《嵌入式系统原理与应用》课程教学大纲 一、课程基本信息 课程代码：230449 课程名称：嵌入式系统原理与应用 英文名称：Principle and Application of Embedded System 课程类别：专业课 学时：72（其中实验32学时） 学分：3.5 适用对象: 计算机科学与技术业 考核方式：考试（平时成绩占总评成绩的30%，期末考试成绩占70%） 先修课程：计算机组成原理、操作系统、编译原理 二、课程简介 嵌入式系统原理与应用是计算机科学技术专业的一门专业课，讲述嵌入式系统的基本理论、原理。本课程是一门既与硬件关系紧密，又与嵌入式操作系统、嵌入式软件关系十分紧密课程。它围绕目前流行的32位ARM处理器和源码开放的Linux操作系统，讲述嵌入式系统的概念，软、硬件组成，开发过程以及嵌入式应用程序开发设计方法。本课程的知识将为学生今后从事嵌入式系统研究与开发打下坚实的基础。The principle of embedded system is an important course of computer science and technology, which introduce the principles and the theory of embedded system.T his curriculum is tied closely with not only hardware but also embedded operating system and embedded software. It introduce the conception of embedded system, components of software and hardware, developing progresses and designing methods of embedded programming which based on the 32bit arm processor and operating system of opened linux.The knowledge of this course would be solid foundation for the student who would be engaged in researching or developing about embedded system. 三、课程性质与教学目的 嵌入式系统原理与应用课程的性质：该课程是计算机科学与技术专业的专业课。 嵌入式系统原理与应用课程的教学目的：通过对基于ARM嵌入式芯片的系统的基本组织结构与工作原理的学习，使学生对计算机系统的硬件部分有一个全面的了解，对嵌入式软件的开发过程有一个清楚的认识，通过对嵌入式操作系统的工作原理的学习，使学生对嵌入式操作系统有一个清晰的认识，提高学生在嵌入式软件设计设计能力及解决实际问题的动手能力，为后续专业课程的学习打下坚实的基础。 四、教学内容及要求 第一章嵌入式系统导论 （一）目的与要求
嵌入式系统设计师考试笔记之嵌入式系统基础知识- 自《嵌入式系统设计师考试复习笔记之存储管理篇》在嵌入式在线的博客出现后，意外的得到很多朋友的关注和评论，收到不少朋友的邮件，问一些有关考试的问题，希望得到我的复习笔记的其他部分。我非常感谢他们，他们的热切关注，使我有了继续往下写的无限动力，使我萌生了将我以前的复习笔记、考试经验结合大纲教程并重新按《教程》的章节顺序整理一份适合考生复习的笔记手册，笔记后面再分析历年的真题，按章节考点找出相关的考题进行分析，希望能和有兴趣的人们一起讨论讨论。 嵌入式系统设计师的一天考试分为上午和下午部分，两部分的考试方式、试题难度、考点分布和复习方法都是不同的。这次我们讨论的是嵌入式系统基础知识，我本人觉得，这部分出下午大题的可能性不大，主要是分布在上午的75道选择题之中。 从历年的真题和考试大纲来看，上午的选择题主要考查一些基本概念，重要原理的理解，一些关键技术和一些重要的原理引申出来的简单计算。根据这些考试特点，复习的时候可以采用适当的策略，当然每个人的方法都是不一样的，适合自己的办法才是最好的办法。方法大家可以自己慢慢去体会，我的也不多说了，通过笔记和真题分析就可以体现处理。对于很多关键的知识点和基本概念，除了记住之外还要彻底理解，否则出题的时候会进行一些变换，或者引申一些计算，那么就算你知道考那个考点，可能你也做不好。 在复习的过程中，你要记住：你不是要考一个很高的分数，而是要考一个通过的分数，在复习过程中可以放弃一些内容，只要保证在大部分基本概念，关键技术，重要原理和历年考点上都把握住，能够拿到需要的分数就可以了。 复习笔记 1、嵌入式系统的定义
********************************************* ********************************************* 第一章 1.简述嵌入式的定义 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。 2.举例说明嵌入式系统的“嵌入性”、“专用性”、“计算机系统”的基本特征。 按照嵌入式系统的定义，嵌入式系统有3个基本特点，即“嵌入性”、“专用性”与“计算机”。 “嵌入性”由早期微型机时代的嵌入式计算机应用而来，专指计算机嵌入到对象体系中，实现对象体系的智能控制。当嵌入式系统变成一个独立应用产品时，可将嵌入性理解为内部嵌有微处理器或计算机。 “计算机”是对象系统智能化控制的根本保证。随着单片机向MCU、SoC发展，片内计算机外围电路、接口电路、控制单元日益增多，“专用计算机系统”演变成为“内含微处理器”的现代电子系统。与传统的电子系统相比较，现代电子系统由于内含微处理器，能实现对象系统的计算机智能化控制能力。 “专用性”是指在满足对象控制要求及环境要求下的软硬件裁剪性。嵌入式系统的软、硬件配置必须依据嵌入对象的要求，设计成专用的嵌入式应用系统。 3. 简述嵌入式系统发展各阶段的特点。 （1）无操作系统阶段：使用简便、价格低廉；（2）简单操作系统阶段：初步具有了一定的兼容性和扩展性，内核精巧且效率高，大大缩短了开发周期，提高了开发效率。 （3）实时操作系统阶段：系统能够运行在各种不同类型的微处理器上，具备了文件和目录管理、设备管理、多任务、网络、图形用户界面Graphic User Interface，GUI）等功能，并提供了大量的应用程序接口Application Programming Interface，API），从而使应用软件的开发变得更加简单。 （4）面向Internet阶段：进入21世纪，Internet技术与信息家电、工业控制技术等的结合日益紧密，嵌入式技术与Internet技术的结合正在推动着嵌入式系统的飞速发展
第1章嵌入式系统概述 1、什么是嵌入式系统？嵌入式系统的特点是什么？ 嵌入式系统概念： （1）IEEE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。（2）一般定义：以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。 嵌入式系统的特点： (1) 专用的计算机系统(2) 必须满足环境要求(3) 必须能满足对象系统的控制要求(4) 是集成计算机技术与各行业应用的集成系统 (5) 具有较长的生命周期(6) 软件固化在非易失性存储器中(7) 必须能满足实时性要求(8) 需要专用开发环境和开发工具 5、简单分析几种嵌入式操作系统的主要特点，包括嵌入式Linux、Windows CE、uCOS II 及VxWorks。 （1）嵌入式Linux:有多个主流版本，根据应用需求，性能略有差别。μCLinux是Linux小型化后,适合于没有MMU的微处理器芯片而裁剪成的操作系统，μCLinux保持了传统Linux操作系统的主要特性,包括稳定、强大的网络和文件系统的支持,μCLinux裁剪了大量的Linux 内核以缩小尺寸,适合像512KB RAM、1MB Flash这样小容量、低成本的嵌入式系统。RT_Linux 即能兼容通常的Linux，又能保证强实时性。（2）Windows CE：开发平台主要为WinCE Platform Builder，有时也用EVC环境开发一些较上层的应用。WinCE开发难度远低于嵌入式Linux，实时性略低，常用于手机、PDA等手持设备中。 （3）uCOS II：结构小巧、抢先式的实时嵌入式操作系统，具有执行效率高、占用空间小、可移植性强、实时性能好和可扩展性能等优点。主要用于小型嵌入式系统。 (4) VxWorks: 集成开发环境为Tornado，Vxworks因出现稍早，实时性很强，并且内核可极微（最小8K），可靠性较高等。通常应用在通信设备等实时性要求较高的系统中。 第2章嵌入式处理器体系结构 1、具体说明ARM7TDMI的含义，其中的T、D、M、I分别代表什么？ ARM7TDMI是ARM7处理器系列成员之一，采用V4T版本指令。T表示Thumb，该内核可从16位指令集切换到32位ARM指令集；D表示Debug，该内核中放置了用于调试的结构，
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嵌入式系统设计师考试笔记之嵌入式系统基础知识 - 嵌入式系统设计师考试笔记之 自《嵌入式系统设计师考试复习笔记之存储管理篇》在嵌入式在线的博客出现后，意写的无限动力，使我萌生了将我以前的复习笔记、考试经验结合大纲教程并重新按《 嵌入式系统设计师的一天考试分为上午和下午部分，两部分的考试方式中。 从历年的真题和考试大纲来看，上午的选择题主要考查一些基本概念，办法才是最好的办法。方法大家可以自己慢慢去体会，我的也不多说了，通过笔记和点，可能你也做不好。 在复习的过程中，你要记住：你不是要考一个很高的分数，而是要考一 复习笔记 1、嵌入式系统的定义 <1）定义：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应 <2）嵌入式系统发展的4个阶段：无操作系统阶段、简单操作系统阶段、实 <3）知识产权核 嵌入式系统基本概念 前后台系统（Foreground/Background System） __________________________ 2代码的临界段_______________________________________________________ 2资源_______________________________________________________________ 2共享资源___________________________________________________________ 2任务_______________________________________________________________ 2内核（Kernel） ______________________________________________________ 3调度（Scheduler） ___________________________________________________ 3不可剥夺型内核（Non-Preemptive Kernel） ______________________________ 3可重入性（Reentrancy） ______________________________________________ 4时间片轮番调度法___________________________________________________ 4静态优先级_________________________________________________________ 4动态优先级_________________________________________________________ 4 TTL和CMOS电平___________________________________________________ 4 ISP（In System Programming），即在系统编程。 _________________________ 5 IAP（In Application Programming），即在应用中程序。 ___________________ 5 1.嵌入式系统定义：以应用为中心，计算机技术为基础，软硬件可剪裁，适应应用系统对功能，成本，体积，可靠性，功耗严格要求的计算机系统。 2.嵌入式系统的三个基本要素:嵌入性，专用性，计算机系统 3.嵌入式系统包括：硬件层，中间层，系统软件层，应用软件层 4.RISC精简指令系统CISC复杂指令及系统EOS嵌入式操作系统 5.RTOS主要分为强势系统和弱实系统两类 6.哈佛结构的主要特点事将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，每个存储器独立编址、独立访问。 7.流水线的基本概念：讲一个重复的时序分解成若干个子过程，而每一个子过程都可以有效地在其专用功能段上与其他子过程同时执行 8.一个32位的微处理器，可以访问的虚拟地址空间为2*32,即4GB 9.小端字节顺序存储法：低字节数据存放在内存低地址处，高字节数据存放在内存高地址处 10.ARM微处理器体系结构目前被公认为是嵌入式应用领域领先的32位嵌入式RISC微处理器结构 11.ARM内含37个寄存器，包括31个通用32位寄存器和6个状态寄存器 12.ARM9系列微处理器采用5级整数流水线 13.ARM微处理器支持7种运行模式 14.寻址方式：寄存器寻址，立即寻址，寄存器移位寻址，寄存器间接寻址，变址寻址 15.寻址方式是指令中给出的地址码字段来实现寻找真实操作数地址的方式 16.DMA方式是指存储器与外设在DMA控制器的控制下，直接传送数据而不通过CPU 17. S0 CPU寄存器 S1 芯片内的高速缓存 S2 芯片外的高速缓存 S3 主存储器 S4 外部存储器 S5 远程二级存储 18.存储管理单元在CPU和物理内存之间进行地址转换，将地址从逻辑空间映射到物理空间，这个转换过程一般称为内存映射 19.MMU主要完成以下工作①虚拟存储空间到物理存储空间的映射②存储器访问权限的控制③设置虚拟存储空间的缓冲的特性 20.SDRAM可读可写，不具有掉电保持数据的特性，但其存取速度大大高于FLASH存储器。在嵌入式系统中，SDRAM主要用做程序的运行空间，数据及堆栈区。当系统启动时，CPU 首先从复位地址0X0处读取启动代码，在完成系统的初始化后，程序代码一般应调入SDRAM中运行，以提高系统的运行速度。同时，系统及用户堆栈、运行数据也都放在SDRAM 中。 21 导读：嵌入式Linux 是将日益流行的Linux操作系统进行裁剪修改，使之能在嵌入式计算机系统上运行的一种操作系统。随着嵌入式系统被越来越广泛的应用在更多领域，如：手表、微波炉、录像机、汽车等，都使用嵌入式系统，有些嵌入式系统还包含操作系统，但大多数嵌入式系统都是由单个程序实现整个控制逻辑。下面我们一起来了解嵌入式系统的一些基础知识。 1、Linux 基础 安装Linux操作系统：Linux文件系统 ,Linux常用命令，Linux启动过程详解，熟悉Linux服务能够独立安装Linux操作系统，能够熟练使用Linux系统的基本命令，认识Linux系统的常用服务安装Linux操作系统，Linux基本命令实践，设置Linux环境变量，定制Linux的服务，Shell 编程基础使用vi编辑文件，使用Emacs编辑文件，使用其他编辑器。 2、Shell 编程基础 Shell简介：认识后台程序Bash编程熟悉Linux系统下的编辑环境，熟悉Linux下的各种Shell,熟练进行shell编程熟悉vi基本操作，熟悉Emacs的基本操作，比较不同shell的区别，编写一个测试服务器是否连通的shell脚本程序，编写一个查看进程是否存在的shell脚本程序，编写一个带有循环语句的shell脚本程序。 3、Linux下的 C 编程基础 linux C语言环境概述：Gcc使用方法：Gdb调试技术，Autoconf Automake Makefile,代码优化，熟悉Linux系统下的开发环境，熟悉Gcc 编译器，熟悉Makefile规则编写Hello,World程序，使用make命令编译程序，编写带有一个循环的程序，调试一个有问题的程序。 4、嵌入式系统开发基础 嵌入式系统概述：交叉编译配置TFTP服务，配置NFS服务，下载Bootloader和内核，嵌入式Linux应用软件开发流程熟悉嵌入式系统概 第1章嵌入式系统基础知识 嵌入式系统以数字技术为基础，以计算机科学技术为框架，目前普遍应用在工业控制、信息家电、医疗设备、智能仪器仪表等众多领域。嵌入式系统的出现至今已经有30多年的历史，近几年来，计算机、通信及消费性电子的一体化趋势日益明显，嵌入式技术已成为一个研究热点，越来越多的公司、科研院所、大专院校以及个人都在从事嵌入式系统的设计开发工作。 1.1 嵌入式系统概述 本节对嵌入式系统的基本概念、嵌入式系统的组成、嵌入式系统的应用领域、嵌入式系统的发展趋势等内容进行简单的介绍。 1.1.1 嵌入式系统简介 嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。广义上说，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，如各类单片机和DSP系统。狭义上说，那些使用嵌入式微处理器构成独立系统，具有自己的操作系统，具有特定功能的系统都是嵌入式系统。作为一个系统，往往是在硬件和软件交替发展的双螺旋的支撑下逐渐趋于稳定和成熟，嵌入式系统也不例外。 嵌入式系统的出现最初是基于单片机的。最早的单片机是Intel公司的8048，它出现在1976年。Motorola公司同时推出了68HC05，ZiLOG公司推出了Z80系列，这些早期的单片机均含有256B的RAM、4KB的ROM、4个8位并口、一个全双工串行口、两个16位定时器。之后在20世纪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，这在单片机的历史上是值得纪念的一页。迄今为止，51系列的单片机仍然是最为成功的单片机芯片，在各种产品中有着非常广泛的应用。 从20世纪80年代早期开始，嵌入式系统的程序员开始用商业级的“操作系统”编写嵌入式应用软件，这可以获取更短的开发周期、更低的开发资金和更高的开发效率，“嵌入式系统”真正出现了。确切地说，这时的操作系统是一个实时核，这个实时核包含了许多传统操作系统的特征，包括任务管理、任务间通信、同步与相互排斥、中断支持、内存管理等功能。其中比较著名的有Ready System公司的VRTX、Integrated System Incorporation （ISI）公司的pSOS、Wind River System公司的VxWorks、QNX公司的QNX等。这些嵌入式操作系统都具有嵌入式的典型特点：它们均采用占先式的调度，响应的时间很短，任 《嵌入式系统》课程标准 一、课程性质 《嵌入式系统》课程是所属学科为电气与信息类下的一级学科计算机科学与技术，在计算机科学与技术专业培养方案中属专业基础系列课程之一。 二、课程理念 1、课程所属学科分析及在学科专业课程体系和社会生产实际中的地位及作用。 《嵌入式系统》课程是我校面向计算机科学与技术、电子信息工程专业的一门重要基础课，该课程受益面广，影响力大。对专业培养目标的实现具有重要的作用。与课程配套的实验室建设近几年得到快速发展，从最初的几台8031实验设备，发展到目前拥有89S51单片机实验室、凌阳61系列单片机实验室和机器人创新实验室。由于网络与通信技术的发展，嵌入式系统经历了几十年的发展历程，在很大程度上改变了人们的生活、工作和娱乐方式。嵌入式系统用在一些特定专用设备上，通常这些设备的硬件资源（如处理器、存储器等）非常有限，并且对成本很敏感，有时对实时响应要求很高等，特别是随着消费家电的智能化，嵌入式更其显重要。嵌入式系统无疑是当前最热门最有发展前途的IT应用领域之一。 2、课程授课对象分析 《嵌入式系统》课程是为计算机科学与技术本科生开设的专业基础必修课，本课程是在《单片机》和《微机原理与汇编语言》课程后开设的。在专业的培养计划中一般都安排在大三第二学期实施。它是学生进行相关工程设计和应用的一门课程，对培养学生的工程思维能力及解决问题的能力具有重要作用。 3、课程内容选择的依据分析 《嵌入式系统》是对计算机硬件人才整体知识结构及嵌入式应用系统能力培养的重要组成部分。在嵌入式系统的开发过程中，既是开发软件又兼具硬件特性，帮助学生建立一个完整的嵌入式系统的概念(包括软硬件系统)。嵌入式系统开发程序并不像桌面上电脑软件那么容易，必须借由各式各样的辅助工具和仪器，考虑各种平台的选择，修正多样化外围程序，以达到稳定，操作容易等条件。通过本课程的学习使学生能够掌握嵌入式系统的基本原理、基本技术和基本嵌入式开发方法，为学生学习后继学习打下必备的基础，以适应信息时代前进的步伐，培养适应迅速发展的现代信息技术领域的高科技人才。 4、课程学习要求的分析 在本课程的教学过程中，要坚持学生为主体、教师为主导、注重与实际相联系的教学理念，将任务驱动方式运用于教学中，采用课堂讲授、课堂讨论、课外扩展学习相结合，鼓励创新，以激发学生学习的兴趣，鼓励学生对实验中出现的问题提出自己独特的解决方案，充分体现素质教育、个性化教育等现代教育思想和观念，构建以学习者为中心，以学生实践性的自主活动为基础的动态、开放的教学过程，以培养学习能力为最终的目标。 5、课程考核目标和方法的分析 嵌入式系统课程重视学生知识结构的拓展，培养学生应用课程中所学到的技术解决生产实践问题的能力，以及初步设计具体课题技术路线的能力，促进学生专业能力的发展，提高学生的实践和探究能力。本课程的考核目标重在使学生理解嵌入式中各种技术的基本原理，技术路线和方法，并在掌握基本知识的前提下，能针对具体课题的技术路线进行验证。在多年的教学与实践中，我们不断探索如何改革传统的教学方法，更新思想，转变观念，提高学生对课程的学习兴趣，真正培养具有现代工程理念、理论知识扎实、实践能力强、有创新精神、符合社会需求的合格人才。考核指标应是多元的，主要包括三部分内容，既要考核学生掌握课堂重要内容、知识点以及利用所学知识分析问题、解决问题的能力；还要结合一些课程设计，课内教学实验，通过具体实验操作、结果分析讨论来指导、考核学生；同时结合重点教学内容布置课外作业，让学生在完成作业的同时，能够对所学知识牢固掌握，并且对相关问题开展分析讨论，以此调动学生主动参与的积极性，发挥学生学习的自主性。 三、课程目标 （一）总目标：通过《嵌入式系统》的理论及实验教学，使学生了解嵌入式系统体系结构，嵌入式嵌入式系统基本概念
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嵌入式系统的基础知识
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嵌入式系统课程标准(最新)
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