4、嵌入式程序设计基础

嵌入式系统设计的基础知识嵌入式系统是指嵌入到其他设备中，完成特定功能的计算机系统。

常见的嵌入式系统包括智能手机、数字电视机顶盒、汽车电子、工业自动化等领域。

因为嵌入式系统通常空间、能耗、成本要求都非常严苛，所以它们和通用计算机相比有很多不同之处。

本文将从嵌入式系统设计的角度，介绍嵌入式系统设计的基础知识。

一、嵌入式系统的硬件设计基础知识嵌入式系统的硬件设计是指对嵌入式系统的各个硬件组成部分进行设计、选型、集成、排布的过程。

嵌入式系统的硬件设计必须考虑以下几个方面。

1.芯片选型单片机（MCU）是嵌入式系统常用的芯片，由于嵌入式系统对芯片的集成度要求很高，常用的MCU都集成了很多模拟和数字外设如模数转换器（ADC）、通用异步收发器（UART）、同步串行收发器（SPI）、I2C接口等，可以很方便地与外部设备进行通讯。

当然，其他器件如FPGA、DSP等也可以作为嵌入式系统的芯片。

2.电源选择嵌入式系统的电源选择不仅要考虑芯片的输入电压特性，还要考虑嵌入式系统的整体功耗和稳定性，特别是对于多电压需求的系统更要注意电源的设计。

3.尺寸和布局嵌入式系统的尺寸和布局既要考虑外部尺寸限制，又要考虑内部线路的布局和信号的传输特性。

因为一旦系统原型被制作出来，改动就会变得十分困难，这就要求硬件设计人员对布局的精确把握和对参数的准确计算。

4.时钟电路嵌入式系统内的各个部件需要同步，通常需要一个精确的时钟电路驱动。

在时钟电路的设计中，要考虑功耗、抗干扰性等因素。

二、嵌入式系统的软件设计基础知识嵌入式系统的软件设计是指嵌入式系统的固件设计、操作系统选择和软件架构的设计等多个方面。

在开发嵌入式系统时，软件设计是非常重要的一个环节。

1.固件设计在开发嵌入式系统时，需要编写固件程序，这是嵌入式系统的基础软件。

固件程序通常被编写在C语言或某些汇编语言中。

编写固件程序时，需要考虑程序的规模、执行速度、可维护性、代码安全性等多重因素。

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。

嵌入式系统的设计流程与步骤嵌入式系统是指集成了计算机硬件与软件的特定功能系统，广泛应用于各种领域，如家电、汽车、医疗设备等。

设计一种高效、稳定、可靠的嵌入式系统是复杂而关键的任务。

本文将介绍嵌入式系统设计的流程与步骤。

1.需求分析在设计任何系统之前，首先需要进行需求分析。

嵌入式系统设计亦不例外。

需求分析的目的是确定系统需要完成的功能和性能要求。

这一步骤需要与客户或最终用户沟通，明确系统的目标和用户的需求。

通过详细了解用户的要求，设计团队可以为系统确定关键特性并制定开发计划。

2.系统架构设计系统架构设计是嵌入式系统设计的重要一步。

在这一阶段，设计团队将确定系统应包含的模块、子系统及其间的交互方式。

系统架构设计需要考虑到硬件与软件的集成、数据流和处理逻辑等因素。

同时，设计团队还需考虑到系统的可扩展性和可维护性，以便将来对系统的升级和维护工作。

3.硬件设计硬件设计是嵌入式系统设计的核心环节之一。

在硬件设计阶段，设计团队将确定系统所需的主要部件和器件。

这些部件和器件的选择要考虑到系统性能要求、功耗、成本等因素。

设计团队还需要绘制硬件电路图和进行仿真测试，以确保硬件设计的正确性和稳定性。

4.软件设计软件设计是嵌入式系统设计的另一重要环节。

在软件设计阶段，设计团队将根据系统需求和硬件设计结果，编写嵌入式软件。

这个过程包括系统功能的编程、实时任务的调度和优化，以及与硬件进行交互的驱动程序的编写。

软件设计的目标是实现系统功能并保持系统的高效性和可靠性。

5.系统集成与调试在完成硬件和软件设计之后，设计团队需要进行系统集成与调试工作。

这个过程包括将硬件和软件集成到一个完整的系统中，并进行调试和测试。

集成工作涉及到硬件和软件的连接、接口的测试、系统的功能验证等。

通过集成与调试工作，设计团队可以确保系统的各个部分协调工作，并符合之前制定的需求和设计指标。

6.验证与验证最后，设计团队需要对设计的嵌入式系统进行验证与验证工作。

1、指针与引用的区别：非空区别：在任何情况下都不能用指向空值的引用，引用必须指向某个对象。

指针可以指向空合法性区别：在使用引用之前不需要判断它的合法性，使用指针之前需要判断它的合法性。

防止指向空值的指针。

可修改区别：指针可以指向不同的对象，引用始终指向初始化时的对象，不可修改。

2、指针和引用的应用范围：考虑到存在不指向任何对象的可能与需要在不同的时刻指向不同的对象则用指针，否则用引用。

（引用的效率高于指针）。

3、实时系统的定义：在特定的时间内完成特定的任务。

4、实时系统的特性实时性，可靠性，交互性，独立性，多路性。

5、变量在内存中的区别：局部变量存储在栈区全局变量在静态数据库Static静态变量在堆区6、TCP/IP协议的主要层次结构:应用层传输层网络层数据链路层物理层7、IP地址的组层:网络号、主机号两部分组成8、软件测试的方法：黑盒：针对系统功能的测试白盒：测试函数功能，够函数的接口9、static有什么用途？（请至少说明两种）1)在函数体，一个被声明为静态的变量在这一函数被调用过程中维持其值不变。

2) 在模块内（但在函数体外），一个被声明为静态的变量可以被模块内所用函数访问，但不能被模块外其它函数访问。

它是一个本地的全局变量。

3) 在模块内，一个被声明为静态的函数只可被这一模块内的其它函数调用。

那就是，这个函数被限制在声明它的模块的本地范围内使用10、全局变量和局部变量在内存中是否有区别？如果有，是什么区别？全局变量储存在静态数据库，局部变量在堆栈。

11、什么是平衡二叉树？左右子树都是平衡二叉树且左右子树的深度差值的绝对值不大于1。

12、堆栈溢出一般是由什么原因导致的？没有回收垃圾资源及层次太深的递归调用。

13、什么函数不能声明为虚函数？constructor函数不能声明为虚函数。

14、冒泡排序算法的时间复杂度是什么？时间复杂度是O(n^2)。

15、写出float x 与“零值”比较的if语句。

嵌入式系统基础课程教学大纲（EmbeddedMicroprocessorSystem）学时数：32其中：实验学时：0课外学时：0学分数：2适用专业：计算机科学与技术一、课程的性质、目的和任务本课程是计算机科学与技术专业本科生的一门专业选修课程。

通过本课程的学习，使学生掌握嵌入式系统的基础知识，熟悉典型的嵌入式微处理器及嵌入式操作系统，掌握嵌入式系统的一般设计方法与开发过程，具备初步的嵌入式系统的软硬件设计开发能力，为嵌入式系统的实际应用打下基础。

二、课程教学的基本要求（一）掌握嵌入式系统的基本概念、基本组成及发展、嵌入式处理器及嵌入式操作系统分类（二）掌握ARM嵌入式微处理器体系结构、ARM指令系统及ARM汇编语言（H）掌握嵌入式1inUX 操作系统内核结构及文件系统（四）掌握嵌入式系统的一般设计流程、典型开发环境及开发工具（五）掌握基于ARM嵌入式微处理器的典型接口设计（六）初步掌握基于嵌入式1inUX操作系统的软件设计三、课程的教学内容、重点和难点第一章嵌入式系统基础知识一、嵌入式系统简介二、嵌入式处理器第二章嵌入式系统一般设计方法一、嵌入式系统的层次结构二、嵌入式系统的设计流程第三章ARM处理器体系结构及指令系统一、ARM微处理器的体系结构二、指令系统三、基于ARM体系的汇编语言程序设计第四章基于ARM处理器的硬件平台设计一、基于微处理器的嵌入式系统的硬件设计二、存储系统的分析与设计三、通用I/O接口的设计第五章嵌入式1inux操作系统一、1i1IUX及其应用二、嵌入式1inux内核三、嵌入式1inUX文件系统第六章嵌入式1inux系统的Boot1oader设计一、Boot1oader的基本概念二、Boot1oader的具体实现重点：Boot1oader的基本概念难点：BOOt1Oader的具体实现第七章嵌入式1inux程序设计基础一、嵌入式1inUX开发基础二、1inUX的常用工具三、嵌入式1inUX操作系统的开发工具四、交叉开发环境重点：嵌入式1inUX操作系统的开发工具、难点：交叉开发环境第八章嵌入式1inux系统的驱动开发一、1inUX下的设备驱动程序简介二、设备驱动程序的开发过程三、典型设备驱动程序设计分析第九章嵌入式网络程序设计一、嵌入式以太网基础知识二、以太网接口设计三、1in1IX网络编程实现重点：以太网接口设计、1inUX网络编程实现难点：1inUX网络编程实现第十章嵌入式1inux图形用户界面编程一、1inux图形开发基础二、嵌入式1inIIX图形用户界面简介四、课程各教学环节要求（一）作业根据课程学习需要，安排适当课外作业。

嵌入式软件设计嵌入式软件设计是指为嵌入式系统设计开发软件程序的过程。

嵌入式系统是一种特殊的计算机系统，它旨在执行特定任务，并通常涉及与物理世界的交互。

常见的嵌入式系统包括现代汽车、数字相机、智能手机、路由器、交通信号灯和医疗设备等。

这些设备需要高度优化、可靠且高效的软件，以便能够正确地执行其功能。

在开始嵌入式软件设计之前，首先要确定系统的架构和需求。

架构涉及处理器选择、内存容量、存储器、输入/输出接口和各种系统总线等。

需求涉及系统功能、性能、安全、可靠性和易用性等方面。

这些因素都将影响软件设计和开发的过程。

嵌入式软件通常是使用低级编程语言（如C或汇编语言）编写的。

低级语言允许程序员直接控制硬件的配置和操作。

这样可以最大程度地优化程序的性能和资源使用效率。

然而，低级编程语言也非常容易出错，因此需要进行精心的测试和调试工作。

在嵌入式软件设计的过程中，还需要考虑到多线程、中断处理、存储器管理和通信协议等方面。

多线程可以提高系统的并发性和响应能力，但也容易引入bug和死锁等问题。

中断处理可以确保在紧急情况下及时响应事件，但也可能会影响系统的稳定性。

存储器管理可以确保软件的内存使用高效，并确保不会发生内存泄漏和缓冲区溢出等问题。

通信协议可以确保与其他设备和系统之间的通信正确进行。

除了开发软件之外，还需要对软件进行测试和调试。

测试可以检测软件中的缺陷和错误，并帮助程序员调整代码以更好地满足预期的功能和性能要求。

调试可以帮助程序员快速定位问题并进行纠正。

最后，为了确保飞行安全和质量控制等方面的要求，嵌入式软件应符合国际标准和规范，例如RTCA-DO-178C（飞机软件开发的安全认证标准）和ISO 26262（汽车软件开发的安全认证标准）。

总之，嵌入式软件设计需要开发人员经过深思熟虑和严谨的方法来开发高效、高可靠性的软件程序。

这需要程序员具备一定的专业知识和技能，同时也需要完善的软件开发流程和测试方法。

只有这样，才能保证嵌入式系统的安全性和正常运行，同时也满足客户的需求和期望。

嵌入式系统设计与开发嵌入式系统设计与开发是一门综合性较强的学科，涵盖了电子、计算机、通信等多个领域的知识。

随着科技的进步，嵌入式系统在各个领域得到了广泛应用，比如智能手机、智能家居、汽车等。

本文将详细介绍嵌入式系统设计与开发的相关内容和步骤。

一、嵌入式系统设计与开发的基本概念1. 嵌入式系统的定义：嵌入式系统是一种特定用途的计算机系统，嵌入在其他电子设备中，用于控制、监视和与外部环境交互。

2. 嵌入式系统的特点：实时性、稳定性、低功耗、小型化等。

二、嵌入式系统设计与开发的步骤1. 需求分析：了解用户需求，确定系统功能和性能要求，并进行需求分析和评估。

2. 系统设计：根据需求分析的结果，进行系统设计。

包括硬件设计和软件设计两个方面。

- 硬件设计：选择合适的处理器、内存、存储器等硬件组件，并进行电路设计和布板。

- 软件设计：编写嵌入式系统的软件程序，包括驱动程序、操作系统、应用程序等。

3. 硬件实现：根据硬件设计的结果，进行硬件实现。

包括电路板的制造和组装、设备的调试和测试等。

4. 软件实现：根据软件设计的结果，进行软件的实现。

包括编写代码、进行编译、连接、调试和测试等。

5. 系统集成：将硬件和软件进行集成，进行整体调试和测试。

确保系统的功能完善和性能稳定。

6. 系统验证和测试：对整个系统进行验证和测试，评估系统的可靠性、实时性和性能等。

7. 系统优化和调优：根据验证和测试的结果，对系统进行优化和调优，改进系统的性能和稳定性。

8. 系统部署和上线：将优化后的系统部署到实际环境中，并进行上线运行。

三、嵌入式系统设计与开发的技术要点1. 硬件选型：选择合适的处理器、内存、存储器等硬件组件，根据系统需求进行选型。

2. 软件开发：根据需求分析，进行软件的开发。

可选择C语言、汇编语言等进行编程。

3. 实时性设计：嵌入式系统对实时性要求较高，需要进行实时性设计，确保系统的响应速度和稳定性。

4. 低功耗设计：嵌入式系统通常工作在电池供电条件下，需要进行低功耗设计，延长系统的使用时间。