第1章 嵌入式系统基础知识

第一章嵌入式系统基础知识1.嵌入式系统基础知识计算机系统的两个发展分支通用计算机与嵌入式计算机嵌入式系统的一般定义、IEEE定义一般定义：以应用为中心、以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗和应用环境有特殊要求的专用计算机系统。

是将应用程序、操作系统和计算机硬件集成在一起的系统。

（技术角度）嵌入式系统是设计完成复杂功能的硬件和软件，并使其紧密耦合在一起的计算机系统。

（系统角度）广义定义：任何一个非计算机的计算系统。

IEEE （国际电气和电子工程师协会）定义：嵌入式系统是“用于控制、监视或者辅助操作的机器、设备或装置”。

嵌入式系统4个组成部分嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统、用户应用程序嵌入式系统的三个基本要素嵌入性、专用性、计算机系统嵌入式系统的软硬件特点硬件方面：稳定性、低功耗、体积受限、看门狗电路、成本低、系统资源少软件方面：实时性、可裁剪性、精简性、人机界面要求不高嵌入式系统的硬件架构以嵌入式处理器为中心，配置存储器、I/0设备、通信模块以及电源等必要的辅助接口组成。

嵌入式系统的硬件核心嵌入式微处理器嵌入式处理器的种类嵌入式微处理器、嵌入式微控制器、嵌入式DSP、嵌入式SOCS0CSOC是指在单芯片上集成数字信号处理器、微控制器、存储器、数据转换器、接口电路等电路模块，可以直接实现信号采集、转换、存储、处理等功能。

2.嵌入式系统硬件嵌入式微处理器的体系结构冯诺依曼结构：单一的程序和数据总线。

哈佛结构：独立的程序和数据总线。

RISC（精简指令集计算机）的概念及思想精华1979年，美国加州伯克利分校提出了RISC的概念，基本思想是尽量简化计算机指令功能，只保留那些功能简单，能在一个节拍内执行完成的指令，而把较复杂的功能用一段子程序实现。

RISC思想的精华就是通过简化计算机指令功能、简化计算机指令格式，使指令的平均执行周期减少，同时大量使用通用寄存器来提高计算机的工作主频，提高程序的速度。

嵌入式系统相关知识点总结嵌入式系统（Embedded Systems）是一种专门设计和用途的计算机系统，用于控制设备和机器的各个方面，通常被嵌入到所控制的设备中。

嵌入式系统是一个开放的领域，涵盖了面向硬件和软件的多个方面。

在本文中，我将总结一些与嵌入式系统相关的重要知识点。

一、嵌入式系统的基础知识：1.什么是嵌入式系统：嵌入式系统是一种专门设计和用途的计算机系统，被嵌入到所控制的设备中。

2.嵌入式系统的特点：实时性、可靠性、功耗低、体积小、成本低、资源有限等。

3.嵌入式系统的分类：实时嵌入式系统、网络嵌入式系统、移动嵌入式系统、无线嵌入式系统等。

4.嵌入式系统的组成：硬件平台（处理器、内存、输入输出接口等）和软件平台（操作系统、驱动程序等）。

二、嵌入式系统的硬件知识：1. 存储器：RAM（随机访问存储器）、ROM（只读存储器）、Flash memory（闪存）等。

2.处理器：常见的处理器包括ARM、MIPS、x86等，需要根据应用需求选择适合的处理器。

3.输入输出接口：串口、并口、USB、以太网等用于与外设通信。

4.性能优化：资源有限的嵌入式系统需要优化性能和资源利用，例如使用中断处理、多任务处理等技术。

三、嵌入式系统的软件知识：1. 操作系统（OS）：嵌入式系统通常使用实时操作系统（RTOS），如FreeRTOS、Linux、VxWorks等，用于管理任务、内存、进程和资源。

2.设备驱动程序：用于控制和管理硬件设备，例如串口驱动、触摸屏驱动等。

3.编程语言：C/C++是嵌入式系统开发中常用的编程语言，还有汇编语言适用于对性能要求较高的关键模块。

4.软件开发工具：编译器、调试器、仿真器等用于嵌入式软件的开发和调试。

四、嵌入式系统的开发流程：1.系统需求分析：明确系统的功能、性能、成本等需求，并进行需求分析和规划。

2.硬件设计与开发：选择合适的硬件平台，设计硬件电路，并进行原型制作和测试。

3.软件设计与开发：进行软件系统的设计和开发，包括操作系统选择、驱动程序编写、应用程序开发等。

第一章嵌入式系统概述1.嵌入式系统的概念从技术的角度概念：以应用为中心、以运算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、靠得住性、本钱、体积、功耗严格要求的专用运算机系统。

从系统的角度概念：嵌入式系统是设计完成复杂功能的硬件和软件，并使其紧密耦合在一路的运算机系统。

术语嵌入式反映了这些系统一般是更大系统中的一个完整的部份，称为嵌入的系统。

嵌入的系统中能够共存多个嵌入式系统。

2.嵌入式处置器的分类①嵌入式微处置器；②嵌入式微控制器；③嵌入式DSP处置器；④嵌入式片上系统（SOC）3.嵌入式操作系统的大体概念及特点一般实时操作系统应用于实时处置系统的上位机和实时查询系统等实时性较弱的实时系统，而且提供了开发、调试、运用一致的环境。

嵌入式实时操作系统应用于实时性要求高的实时控制系统，而且应用程序的开发进程是通过交叉开发来完成的，即开发环境与运行环境是不一致。

嵌入式实时操作系统具有规模小(一般在几K～几十K 内)、可固化利用实时性强(在毫秒或微秒数量级上)的特点4.实时操作系统的大体概念及特点总的来讲实时操作系统是事件驱动的，能对来自外界的作用和信号在限定的时刻范围内作出响应。

它强调的是实时性、靠得住性和灵活性, 与实时应用软件相结合成为有机的整体起着核心作用, 由它来管理和协调各项工作,为应用软件提供良好的运行软件环境及开发环境。

从实时系统的应用特点来看实时操作系统能够分为两种：一般实时操作系统和嵌入式实时操作系统IEEE 的实时UNIX分委会以为实时操作系统应具有以下的几点:异步的事件响应；切换时刻和中断延迟时刻肯定；优先级中断和调度；抢占式调度；内存锁定；持续文件；同步；5.操作系统的内核有哪两种，各自的特点①非占先式内核：非占先式内核要求每一个任务自我舍弃CPU 的所有权。

非占先式调度法也称作合作型多任务，各个任务彼此合作共享一个CPU。

异步事件仍是由中断服务来处置。

中断服务能够使一个高优先级的任务由挂起状态变成就绪状态。

第1章嵌入式系统导论1.嵌入式系统的概念：是以现代计算机技术为基础，以应用为中心，可以根据系统或用户需求（功能、可靠性、成本、体积、功耗、环境等），灵活裁剪软硬件模块的专用计算机系统。

2.嵌入式系统的分类及分类依据：嵌入式系统由硬件和软件两大部分组成，用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。

前者是整个系统的物理基础，它提供软件运行平台和通信接口；后者实际控制系统的运行。

硬件：嵌入式微处理器、外围电路、外围硬件设备。

软件：BootLoader 、嵌入式操作系统、用户的应用程序等。

3.几种典型嵌入式操作系统：（1） uC/OS II（2）uCLinux（3）Windows CE（4）嵌入式Linux 等4.任务调度：任务的调度有三种方式：可抢占式、不可抢占式和时间片轮转。

【不可抢占式调度是指一个任务一旦获得CPU就独占其运行，除非由于某种原因使它决定放弃CPU的使用权；可抢占式调度是基于任务优先级的，当前正在运行的任务可以随时让位给优先级更高的处于就绪态的其他任务；当两个或两个以上任务有同样的优先级时，不同任务轮转使用CPU，直到系统分配的CPU时间片用完，这就是时间片轮转调度。

】目前，大多数嵌入式操作系统对不同优先级的任务采用基于优先级的可抢占式调度法，对相同优先级的任务则采用时间片轮转调度法。

5.针对有内存管理单元（MMU，Memory Management Unit）的处理器而设计的一些桌面操作系统，如Windows、Linux，使用了虚拟存储器的概念。

6.计算机的发展：冯诺依曼架构：将指令和数据存放在同一存储空间中，统一编址，指令和数据通过同一总线访问。

哈佛结构（冯诺依曼架构的扩展）：主要特点是程序和数据存储在不同的存储空间中，即程序存储器和数据存储器是两个相互独立的存储器，每个存储器独立编制、独立访问。

CortexM37.Cortex系列按嵌入式系统的典型应用分类：① Cortex-A：高性能（High Performance），【针对日益增长的运行Linux、WinCE、Symbian等操作系统在内的消费者娱乐和无线产品设计与实现。

嵌入式系统基础知识目录1. 嵌入式系统概述 (3)1.1 嵌入式系统的定义与特点 (4)1.2 嵌入式系统的分类与应用领域 (5)1.3 嵌入式系统的发展历史 (6)2. 嵌入式系统的组成 (7)2.1 硬件组成 (8)2.1.1 处理器 (9)2.1.2 存储器 (10)2.1.3 输入/输出设备 (11)2.2 软件组成 (12)2.2.1 操作系统 (13)2.2.2 应用软件 (14)3. 嵌入式操作系统 (15)3.1 嵌入式操作系统的作用 (16)3.2 嵌入式操作系统的种类 (18)3.2.1 实时操作系统 (19)3.2.2 通用操作系统 (20)3.3 常见的嵌入式操作系统 (21)4. 嵌入式系统的编程 (23)4.1 C/C++语言在嵌入式系统中的应用 (24)4.2 汇编语言基础 (26)4.3 微控制器开发环境的搭建 (27)5. 嵌入式系统的设计与开发流程 (28)5.1 需求分析 (30)5.2 系统设计 (31)5.2.1 硬件设计 (32)5.2.2 软件设计 (34)5.3 代码实现 (35)5.4 单元测试 (37)5.5 系统测试 (38)5.6 部署与维护 (40)6. 安全与可靠性 (42)6.1 嵌入式系统的安全性问题 (44)6.2 软件漏洞与防护 (46)6.3 系统可靠性设计 (47)7. 嵌入式系统案例分析 (48)7.1 智能家居设备 (50)7.2 工业控制设备 (51)7.3 汽车电子系统 (52)7.4 移动通信设备 (53)8. 未来发展趋势 (55)8.1 IoT对嵌入式系统的影响 (56)8.2 人工智能与嵌入式系统的融合 (58)8.3 5G与嵌入式系统的结合 (59)9. 结论与展望 (60)1. 嵌入式系统概述嵌入式系统是一个专为完成特定任务而设计的专用计算机系统。

它与我们日常接触的典型计算机截然不同，嵌入式系统。

体积小巧，并缺乏用户可交互的界面。

嵌入式系统基础知识一、内容概述嵌入式系统基础知识是电子工程、计算机科学和自动化领域的重要部分。

本文旨在全面介绍嵌入式系统的基本概念、主要组成部分、应用领域以及发展趋势。

文章首先定义了嵌入式系统的含义和特性，然后概述了其硬件和软件组成部分，包括微处理器、存储器、输入输出接口、操作系统、编程语言等。

文章将探讨嵌入式系统的应用领域，如消费电子、工业控制、汽车电子、医疗设备等。

文章还将概述当前嵌入式系统的发展趋势，如物联网、人工智能、云计算等技术的融合，以及面临的挑战，如功耗、实时性、安全性等问题。

读者可以全面了解嵌入式系统的基础知识，为深入学习和实践打下坚实的基础。

1. 嵌入式系统的定义和发展概述嵌入式系统是一种专用计算机系统，它通常被设计为执行特定的功能或任务，如控制机械设备、监视环境、数据处理或网络服务。

嵌入式系统与通用计算机系统的主要区别在于它们专为特定应用定制，并在广泛领域中进行应用。

嵌入式系统通常被嵌入在更大的设备或系统中，如汽车、医疗设备、航空航天设备、家用电器等。

它们具有低功耗、高性能、高可靠性和实时响应等特性。

随着物联网（IoT）、人工智能（AI）和大数据技术的快速发展，嵌入式系统正成为实现这些技术的关键部分。

嵌入式系统融合了计算机技术、电子技术和传感器技术，通过简化软硬件功能以适应严格的性能和尺寸要求，同时提高能效和可靠性。

它们不仅在工业自动化和消费电子产品领域得到了广泛应用，还渗透到了智能城市、智能交通系统等多个新兴领域中。

嵌入式系统经历了多年的发展，从早期的微控制器到现代的智能嵌入式系统，其功能和性能得到了极大的提升。

随着技术的进步，嵌入式系统的应用领域将继续扩大，其重要性也将不断提升。

2. 嵌入式系统的重要性及其应用领域随着科技的飞速发展，嵌入式系统已经深入到社会的各个领域，成为现代信息社会不可或缺的重要组成部分。

嵌入式系统的重要性主要体现在以下几个方面：嵌入式系统作为信息技术的重要分支，在推动工业自动化、智能化进程中发挥着关键作用。