嵌入式系统介绍
一 什么是嵌入式系统
嵌入式系统一般指非PC系统，有计算机功能但又不称之为计算机的设备或器材。它是以应用为中心，软硬件可裁减的，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等综合性严格要求的专用计算机系统。简单地说，嵌入式系统集系统的应用软件与硬件于一体，类似于PC中BIOS的工作方式，具有软件代码小、高度自动化、响应速度快等特点，特别适合于要求实时和多任务的体系。嵌入式系统主要由嵌入式处理器、相关支撑硬件、嵌入式操作系统及应用软件系统等组成，它是可独立工作的“器件”。
嵌入式系统几乎包括了生活中的所有电器设备，如掌上PDA、移动计算设备、电视机顶盒、手机上网、数字电视、多媒体、汽车、微波炉、数字相机、家庭自动化系统、电梯、空调、安全系统、自动售货机、蜂窝式电话、消费电子设备、工业自动化仪表与医疗仪器等。
嵌入式系统的硬件部分，包括处理器/，微处理器、存储器及外设器件和I/O端口、图形控制器等。嵌入式系统有别于一般的计算机处理系统，它不具备像硬盘那样大容量的存储介质，而大多使用EPROM、EEPROM或闪存(Flash Memory)作为存储介质。软件部分包括操作系统软件(要求实时和多任务操作)和应用程序编程。应用程序控制着系统的运作和行为；而操作系统控制着应用程序编程与硬件的交互作用。
二 嵌入式处理器
嵌入式系统的核心是嵌入式微处理器。嵌入式微处理器一般具备4个特点：(1)对实时和多任务有很强的支持能力，能完成多任务并且有较短的中断响应时间，从而使内部的代码和实时操作系统的执行时间减少到最低限度；(2)具有功能很强的存储区保护功能，这是由于嵌入式系统的软件结构已模块化，而为了避免在软件模块之间出现错误的交叉作用，需要设计强大的存储区保护功能，同时也有利于软件诊断；(3)可扩展的处理器结构，以能迅速地扩展出满足应用的高性能的嵌入式微处理器；(4)嵌入式微处理器的功耗必须很低，尤其是用于便携式的无线及移动的计算和通信设备中靠电池供电的嵌入式系统更是如此，功耗只能为mW甚至μW级。
第一章：概论
嵌入式系统的定义：
以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应特定应用系统，并对功能、可靠性、成本、体积、功耗等指标严格要求的专业计算机系统。
特征：
价格敏感
资源受限
低功耗
实时要求高
集成度高
发展趋势：
1.产品种类不断丰富，应用范围不断普及
2.性能不断提高
3.功耗不断降低，体积不断缩小
4.软件成为影响价格的主要因素
5.网络化、智能化不断提高
第二章：嵌入式系统的设计方法
嵌入式系统的设计过程：
需求分析——规格说明——体系结构——构件设计——系统集成
（可以自顶向下，也可以自底向上。设计者缺乏经验时会采用自底向上方法。）
需求分析：
1.需求与规格说明
需求分为功能要求和非功能要求
功能要求：客户要求
非功能要求：性能，价格，系统的尺寸和重量，功耗
2.确认需求：可以使用建模来精简系统要求。
3.简单的要求表格
内容：名称，目的，输入输出，功能，性能，生产成本，功耗，物理尺寸和重量。
4.需求的内部一致性：
规格说明：
与需求表格相比，规格说明更加精确一些。作用相当于客户与生产者之间的合同。
体系结构设计：
工作：描述系统如何实现这些功能
必须满足功能要求和非功能要求。
硬件结构设计：
系统的集成和测试：
一般设计方法：设计流程
1.瀑布模型：系统整体只构建一次
2.螺旋模型：系统整体构建好几个版本，确定简单模型，不断扩充
a) 比瀑布模型更为实际，这种多重反复会在复杂系统中加入足够多的细节。
b) 不足：开发周期长
3.逐步求精：系统会被建立好几次
传统的嵌入式系统设计方法：
层次结构设计流程。
简单易于实现
缺点：
要在需求分析时考虑 软硬件接口，无法从系统级进行验证且很难评估划分的合理性，不易发现软硬件接口存在问题
出现问题难定位难修改
周期长
嵌入式系统的系统级设计方法：
软硬件协同设计：
过程：系统描述，软硬件划分，软硬件协同综合，软硬件协同仿真和验证
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第1章 嵌入式系统导论
近年来，随着计算机技术、微电子技术及通讯技术的飞速发展，基于32位微处理器的嵌入式系统在各个领域的应用不断地得到扩大和深入，嵌入式产品已成为信息产业的主流。面对IT产业界这一新热点，高校开设嵌入式系统相关课程已是当务之急。目前国内很多高校都在开设和计划开设嵌入式系统课程。
在嵌入式系统实验教学中，我们选择了当前主流的ARM7微处理器芯片和源码开放的μCLinux操作操作。ARM系列处理器是专门针对嵌入式设备设计的，是目前构造嵌入式教学系统硬件平台的首选，而μCLinux继承了标准Linux的优良特性，它强大的网络功能和出色的文件系统等优势也将在嵌入式领域得到更加广泛的应用。
本章节对嵌入式系统的发展历史与现状、嵌入式Linux操作系统的特点及组成进行简要论述，在第2小节对µClinux系统进行了分析，第3小节论述了嵌入式Linux系统一般开发流程。
1.1 概 述
1.1.1 嵌入式系统发展历史与现状
虽然嵌入式系统是近几年才开始真正风靡起来的，但事实上嵌入式这个概念却很早就已经存在了。嵌入式系统诞生于微型机时代，经历了漫长的独立发展的单片机道路，从70年代单片机的出现到今天各种嵌入式微处理器、微控制器的广泛应用，嵌入式系统有了近30年的历史。纵观嵌入式系统的发展历程，大致经历了以下四个阶段：
◆ 无操作系统阶段
嵌入式系统最初的应用是基于单片机的。20世纪70年代，微处理器的出现，使早期供养在特殊机房中，实现数值计算的大型计算机发生了历史性的变化。以微处理器为核心的微型计算机以其小型、价廉、高可靠性等特点，迅速走出机房，进入工业控制领域。将微型机做在一个芯片上嵌入到一个对象体系中，实现对象体系的智能化控制，从而开创了嵌入式系统独立发展的单片机时代。
第一章
一、嵌入式系统的定义：
从技术角度定义：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系 统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格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。
二、常见的嵌入式操作系统：
1.WindowsEmbedded2.VxWorks3.μC/OS4.QNX5.嵌入式Linux6.安卓系统
三、嵌入式系统的特点：
专用型强体积小型化实时性好可裁剪性好可靠性高功耗低不可垄断性
四、嵌入式处理器有两个体系结构，特点，优缺点
冯诺依曼体系结构和哈弗体系结构
冯诺依曼：程序和数据共享一个存储空间；程序指令存储地址和数据存储地址指向一个存储器的不同物理位置；采用单一的地址及数据总线；程序指令和数据宽度相同。处理器在执行指令时，必须从存储器中取出指令解码，再取操作数执行运算，在高速运算的时候，容易在传输通道上出现瓶颈效应。
哈弗：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。与两个存储器相对应的是系统中的4套总线：程序的数据总线和地址总线，数据的数据总线和地址总线。这种分离的程序总线和数据总线可允许在一个机器周期内同时获取指令字和操作数，从而提高了执行速度，又由于程序和数据存储器在两个分开的物理空间中，因而取值和执行能够完全重叠，提高了运算速度。
五、嵌入式微处理器的分类(P10)
嵌入式微处理器根据功能、结构、性能运算特点和使用方法等多方面的综合因素可以粗略分成嵌入式微控制器(MCU)、嵌入式微处理器(MPU)、数字信号处理器（DSP)）、CPLD/FPGA、片上系统（SOC）等5类。SOC往往是在FPGA上实现的。
六、嵌入式微处理器如何选型（P13）
1.技术指标2.熟悉原则3.成本原则4.支持工具原则5，整体原则
第二章
一、RISC（精简指令集）特点：
1.大的、统一的寄存器文件2.装载/保存结构，数据处理操作只针对寄存器的内容，而不是直接对存储器进行操作。3.简单的寻址模式4.统一和固定长度的指令域，简化了指令的译码，便于指令流水线设计。
