《嵌入式系统概论》课件-第1章-嵌入式系统概论(三版)

课程简介一、课程性质：物联网专业必修课。二、学时数：32学时理论（2学分）+16学时实验（0.5学分）三、学习目标：了解嵌入式系统基本知识，熟悉嵌入式系统组成，掌握嵌入式系统基本组件的应用开发，能应用嵌入式系统初步解决物联网相关的复杂工程问题。五、考核方式：理论课：开卷考试，实验课：考核与实践六、成绩评定：平时30%，考核考试70%课程背景一、计算机技术两条大腿

计算机硬件+计算机软件二、计算机应用两大分支 通用计算机应用+

嵌入式系统应用

三、嵌入式系统与物联网

物联网的层次结构中感知层与网络传输层均离不开嵌入式系统。嵌入式系统与物联网 物联网的主要层次：感知层、网络层和应用层。感知与网络层大都由嵌入式系统构建。嵌入式系统课程与其它课程的关系嵌入式系统原理及应用物联网导论计算机组成原理操作系统汇编/高级语言程序设计物联网传感技术物联网控制技术嵌入式系统设计嵌入式系统软硬件调试嵌入式系统分析微机原理与接口数字电路课程内容第1章嵌入式系统概论第2章嵌入式处理器第3章嵌入式系统程序设计第4章嵌入式最小系统第5章数字输入输出系统设计第6章定时计数组件第7章模拟输入输出系统设计第8章互连通信接口设计第9章嵌入式操作系统及其移植第10章嵌入式应用系统设计实例第1章嵌入式系统概论本章主要内容嵌入式系统的概念1.1嵌入式处理器嵌入式系统的组成1.21.3嵌入式系统的软件设计1.6嵌入式操作系统1.4嵌入式系统的设计方法1.5嵌入式系统开发与调试工具1.71.1嵌入式系统的概述

1.1.1嵌入式系统的概念1.IEEE（国际电气和电子工程师协会）的定义：DevicesUsedtoControl,MonitororAssist

theOperationofEquipment,MachineryorPlants2.国内公认定义：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。

3.简单定义：嵌入到对象体系中的专用计算机系统。4.三个要素：

嵌入性、专用性、计算机系统

1.是专用的计算机系统2.对环境的要求（物理、电气、成本、功耗低等要求）3.必须是能满足对象系统控制要求的计算机系统4.集计算机技术与各行业于一体的集成系统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.嵌入式系统的实时性要求8.需专用开发环境和开发工具进行设计1.1.2嵌入式系统的特点

1.嵌入式系统发展的四个阶段：（1）8位/16位单片机为核心的初级嵌入式系统。（2）以32位嵌入式微控制器为基础的中级嵌入式系统（3）以嵌入式操作系统为标志的中高级嵌入式系统。（4）以Internet为标志的高级嵌入式系统。2.嵌入式系统的发展趋势：（1）联网成为必然趋势。（2）支持小型电子设备实现小尺寸、微功耗和低成本。（3）提供精巧的多媒体人机界面。1.1.3嵌入式系统的发展17十月2025

消费电子领域

嵌入式系统

信息家电

智能玩具

军事电子

共享单车

智能家居及其它工控设备

工业过程控制

智能仪表

网络设备

工业领域军事国防领域物联网

网络领域

汽车电子

飞行导航控制航空航天领域传感器网络

：食堂自助1.1.4嵌入式系统的应用嵌入式系统应用示例——消费电子产品马达控制器车灯尾灯控制系统后车门控制系统前车门控制系统座椅控制系统发动器控制系统所有的控制系统都是一个完整的嵌入式系统嵌入式系统应用示例——

汽车电子嵌入式系统应用示例——

航空航天嵌入式系统应用示例——

智能机器人嵌入式系统应用示例——

工业控制工业方面：机床、冶金、电子、交通等行业技术升级的重要基础；嵌入式系统应用示例——

微型无人机阿富汗参加反恐作战的“赫耳墨斯”价值4万美元，可携带2架摄像机，发挥了很好作用。嵌入式系统应用示例——

军事嵌入式微控制器应用示例——

智能家居嵌入式系统应用示例——物联网物联网应用移动POS金融供应链智能运输工业自动化智能建筑消防公共安全环境保护气象数字化医疗遥感勘测军事农业林业水务电力煤炭石化物流、零售、自动服务设备、安全、节能生产、安全、防灾、水电油气防火、勘察、报警污染检测、报警水质、水量、污染、安全大棚、土壤、灌溉、环境、跟踪抄表、监控、节能设备、临床、辅助诊断、病程险情、油井、运输、管线联动、消防栓、定位、调度照明、信号、应急、灾害、识别大地勘测、森林、地震、海洋侦查、监控、定位、评估降水、防洪、远程设备交易、订单、跟踪、识别通风、瓦斯、救灾定位库存、车队、监控、导航、识别、货物电子支付、实时信息

1.基础知识的学习（1）掌握一种嵌入式处理器的体系结构；（2）了解一种操作系统（中断，优先级，任务间通信，同步...）；（3）要掌握C、C++及汇编语言程序设计（至少会C），必须在工程实践中掌握一定的开发技能。2.要有一个较好的嵌入式系统开发平台和开发环境在指令系统、应用编程学习的基础上，加强外围功能接口应用（最小系统、人机交互、通信互联、数字输入输出、模拟输入输出等）知识的学习。3.操作系统的学习操作系统也是学习的重要一部分，可以方便的进行各种设备驱动应用程序开发。1.1.5嵌入式系统的学习方法1.2嵌入式处理器

1.2.1嵌入式处理器种类

嵌入式微处理器—EMPU嵌入式微控制器—EMCU嵌入式数字信号处理器—EDSP嵌入式片上系统—ESOC嵌入式处理器

1、英国ARM（AdvancedRISCMachines）Limited公司成立于1990年，ARM是公司的名称，已成为嵌入式处理器的代名词了。目前，ARM架构处理器已在高性能、低功耗、低成本应用领域中占据领先地位。2、ARM公司是嵌入式RISC处理器的知识产权IP供应商。为ARM架构处理器提供了ARM处理器内核。3、ARM公司把ARM处理器分为经典ARM处理器、ARMCortex嵌入式处理器、ARMCortex实时嵌入式处理器、ARMCortex应用处理器以及专家处理器四大类。1.2.2ARM嵌入式处理器简介17十月2025ARM及ARM公司1978年12月5日，物理学家赫尔曼·豪泽（HermannHauser）和工程师ChrisCurry，在英国剑桥创办了CPU公司（CambridgeProcessingUnit），主要业务是为当地市场供应电子设备。1979年，CPU公司改名为Acorn计算机公司（开始用MOTO的CPU，但太贵，80年代初转向Intel索要286资料未果，只好自己研发CPU）1985年，设计了自己的第一代32位、6MHz的处理器，用它做出了一台RISC指令集的计算机，简称ARM（AcornRISCMachine）。

后面A改变了,ARM成为AdvancedRISCMachine的缩写了。1990年11月27日，Acorn公司正式改名为ARM计算机公司。ARM公司的目标是专注于满足不断增长的对低费用、低功耗、高性能芯片的市场需求。在众多可能的商业模式中，ARM公司最终选择了设计基础技术，并将其以知识产权的形式向客户进行授权。ARM从经典ARM到Cortex系列，占有手机90%、平板电脑80%以上份额。2016年7月18日ARM被日本的软银（软件银行集团）收购。

ARM嵌入式处理器分类1.3

嵌

入

式

系

统

的

组

成

1.3.1典型嵌入式系统硬件组成

嵌入式系统的软件包括（1）设备驱动层（2）嵌入式操作系统（如果需要的话）（3）应用程序接口API层（4）实际用户应用程序层。1.3.2嵌入式系统的软件1.4嵌入式操作系统

1.4.1嵌入式操作系统的特点嵌入式操作系统通常包括与硬件相关的底层驱动软件、系统内核、设备驱动接口、通信协议、图形界面、标准化浏览器等。嵌入式操作系统具有编码体积小、面向应用、实时性强、可移植性好、可靠性高以及专用性强等特点。

1.

VxWorks：是美国WindRiver公司于1983年设计开发的一种实时操作系统。应用在通信、军事、航空航天.2.

pSOS:是ISI公司研发的产品，是世界上最早的实时操作系统之一，也是最早进入中国市场的实时操作系统。3.PalmOS：3COM公司的PalmOS在掌上电脑和PDA市场上占有很大的市场份额。4.WindowsCE：MicrosoftWindowsCE是从整体上为有限资源的平台设计的多线程、完整优先权、多任务操作系统。5．嵌入式Linux:开源的操作系统，应用于商业应用领域。6.μC/OS：μC/OS-Ⅱ是一个可裁剪、源代码开放、结构小巧、抢先式的实时嵌入式操作系统，主要面向中小型嵌入式系统，7.

FreeRTOS：FreeRTOS是一个小型RTOS，能较好地完成对任务、时间、信号量的管理。8.Android：是一种基于Linux的自由及开放源代码的操作系统，主要使用于移动设备。9.SylixOS：中航科工三院三部完全自主OS，应用于军方和核心部门。

典型嵌入式操作系统1.5嵌入式系统的设计方法

1.5.1嵌入式系统设计概述1.软件设计的一个显著特点：需要一个交叉编译和调试环境，即源代码的编译工作在宿主机Host上进行，程序编译好后，需要下载到目标机Client上运行。2.嵌入式系统设计的基本原则：“物尽其用”，即在整个嵌入式系统的设计开发过程中，始终贯穿“物尽其用”的原则。3.嵌入式系统设计所面临的问题：微处理器及操作系统的选择、开发工具的选择。

1.嵌入式系统需求分析2.嵌入式体系结构设计3.嵌入式硬软件及执行机构设计4.嵌入式系统集成5.嵌入式系统测试1.5.2嵌入式系统的设计步骤

1.5.3嵌入式系统的传统设计方法不带嵌入式操作系统的嵌入式系统设计流程

嵌入式系统的传统设计方法基于嵌入式操作系统的嵌入式系统设计流程

1.5.4嵌入式系统的硬软件协同设计技术嵌入式系统的硬软件协同设计方法1.6嵌入式系统的软件设计

1.6.1设计过程

1.非标准的操作系统2.没有优先级别的操作系统3.具备优先级别的操作系统4.更改的桌面型操作系统1.6.2嵌入式操作系统的选择

1.开发工具的选择2.开发工具的制作3.嵌入式操作系统的裁减与移植4.应用程序的编写、编译和烧录5.应用程序的调试1.6.3嵌入式软件开发工具链的构建1.7嵌入式系统开发与调试工具

1.7.1嵌入式系统硬件开发与调试工具1.内部电路仿真器(In-CircuitEmulator,ICE)2.ROM监控器(ROMmonitor)3.在线调试(On-ChipDebugging,OCD)/在线仿真(On-ChipEmulator，OCE)4.串行口5.发光二极管6.示波器7.逻辑分析仪

1.7.2嵌入式系统软件开发工具1