4. 智能手机 智能手机是嵌入式系统应用最广泛的领域之一。嵌入式系统使得手 机可以拥有强大的功能，如通话、短信、网上冲浪、游戏、音乐播放
嵌入式系统原理 嵌入式系统原理是一种将硬件、软件和用户专业知识并联的科学，它将微控制器、数字信号处理器(DSP)和方向硬件等组件集成到一起，用于特定的物联网（IoT）相关技术、机器人和自动控制应用。 嵌入式系统的原理被划分为2个阶段：软件设计和硬件设计。软件设计阶段，其中包括程序设计语言（如：C编译器、Java编译器、Python），操作系统（如：Linux、Windows），以及测试及调试；而硬件设计阶段则包括机械领域（包括机械设计、机械组装），驱动程序编写及单片机（如：单片机电路、程序设计）等等。 在嵌入式系统的设计过程中，软件设计步骤比硬件设计操作要先进。一般的嵌入式系统开发流程是先进行软件设计，然后再进行硬件设计。从软件设计中可以了解微控制器是如何被用来控制其周边电路，以及各种其他程序控制单元等组件。 在硬件设计过程中，设计者需要搞清楚如何驱动和线路安装，包括图纸的设计、原理图的绘制，以及电路板的组装。在进行实验验证前，设计者需要熟悉 microcontroller 的工作原理和通信协议，以及搞清楚其使用的 sensor 设备的实际功能。 嵌入式系统设计原理的核心思想是多模块之间构建一个完整的系统。完整的系统不仅涉及硬件和软件设计，还包括认证、安全及系统故障处理等方面的考量。 总而言之，嵌入式系统原理是将硬件、软件和用户专业知识进行整合的科学，它的设计主要分为软件设计和硬件设计两大步骤，硬件设计需要考虑图纸设计、原理图绘制以及电路板组装等内容，而软件设计则需要考虑有关使用 microcontroller 以及搞清楚各种sensor 设备的实际功能等内容。最后，嵌入式系统原理的核心思想是构建完整的系统，使硬件、软件和用户知识融合在一起。
嵌入式技术的原理及应用 一、嵌入式技术简介 •嵌入式技术是指将计算机科学和信息技术应用于各种电子设备中的技术。 •嵌入式系统是由硬件和软件组成的，具有特定功能，且专门为特定应用领域设计的计算机系统。 二、嵌入式技术的原理 嵌入式技术的原理基于以下几个方面： 1. 处理器架构 •嵌入式系统使用的处理器通常是精简指令集（RISC）架构的。 •RISC处理器由简单指令集和少量的寄存器组成，可以提高系统执行效率。 2. 实时操作系统（RTOS） •嵌入式系统需要实时性能，因此使用实时操作系统（RTOS）进行任务调度和管理。 •RTOS可以确保关键任务能够按时完成。 3. 设备驱动程序 •嵌入式系统需要与各种硬件设备进行通信和控制。 •设备驱动程序是连接嵌入式系统和硬件设备的接口，负责管理设备的输入和输出。 4. 低功耗设计 •嵌入式系统通常要求在有限的能源资源下工作。 •通过优化电源管理、减少功耗和使用低功耗元件，可以延长嵌入式系统的电池寿命。 三、嵌入式技术的应用 嵌入式技术在各个领域都有广泛的应用，以下是几个常见的应用领域： 1. 汽车行业 •嵌入式技术在汽车行业中被广泛应用，包括车载娱乐系统、车载导航系统、智能驾驶辅助系统等。 •这些嵌入式系统可以提高驾驶安全性、提供更好的驾驶体验。
2. 智能家居 •嵌入式技术也用于智能家居系统，例如智能灯光控制、智能家电控制、智能安防系统等。 •这些系统可以提供更便捷、智能的生活方式。 3. 医疗行业 •嵌入式技术在医疗设备中发挥重要作用，如心脏监测仪、血压计、呼吸机等。 •这些设备可以实时监测身体健康状态，提供及时的医疗服务。 4. 工业自动化 •嵌入式技术广泛应用于工业自动化领域，如机器人控制系统、自动化生产线等。 •这些系统可以提高生产效率、降低人力成本。 5. 无人机 •嵌入式技术在无人机领域的应用越来越广泛，如航迹规划、飞控系统等。 •这些系统可以实现无人机的智能飞行和自主控制。 四、总结 嵌入式技术是一种将计算机科学和信息技术应用于各种电子设备中的技术。它 的原理包括处理器架构、实时操作系统、设备驱动程序和低功耗设计等。嵌入式技术在汽车、智能家居、医疗、工业自动化和无人机等领域都有广泛的应用。随着科技的不断进步，嵌入式技术的应用将会越来越广泛，为各行各业带来更多的便利和创新。
嵌入式的原理及应用 一、嵌入式系统的概述 嵌入式系统是指嵌入在其他设备或系统中的计算机系统，用于控制、监控和执 行特定功能。它通常有特定的硬件和软件，包括处理器、存储器、输入输出接口等，可按需定制，广泛应用于各个领域，如家电、汽车、医疗设备等。 二、嵌入式系统的原理 嵌入式系统的设计和开发需要考虑以下几个主要原理： 1.硬件设计原理：嵌入式系统的硬件设计需要考虑功耗、体积、成本 等因素。通常使用低功耗、高集成度的处理器，采用紧凑的电路板设计，以及选择适当的外设和接口。 2.软件设计原理：嵌入式系统的软件设计需要实现所需功能，并具有 实时性、高效性和可靠性。采用适当的算法和数据结构，充分利用系统资源，并进行合理的任务调度和优化。 3.实时性原理：嵌入式系统往往需要对外部环境做出及时响应。因此， 实时性是嵌入式系统设计中的重要考虑因素。通过合理的任务调度和响应机制，保证系统能够在规定的时间内完成任务。 4.通信原理：嵌入式系统通常需要与其他设备或系统进行通信，实现 数据的传输和交互。通信原理包括选择合适的通信协议和接口，进行数据格式的定义和处理，确保数据的可靠传输和正确解析。 三、嵌入式系统的应用 嵌入式系统在各个领域都有广泛的应用。以下是一些常见的嵌入式系统应用： 1.家电：智能家居系统中的智能电视、空调、冰箱等家电产品都采用 嵌入式系统，实现远程控制、定时操作等功能。 2.汽车：现代汽车中的驾驶辅助系统、车载娱乐系统等都是嵌入式系 统。它们可以实时监控车辆状态、提供导航服务、支持蓝牙连接等。 3.医疗设备：医用仪器设备中的心电图机、血压计等都采用嵌入式系 统，用于测量、监控和诊断。 4.工业控制：工业自动化领域中的PLC（可编程逻辑控制器）、机器人 等都是嵌入式系统，用于控制和监控生产过程。
嵌入式系统技术的原理 嵌入式系统（Embedded System）是指将计算机技术和其他技术集成到一起，嵌入到其他设备或系统中，以完成特定功能的系统。嵌入式系统可以应用于各个领域，如家电、通信、汽车、医疗设备等。嵌入式系统技术的原理主要包括以下几个方面： 首先，嵌入式系统的原理基于硬件平台。硬件平台是嵌入式系统的基础，包括处理器、内存、存储器、外设等。嵌入式系统通常使用低功耗的处理器，以满足长时间工作的需求。此外，内存和存储器的选择也需要考虑功耗和成本等因素。外设的选择取决于系统的具体功能需求，如传感器、通信模块等。硬件平台的选取对系统功能和性能至关重要。 其次，嵌入式系统的原理涉及实时操作系统（RTOS）的使用。实时操作系统是嵌入式系统中常用的操作系统，它必须能够对任务进行实时调度和响应。实时操作系统分为硬实时系统和软实时系统。硬实时系统要求任务必须在规定的时间内完成，而软实时系统更注重任务的相对顺序。实时操作系统通过任务调度和任务管理机制来控制系统的运行，确保系统能够按时响应外部事件。 此外，嵌入式系统的原理还包括软件开发过程。嵌入式系统的软件开发过程一般包括需求分析、系统设计、软件设计、编码和测试等环节。需求分析是对系统需求进行详细的分析和定义，包括功能、性能、可靠性等方面。系统设计是将需求转化为系统结构和模块划分，确定系统的软硬件接口。软件设计是根据需求和系
统设计进行模块化设计和算法优化。编码是将软件设计转化为可执行的程序代码。测试是对软件进行功能测试、性能测试和可靠性测试等，确保软件的质量和稳定性。 此外，嵌入式系统的原理还包括通信技术。嵌入式系统通常需要与其他设备或系统进行通信，如通过串口、网络、无线通信等方式。通信技术的选择需要根据系统的需求和环境来确定，如数据传输速率、通信距离、功耗等因素。通信技术的使用可以实现多个嵌入式系统之间的互联互通，实现数据交换和共享。 此外，嵌入式系统的原理还涉及功耗管理。嵌入式系统通常需要长时间工作，因此功耗管理非常重要。功耗管理包括硬件和软件两个方面。硬件方面，可以通过设计低功耗的处理器、采用省电的外设和设计适当的电源管理电路等来降低功耗。软件方面，可以通过优化软件算法、减少对外设的使用、采用动态功耗管理策略等来降低功耗。 总之，嵌入式系统技术的原理涵盖硬件平台的选择和设计、实时操作系统的使用、软件开发过程、通信技术的应用和功耗管理等方面。嵌入式系统技术在各个领域的应用不断扩大，对于提高设备的智能化水平和性能提升起到了重要作用。
嵌入式硬件结构和原理 嵌入式硬件结构和原理 什么是嵌入式硬件？ •嵌入式硬件是指被嵌入在其他设备中的专用计算机系统。 •它通常被用于控制、监控或执行特定任务。 •嵌入式硬件可以是微处理器、传感器、激光器等等。 嵌入式硬件结构 •嵌入式硬件通常由多个组件组成，包括处理器、存储器、输入输出设备等等。 •处理器是嵌入式硬件的核心组件，用于执行计算和控制任务。•存储器用于存储数据和程序代码。 •输入输出设备用于与外部设备进行交互。 处理器 •处理器是嵌入式硬件的大脑，负责执行指令和控制系统。 •常见的处理器架构包括ARM、x86等。 •处理器的性能取决于其时钟频率、位数和指令集等因素。
存储器 •存储器用于存储数据和程序代码。 •常见的存储器包括闪存、SRAM、SDRAM等。 •闪存用于存储程序代码和持久化数据，可以快速读取。•SRAM用于存储临时数据，速度快但容量小。 •SDRAM用于存储大量数据，速度较慢但容量大。 输入输出设备 •输入输出设备用于与外部设备进行交互。 •常见的输入输出设备包括按键、显示屏、传感器等。 •按键可用于接收用户输入。 •显示屏用于显示信息和交互。 •传感器用于获取环境数据，例如温度、湿度等。 嵌入式硬件原理 •嵌入式硬件的工作原理包括指令的执行、数据的存储和输入输出的控制等。 •指令是处理器执行的基本单位，由操作码和操作数组成。 •指令的执行包括取指令、译码、执行和写回等步骤。 •数据的存储包括程序代码和临时数据的存储。
•输入输出的控制包括与外部设备的交互和数据传输。 指令的执行 •指令的执行是由处理器执行的基本操作。 •处理器通过取指令寄存器获取指令。 •指令的操作码用于译码，确定执行的操作类型。 •操作数用于执行具体的操作。 •指令的执行结果可以被写回到寄存器或存储器中。 数据的存储 •程序代码和临时数据需要存储在嵌入式硬件中。 •程序代码存储在闪存等非易失性存储器中，以便在断电后仍可保持。 •临时数据存储在SRAM等易失性存储器中，以便快速读写。 输入输出的控制 •输入输出设备用于与外部设备进行交互。 •嵌入式硬件通过输入输出接口与外部设备连接。 •控制器用于控制输入输出设备的工作。 •数据传输可以通过中断、DMA等方式实现。
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
嵌入式系统原理重点 一、概念题 1．普适计算 是一种人们能够在任何时间、任何地点、以任何方式进行信息的获取与处理的计算；是强调和环境融为一体的计算；在普适计算模式下，计算机本身则从人们的视线中消失。 2．云端计算 是指为能够通过连接云服务器扩展终端自身运算能力、存储能力或功能的软件或软硬件专用计算系统。(通过云端计算，可以更好的连接终端用户和云服务，应对多变的应用场景和网络环境，提供持续有效的服务，改善用户体验。）3．嵌入式系统嵌入式系统的定义有两种方式：外包法：嵌入式系统是以应用为中心，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。内涵法：嵌入式系统是以提高对象体系智能性、控制力和人机交互能力为目的，通过相互作用和内在指标评价的，嵌入到对象体系中的专用计算机系统。 4.嵌入式操作系统 从用途上说，嵌入式操作系统是针对行业或一类应用定制的，具备封装、裁剪、融合特征的专用操作系统，应用在具有嵌入式系统的设备上。 从结构上讲，嵌入式操作系统是介于下层硬件、引导层和上层系统软件、应用软件之间的系统软件，管理硬件资源，并同时为上层应用提供可靠、高效的接口。 5.嵌入式微处理器
嵌入式微处理器是指具备强的中断、IO、内存和能耗管理能力，具有定制多类体系架构的特征，适当计算处理性能的微处理器。 6.嵌入式产品 嵌入式产品包含了嵌入式系统，但不是嵌入式系统，而是具体的设备或者运行着的操作系统。比如：手机、PDA、智能家电等。（如果把嵌入式产品比作混凝土，那嵌入式系统是里面的钢筋。） 7.数学模型与控制数学模型 数学模型是指人们为一定的目的，在一定的假设条件下，利用字母、数字、图表、图像、框图、结构图、数理逻辑等来描述系统特征及其内部联系与外界联系的模型。 控制数学模型：包括指令机构、控制器、外部对象、执行装置和传感检测等部分。指令机构发出的指令信号与检测装置检测的被控量之差，经过控制器的处理、校正来满足一定的控制品质。由驱动执行机构，使被控对象的被控量跟随指令信号变化。 8.JAVA虚拟机 虚拟机是类似于计算机的一个软件程序。它会像真正硬件处理器那样取出并执行程序指令，但两者的区别在于，虚拟机的指令执行过程发生在软件级而不是硬件级，即指令是由软件而不是硬件执行的。Java虚拟机可以定义为：执行经过编译的Java目标代码的计算机实现。
第一章 1、嵌入式系统的应用范围：军事国防、消费电子、信息家电、网络通信、工业控制; 2、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,软件与硬件可裁剪,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;嵌入式的三要素：嵌入型、专用性与计算机系统; 3、嵌入式系统的特点：1专用性强；2实时约束；3RTOS；4高可靠性；5低功耗；6专用的开发工具和开发环境；7系统精简； 4、嵌入式系统的组成： 1处理器：MCU、MPU、DSP、SOC； 2外围接口及设备：存储器、通信接口、I/O接口、输入输出设备、电源等； 3嵌入式操作系统：windows CE、UCLinux、Vxworks、UC/OS; 4应用软件：Bootloader 5、嵌入式系统的硬件：嵌入式微处理器MCU、MPU、DSP、SOC,外围电路,外部设备； 嵌入式系统的软件：无操作系统NOSES,小型操作系统软件SOSES,大型操作系统软件LOSES 注：ARM处理器三大部件：ALU、控制器、寄存器; 6、嵌入式处理器特点：1实时多任务；2结构可扩展；3很强的存储区保护功能；4低功耗； 7、DSP处理器两种工作方式：1经过单片机的DSP可单独构成处理器；2作为协处理器,具有单片机功能和数字处理功能； 第二章 1、IP核分类：软核、固核、硬核；
2、ARM处理器系列：1ARM7系列三级流水,thumb指令集,ARM7TDMI; 2ARM9系列DSP处理能力,ARM920T3ARM/OE增强DSP4SecurCone系列提供解密安全方案；5StrongARM系列Zntle产权；6XScale系列Intel产权；7Cortex系列A：性能密集型；R：要求实时性；M：要求低成本 3、ARM系列的变量后缀：1T：thumb指令集；2D：JTAG调试器；3快速乘法器；4E：增强DSP指令；5J：Jave加速器 4、ARM{X}{Y}{Z}{T}{D}{M}{I}{E}{J}{F}{S} :x—系列号,y—内部存储管理和保护单元,Z—含有高速缓存; 5、CISCx86：1具有大量的指令和寻址方式300~500条；28/2原则：80%的程序只用20%的指令；3大多说程序只使用少量指令就能运行； 6、处理器核的性能指标：1冯诺依曼vs哈佛；2CISC vs RISC3流水线结构；4超标量执行；5高速缓存； 7、流水线所有的ARM处理器：每个时钟脉冲都接收下一条处理数据的指令,只是不同部分做不同的事情,提高系统处理速度和效率；ARM7—3级流水线,PC=LR-4；ARM9—5级流水线PC=LR-43；ARM10—6级；ARM—8级；Cortex —8级； 8、4种异常：中断、陷阱、故障、终止； 9、ARM处理器的7种工作模式：1用户态USR；2快中断FIQ；3中断IRQ；4管理态SVC;5终止态ABT；6未定义UND；7系统SYS； 10.ARM的两种工作状态：1ARM状态---32位ARM指令集,字对齐取指2Thumb 状态---16位Thumb指令集,半字对齐取指; 11.ARM寄存器：37个寄存器,其中31个通用寄存器,6个状态寄存器,寄存器位32位寄存器; 影子寄存器：是为处理器的不同工作模式配备的专用物理寄存器,在异常模式下,它们将代替用户或者系统模式下使用的部分寄存器;
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-Ⅱ
ABSTRACT The 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