嵌入式系统开发与应用教程 第一讲精品PPT课件

统
1.5 嵌入式系统的发展历史
单片微型计算机即SCM（Single Chip Microcomputer）阶段
第二阶段是MCU即微控制器（Micro Controller Unit）阶段
第三阶段是SoC（System on Chips）单 片机是嵌入式系统的独立发展之路
1.5.3 未来嵌入式系统的发展趋势
产品发布
2. 嵌入式存储器
(1)嵌入式易失性存储器 （2）嵌入式非易失性存储器
1.3.2 嵌入式系统的软件
应用软件 应用编程接口 嵌入式操作系统
BSP 底层硬件
图1.6 嵌入式系统软件层次结构
1.4 嵌入式系统分类
1.单个微处理器 2.不带计时功能的微处理器装置 3.带计时功能的组件 4.在制造或过程控制中使用的计算机系
第一章 嵌入式系统概述
1.1 嵌入式系统定义与特点
嵌入式系统定义:
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。
它一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、 嵌入式操作系统以及用户的应用程序等四个 部分组成，用于实现对其他设备的控制、监 视或管理等功能。
嵌入式系统的特点
1. 嵌入式系统极其关注成本。 2. 嵌入式系统对实时性有较强要求。 3. 嵌入式系统一般采用 EOS 或 RTOS。 4. 嵌入式系统软件故障造成的后果较通
用计算机更为严重。 5. 嵌入式系统多为低功耗系统。
6. 嵌入式系统经常在极端恶劣的环境下 运行。
1. 高可靠性、高稳定性 2.运算速度快、开发周期短 3.强大的扩展功能和网络传输功能
1.6 小结

与PC机区别： 专用特定任务； 硬件资源比PC机少； 实时多任务操作系统； 功耗、成本约束； 目标代码存放在ROM中； 专用工具开发设计。
第一讲 嵌入式基础知识
1.2
1.2 嵌入式系统应用
办公设备：复印机、传真机，PC机外围设备，键盘、鼠标、优 盘、显示器、Modem、打印机、扫描仪等，含有数个甚至数十 个嵌入式系统。
设备驱动程序、HAL、BSP SOC/SOPC
电源管理
Flash
E2PROM 内 SDRAM 存
SRAM
GPIO IIS USB LCD
ADC/DAC
处理器/ARM核
Timer/RTC
MMU/Cache
DSP/浮点运算协处理器
CAN 以太网 DMA
FPGA/CPLD
UART和IrDA
看门狗及复 位电路
消费类产品：如MP3、照相机、摄像机、PDA、智能玩具，网络 家电、智能家电、车载电子设备等。
测控和自动化：各个领域中的智能仪器仪表，各种装备、设备 中的测控系统、自动化系统。如工业控制、数控机床、智能工 具、工业机器人、服务机器人等，汽车、火车、轮船、航空与 航天器等工具中的控制系统。
数字网络通信：交换机、路由器、网关、手机，各个领域、装 备、设备中的数字网络通信系统。
第一讲 嵌入式基础知识
1.4
1.4 嵌入式系统开发 硬件开发过程： 硬件总体设计方案； 硬件设备选型； 硬件原理图设计； 硬件印刷版图设计； 硬件电路焊接； 硬件电路调试； 硬件电路修改。
软件工具：Protel
第一讲 嵌入式基础知识
1.4
软件开发过程:(交叉开发)
宿主机 运行 调试工具 软件
通信信道 仿真器

FPGA可以用于实现各种数 字信号处理算法和数据流处 理，例如FIR滤波器、FFT变 换、数据加密等。
FPGA可以实现各种数字信 号处理算法和数据流处理， 例如FIR滤波器、FFT变换、 数据加密等。同时还可以用 于实现各种接口和控制逻辑 ，例如串口通信、SPI接口、 I2C接口等。在选择FPGA时 需要考虑FPGA的性能指标 、资源容量、开发环境和操 作系统的支持情况等因素。
需求分析与设计
需求收集
了解和分析嵌入式系统应 用的需求，包括功能、性 能、可靠性等。
算法设计
根据需求选择合适的算法 ，进行优化以提高性能。
系统设计
根据需求，设计系统的总 体架构、硬件和软件平台 、接口等。
编码与测试
编码语言选择
根据系统平台和需求，选择合适的编程语言 进行开发。
代码编写
按照设计要求，编写嵌入式系统应用的代码 。
。
FPGA
总结词
详细描述
总结词
详细描述
FPGA是一种可编程逻辑器 件，通过编程可以实现各种 逻辑功能，广泛应用于各种 嵌入式系统中。
FPGA具有高集成度、高可 靠性、可重复编程等优点， 通常采用硬件描述语言进行 编程。常见的FPGA包括 Xilinx的FPGA系列、Altera 的FPGA系列等。
单元测试
对编写的代码进行单元测试，确保各模块功 能正常。
部署与维护
01 系统部署
将开发好的嵌入式系统应用部署到目标环境中。
02 系统调试
在部署后进行系统调试，确保系统功能正常并满 足性能要求。
03 系统维护
对部署好的嵌入式系统应用进行维护，包括升级 、故障排除等。
05
嵌入式系统安全与可靠性
系统安全

仿真器
用于模拟嵌入式系统的运行环境，便 于开发者在真实硬件之前进行调试和 测试。
调试器
用于在嵌入式系统运行过程中进行实 时调试，帮助开发者定位和解决问题。
交叉编译器
将应用程序代码编译为目标硬件平台 上的可执行文件，实现跨平台开发。
03 嵌入式系统的应用
智能家居
智能家居是嵌入式系统的重要应用领域之一，通过嵌入式系 统可以实现家庭设备的智能化控制和管理，提高生活便利性 和舒适度。
、医学影像设备等。
汽车电子
嵌入式系统用于汽车电 子控制系统，如发动机
控制、车身控制等。
嵌入式系统的发展历程
01
02
03
起源
嵌入式系统的概念起源于 20世纪70年代，主要用于 工业控制领域。
发展
随着微处理器技术的发展， 嵌入式系统逐渐普及，应 用领域不断扩大。
趋势
未来嵌入式系统将朝着智 能化、网络化、低功耗等 方向发展。
RTOS技术具有可移植性和可裁 剪性，可以根据实际需求进行 定制化开发，提高系统的可靠 性和性能。
06 嵌入式系统发展趋势与挑 战
物联网时代的嵌入式系统
嵌入式系统在物联网中的应用
嵌入式系统作为物联网的重要组成部分，广泛应用于智能家居、智能交通、智能制造等领域，实现设备间的互联 互通和智能化控制。
提高实际操作能力。
项目实践
组织学生进行嵌入式系统的项目 实践，将理论知识应用于实际项 目中，提高学生的综合应用能力。
注重培养学生的实际动手能力
提供实验设备和实验环境
学校应提供先进的实验设备和实验环境，满足学生进行实验和实 践的需求。
加强实验课程建设
增加实验课程的比重，设计更多具有挑战性和实用性的实验项目， 引导学生主动实践。

1.2 嵌入式系统的组成结构
• 1.2.1 嵌入式系统硬件基本结构介 绍
• 1.2.2 嵌入式系统软件的层次结构 • 1.2.3 启动程序介绍
应用层
应用程序 文件系统/图形用户应用程序接口
•
OS层
驱动层
实时操作系统（RTOS） 设备驱动程序、HAL、BSP
电源管理
SOC/SOPC
Flash EEPRO
内
SDMRA SRMAM
存
GPIO
处理器/ARM核 Timer/RTC
IIS USB LCD
MMU/Cache
DSP/浮点运算协处理器
CAN 以太网 DMA
ADC/DAC FPGA/CPLD UART和IrDA
看门狗及 复位电路
人机交互接口LCD/触摸屏、键盘、鼠标
典型的嵌入式系统组成
软件
硬件
输 入 输 出 接 口
1.1.5嵌入式系统的应用 范围
工业
工控设备 智能仪表 汽车电子
嵌入式系统的应用 范围
军事国防
军事电子
消费电子
信息家电
嵌入式应用
智能玩具 通信设备
网络设备
电子商务
移动存贮
网络
崭新的数字世界多彩的嵌入式应用 无线电的发展
矿石收音机 单二极管
收音机 7个晶体管 单二极管
收音机 1亿个晶体管 2-3个嵌入式处理器
嵌入式系统硬件基本结构介
绍
嵌入式系统硬件核心是嵌入式微处理器，有时为 了提高系统的信息处理能力，常常外接和协处理 器（也可内部集成）完成高性能信号处理。
随着计算机技术、微电子技术、应用技术的不断 发展和纳米芯片加工工艺技术的发展，以微处理 器为核心的集成多种功能的系统芯片已成为嵌入 式系统的核心，在嵌入式系统设计中，要尽可能 的选择能满足系统功能接口的芯片，这些集成了 大量的外围、、以太网、、等功能模块。

3/92
课程设置的必要性
▪ 应用需求日益复杂 ▪ 微处理器技术长足发展 ▪ 社会对嵌入式技术人才的需求
据统计2002年16/32位嵌入式处理 器的销售额已接近70亿美元 ▪ 嵌入式软件技术成为核心
4/92
嵌入式处理器快速成长
$70亿
5/92
课程目的
了解嵌入式系统的概念和体系结构
掌握嵌入式系统的软硬件开发方法
代表产品有TI的TMS320C2000/C5000 和Motorola的DSP56000
35/92
嵌入式SOC
System On Chip,片上系统/系统芯片 将很多功能模块集成到单个芯片上 ➢ 各种通用处理器内核作为SOC设计公司的标准库，
用VHDL等语言描述 ➢ 除个别无法集成外，嵌入式系统的大部分集成到一
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课程安排（5）
3. 嵌入式Linux设备驱动实验 － 基本的编程实现 － 数码管驱动与按键驱动的结构分析及使用方法
4. 串口通讯与短信收发系统综合实验 － 基于Qt的嵌入式GUI程序设计 － 串口通讯程序设计 － 短信收发程序设计 － 程序编译下载与运行
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评分标准
课堂表现与出勤率：20％ 实验表现：50％ 实验报告：30％
MIPS公司开发了32位高性能，低功耗的处理器 内核MIPS 32 4Kc和64位的处理器内核MIPS
64 5Kc
应用范围：机顶盒、视频游戏机、Cisco路由
器、激光打印机
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典型的嵌入式微处理器－PowerPC
PowerPC架构特点：可伸缩性好，方便灵活
既有通用处理器，也有嵌入式微控制器和内核， 应用范围非常广泛，从高端服务器、工作站到 PC，从消费类电子到通信设备

1.1 嵌入式系统简介
嵌入式系统已经广泛应用于各个科技领域和日常生活的每个角落，由于其本 身的特性，使得我们很难发现它的存在。甚至一些从事嵌入式系统开发的科技人 员也只知单片机，不知道嵌入式系统。本节从嵌入式系统的定义开始，阐述嵌入 式系统的含义、特点等，以使读者加深对嵌入式系统的理解。
§1.1.1 嵌入式系统的定义 §1.1.2 嵌入式系统的组成 §1.1.3 嵌入式系统的特点 §1.1.4 嵌入式系统的应用 §1.1.5 嵌入式系统的发展
由上述可以看出，嵌入式系统是一个外延极广的概念，凡是与产品结合在一起的、 具有嵌入式系统特点的系统都可以称为嵌入式系统。
第1章 嵌入式系统设计基础
4
嵌入式系统的组成
嵌入式系统一般有3个主要的组成部分： 硬件。图1.1给出了嵌入式系统的硬件组成。其中，处理器是系统的运算核心； 存储器（ROM、RAM）用来保存可执行代码，以及中间结果；输入输出设备完成 与系统外部的信息交换；其他部分辅助系统完成功能。 应用软件。应用软件是完成系统功能的主要软件，它可以由单独的一个任务来 实现，也可以由多个并行的任务来实现。 实时操作系统（Real-Time Operating System，RTOS）。该系统用来管理应 用软件，并提供一种机制，使得处理器分时地执行各个任务并完成一定的时限要 求。
由于对嵌入式系统含义的理解因人而异，所以不同的书籍对嵌入式系统的定义也 不尽相同。下面给出了一些文献中对嵌入式系统的定义：
“Computer as Components – Principles of Embedded Computing System Design”一书的作者Wayne Wolf认为：“什么是嵌入式计算系统？如果不严格地定 义，它是任何一个包含可编程计算机的设备，但是它本身却不是一个通用计算机。”

分析、确定和阐明用户的需求 ❖ 能设计高效实用的信息技术解决方案，并善于将
该解决方案和用户环境整合
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信息技术方向要求的基本素质
❖ 能鉴别和评价当前流行的和新兴的技术，根据用 户需求评估其适用性
❖ 能分析技术对个人，组织，社会带来的影响，包 括伦理，法律和政策等方面问题
❖ 善于总结成功经验与失败教训，并能用于指导后 续实践
5
启示
▪ 计算机教育发展以国家需求为目标和驱 动力
▪ 注重学习国际先进技术 •如：技术、系统、人才、优秀教材…
▪ 充分认识计算机专业的实践性特点 ▪ 师资队伍是保证教育质量的关键 ▪ 计算机教育内容必须及时调整
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社会需求分析
❖ 基本观点 ▪ 国家和社会对计算机专业本科人才需求与信息化的目标 、进程密切相关 ，计算机市场很大程度上决定着对计 算机人才的层次结构、就业去向、能力与素质等方面的 具体要求
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❖ 振兴电子制程技术、壮大电子制程企业是突破行 业“短板”、实现电子强国战略的突破口。
❖ 电子制程是指电子产品的生产制造工艺流程。 ❖ 电子制程应用可令电子信息制造业生产效率提高
２０％、生产成本降低１０％、工艺品质引起的 事故减少９５％
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2010年上半年软件业务收入
精选ppt信息技术方向要求的基本能力信息技术方向要求的基本能力对信息技术领域的核心技术和概念能熟练运用为解决个人和组织机构所面临的问题能系统地分析确定和阐明用户的需求能设计高效实用的信息技术解决方案并善于将该解决方案和用户环境整合精选ppt10信息技术方向要求的基本素质信息技术方向要求的基本素质能鉴别和评价当前流行的和新兴的技术根据用户需求评估其适用性能分析技术对个人组织社会带来的影响包括伦理法律和政策等方面问题善于总结成功经验与失败教训并能用于指导后续实践具有独立思考和解决问题的能力精选ppt11所要求的交流与学习能力所要求的交流与学习能力能将个人行动与团队合作相融合在队伍中相互协作来达到团队的共同目标能通过口头和书面的方式运用恰当的专业词汇和客户用户及同伴进行有效的交流和沟通具有终身学习的意识精选ppt12计算机专业人才培养与就业精选ppt13中国电子信息产业大而不强工业增加值和利润都很低rd投入低自主创新能力不强主要核心技术和关键元器件依赖外国因此现在我们的目标是

·现实中的嵌入式系统
即使不可见，嵌入式系统也无处不在。嵌入 式系统在很多产业中得到了广泛的应用并逐步改变着 这些产业，包括工业自动化、国防、运输和航天领域。 例如神舟飞船和长征火箭中有很多嵌入式系统，导弹 的制导系统也是嵌入式系统，高档汽车也有多达几十 个嵌入式系统。
在日常生活中，人们使用各种嵌入式系统，但未必 知道它们。事实上，几乎所有带有一点“智能”的家 电（全自动洗衣机、电脑电饭煲）都有嵌入式系统。 嵌入式系统广泛的适应能力和多样性，使得视听、工 作场所甚至健身设备中到处都有嵌入式系统
嵌入式教学PPT-第1 章 嵌入式系统概 述
51、没有哪个社会可以制订一部永远 适用的 宪法， 甚至一 条永远 适用的 法律。 ——杰 斐逊 52、法律源于人的自卫本能。——英 格索尔
53、人们通常会发现，法律就是这样 一种的 网，触 犯法律 的人， 小的可 以穿网 而过， 大的可 以破网 而出， 只有中 等的才 会坠入 网中。 ——申 斯通 54、法律就是法律它是一座雄伟的大 夏，庇 护着我 们大家 ；它的 每一块 砖石都 垒在另 一块砖 石上。 ——高 尔斯华 绥 55、今天的法律未必明天仍是法律。 ——罗·伯顿
与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， 因此称为微控制器。
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和数目众多的ARM芯片等。目前MCU约 占嵌入式系统70%的市场份额。

物联网与5G技术
嵌入式系统将与云计算和边缘计算技术结 合，实现数据处理和分析能力的提升。
物联网和5G通信技术的发展为嵌入式系统 提供了更广阔的应用空间，嵌入式系统将 更加网络化、智能化。
02 嵌入式系统硬件
微控制器
微控制器是嵌入式系统的核心，它是一 种集成电路芯片，包含了计算机的基本 组成要素，如中央处理器、存储器、输
嵌入式系统PPT课件
目录
CONTENTS
• 嵌入式系统概述 • 嵌入式系统硬件 • 嵌入式系统软件 • 嵌入式系统开发流程 • 嵌入式系统应用案例 • 嵌入式系统面临的挑战与解决方案
01 嵌入式系统概述
定义与特点
定义
嵌入式系统是一种专用的计算机系统 ，主要用于控制、监视或帮助操作机 器设备。
特点
嵌入式系统在智能家居控制系统中发 挥着核心作用，通过嵌入式处理器和 相关硬件设备，实现对家庭设备的控 制和管理。
智能家居控制系统可以实现的功能包 括：远程控制、定时控制、语音控制 等，为家庭生活带来便利和舒适。
工业自动化控制系统
工业自动化控制系统是嵌入式系统的另一个重要应用领域，通过嵌入式系统技术， 可以实现生产过程的自动化和智能化。
调研市场需求
了解行业发展趋势和市场需求，为系统设计提供参考 和依据。
制定开发计划
根据需求分析结果，制定详细的开发计划，包括时间 安排、人员分工、资源需求等。
系统设计
硬件设计
根据系统需求，设计合适的硬件架构，包括 处理器、存储器、接口电路等。
软件设计
设计嵌入式系统的软件架构，包括操作系统、 中间件和应用软件等。
01
02
03
系统集成
将硬件和软件集成在一起， 形成完整的嵌入式系统。

全面测试，确保满足用户
需求。
系统部署与维护
系统部署
将系统安装到实际运行环境中，并进行必要的 配置和优化。
系统维护
定期对系统进行检查、维护和升级，确保系统 稳定运行。
技术支持与故障排除
为用户提供技术支持，及时处理系统运行中出现的各种问题。
05
嵌入式系统的应用实例
智能家居系统
智能家居系统是嵌入式系统的典型应用之一，通过将各种家电设备、照明、门窗、 环境监测等子系统集成在一个平台上，实现智能化控制和管理。
任务调度
嵌入式操作系统能够 根据任务优先级进行 任务调度，确保高优 先级任务能够及时得 到处理。
设备驱动
嵌入式操作系统提供 设备驱动程序，用于 与硬件设备进行交互 。
嵌入式中间件
数据传输
嵌入式中间件提供数据传输功能，实 现不同设备或系统之间的数据交换和
通信。
消息队列
嵌入式中间件提供消息队列机制，用 于在不同设备或系统之间传递消息。
析仪等。
嵌入式系统在医疗电子设备中发挥着重 要作用，通过高性能的处理器和各种传 感器，实现对病人生命体征的实时监测 和数据分析，为医生提供准确的诊断依
据。
医疗电子设备需要具备高精度、高可靠 性和低功耗等特点，因此对嵌入式系统
的性能和可靠性要求较高。
汽车电子系统
汽车电子系统是嵌入式系统的 又一应用领域，主要用于汽车 发动机控制、车身控制、安全
数据处理
应用软件负责对数据进行处理和分析，满 足用户需求。
业务逻辑
应用软件包含业务逻辑，用于实现具体的 业务功能。
系统软件
系统引导程序
系统软件包含引导程序， 用于初始化硬件设备和加 载操作系统。
网络协议栈