嵌入式系统的应用及基本概念

基于嵌入式系统的信息处理教师：刘大子邮箱：hsdenis@简介嵌入式领域的一门技术基础课2学分课程，每周4课时已开过3年，共3个年级300人修课目标使学生理解嵌入式系统和嵌入式软件的基本概念和特点理解WindowsCE的功能和体系结构,特别是它与其它嵌入式操作系统的差异了解如何定制OS以及如何开发应用程序和设备驱动程序通过一两个项目让学生有更多的实践基础知识Learning

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doing开发项目源代码控制进度控制MSF（MicrosoftSolutionFramework)是一套大型系统开发指南,它描述了如何用组队模型、过程模型和应用模型来开发Client/Server结构的应用程序，是在微软的工具和技术的基础上建立并开发分布式企业系统应用的参考。MSF的最大特性是商业化,并自始至终地体现在项目的实施过程中。所谓商业化意味着客户的商业利益。客户投入多少，得到多少回报，客户要用到哪些最新的技术，最后如何把项目计划(Project)变成产品(Product)直至产生效益，等等，这些都是MSF要考虑的问题。成绩学生对本课程非常感兴趣开发了不少有意思的程序和Windows程序设计的差别windows应用程序开发API，MFC开发工具普通应用网络，数据库wince应用程序开发设备驱动程序开发OS设计WindowsCE内核体系结构使用两种教学方法传统方法>=50%从做中学<=50%课程安排嵌入式系统(2)WindowsCE介绍(2)应用程序开发(4)WindowsCE操作系统设计(2)WindowsCE系统结构(4)总结一个案例研究:(2)实验课程(14)从做中学从做中学+中国国情+软件工业的困难使用大规模的实用或虚拟软件项目把学生象软件公司成员一样组织起来象真正的软件开发过程一样组织教学课程从做中学(续)20%教学，80%项目教师把学习中的关键点告诉学生，学生通过自学和做项目来学习知识，教师象顾问一样起指导作用评分的标准是学生是否按时和按要求完成软件项目项目来源1.考虑微软是否能提供一些详细的项目要求，项目可以是实用的或虚拟的，学生分组并为项目“竞标”2.学生可被组织参加“MicrosoftWindowsEmbeddedStudentChallengE”竞赛3.一些校内的嵌入式项目工程实践训练在整个项目中，我们主要集中在训练学生的工程能力。工程能力不仅存在工具的使用中，而且存在于软件过程的管理中。从最初的商业计划到分析和设计，编码和测试，产品发布等等。教师的责任提供基本的课程介绍以及工具和技术介绍帮助学生建立开发环境和工具（代码管理，错误管理）协调项目过程（编码、测试和交流）提供技术支持（解决项目中出现的问题）等等学生如何学习1.教师必要的解说2.自学，这是学生学习的主要方法3.学生之间的交流最好的方法:学生的组织分成几个组，每个学生都将担当一个明确的角色，例如：设计师，程序管理员，开发人员，测试人员等等每个学生履行他的角色责任，并共同完成项目为了让学生体验不同的角色，我们可能会把一个学生分到几个组中，在不同的组中扮演不同的角色。项目的阶段把项目分成几个阶段.例如：写商业计划，项目设计，软件开发，测试和软件发布在每个阶段的开始，教师或来自企业的专家将告诉学生本阶段的任务和重要事项。每个阶段的结束时，教师或专家将审查学生完成的结果以判定他们是否通过，如果结果通过，他们将开始下一个阶段，否则，他们将要进行修改或重做。如何评分学生被分成几个组，各组中同组成员的成绩是一样的。我们把小组当成一个基本单位，因此组内成员协作将被训练。折中的方式30%平时成绩，出勤和平时的测验70%大作业(基础题分数+扩展题分数）题目抽题进行回答的分数答辩的分数远景我们希望把这门课和这种教学方式作为一个模式，并使这个模式品牌对学生有所影响。参考资源——网站/library/en-us/dnanchor/html/mobileembedded.asp?frame=true/.tw////参考资源——新闻组microsoft.public.windowsce.app.developmentmicrosoft.public.windowsce.embeddedmicrosoft.public.windowsce.embedded.vcmicrosoft.public.windowsce.platbuildermicrosoft.public.windowsce.targeted.devicemicrosoft.public.windowsce.update第一部分嵌入式系统概述嵌入式系统嵌入式系统发展历史嵌入式系统应用实时系统嵌入式系统与PC嵌入式处理器嵌入式系统开发概述汽车排放物在过去20年减少90%，发动机管理中应用了微处理机；新型豪华轿车配备了几十个以上微处理器，如BMW7系列轿车，平均安装有63个嵌入式微处理器、从发动机火花塞、传动轴、关门、位置记录及智能调节等等；F-16战斗机，歼-10等；大型波音飞机使用了200个以上机载专用处理器；几乎所有带“智能”系统的家电都有嵌入式系统的影子。嵌入式系统概念技术角度定义：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。系统角度定义：在硬实时和软实时系统里，计算机通常同某个物理设备直接对接，用于监测或控制设备的操作，而这些关键的特质在于计算机被用作更大工程系统中的一个信息处理部件，这种应用称为嵌入式计算机系统，这儿的计算机包括PC系统或非PC系统。嵌入式系统发展历史20世纪七十年代单片机的出现到今天各式各样的嵌入式微处理器，微控制器的大规模应用，嵌入式系统已经有了近30年的发展历史。70年代单片机的出现，8位，单线程80年代早期开始， 嵌入式系统真正出现。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90年代以后，随着对实时性要求的提高，软件规模不断上升RTOS系统嵌入式系统应用手机系统手机的塞班系统、linux系统、wm6.0及山寨机的芯片及mtk系统，中国台湾的MTK公司的产品因为集成较多的多媒体功能和较低的价格在大陆手机公司和手机设计公司得到广泛的应用。采用联法科技的MT6205、MT6217、MT6218、MT6219、MT6226、MT6227、MT6228基带芯片，芯片均采用ARM7的核。MT6305、MT6305B为电源管理芯片，MT6129为RF芯片RF3146（7×7mm）、RF3146D（双频）、RF3166（6×6mm）为RFMD的PA集成度较高，成本低，目前市场上主流的平台有TI、摩托罗拉、飞利浦、MTK、ADI、展讯、英飞凌、凯明等。TI平台占有率最高，而MTK平台开发最容易。嵌入式系统应用PDA

消费电子

信息家电

移动通信GPS

智能识别系统

导航系统

汽车电子嵌入式系统应用

工业控制

火控系统

数字电视

飞行控制系统

测试仪器

医疗设备

游戏机

等等……Mars,December3,1999CrashedduetouninitializedvariableSymbian9.3，S60第三版FP2平台嵌入式Linux系统Windowsmobile6或7系统3G2.5G2G彩色显示电子邮件图形用户接口浏览器安全应用媒体播放移动商务Java应用简单用户接口简单应用WAP数据应用语音为主4G是第四代移动通信及其技术的简称，是集3G与WLAN于一体并能够传输高质量视频图像以及图像传输质量与高清晰度电视不相上下的技术产品。4G系统能够以100Mbps的速度下载，比拨号上网快2000倍，上传的速度也能达到20Mbps，并能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求。而在用户最为关注的价格方面，4G与固定宽带网络在价格方面不相上下，而且计费方式更加灵活机动，用户完全可以根据自身的需求确定所需的服务。应用领域社会经济的发展产生了一些新的需求，同时促进了嵌入式技术的广泛应用中国正在成为世界制造大国，在消费电子、工业应用、军事国防、网络设备等领域都有嵌入式系统的应用嵌入式系统的应用领域嵌入式技术刺激了许多新的应用需求嵌入式技术发展又在不断刺激新的技术产生－信息家电、医疗电子病历、微小型智能武器消费电子嵌入式应用信息家电智能玩具军事电子通信设备移动存贮工控设备智能仪表汽车电子网络设备工业军事国防电子商务网络嵌入式系统的应用领域工业控制工业设备是机电产品中最大一类过去在工业过程控制、数字机床、电力系统、电网安全、电网设备监测、石油化工系统等方面，大部分低端型设备主要采用是８位单片机。

嵌入式系统的应用领域随着技术发展，目前许多设备除了进行实时控制，还须将设备状态，传感器的信息等在显示屏上实时显示。信息家电信息家电将成为嵌入式系统最大的应用领域。嵌入式系统的应用领域只有按钮、开关的电器显然已经不能满足人们的日常需求。具有用户界面，能远程控制，智能管理的电器是未来的发展趋势，如冰箱、空调等的网络化、智能化等。嵌入式系统的应用领域嵌入式系统的应用领域消费类电子—智能玩具、手持通讯的核心嵌入式系统的应用领域交通管理、环境监测交通管理在车辆导航、流量控制、信息监测与汽车服务方面，目前GPS设备已经从尖端产品进入了普通百姓的家庭嵌入式系统的应用领域水文资料实时监测，防洪体系及水土质量监测、堤坝安全，地震监测网，实时气象信息网，水源和空气污染监测。加油站、停车场管理嵌入式系统的应用领域智能玩具与机器人嵌入式系统的应用领域嵌入式Internet应用嵌入式系统的应用领域嵌入式系统的应用领域汽车控制系统军事国防领域嵌入式系统的应用领域航天领域嵌入式系统的应用领域实时系统实时系统的定义有很多种，一般来讲实时系统是指那些对外部的响应时间有严格要求的系统。由DonaldGillies提出的更加为大家接受的定义是：一个实时系统是指计算的正确性不仅取决于程序的逻辑正确性，也取决于结果产生的时间，如果系统的时间约束条件得不到满足，将会发生系统出错。操作系统◆实时操作系统（RealTimeOperatingSystem）：嵌入式系统目前最主要的组成部分。根据操作系统的工作特性，实时是指物理进程的真实时间。实时操作系统具有实时性，能从硬件方面支持实时控制系统工作的操作系统。其中实时性是第一要求，需要调度一切可利用的资源完成实时控制任务，其次才着眼于提高计算机系统的使用效率，重要特点是要满足对时间的限制和要求。◆分时操作系统：对于分时操作系统，软件的执行在时间上的要求，并不严格，时间上的错误，一般不会造成灾难性的后果。目前分时系统的强项在于多任务的管理，而实时操作系统的重要特点是具有系统的可确定性，即系统能对运行情况的最好和最坏等的情况能做出精确的估计。◆多任务操作系统：系统支持多任务管理和任务间的同步和通信，传统的单片机系统和DOS系统等对多任务支持的功能很弱，而目前的Windows是典型的多任务操作系统。在嵌入式应用领域中，多任务是一个普遍的要求。实时操作系统RTOS(RealTimeOperatingSystem)一种操作环境，运行于嵌入式系统上，并在可预测的时间间隔内，程序能对特定的事件做出反应。事实上，我们所说的RTOS是指一种运行于嵌入式系统上的操作环境，可以提供建立多任务的能力。RTOS为每个任务建立一个可执行的环境，可以很方便地在任务之间传递消息，在一个中断处理程序和任务之间传递事件，区分任务执行的优先级，并协调多个任务对同一个I/O设备的调用。通常一个很大很复杂的嵌入式系统可以分解为一系列较小、较简单的并行任务来实现，各个任务之间互不干扰，使用RTOS排除并行任务中的人为因素，降低复杂度，增强模块化，使工程由更简易和标准化的模块组成，处理起来更轻松、快捷。实时操作系统中的重要概念：系统响应时间（Systemresponsetime）：系统发出处理要求到系统给出应答信号的时间。任务换道时间（Context-switchingtime）：任务之间切换而使用的时间。中断延迟（Interruptlatency）：计算机接收到中断信号到操作系统作出响应，并完成换道转入中断服务程序的时间。

实时操作系统的工作状态：实时系统中的任务有四种状态：运行（Executing），就绪（Ready），挂起（Suspended），冬眠（Dormant）。运行：获得CPU控制权。就绪：进入任务等待队列，通过调度转为运行状态。挂起：任务发生阻塞，移出任务等待队列，等待系统实时事件的发生而唤醒，从而转为就绪或运行。冬眠：任务完成或错误等原因被清除的任务，也可以认为是系统中不存在的任务。任何时刻系统中只能有一个任务在运行状态，各任务按级别通过时间片分别获得对CPU的访问权。调度调度算法，在操作系统中调度的是指是一种自远方分配，因而调度算法是指：根据系统的资源分配策略所规定的资源分配算法。对于不同的的系统和系统目标，通常采用不同的调度算法，例如，在批处理系统中，为了照顾为数众多的段作业，应采用短作业优先的调度算法；又如在分时系统中，为了保证系统具有合理的响应时间，应当采用轮转法进行调度。硬实时和软实时

硬实时

如控制系统

系统对时限的要求特别严格，如果不满足时限要求会给系统带来灾难性后果。如飞行控制系统火控系统。

软实时如手机系统

系统对时限的要求不是很迫切，如果不能满足时限要求，系统仍然可以正常工作，只是性能有所影响而已。如数据采集系统。实时系统

硬实时系统应用

汽车(沃尔沃S80有19台计算机)

飞机(JAS)

医疗设备

空间设备(火星探测器)

军方系统

工业自动化实时系统

软实时系统应用

游戏DVD(MPEG编码)

英特网视频和广播

通讯嵌入式系统的发展始于微型机时代的嵌入式应用(1)电子数字计算机诞生于1946年，在其后漫长的历史进程中，计算机始终是供养在特殊的机房中，实现数值计算的大型昂贵设备。直到20世纪70年代，微处理器的出现，计算机才出现了历史性的变化。以微处理器为核心的微型计算机以其小型、价廉、高可靠性特点，迅速走出机房；基于高速数值解算能力的微型机，表现出的智能化水平引起了控制专业人士的兴趣，要求将微型机嵌入到一个对象体系中，实现对象体系的智能化控制。例如，将微型计算机经电气加固、机械加固，并配置各种外围接口电路，安装到大型舰船中构成自动驾驶仪或轮机状态监测系统。这样一来，计算机便失去了原来的形态与通用的计算机功能。为了区别于原有的通用计算机系统，把嵌入到对象体系中，实现对象体系智能化控制的计算机，称作嵌入式计算机系统。因此，嵌入式系统诞生于微型机时代，嵌入式系统的嵌入性本质是将一个计算机嵌入到一个对象体系中去，这些是理解嵌入式系统的基本出发点。现代计算机技术的两大分支由于嵌入式计算机系统要嵌入到对象体系中，实现的是对象的智能化控制，因此，它有着与通用计算机系统完全不同的技术要求与技术发展方向。通用计算机系统的技术要求是高速、海量的数值计算；技术发展方向是总线速度的无限提升，存储容量的无限扩大。而嵌入式计算机系统的技术要求则是对象的智能化控制能力；技术发展方向是与对象系统密切相关的嵌入性能、控制能力与控制的可靠性。早期，人们勉为其难地将通用计算机系统进行改装，在大型设备中实现嵌入式应用。然而，对于众多的对象系统（如家用电器、仪器仪表、工控单元……），无法嵌入通用计算机系统，况且嵌入式系统与通用计算机系统的技术发展方向完全不同，因此，必须独立地发展通用计算机系统与嵌入式计算机系统，这就形成了现代计算机技术发展的两大分支。如果说微型机的出现，使计算机进入到现代计算机发展阶段，那么嵌入式计算机系统的诞生，则标志了计算机进入了通用计算机系统与嵌入式计算机系统两大分支并行发展时代，从而导致20世纪末，计算机的高速发展时期。两大分支发展的里程碑事件通用计算机系统与嵌入式计算机系统的专业化分工发展，导致20世纪末、21世纪初，计算机技术的飞速发展。计算机专业领域集中精力发展通用计算机系统的软、硬件技术，不必兼顾嵌入式应用要求，通用微处理器迅速从286、386、486到奔腾系列；操作系统则迅速扩张计算机基于高速海量的数据文件处理能力，使通用计算机系统进入到尽善尽美阶段。嵌入式计算机系统则走上了一条完全不同的道路，这条独立发展的道路就是单芯片化道路。它动员了原有的传统电子系统领域的厂家与专业人士，接过起源于计算机领域的嵌入式系统，承担起发展与普及嵌入式系统的历史任务，迅速地将传统的电子系统发展到智能化的现代电子系统时代。因此，现代计算机技术发展的两大分支的里程碑意义在于：它不仅形成了计算机发展的专业化分工，而且将发展计算机技术的任务扩展到传统的电子系统领域，使计算机成为进入人类社会全面智能化时代的有力工具。嵌入式系统与PC嵌入式系统结构硬件操作系统

程序硬件内嵌式操作系统系统组件用户程序嵌入式系统结构计算机系统结构嵌入式系统与PC嵌入式计算机系统同通用型计算机系统相比具有以下特点：嵌入式系统通常是面向特定应用。嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合后的产物。嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计在同样的硅片面积上实现更高的性能。嵌入式系统和具体应用有机地结合在一起，它的升级换代也是和具体产品同步进行，因此嵌入式系统产品一旦进入市场，具有较长的生命周期。为了提高执行速度和系统可靠性，嵌入式系统中的软件一般都固化在存储器芯片或单片机本身中，而不是存贮于磁盘等载体中。嵌入式系统本身不具备自举开发能力，即使设计完成以后用户通常也是不能对其中的程序功能进行修改的，必须有一套开发工具和环境才能进行开发。目前，嵌入式系统多用于手机等操作系统的开发。具有巨大的市场潜力.未来嵌入式系统的发展趋势互联网的普及半导体技术的改善3C（Compute,Communication,Consumer）技术的快速融合使用者的需求信息服务应用生活化未来嵌入式系统的发展趋势技术的渗透性和融合性未来嵌入式系统的发展趋势设备的关联性未来嵌入式系统的发展趋势个性化服务未来嵌入式系统的发展趋势嵌入式系统应用实例数字控制算法数据日志数据获取和显示操作员界面界面工程系统远程监视系统实时时钟数据库操作员控制台显示设备实时计算机AnyTime,AnyWhere,AnyMedium,AnyContent未来嵌入式系统的发展趋势嵌入式系统架构一般而言，嵌入式系统的硬件架构可以分成四个部分：处理器、存储器、输入输出（I/O）和软件（由于多数嵌入式设备的应用软件和操作系统都是紧密结合的，在这里我们对其不加区分，这也是嵌入式系统和Windows系统的最大区别）。嵌入式系统按形态可分为设备级（工控机）、板级（单板、模块）、芯片级（MCU、SoC）。单片机诞生于20世纪70年代末，经历了SCM、MCU、SoC三大阶段嵌入式系统通常有4种①工控机；②通用CPU模块；③嵌入式微处理器（EmbeddedProcessor）；④嵌入式微控制器（EmbeddedMicrocontroller）。前两者是基于通用计算机系统，即将通用计算机系统用于测控对象。后两者是基于芯片形态的计算机系统，其中嵌入式MCU是在通用CPU基础上发展，增加满足测控对象要求的外围接口电路，用于测控领域。而嵌入式MCU则是在嵌入式系统的概念广泛使用后，给传统MCU定位的称呼。所以，可以说MCU是最典型的、最广泛的嵌入式系统。嵌入式微处理器嵌入式微处理器嵌入式微控制器嵌入式DSP处理器嵌入式片上系统SOC（SystemOnChip）嵌入式处理器嵌入式微处理器基础是通用计算机中的CPU，只保留和嵌入式应用有关的母板功能，减小系统体积和功能。功能与标准微处理器一样，但在工作温度、抗震、抗电磁干扰、可靠性有了增强特点、体积小、可靠性高、成本低。嵌入式微处理器及其存储器、总线、外设安装在电路板上称为单板计算机。如PC-104等嵌入式微处理器具备以下特点1）对实时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内核心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，以能最迅速地开展出满足应用的最高性能的嵌入式微处理器。

4）嵌入式微处理器必须功耗很低，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，如需要功耗只有mW甚至μW级。

嵌入式微控制器嵌入式微控制器又称为单片机，它是将整个计算机系统嵌入到一个芯片中最小系统嵌入式DSP处理器嵌入式DSP处理器是对系统架构和指令集进行了特殊的设计，使其适合于执行DSP算法，编译效率高，指令执行速度也较高。在数字滤波、FFT、谱分析等方面代表产品是TexasInstruments的TMS320和Motrola的DSP5600系列。嵌入式片上系统SOC（SystemOnChip）硬件相关的术语

封装：封住集成电路所用的塑料、金属或陶瓷包装。封装可以保护芯片，并使芯片与外部世界连接。常用的封装形式可分为通孔封装和贴片封装两大类。通孔封装主要有：单列直插(SIP，Single-in-IinePackage)、双列直插(DIP，Dual-in-IinePackage)、Z字型直插式封装(ZIP，Zigzag-in-IinePackage)等。而常见的贴片封装主要有：小外形封装(SOP，SmallOutlinePackage)、紧缩小外形封装(SSOP，ShrinkSmallOutlinePackage)、四方扁平封装(QFP，Quad-FlatPackage)、薄方封装(LQFP，plastic-Low-profileQuad-FlatPackage)、塑料扁平组件式封装(PFP，PlasticFlatPackage)、带载封装(TCP，TapeCarrierPackage)、插针网格阵列封装(PGA，CeramicPinGridArrayPackage)、球栅阵列封装(BGA，BallGridArrayPackage)等。本书附录E给出了Freescale公司MCU的常用封装形式及实际大小。印刷电路板(PCB，Printedcircuitboard)：印刷电路板是组装电子元件用的基板，是在通用基材上按预定设计形成点间连接及印制元件的印制板。它的主要功能是提供集成电路等各种电子元器件固定、装配的机械支撑；实现集成电路等各种电子元器件之间的布线和电气连接（信号传输）或电绝缘；为自动装配提供阻焊图形，为元器件插装、检查、维修提供识别字符和图形。动态可读写随机存储器(DRAM，DynamicRandomAccessMemory)：由一个MOS管组成一个二进制位。MOS管的放电导致表示“1”的电压会慢慢降低。一般每隔一段时间就要控制刷新信息，给其充电。DRAM价格低，但控制烦琐，接口复杂。静态可读写随机存储器(SRAM，StaticRandomAccessMemory)：由四个或者六个MOS管构成一个二进制位。当电源有电时，SRAM不用刷新，永远保持原有的数据。只读存储器(ROM，ReadOnlyMemory)：数据可以读出，但不可以修改，所以称之为只读存储器。通常存储一些固定不变的信息，如：常数、数据、换码表、程序等。它具有断电后数据不丢失的特点。ROM有固定ROM、可编程ROM(即PROM)和可擦除ROM(即EPROM)三种

PROM的编程原理是通过大电流将相应位的熔丝熔断，从而将该位改写成0，熔丝熔断后不能再次改变，所以只改写一次。

EPROM(ErasePROM)是可以擦除和改写的ROM，它用MOS管代替了熔丝，所以可以反复擦除、多次改写。擦除是用紫外线擦除器来完成的，很不方便。有一种用低电压信号即可擦除的EPROM称为电可擦除EPROM，或简称为E2PROM。

ROM与RAMRAM，相当于电脑的内存。用来临时放置要处理的数据，不能用来存储。软启动之后会清空。但是ram会有一部分作为缓冲池，用来加速系统，启动的时候把rom部分的数据放到ram里面，这样以后再用到这些数据的时候，速度就很快了。ram的读写速度非常快，是rom和sd卡速度的10倍左右.ROM，相当于电脑的硬盘,c盘，就是os部分，这一部分被锁定，要写进去内容的话必须刷机，这里面放着windows的文件。文件全部在windows目录下，文件不能被删除，改名等操作。d盘，ExtendedROM部分，这一部分也被锁定，通过软件可以解开。e盘，主内存部分，用户自由支配部分，开始-设置-系统-内存，左面的部分就是他了。硬起动就是把这一部分清空。闪速存储器(FlashMemory)：是一种快速的EPROM。由于工艺和结构上的改进，FlashMemory比普通的EPROM的擦除速度更快，集成度更高。如：Motorola在HCS08微处理芯片中采用第三代0.25微米的闪存技术，可以达到10万次重复读写能力，页整体擦除和写入只需要几十个毫秒闪存相对于EPROM来说，其最大的优点是系统内编程，也就是说不需要另外的器件来修改内容。闪存的结构随着发展而有些变动，同时尽管现代的快速闪存是系统内可编程的，但仍然没有RAM使用起来方便。典型的一次擦除过程只能处理存储器的一个页面，一次擦除过程只能将页面中所有的位设为1(所有字节=0xFF)。写一个字节只能改变某些位使其为0。擦、写操作必须通过特定的程序算法来实现。这种算法是独特的，以保证不会干扰CPU和存储器之间的正常交互，具体内容请参见第13章Flash存储器的在线编程。模拟信号：时间连续、数值也连续的物理量，如温度、压力、流量、速度、声音等。在工程技术上，为了便于分析，常用传感器、变换器将模拟量转换为电流、电压或电阻等电学量。数字信号：是一种二值信号，用两个电平（高电平和低电平）分别来表示两个逻辑值（逻辑1和逻辑0）。与通信相关的术语并行通信：将数据的各位同时在多根并行传输线上进行传输。数据的各位同时由源到达目的地。适合近距离、高速通信。常用有4位、8位、16位、32位等同时传输。串行通信：数据在单线上按时间先后一位一位地传送，其优点是节省传输线，但是数据传送速度较慢。在嵌入式系统中，串行通信一词一般特指用串行通信接口SCI（SerialCommunicationInterface）与RS232芯片连接的通信方式。I2C、USB等也是串行通信，但它们有专用名词。串行外设接口(SPI，SerialPeripheralInterface)：也是串行通信方式，主要用于MCU扩展外围芯片使用。这些芯片可以是具有SPI接口的A/D转换、时钟芯片等。

I2C(InterIntegratedCircuit)：I2C总线是一种由PHILIPS公司开发的两线式串行总线，用于连接MCU及其外围设备。通用串行总线(USB，UniversalSerialBus)：USB是MCU与外界进行数据通信的一种方式，其速度快，抗干扰能力强，在嵌入式系统中得到了广泛的应用。控制器局域网(CAN，ControlAreaNetwork)：它是一种全数字、全开放的现场总线控制网络。背景调试模式(BDM，BackgroundDebugMode)：背景调试模式是Freescale半导体公司提出的一种调试接口，开创了片上集成调试资源的趋势。边界扫描测试协议(JTAG，JointTestActionGroup)：该协议由国际联合测试行动组开发，提供一种串行扫描路径。JTAG能获取芯片寄存器等内容，或者测试遵守IEEE规范的器件之间引脚连接情况。与功能模块相关的术语通用输入/输出(GPIO，GeneralPurposeI/O)：所谓通用I/O，即基本的输入/输出，有时也称并行I/O。作为通用输入引脚时，MCU内部程序可以读取该引脚，知道该引脚是“1”（高电平）或“0”(低电平)，即开关量输入。作为通用输出引脚时，MCU内部程序向该引脚输出“1”（高电平）或“0”(低电平)，即开关量输出。

A/D与D/A：A/D转换模块的功能是将电压信号转换为对应的数字信号。实际应用中，这个电压信号可能由温度、湿度、压力等实际物理量经过传感器和相应的变换电路转化而来。经过A/D转换，MCU就可以处理这些物理量。而与之相反，D/A转换则是将数字信号转换为电压信号。脉冲宽度调制器(PWM，PulseWidthModulator)：PWM是一个D/A转换器，可以产生一个高电平和低电平之间重复交替的输出信号，这个信号就是PWM信号。看门狗(WatchDog)：为了防止程序跑飞而设计的一种自动定时器。当程序跑飞时，由于无法正常执行看门狗定时器，定时器会溢出使系统程序复位。液晶显示(LCD，LiquidCrystalDispaly)：LCD是电子信息产品的主要显示器件，可分为字段型、点阵字符型、点阵图形型三类。发光二极管(LED，LightEmittingDiode)：LED是一种将电流顺向通到半导体PN结处而发光的器件。常用于家电指示灯、汽车灯和交通警示灯。键盘：键盘是嵌入式系统中最常见的输入设备。识别键盘是否有效被按下的方法有查询法、定时扫描法与中断法等。

与嵌入式软件相关的术语中断：指中央处理器CPU正在处理某件事情的时候，外部发生了某一事件，请求CPU迅速去处理，CPU暂时中断当前的工作，转入处理所发生的事件，处理完后，再回到原来中断的地方，继续原来的工作，这样的过程称为中断。实现这种功能的部件称为中断系统，产生中断的请求源称为中断源。我们把由软件指令引起的一个程序的中断则称为软件中断；而由某一特定功能引脚或基于芯片设备产生的中断则称为硬件中断。在嵌入式系统中，中断是一个很重要的概念，为了实时响应外界发生的事件，必须依靠中断系统来实现。中断服务程序：响应特定中断而运行的一段程序。这段程序所在的地址称为中断向量。

µC/OS-II：是一个可移植和可裁剪的抢占式多任务实时操作系统，并且开放源代码，在嵌入式系统中得到广泛的应用。临界区(CriticalSection)：RTOS中使用的一个术语，它是指一段必须按次序执行的代码，并且不能被中断，否则程序有可能无法正常运行。典型的嵌入式系统AndroidAndroid一词的本义指“机器人”，同时也是Google于2007年11月5日宣布的基于Linux平台的开源手机操作系统的名称，该平台由操作系统、中间件、用户界面和应用软件组成，号称是首个为移动终端打造的真正开放和完整的移动软件。目前，最新版本为Android2.4Gingerbread和Android3.0Honeycomb。iOS

iOS是由苹果公司为iPhone开发的操作系统。它是给iPhone,iPodtouch和iPad使用。就像其基于的MacOSX操作系统一样，它也是以Darwin为基础的。iPhoneOS的系统架构分为四个层次：核心操作系统层（theCoreOSlayer），核心服务层（theCoreServiceslayer），媒体层（theMedialayer），可轻触层（theCocoaTouchlayer）。操作系统占用大概240MB的内存空间。iPhoneOS的用户界面的IOS4默认主界面概念基础上是能够使用多点触控直接操作。控制方法包括滑动,轻触开关及按键。与系统互动包括滑动(swiping),轻按（tapping）,挤压(pinching)及旋转(reversepinching)。此外,通过其内置的加速器,可以令其旋转装置改变其y轴以令屏幕改变方向，这样的设计令iPhone更便于使用。VxWorks网络支持VxWorks映像C++组件应用组件开发工具组件C++编译器支持C++运行时间库编译器初始化标准库硬件网络组件操作系统组件Spy组件Timex组件WDB代理组件Windview组件加载器组件程序信息显示组件字符表组件目标机shell组件总线内存奔腾3BSP配置Peripherals网络初始化组件网络设备网络协议ANSIC组件I/O系统组件POSIX组件核心组件应用组件PCI配置硬盘ATA硬盘驱动器ATA硬盘驱动器信息显示FTP协议telnet协议操作系统名称主要优点主要缺点价格因素WinCE核心占500KB的ROM和250KB的RAM。开发界面友好，支持触摸，可视化界面只支持8个优先级，操作系统裁减和模块添加较为困难，用户开发定制不方便，需要认证嵌入式Linux核心从几十KB到500KB。开放源码、软件资源丰富,内核稳定、大小功能可定制,同时支持多种体系结构。用户可以方便地开发定制非商业系统，技术支持、资料获取和商业认证等方面普遍存在问题。源代码免费，非常便宜QNX操作系统体系结构健壮,性能快速且可预定,分布式、嵌入式、可扩展,图形界面支持好。方便的GUI开发。它由微内核和一组协同工作的进程构成，具有高度的可伸缩性。协议开发需第三方支持。内核不信任应用程序，完全隔离，应用程序切换开销大。第三方测试工具很少。按系统模块进行收费，要为商业开发系统支付版权，价格较为昂贵VxWorks硬件体系和第三方软件支持最多，支持POSIX标准，支持网络，有不同架构系统下的开发环境和运行环境。应用程序开发与设备驱动开发调试统一一致，特别适合设备软件开发。强大的测试工具。对开发者要求较高。WindML提供基本图形库，窗口系统由第三方提供。按License收费，同时组件分开销售，商业化软件，价格较为昂贵

嵌入式系统平台的选择其支持的硬件平台其提供的操作系统本身的性能，支持的优先级数量，调度机制，多任务通讯，上下文切换时间，中断响应时间，内存管理方式测试工具覆盖开发工具嵌入式系统开发嵌入式系统开发嵌入式系统开发嵌入式系统开发嵌入式软件——目标设计可靠、稳定、高效的嵌入式软件，需要考虑

继承性

有限的资源

多样性

可读性

并发性

兼容性

实时性

层次嵌入式系统软件的特点HardwareIncludingOperatingSystemComponentsUserProgram嵌入式系统

有限的资源

实时性

操作系统与用户软件没有明显的界线

开发模式hosttarget串口以太网Wince安全机制WindowsCE内部建立了一整套安全机制。包括网络通信安全机制、数据存储安全和认证机制。概况起来，使用了信任管理器、局部认证子系统、密码技术和证书机制、存储保护、安全套接字层、安全支持提供接口、智能卡以及可信环境模式等机制来增强对设备和应用的安全性支持。WindowsCE的安全服务体系及架构WindowsCE拥有自己的安全服务体系及架构，通过安全支持提供者接口(SSPI)，提供了对用户授权、信任等级管理和消息保护等的支持。通过OEM(OfiginalEquipmentManufacture)可以定制自己的安全包，使用自己特定的加密与解密算法或授权与认证方法．将它加入系统注册表。然后通过应用程序去调用。比较新的WindowsCE版本还为用户提供了对VPN和防火墙的支持。(1)嵌入式系统的密码学密码学是信息安全中的一个骨干基础课程，是信息安全的学生的一门必修课。以往学生在学习密码学课程的时候，主要是采用软件的方式来验证密码算法是否可以正确实现，仅仅停留在理论证明的基础上，同学们普遍反应和实际的脱节。国家密码委早已规定，一切密码算法的使用都必须建立在硬件的基础上。基于此，参照其他厂商的密码机及设备，密码学的嵌入式实验，该实验分为2个步骤。首先是验证型步骤，学生利用ARM9实验平台的linux操作系统和C语言编写AES或DES密码算法，然后下载到嵌入式实验板的Flash中去，利用minicom终端观察程序在嵌入式平台运行的情况等。这种实验和目前国内主流的密码机的工作方式基本类似，学生可以体会到密码算法在实际中应用的情况和特点。在此基础上，学生应进行跟高层的密码机综合实验，运用网络编程的知识，设计出PC机的文件如何通过局域网发送到嵌入式平台自动加解密。这里需要学生深入掌握网络编程、通信协议、主机客户机应答机制等许多问题。(2)嵌入式系统的安全增强操作系统

ARM使用的主流操作系统有WINCE、Linux、风河等几种，根据教学的实际需要，教学研究系统应该使用开源的Linux操作系统，需要设计实验了解和熟悉嵌入式操作系统的特点和使用方法，以及GUI方面实现的方法和概念，并结合信息安全中的相应内容，探讨安全操作系统的形成。目前在本科阶段对于安全操作系统的概念，一般还是限于如何增强操作系统的安全功能，本实验设计的是针对嵌入式Linux系统的某些操作命令的改进，如利用用户身份和口令的限制，改写CP命令的源代码，使CP命令成为单行指令，或者在符合要求的情况下成为全功能指令。本实验要求学生熟悉Linux开放的各种操作命令的源码，既能读懂，又可以按照自己设计的方案进行改写工作，学生在进行此项实验的过程中，可以真正的体会到开源操作系统的方便性和重要性。(3)利用嵌入式系统进行的网络安全实验信息安全中的网络安全技术是学生非常重视和学习生活中经常遇见的课题，针对目前市场上出现各种网络攻防工具，在指导学生了解其原理后，针对DOS攻击等设计一个堡垒机，或者蜜罐系统，利用嵌入式系统实现。并将其挂在需要保护的PC机前端，利用其他的PC机进行攻击实验，获得攻击和响应数据，以加深对网络攻防技术的理解。嵌入式系统软件的今天嵌入式系统软件的明天学习嵌入式方法学习嵌入式，显然应偏重于嵌入式软件，特别是嵌入式操作系统方面。对于搞嵌入式软件的人，最重要的技术显然是掌握主流嵌入式微处理器的结构与原理必须掌握一个嵌入式操作系统必须熟悉嵌入式软件开发流程并至少做过一个嵌入式软件项目。

思考你是如何理解嵌入式系统的?在日常生活中，你接触过哪些嵌入式产品？他们都有些什么功能？嵌入式系统中的软件有哪些特征?比较嵌入式系统与普通的计算机系统存有哪些相同和不同之处。嵌入式系统和信息安全的结合点有哪些？第二部分应用举例数据采集系统数据采集”是指将温度、压力、流量、位移等模拟量采集、转换成数字量后，再由计算机进行存储、处理、显示或打印的过程，相应的系统称为数据采集系统。数据采集系统主要由硬件和软件两部分组成，硬件部分主要是由传感器、模拟多路开关、采样/保持器、A/D转换器、接口电路、计算机及其他外设，目前的数据采集产品往往将模拟多路开关、采样/保持器、A/D转换器等前端数据采集元件集成到一张数据采集卡中。PC-Base数据采集系统PCBase数据采集系统功能A/D转换（模拟量/数字量转换）D/A转换（数字量/模拟量转换）DIO（数字量输入/输出）Timer/Counter（定时器/计数器）广义数据采集系统随着计算机水平的网络技术及数据库技术的发展，传统意义上的数据采集系统已经无法满足实际需求，数据采集系统已经不是传统意义上的概念，已经扩展为加入多种技术的在原有概念上进行扩充了的系统，现代数据采集系统应该是广义的数据采集系统，将常规数据采集系统及网络通讯、数据库存储查询、数据共享、数据挖掘等先进技术集成为一体的系统。数据采集卡Adlink研华NI公司数据采集卡PCI采集卡原理图信号信号的频率代表信号变化快慢的物理量任何一种信号都可以转换成一组正弦波的迭加不同的信号频率不同：语音：<4kHz音乐：<20kHz超声：20kHz~xxMHzFM收音机：MHz雷达：xGHz…一个典型的系统模拟输入采样/量化1101…数字输入数字信号处理1101…数字输出模拟重建模拟输出信号采集传感器信号调理放大滤波信号转换……将外部信号采入计算机，并加以处理，最后输出信号与系统初步(续)信号的分类：信息状态速率幅值形状频率onofft1-0-t0.985ttf信号模拟量数字量开/关信号脉冲队列直流信号时域信号频域信号信号与系统初步(续)数字信号onofft1-0-t开关信号输入：检测一个开关的打开/闭合输出：打开/关闭一个阀门驱动能力通道数脉冲队列输入：读光编码器的输出信号输出：产生一个方波时钟频率分辨率对采集卡的要求信号与系统初步(续)模拟信号电压信号温度压力流量应力DC精度频域信号振动语音声呐分辨率采样频率精度触发对采集卡的要求时域信号雷达回波血压变化汽车点火波形分辨率采样频率精度触发0.985ttf基本定义A/D：模拟量—数字量转换把外部电压信号转成计算机能够识别的数字信号采样频率MaxSamplingRate(S/s),SamplingFrequency(Hz)精度(Resolution)：8