arm讲义嵌入式系统概述

《嵌入式ARM教案》PPT课件第一章：嵌入式系统概述1.1 嵌入式系统的定义介绍嵌入式系统的概念、特点和应用领域强调嵌入式系统与传统计算机系统的区别1.2 嵌入式系统的发展回顾嵌入式系统的发展历程探讨未来嵌入式系统的发展趋势1.3 嵌入式系统的组成部分介绍嵌入式系统的硬件和软件组成解释嵌入式系统中的核心部件：中央处理器（CPU）第二章：ARM处理器简介2.1 ARM处理器的发展历程介绍ARM公司的成立和发展历程讲解ARM处理器的命名规则和版本更新2.2 ARM处理器的特点阐述ARM处理器的架构和指令集特点强调ARM处理器的功耗、性能和成本优势2.3 ARM处理器的应用领域分析ARM处理器在不同领域的应用案例展望ARM处理器在未来的应用前景第三章：ARM指令集和编程3.1 ARM指令集概述介绍ARM指令集的分类和特点讲解ARM指令的格式和操作码3.2 ARM指令的执行过程分析ARM指令的取指、译码、执行和写回过程解释ARM指令的流水线结构和流水线优化3.3 ARM编程实例介绍ARM编程的基本方法和技巧提供简单的ARM编程实例，让学员了解编程过程第四章：嵌入式系统设计和开发流程4.1 嵌入式系统设计原则讲解嵌入式系统设计的关键原则强调嵌入式系统设计的灵活性和可扩展性4.2 嵌入式系统开发流程介绍嵌入式系统开发的各个阶段阐述各阶段的主要任务和注意事项4.3 嵌入式系统开发工具和环境讲解常用的嵌入式系统开发工具和软件介绍嵌入式系统开发环境搭建的步骤和方法第五章：嵌入式系统硬件设计5.1 嵌入式系统硬件设计概述介绍嵌入式系统硬件设计的基本要求强调嵌入式系统硬件设计的可靠性和稳定性5.2 嵌入式系统硬件模块设计讲解嵌入式系统中的主要硬件模块分析各个模块的功能和相互之间的关系5.3 嵌入式系统硬件设计实例提供嵌入式系统硬件设计实例让学员了解硬件设计过程和注意事项第六章：嵌入式系统软件开发6.1 嵌入式操作系统概述介绍嵌入式操作系统的概念和分类强调嵌入式操作系统在嵌入式系统中的重要性6.2 嵌入式操作系统原理讲解嵌入式操作系统的核心组件和工作原理解释嵌入式操作系统的任务调度和资源管理6.3 嵌入式软件开发介绍嵌入式软件开发的基本方法和技巧提供嵌入式软件开发实例，让学员了解开发过程第七章：嵌入式系统应用案例分析7.1 嵌入式系统在工业控制中的应用分析嵌入式系统在工业控制领域的应用案例强调嵌入式系统在提高工业生产效率方面的作用7.2 嵌入式系统在消费电子中的应用讲解嵌入式系统在消费电子领域的应用案例探讨嵌入式系统在智能家居、可穿戴设备等领域的应用前景7.3 嵌入式系统在其他领域的应用介绍嵌入式系统在医疗、交通、教育等领域的应用案例展望嵌入式系统在未来各个领域的发展趋势第八章：嵌入式系统安全与防护8.1 嵌入式系统安全概述讲解嵌入式系统安全的重要性介绍嵌入式系统面临的安全威胁和攻击手段8.2 嵌入式系统安全防护策略阐述嵌入式系统安全防护的技术和方法强调安全防护策略在提高嵌入式系统安全性方面的作用8.3 嵌入式系统安全案例分析分析典型的嵌入式系统安全案例让学员了解嵌入式系统安全防护的实践应用第九章：嵌入式系统发展趋势与挑战9.1 嵌入式系统技术发展趋势分析嵌入式系统技术的发展趋势强调创新技术和新兴领域对嵌入式系统的影响9.2 嵌入式系统面临的挑战讲解嵌入式系统在发展过程中面临的挑战探讨应对挑战的方法和策略9.3 我国嵌入式系统发展现状与展望介绍我国嵌入式系统发展的现状展望我国嵌入式系统未来的发展前景第十章：总结与展望10.1 课程回顾总结本课程的主要内容和知识点强调嵌入式ARM教案在实际应用中的重要性10.2 实践与思考鼓励学员在实际工作中运用嵌入式ARM教案的知识提出针对性的思考题，引导学员深入思考和探索10.3 未来展望展望嵌入式系统领域的未来发展趋势强调继续学习和不断提升自身能力的重要性重点解析本文教案主要围绕嵌入式ARM系统进行讲解，涵盖了嵌入式系统的概述、ARM 处理器简介、ARM指令集和编程、嵌入式系统设计和开发流程、嵌入式系统硬件设计、嵌入式系统软件开发、嵌入式系统应用案例分析、嵌入式系统安全与防护、嵌入式系统发展趋势与挑战以及课程总结与展望等内容。

1.2.5 片上系统
片上系统是结合许多功能模块，将整个系统做在一个芯 片上的系统。将整个嵌入式系统集成到一块芯片中， 应用系统电路板将变得很简洁，对于减小体积和功耗， 提高可靠性非常有利。 各种通用处理器内核作为SoC设计公司的标准库，与许多 其他嵌入式系统外设一样成为VLSI（Very Large Scale Integration）设计中一种标准的器件。它用标准的 VHDL等语言描述，存储在器件库中。用户只需定义 出其整个应用系统，仿真通过后就可以用FPGA制作样 品。 SoC的优点如下： （1）通过内部的工作电压，降低芯片功耗。 （2）减少芯片对外的引脚数，简化制造过程。
（3）减少外围驱动接口单元及电路板的信号传 递，加快微处理器数据处理的速度。 （4）内嵌的线路可以避免外部电路在信号传递 时所造成的系统杂讯。 嵌入式系统实现的最高形式是SoC，而SoC的核 心技术是IP核（Intellentual Property Core，知识 产权核）构件。 嵌入式片上系统技术的关键是IP核的设计。IP核 分为硬核、软核和固核，是嵌入式技术的重要 支持技术。在设计嵌入式系统时，可以通过使 用IP核技术完成系统硬件的设计。
3 嵌入式操作系统 作用：使嵌入式开发方便、快捷，提供一 种稳定、安全的软件模块集合，用以管 理存储分配、中断处理、任务间通信和 定时器响应，提供多任务处理等。 优点：提高了嵌入式系统的功能，方便了 应用设计。 缺点：占用资源，从而提高了成本。 嵌入式操作系统往往有实时性的要求。嵌 入操作系统的产品有：Linux、VxWorks、 WinCE、QNX等。
1.1.5 实时系统
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。从输入到输出的滞后时间必须足够小 到一个可以接受的时限内。因此，实时逻辑的正确性不仅 依赖于计算结果的正确性，还取决于输出结果的时间。 实时系统是一个能够在指定或者确定的时间内完成系统功能 以及对外部或内部事件在同步或异步时间内做出响应的系 统。 实时系统的特性： （1）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认为是正确的。 （2）并行性：实时系统具有实时处理的能力。 （3）多路性：对多个不同的现场信息进行采集，以及对多个 对象和多个执行机构实行控制。 （4）独立性：每个用户向实时系统提出服务请求，相互是独 立的。

ARM·嵌入式系统的概述
【本章内容】1）了解嵌入式系统的概念；2）了解ARM 的商务模式；3）了解ARM 的版本和处理器体系结构；4）了解嵌入式处理器的选型准则；【嵌入式系统的简介】嵌入式系统成为当前微电子技术与计算机技术的一个重要分支；计算机分类从以前的巨型机，大型机，小型机，到今天的通用计算机和嵌入式系统，集成化越来越高；三要素：嵌入性：嵌入到对象体系中，有对象环境的要求；专用性：软、硬件按对象裁剪；计算机：实现只能控制；【嵌入式处理器】微控制器（MCU）嵌入式微控制器的典型代表是8 位单片机，内部集成ROM/EPROM 、RAM、总线逻辑，定时/计算器、看门狗、I/O、串行口，A/D，D/A 等必要功能和外设；（嵌入式工业控制的主流，比较简单，但是实现的功能非常有限）数字信号处理器（DSP）专门用于信号处理的处理器，在数字滤波，FFT，谱分析等各种仪器（DSP 处理器对系统结构和指令进行了特殊设计，编译效率高，指令执行速度也较高）片上系统（SOC）讲很多的片外系统集成到一个芯片上去（一般为产品定制，由于当下集成度的高度提高）可编程片上系统（SoPC）【ARM7 的处理器结构--3 级流水线】【ARM 的应用选型】*ARM 微处理器内核的选择*系统的工作频率*芯片内存存储的容量*片内外围电路的选择tips:感谢大家的阅读，本文由我司收集整编。

仅供参阅！。

N
N=1表示运算的结果为负数；N=0表示运算的结果为正
数或零
共页
41
标志位
含义
Z
Z=1表示运算的结果为零；Z=0表示运算的结果为非
零。
C
当运算结果产生了进位时（无符号数溢出），C=1；
否则C=0
V
V=1表示有溢出；V=0表示无溢出
Q
在ARM v5及以上版本的E系列处理器中，用Q标志位
指示增强的DSP运算指令是否发生了溢出。在其他版
将上图中的CPU部分叫做处理器核。
把处理器核与其通用功能模块的组 合叫做处理器。
共页
11
把在处理器基础上经芯片厂商二次开 发，以芯片形式提供的用于嵌入式系统的 产品叫做嵌入式处理器。
IP商提供的是处理器核和处理器的知 识产权，而半导体芯片生产厂商生产的则 是嵌入式处理器芯片。
世界上知名的IP商当属ARM公司和 MIPS公司。
共页
3
3.1.1 SoC与嵌入式处理器 计算机SoC的概念如下图所示：
共页
4
计算机的这种单片系统特别适合于嵌 入式应用，所以这种SoC也叫做嵌入式处 理器。
3.1.2 嵌入式处理器的研发和生产方式
宿主对象的多样化，势必决定了嵌 入式系统的多样化、个性化。
1、在SoC技术出现之前
共页
5
CPU和与其配合的接口及功能模块都 是单独的芯片。 2、在SoC技术出现之后
37
3、程序计数器R15（PC）
在ARM中，基本寄存器R15固定地作为 程序计数器来使用。为了提高程序的可读 性，也通常使用PC来标识。
4、程序状态寄存器PSR
基本寄存器R16专门用作程序状态寄 存器。同样为了提高程序的可读性，在程 序中用PSR来标识他。

应用软件
根据具体需求开发的特定功能软件，如控 制算法、图形界面等。
嵌入式中间件
提供通信、数据管理等功能，方便应用程 序的开发和部署。
开发工具
集成开发环境（IDE）
烧录器
提供代码编辑、编译、调试等功能的 开发环境。
将编译好的程序烧录到嵌入式系统的 存储器中。
仿真器和调试器
用于模拟和测试嵌入式系统的运行情 况。
成本低
可定制
ARM处理器的成本较低，适用于各种低成 本的应用场景。
ARM处理器可根据具体应用需求进行定制 ，包括指令集、寄存器数量等。
ARM处理器的应用领域
智能手机和平板电脑
ARM处理器广泛应用于智能手机和平板电脑领域，如苹果的 iPhone、iPad和大多数Android手机和平板电脑都采用ARM处理 器。
用于访问ARM处理器以外 的硬件设备。
ARM汇编语言的伪指令
汇编器控制伪指令
用于控制汇编器的行为，例如设置符号表 、定义数据等。
段定义伪指令
用于定义程序的不同段，如代码段、数据 段等。
宏定义伪指令
用于定义可重用的代码块，简化代码编写 。
其他伪指令
如条件编译、文件包含等，根据具体需求 使用。
谢谢您的聆听
用途。
伪操作
用于控制汇编器行为的指 令，例如数据定义伪操作 （如.word、.byte等）。
ARM汇编语言的指令集
程序流程控制指令
如条件分支、无条件跳转 等，用于控制程序的执行 流程。
数据处理指令
用于对寄存器中的数据进 行算术、逻辑和移位操作 。
加载和存储指令
用于在内存和寄存器之间 传输数据。
协处理器指令
Cortex系列

第一节嵌入式系统概述•••••••嵌入式系统定义嵌入式系统特点嵌入式系统组成嵌入式系统应用领域嵌入式系统发展趋势嵌入式处理器分类常见嵌入式处理器体系结构嵌入式系统定义••嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软、硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积及功耗严格要求的专用计算机系统。

IEEE （电气和电子工程师协会）对嵌入式系统的定义：用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置（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。

嵌入式系统特点1.2. 嵌入式系统通常面向特定应用，嵌入式处理器与通用CPU 的最大不同是前者大多工作在为特定用户群设计的系统中，它通常都具有低功耗、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；嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合后的产物。

这点就决定它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统；嵌入式系统特点3.4. 嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率设计、量体裁衣、去除冗余，力争在同样的硅片面积上实现更高的性能，这样才能在具体应用中对处理器的选择更具有竞争力；嵌入式系统和具体应用有机地结合在一起，它的升级换代也是和具体产品同步进行，因此嵌入式系统产品一旦进入市场，具有较长的生命周期；6/100嵌入式系统特点5.6. 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本身中，而不是存贮于磁盘等载体中；嵌入式系统本身不具备自举开发能力，即使设计完成以后用户通常也是不能对其中的程序功能进行修改的，必须有一套开发工具和环境才能进行开发（交叉编译：在一种计算机环境中运行的编译程序，能够编译出在另外一种环境下运行的代码）。

《嵌入式ARM教案》课件第一章：嵌入式系统概述1.1 嵌入式系统的定义介绍嵌入式系统的概念、特点和应用领域解释嵌入式系统与通用计算机系统的区别1.2 嵌入式系统的历史与发展概述嵌入式系统的发展历程介绍嵌入式系统在不同领域的应用发展情况1.3 嵌入式系统的组成与架构讲解嵌入式系统的常见架构介绍嵌入式系统的主要组成部分及其作用1.4 嵌入式系统的优势与挑战阐述嵌入式系统的优势分析嵌入式系统面临的挑战和发展趋势第二章：ARM处理器简介2.1 ARM处理器的发展历程介绍ARM公司的起源和发展历程讲解ARM处理器的发展阶段和产品系列2.2 ARM处理器的特点与优势阐述ARM处理器的特点分析ARM处理器在嵌入式系统中的应用优势2.3 ARM处理器的架构与工作原理讲解ARM处理器的架构设计介绍ARM处理器的工作原理和指令集2.4 ARM处理器的选型与评估指导如何选择合适的ARM处理器介绍评估ARM处理器性能的方法和指标第三章：嵌入式操作系统基础3.1 嵌入式操作系统的概念与分类解释嵌入式操作系统的定义和分类介绍常见的嵌入式操作系统及其特点3.2 嵌入式操作系统的核心功能与架构讲解嵌入式操作系统的核心功能阐述嵌入式操作系统的常见架构设计3.3 嵌入式操作系统的移植与优化介绍嵌入式操作系统移植的基本步骤讲解嵌入式操作系统的优化方法和技巧3.4 嵌入式操作系统的应用与案例分析分析嵌入式操作系统在实际应用中的案例探讨嵌入式操作系统的发展趋势和挑战第四章：嵌入式系统设计与开发流程4.1 嵌入式系统设计的基本原则介绍嵌入式系统设计的重要原则讲解设计过程中需要考虑的因素4.2 嵌入式系统硬件设计讲解嵌入式系统硬件设计的基本步骤和方法介绍硬件选型和硬件设计中的注意事项4.3 嵌入式系统软件设计阐述嵌入式系统软件设计的基本步骤和方法讲解软件开发工具和编程语言的选择4.4 嵌入式系统开发的流程与实践介绍嵌入式系统开发的典型流程分析实际开发过程中需要注意的问题和实践经验第五章：嵌入式系统编程基础5.1 嵌入式编程语言概述介绍嵌入式编程的常用语言及其特点分析不同编程语言在嵌入式系统中的应用场景5.2 C语言编程基础讲解C语言的基本语法和编程技巧介绍C语言在嵌入式编程中的应用和实践5.3 汇编语言编程基础介绍汇编语言的基本概念和语法讲解汇编语言在嵌入式编程中的应用和实践5.4 嵌入式编程的实践技巧讲解嵌入式编程的常见技巧和注意事项分析实际项目中遇到的问题和解决方法《嵌入式ARM教案》课件第六章：嵌入式系统硬件接口与驱动6.1 嵌入式系统硬件接口概述介绍嵌入式系统中常见的硬件接口类型讲解硬件接口的工作原理和功能6.2 UART接口与驱动编程讲解UART接口的基本概念和功能介绍UART接口的驱动编程方法和实践6.3 I2C接口与驱动编程介绍I2C接口的基本概念和协议讲解I2C接口的驱动编程方法和实践6.4 SPI接口与驱动编程讲解SPI接口的基本概念和协议介绍SPI接口的驱动编程方法和实践第七章：嵌入式系统存储与文件系统7.1 嵌入式系统存储概述介绍嵌入式系统中常见的存储设备和技术讲解存储器接口和存储器控制器的选择7.2 NAND闪存与驱动编程介绍NAND闪存的基本概念和特点讲解NAND闪存的驱动编程方法和实践7.3 NOR闪存与驱动编程讲解NOR闪存的基本概念和特点介绍NOR闪存的驱动编程方法和实践7.4 文件系统的设计与实现讲解嵌入式文件系统的设计原理介绍常见嵌入式文件系统的实现方法和实践第八章：嵌入式系统网络通信8.1 嵌入式系统网络通信基础介绍嵌入式系统网络通信的基本概念和技术讲解网络通信协议和网络架构8.2 TCP/IP协议栈与嵌入式网络应用讲解TCP/IP协议栈的基本原理和组成介绍基于TCP/IP协议栈的嵌入式网络应用实践8.3 Wi-Fi通信模块与驱动编程介绍Wi-Fi通信模块的基本概念和功能讲解Wi-Fi通信模块的驱动编程方法和实践8.4 蓝牙通信模块与驱动编程讲解蓝牙通信模块的基本概念和功能介绍蓝牙通信模块的驱动编程方法和实践第九章：嵌入式系统实时性与调度策略9.1 嵌入式系统实时性概述讲解嵌入式系统实时性的概念和重要性介绍实时系统的分类和实时性要求9.2 嵌入式调度策略与算法讲解嵌入式系统的调度策略和算法分析不同调度策略的优缺点和适用场景9.3 实时操作系统（RTOS）简介介绍实时操作系统的基本概念和特点讲解RTOS在嵌入式系统中的应用和实践9.4 实时调度器的实现与优化讲解实时调度器的实现方法和流程介绍调度器的优化技巧和注意事项第十章：嵌入式系统项目管理与实践10.1 嵌入式系统项目管理概述介绍嵌入式系统项目管理的概念和重要性讲解项目管理工具和方法在嵌入式系统中的应用10.2 项目需求分析与规划讲解项目需求分析和规划的方法介绍需求文档编写和项目进度管理的实践经验10.3 嵌入式系统开发的实践技巧讲解嵌入式系统开发中的实践技巧和注意事项分享实际项目开发中的经验和最佳实践10.4 项目验收与维护介绍项目验收的标准和方法讲解项目维护和升级的策略与实践《嵌入式ARM教案》课件第十一章：嵌入式系统安全与加密技术11.1 嵌入式系统安全概述讲解嵌入式系统安全的重要性介绍常见的嵌入式系统安全威胁和攻击手段11.2 加密技术在嵌入式系统中的应用介绍加密技术的基本原理和算法讲解加密技术在嵌入式系统中的应用场景和实践11.3 安全存储与传输讲解如何在嵌入式系统中实现安全存储和传输介绍常见的加密存储和传输技术及其实现方法11.4 安全认证与授权讲解嵌入式系统中的安全认证和授权机制介绍常见的认证和授权方法及其在嵌入式系统中的应用第十二章：物联网与嵌入式系统的融合12.1 物联网概述介绍物联网的概念、架构和应用领域讲解物联网与嵌入式系统的关联和融合趋势12.2 物联网协议与技术讲解物联网中常用的通信协议和技术介绍物联网协议栈和网络架构12.3 物联网在嵌入式系统中的应用案例分析物联网在嵌入式系统中的应用案例探讨物联网技术在嵌入式系统中的实践经验和挑战12.4 物联网安全与隐私保护讲解物联网安全的重要性和挑战介绍物联网中的安全技术和隐私保护措施第十三章：嵌入式系统在智能家居的应用13.1 智能家居系统概述介绍智能家居系统的概念、架构和应用讲解智能家居系统与嵌入式系统的关联和融合13.2 智能家居设备与控制讲解智能家居设备的选择和控制方法介绍智能家居设备的嵌入式系统设计和开发实践13.3 智能家居平台的构建与优化讲解智能家居平台的构建方法和实践介绍智能家居平台的优化技巧和注意事项13.4 智能家居安全与隐私保护讲解智能家居系统中的安全问题和隐私保护需求介绍智能家居系统中的安全技术和隐私保护措施第十四章：嵌入式系统在工业控制的应用14.1 工业控制系统概述介绍工业控制系统的概念、架构和应用领域讲解嵌入式系统在工业控制中的应用和重要性14.2 工业控制设备与接口讲解工业控制设备的选择和接口技术介绍工业控制设备的嵌入式系统设计和开发实践14.3 工业控制协议与通信讲解工业控制中常用的通信协议和技术介绍工业控制协议的实现和通信实践14.4 工业控制系统的安全性与优化讲解工业控制系统中的安全问题和优化需求介绍工业控制系统中的安全技术和优化措施第十五章：嵌入式系统在自动驾驶的应用15.1 自动驾驶系统概述介绍自动驾驶系统的概念、架构和应用前景讲解嵌入式系统在自动驾驶中的应用和挑战15.2 自动驾驶感知与决策讲解自动驾驶系统中的感知技术和决策算法介绍嵌入式系统在自动驾驶感知和决策中的应用15.3 自动驾驶控制与执行讲解自动驾驶系统中的控制技术和执行策略介绍嵌入式系统在自动驾驶控制和执行中的应用15.4 自动驾驶安全与伦理问题讲解自动驾驶系统中的安全问题和伦理挑战介绍自动驾驶系统中的安全技术和伦理指导原则重点和难点解析1. 嵌入式系统的基本概念、特点和应用领域。

什么是ARM?什么是嵌入式系统？发布时间: 2008-11-19 来源:电力～电子设计网站作者: kapor 浏览: 2677随着ARM处理器的流行，为了使更多工程师了解ARM傅立叶撰写了系列开发文章，主要解决什么是ARM,ARM在产品项目中的开发流程，LINUX,WINCE,VXWORKS等操作系统在ARM处理器上的应用等内容。

希望对初学者有所帮助。

第一篇、嵌入式系统和ARM开发（傅立叶电子科技ARM技术研发部710065）1．嵌入式系统概述应该肯定地讲我们每一位都已经使用过嵌入式系统有关的产品，嵌入式系统已经深入到我们生活的每一个角落。

他所涉及的领域广泛到我们的想象力能及的任何地方。

嵌入式系统是相对桌面系统来讲的，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。

作为系统核心的微处理器又包括三类：微控制器(MCU)、数字信号处理器(DSP)、嵌入式微处理器(MPU)。

嵌入式比较准确一个定义如下：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。

嵌入式系统的应用和组成嵌入式系统就是可精简计算机系统，现在一个ARM7的处理器比一个486还要快，可以挂很多设备并且价格很低。

嵌入式技术目的就是在不适宜用工控机的场合替代pc系统，而对于很多场合工控机的很多功能没有用处而用户必须要付出成本，嵌入式系统解决了这个问题，兼顾功能而又节省成本把不需要的设备裁减掉。

嵌入式系统无处不在，他的核心是处理器。

包括单片机也是嵌入式处理器的一种，在实际应用中不同等级的处理器应用方向也不同。

嵌入式微处理器的应用对比表：为什么要用位处理器？随着电子设备日新月异的发展，电子设备功能越来越完备，无论军品、工业品还是民品设计理念都越来越人性化。

很简单的讲，您家里空调、电视、DVD每样设备都单独使用一台遥控器，我们是否能够把他们几合一呢？岂不是更加方便？管理这么一堆设备从软件上来讲肯定是复杂的多了，从硬件方面当然也需要功能更加强大、功耗极低、价格更廉价的处理器来支持，32位的ARM处理器能够轻松完成以上需求。

• 智能农业：ARM嵌入式系统可以应用于农业领域的各种设备，如智能灌溉、 智能温室等。通过智能化管理和远程控制，可以提高农业生产效率，降低能耗 和资源浪费。
工业控制中的ARM嵌入式系统
工业控制
ARM嵌入式系统在工业控制领域的应用也非常广泛，如自动化生产线、机器人控制系统 等。通过ARM嵌入式系统，可以实现设备的远程控制、自动化运行和智能化管理等功能 ，提高工业生产的效率和稳定性。
ARM指令集的特点与优势
01 02 03 04
ARM指令集具有简单、高效、易于理解和实现的特点，使得ARM处 理器在功耗、面积和性能方面具有优秀的表现。
ARM指令集支持大量的寄存器和寻址模式，使得指令执行更加灵活 和高效。
ARM指令集还支持条件执行和并行执行，能够进一步提高处理器的 性能和效率。
ARM指令集的开放性和可定制性使得ARM处理器广泛应用于各种嵌 入式系统领域，如智能家居、物联网、智能终端等。
AI和机器学习
嵌入式系统将越来越多地用于实现人 工智能和机器学习功能，需要更高效 的算法和硬件实现。
安全性和可靠性
随着嵌入式系统在关键任务中的应用 增加，对安全性和可靠性的需求将更 高，需要更多的研究和投资来确保系 统的安全性和可靠性。
05
ARM嵌入式系统应用案例
智能家居中的ARM嵌入式系统
• 智能家居：ARM嵌入式系统在智能家居领域的应用广泛，如智能照明、智能 安防、智能环境监测等。通过ARM嵌入式系统，可以实现家居设备的远程控 制、自动化控制和智能化管理，提高生活便利性和舒适度。
疗器械等。
02
ARM架构与指令集
ARM架构简介
1
ARM架构是一种基于精简指令集（RISC）的微 处理器架构，具有低功耗、高性能、低成本等优 点。

设备；注重嵌入式处理器的性能、尺寸、能耗和价格。

应用于蜂窝电话等设备；1.2嵌入式处理器？分类嵌入式处理器可以分为以下几大类：嵌入式微处理器；嵌入式微控制器；嵌入式DSP处理器；嵌入式片上系统（SOC）。

?嵌入式微处理器嵌入式微处理器的基础是通用计算机中的CPU。

在应用中，将微处理器装配在专门设计的电路板上，只保留和嵌入式应用有关的母板功能，这样可以大幅度减小系统体积和功耗。

为了满足嵌入式应用的特殊要求，嵌入式微处理器虽然在功能上和标准微处理器基本是一样的，但在工作温度、抗电磁干扰、可靠性等方面一般都做了各种增强。

和工业控制计算机相比，嵌入式微处理器具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高的优点，但是在电路板上必须包括ROM、RAM、总线接口、各种外设等器件，从而降低了系统的可靠性，技术保密性也较差。

嵌入式微处理器及其存储器、总线、外设等安装在一块电路板上，称为单板计算机。

如STD-BUS、PC104等。

ROM RAM外设1 CPU外设2单板计算机？嵌入式微控制器嵌入式微控制器又称单片机，它是将整个计算机系统集成到一块芯片中。

嵌入式微控制器一般以某一种微处理器内核为核心，芯片内部集成ROM/EPROM、RAM、总线、总线逻辑、定时/计数器、WatchDog、I/O、串行口、脉宽调制输出、A/D、D/A、Flash RAM、EEPROM 等各种必要功能和外设。

为适应不同的应用需求，一般一个系列的单片机具有多种衍生产品，每种衍生产品的处理器内核都是一样的，不同的是存储器和外设的配臵及封装。

这样可以使单片机最大限度地和应用需求相匹配，功能不多不少，从而减少功耗和成本。

和嵌入式微处理器相比，微控制器的最大特点是单片化，体积大大减小，从而使功耗和成本下降、可靠性提高。

微控制器是目前嵌入式系统工业的主流。

微控制器的片上外设资源一般比较丰富，适合于控制，因此称微控制器。

嵌入式微控制器目前的品种和数量最多，比较有代表性的通用系列包括8051、P51XA、MCS-251、MCS-96/196/296、C166/167、MC68HC05/11/12/16、68300、数目众多ARM芯片等。

ARM嵌入式系统概述
长效班的课程安排：
• 1：C语言、数据结构（2周） • 2：ARM体系结构、汇编语言、ARM应用编 程（4周） • 3：LINUX程序设计（3周） 移植（1周） 驱动开发（1个月） C++(1周) • 4：GUI程序设计（1.5个月）
30天实训课程安排：
• （参考课表）
• 嵌入式技术融合了计算机软/硬件技术、通 讯技术和半导体技术。 • 嵌入式处理器目前主要有Am186/88、386EX 、SC-400、Power PC、MIPS、ARM系列等。
嵌入式系统开发特点
嵌入式系统的特点是以应用为中心的“芯片”设 计和面向应用的软件产品开发。
嵌入式系统分类
– 按软件实时性需求分 ◦非实时系统（如PDA） ◦软实时系统（消费类产品） ◦硬实时系统（工业实时控制系统）
嵌入式应用范围 １）五大领域
２）在日常生活中的广泛运用
无线 手机 PDA

机顶盒 家庭网关 互联网
嵌入式系统设计流程
1.需求分析 2.体系结构设计 3.硬件的设计、制作及测试 4.软件的设计、实现及测试 5.系统集成 6.系统性能测试及可靠性测试 7.交付
嵌入式产业
嵌入式系统与PC
• 硬件平台的比较
嵌入式系统与PC
• 软件及开发平台的比较
Thank you ！
汽车 游戏 视频
典型的嵌入式系统组成
嵌入式系统硬件基本结构
硬件特性
– 体积小、集成效率高。 – 面向特定的应用。 – 功耗低、电磁兼容性好
软件体系结构
软件特性
– 嵌入式软件的开发与硬件紧密相关。 – 软件代码要求高效率和高可靠性。 – 软件一般固化在Flash或Rom中。 – 软件系统具有高实时性。 – 一般采用C语言开发。

2021
14
1.1.4 ARM微处理器结构
1. RISC体系结构
有两种处理器结构： CISC与RISC CISC：大多数PC机处理器（Intel、AMD），8051单片 机，… RISC：两大主流，MIPS公司的MIPS和ARM公司的ARM。 ARM微控制器，MSP430单片机，AVR单片机，MIPS处理 器传，统…的CISC（Complex Instruction Set Computer，复杂 指令集计算机)随着计算机技术的发展，不断引入新的指令， 为支持这些指令，计算机的结构越来越复杂，然而，在CISC 指令集的各种指令中，大约有20%的指令使用率达到80%，而 其他80%指令却很少使用，显然，这种结构不合理。
前车门控 制系统
发动器控 制系统
后车门控 制系统
尾灯控制 系统
所有的控 制系统都 是一个完 整的嵌入 式系统
座椅控制 系统
2021
马达 控制器 车灯
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1.2.2 嵌入式系统发展过程
1. 嵌入式微处理器（单板计算机）
嵌入式微处理器的基础是通用计算机中的CPU。在应用中，将 微处理器装配在专门设计的电路板上，只保留和嵌入式应用有关的 母板功能，这样可以大幅度减小系统体积和功耗。为了满足嵌入式 应用的特殊要求，嵌入式微处理器虽然在功能上和标准微处理器基 本是一样的，但在工作温度、抗电磁干扰、可靠性等方面一般都做 了各种增强。嵌入式微处理器及其存储器、总线、外设等安装在一 块电路板上，称为单板计算机。如STD-BUS、PC104等。
▪每条数据处理指令可同时包含算术逻辑单元（ALU）的运算和移位处理， 实现ALU和移位器的最大利用；
▪使用地址自增和自减的寻址方式优化程序循环；
▪大多数指令的条件执行，实现最快速的代码执行。

该阶段是以嵌入式操作系统为标志的嵌入式系统。 其主要特点是： 嵌入式操作系统兼容性好； 操作系统内核小、效率高，并且具有高度的模块化和扩展性； 具备文件和目录管理，支持多任务，支持网络应用，具备图 形窗口和用户界面； 具有大量的应用程序接口API，开发应用程序较简单； 嵌入式应用软件丰富。
该阶段是以Internet为标志的嵌入式系统，这是一个正在 迅速发展的阶段。 目前，大多数嵌入式系统还孤立于Internet之外，但随着 Internet的发展以及Internet技术与信息家电、工业控制技术结 合日益密切，嵌入式设备与Internet的结合将代表嵌入式系统 的未来。
由于众多对象系统无法嵌入通用计算机系统，且嵌入式
系统与通用计算机系统的技术发展方向完全不同。因此 必须独立发展通用计算机系统与嵌入式计算机系统，这 就形成了现代计算机技术发展的两大分支。
嵌入式计算机系统的诞生，则标志了计算机进入了通用
计算机系统与嵌入式计算机系统两大分支并行发展时代。
两类计算机系统对比
嵌入式微处理器
嵌入式系统硬件层的核心是嵌入式微处理器，嵌入式微处理 器大多工作在特定用户群的专用设计系统中。 嵌入式微处理器有各种不同的体系，即使在同一体系中也可 能具有不同的时钟频率和数据总线宽度，或集成了不同的外 设和接口。 嵌入式微处理器的选择是根据具体的应用而决定的。
存储器
嵌入式系统需要存储器来存放和执行代码。嵌入式系统的 存储器包含Cache、主存和辅助存储器。
（1）由于嵌入式计算机系统要嵌入到对象体系中，实现 的是对象的智能化控制，因此，两者具有完全不同的技术 要求与技术发展方向。
（2）两类系统的专业化分工发展，导致20世纪末、21世纪初， 计算机技术的飞速发展。

嵌入式微处理器的分类
• 嵌入式微处理器MPU • 嵌入式微控制器MCU • 嵌入式数字信号处理器DSP
ARM技术的开展
• ARM (Advanced RISC Machines) 是一家 坐落在英国剑桥的电子公司，1990年11月 由苹果电脑、Acorn和VLSI Technology共 同组建。
• ARM指令集具完整功能，Thumb功能上可 看做ARM指令集的子集，具有很高的代码密 度
➢ARM状态(默认)：执行字方式的ARM指令 。
➢Thumb状态：执行半字方式的Thumb指令
ARM处理器状态
• ARM指令集和Thumb指令集不能同时有 效
• ARM状态下要使用Thumb指令必须进展 状态切换，反之亦然。当前程序状态存放 器CPSR中的控制位T反映处理器的当前状 态
ARM处理器模式
• ARM处理器共支持7种处理器模式，并以当前程 序状态存放器CPSR中的控制位M[4:0]反映处理 器正在操作的模式。
处理器模式
用户(usr)
特 系统(sys)
权 异 管理(svc)
模 式
常 模
中止(abt)
式 未定义(und)
中断(irq)
快速中断(fiq)
说明 正常工作模式，不能直接切换到其他模式 与用户模式相似，但能直接切换到其他模式 只有在系统复位和软件中断响应时才进入此模式 在ARM7内核中无效 只有在未定义指令异常响应时才进入此模式
•ARM嵌入式系统第一讲
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·嵌入性：嵌入到对象体系中，有对象环境要求 ·专用性：软、硬件按对象要求裁减 ·计算机：实现对象的智能化功能 特点:1、软硬件一体化；2、代码小，速度快 3、用途固定； 4、可靠性要求高 5、应用广泛。
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何谓嵌入式系统
广义地说
一个嵌入式系统就是一个具有特定功能或用途的 计算机软硬件集合体。
即以应用为中心、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 。
在工业和服务领域中，大量嵌入式技术也已经应 用于工业控制、数控机床、智能工具、工业机器 人、服务机器人等各个行业，正在逐渐改变着传 统的工业生产和服务方式
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何谓嵌入式系统
国际芯片市场来看
据统计每年只有10-20%的计算机芯片是为台式PC 或膝上电脑而设计的。
嵌入式系统设计制造的CPU每年大概有10-20亿片。
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何谓嵌入式系统
嵌入式处理器的分类和现状 微控制器（MCU) 数字信号处理器（DSP） 片上系统（SOC） 可编程片上系统（SOPC）
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何谓嵌入式系统
MCU 嵌入式微控制器的典型代表是单片机，这种８
位的电子器件,目前在嵌入式设备中仍然有着极 其广泛的应用。
单片机芯片内部集成ROM/EPROM、RAM、 总线逻辑、定时/计数器、看门狗、I/O、串行 口、脉宽调制输出、A/D、D/A、Flash、 EEPROM等各种必要功能和外设。
DSP是运算密集处理器，一般用在快速执行算法， 用在控制比较困难场合。由于为了追求高执行效 率，不适合运行操作系统，核心代码使用汇编。
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何谓嵌入式系统
SOC
SOC（片上系统）是IC设计的发展趋势。采用 SOC设计技术，可以大幅度地提高系统的可靠性， 减少系统的面积和功耗，降低系统成本，极大地 提高系统的性能价格比。

输出
数据
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哈佛体系结构的特点
1）程序存储器与数据存储器分开
2）提供了较大的数据存储器带宽
3）适合于数字信号处理
4）大多数DSP都是哈佛结构
5）ARM9是哈佛结构
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CISC和RISC
CISC：复杂指令集（Complex Instruction Set Computer）
具有大量的指令和寻址方式 大多数程序只使用少量的指令就能够运行 8/2原则：80%的程序只使用20%的指令

Motorola同时推出了68HC05；
Zilog公司推出了Z80系列，这些早期的单片机均含有256字 节的RAM、4K的ROM、4个8位并口、1个全双工串行口、两个 16位定 时 器； 在80年代初，Intel又进一步完善了8048，在它的基础上研制 成功了8051。

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嵌入式系统概述

实验教材（电子稿）
1、陈赜主编．ARM嵌入式技术实践教程．北京航空航天大学出版社，2005年
2
预备知识
1、电子技术基础（模、数）
2、微机原理及接口技术
(或单片机原理）
3、C程序设计
3
嵌入式系统概述
1
嵌入式系统的定义
2 3 4
硬件基础
嵌入式操作系统
应用领域
嵌入式技术的发展趋势
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5
一、嵌入式系统的定义
总线宽度一般为4位、8位或16位，处理速度有限，一般 在几个MIPS，进行一些复杂的应用很困难，运行操作系统就 更难。嵌入式微控制器的典型代表就是单片机。

嵌入式DSP处理器(Digital Signal Processor,DSP) 处理器是专门用于信号处理方面的处理器，其在系统结 构和指令算法方面进行了特殊设计，在数字滤波、FFT、频谱 分析等各种仪器上DSP获得了大规模的应用。 DSP是运算密集处理器，一般用在快速执行算法，做控 制比较困难。为了追求高执行效率，不适合运行操作系统，核 心代码使用汇编。