嵌入式系统设计与应用 教案全套 王剑

PAGE17PAGE授课教案课程名称：嵌入式系统设计与应用总学时：72总学分：4.5课程类别：必修任课教师：单位：职称：授课专业：授课班级：学年第学期

课题第1章.嵌入式系统概述学时4教学目标与要求掌握嵌入式系统的发展与组成、特点与应用掌握嵌入式微处理器的特点、分类和常见嵌入式微处理器的基本参数。掌握嵌入式操作系统的定义、特点和常见嵌入式操作系统的基本特点。了解对嵌入式系统的应用领域和发展趋势。重点掌握嵌入式微处理器的特点、分类和常见嵌入式微处理器的基本参数。掌握嵌入式操作系统的定义、特点和常见嵌入式操作系统的基本特点。难点嵌入式微处理器的分类常见嵌入式操作系统的基本特点教学方法与手段知识点：主要采用多媒体讲述，制作PPT课件予以说明，多采用提问等互动教学方式调动学生的学习积极性，促进学生的积极思考，激发学生的潜能。思政教学：思政教学过程兼用多种教学方法，即采用隐性渗透式、课堂讨论式、启发式等教学方法，也在讲授知识的同时将德育元素和知识点渗透融合，寓德于教。同时，课程结合现代教学技术和手段，在微信、qq群等线上线下教学中施行课程思政的教学。参考资料［1］王剑等.嵌入式系统设计与应用（第二版）（微课视频版）.北京：清华大学出版社，2020年．［2］陈文智等.嵌入式系统原理与设计［M］.北京：清华大学出版社，2019年．［3］马忠梅.ARM嵌入式微处理器体系结构［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2019年．[4]王青云、梁瑞宇等ARMCortex-A8嵌入式原理与系统设计机械工业出版社2018年[5]刘洪涛、邹南等ARM处理器开发详解--基于ARMCortex-A8处理器的开发设计电子工业出版社2018年[6]温淑鸿嵌入式Linux系统原理北京航空航天出版社2018年

课题第2章.ARM处理器体系结构学时8教学目标与要求1、掌握ARM处理器的组成；2、掌握ARM处理器的系列体系结构；3、了解ARM处理器的主要产品4、掌握ARM处理器的数据类型和数据宽度。5、掌握ARM处理器的寄存器组织6、掌握ARM处理器的运行状态和处理器模式7、掌握ARM处理器的存储器管理体系8、掌握ARM处理器的异常处理方法和流程重点掌握ARM处理器的系列体系结构；掌握ARM处理器的寄存器组织；掌握ARM处理器的运行状态和处理器模式掌握ARM处理器的存储器管理体系掌握ARM处理器的异常处理方法和流程难点1、掌握ARM处理器的存储器管理体系2、掌握ARM处理器的异常处理方法和流程教学方法与手段知识点：主要采用多媒体讲述，制作PPT课件予以说明，多采用提问等互动教学方式调动学生的学习积极性，促进学生的积极思考，激发学生的潜能。1、多媒体使用幻灯片讲解讲稿授课2、详细说明ARM处理器的系列体系结构；3、课堂提问题，并记录回答问题情况思政教学：思政教学过程兼用多种教学方法，即采用隐性渗透式、课堂讨论式、启发式等教学方法，也在讲授知识的同时将德育元素和知识点渗透融合，寓德于教。同时，课程结合现代教学技术和手段，在微信、qq群等线上线下教学中施行课程思政的教学。参考资料［1］王剑等.嵌入式系统设计与应用（第二版）（微课视频版）.北京：清华大学出版社，2020年．［2］陈文智等.嵌入式系统原理与设计［M］.北京：清华大学出版社，2019年．［3］马忠梅.ARM嵌入式微处理器体系结构［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2019年．[4]王青云、梁瑞宇等ARMCortex-A8嵌入式原理与系统设计机械工业出版社2018年[5]刘洪涛、邹南等ARM处理器开发详解--基于ARMCortex-A8处理器的开发设计电子工业出版社2018年[6]温淑鸿嵌入式Linux系统原理北京航空航天出版社2018年

课题第3章ARM指令集学时8教学目标与要求1、掌握ARM指令集的基本概念、功能与分类；2、掌握ARM指令集的寻址方式；3、掌握ARM指令集的使用方法4、掌握Thumb指令的概念和使用方法。5、了解Thumb-2指令的概念和使用方法；6、掌握C语言与汇编语言的混合编程方法；重点1、跳转指令的概念和使用方法；2、数学计算指令的概念和使用方法；3、协处理器指令概念和使用方法。5、杂项指令的概念和使用方法；6、Thumb指令概念和使用方法。难点1、杂项指令的概念和使用方法；2、协处理器指令的概念和使用方法。教学方法与手段知识点：主要采用多媒体讲述，制作PPT课件予以说明，多采用提问等互动教学方式调动学生的学习积极性，促进学生的积极思考，激发学生的潜能。1、多媒体使用幻灯片讲解讲稿授课2、课堂提问题，并记录回答问题情况3、分组讨论ARM指令的使用方法思政教学：思政教学过程兼用多种教学方法，即采用隐性渗透式、课堂讨论式、启发式等教学方法，也在讲授知识的同时将德育元素和知识点渗透融合，寓德于教。同时，课程结合现代教学技术和手段，在微信、qq群等线上线下教学中施行课程思政的教学。参考资料［1］王剑等.嵌入式系统设计与应用（第二版）（微课视频版）.北京：清华大学出版社，2020年．［2］陈文智等.嵌入式系统原理与设计［M］.北京：清华大学出版社，2019年．［3］马忠梅.ARM嵌入式微处理器体系结构［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2019年．[4]王青云、梁瑞宇等ARMCortex-A8嵌入式原理与系统设计机械工业出版社2018年[5]刘洪涛、邹南等ARM处理器开发详解--基于ARMCortex-A8处理器的开发设计电子工业出版社2018年[6]温淑鸿嵌入式Linux系统原理北京航空航天出版社2018年

课题第4章ARM-Linux内核学时8教学目标与要求1．掌握内核的基本概念2．熟练掌握ARM-Linux内核的概念、特点、版本定义、功能和组成3．掌握ARM-Linux内核的进程管理体系结构和功能方法4．掌握ARM-Linux内核的内存管理体系结构和功能方法5．掌握ARM-Linux内核的模块机制6．掌握ARM-Linux内核的中断管理机制7.掌握ARM-Linux内核的系统调用方法重点1.ARM-Linux内核的进程管理体系结构和功能方法2．ARM-Linux内核的内存管理体系结构和功能方法3．ARM-Linux内核的模块机制4．ARM-Linux内核的中断管理机制难点1.ARM-Linux内核的进程管理体系结构和功能方法2．ARM-Linux内核的内存管理体系结构和功能方法3．ARM-Linux内核的模块机制4．ARM-Linux内核的中断管理机制教学方法与手段知识点：主要采用多媒体讲述，制作PPT课件予以说明，多采用提问等互动教学方式调动学生的学习积极性，促进学生的积极思考，激发学生的潜能。1．幻灯片讲解基本概念与现场操作演示相结合2．课堂提问题，并记录回答问题情况思政教学：思政教学过程兼用多种教学方法，即采用隐性渗透式、课堂讨论式、启发式等教学方法，也在讲授知识的同时将德育元素和知识点渗透融合，寓德于教。同时，课程结合现代教学技术和手段，在微信、qq群等线上线下教学中施行课程思政的教学。参考资料［［1］王剑等.嵌入式系统设计与应用（第二版）（微课视频版）.北京：清华大学出版社，2020年．［2］陈文智等.嵌入式系统原理与设计［M］.北京：清华大学出版社，2019年．［3］马忠梅.ARM嵌入式微处理器体系结构［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2019年．[4]王青云、梁瑞宇等ARMCortex-A8嵌入式原理与系统设计机械工业出版社2018年[5]刘洪涛、邹南等ARM处理器开发详解--基于ARMCortex-A8处理器的开发设计电子工业出版社2018年[6]温淑鸿嵌入式Linux系统原理北京航空航天出版社2018年

课题第5章Linux文件系统学时8教学目标与要求1、掌握Linux文件系统的基本概念与主要功能；2、掌握Linux文件系统的组成与分类；3、掌握Linux文件系统的发展状况与工作原理；4、掌握EXT文件系统的概念、组成结构和体系特点。5、掌握EXT2文件系统的概念、组成结构和体系特点；6、掌握JFFS2文件系统的体系结构及主要功能；7、掌握根文件系统的概念和结构；8、掌握根文件系统的制作方法。重点1、Linux文件系统的基本概念与主要功能；2、JFFS2文件系统的体系结构及主要功能；3、根文件系统的概念和结构；4、根文件系统的制作方法。难点JFFS2文件系统的体系结构及主要功能；根文件系统的制作方法教学方法与手段知识点：主要采用多媒体讲述，制作PPT课件予以说明，多采用提问等互动教学方式调动学生的学习积极性，促进学生的积极思考，激发学生的潜能。1、多媒体使用幻灯片讲解讲稿授课；2、详细说明linux文件系统的概念、组成与分类，根文件系统的制作方法；3、课堂提问题，并记录回答问题情况。思政教学：思政教学过程兼用多种教学方法，即采用隐性渗透式、课堂讨论式、启发式等教学方法，也在讲授知识的同时将德育元素和知识点渗透融合，寓德于教。同时，课程结合现代教学技术和手段，在微信、qq群等线上线下教学中施行课程思政的教学。参考资料［1］王剑等.嵌入式系统设计与应用（第二版）（微课视频版）.北京：清华大学出版社，2020年．［2］陈文智等.嵌入式系统原理与设计［M］.北京：清华大学出版社，2019年．［3］马忠梅.ARM嵌入式微处理器体系结构［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2019年．[4]王青云、梁瑞宇等ARMCortex-A8嵌入式原理与系统设计机械工业出版社2018年[5]刘洪涛、邹南等ARM处理器开发详解--基于ARMCortex-A8处理器的开发设计电子工业出版社2018年[6]温淑鸿嵌入式Linux系统原理北京航空航天出版社2018年

课题第6章Linux系统移植及调试学时6教学目标与要求（1）使学生掌握BootLoader基本概念与典型结构。（2）使学生了解U-boot。（3）使学生掌握Linux系统移植过程。（4）使学生掌握交叉编译工具链。（5）使学生掌握gdb调试器的基本概念和使用方法。（6）使学生了解远程调试方法。（7）使学生了解内核调试方法。重点（1）BootLoader基本概念与典型结构（2）Linux系统移植过程（3）交叉编译工具链难点（1）Linux系统移植过程（2）远程调试方法教学方法与手段知识点：主要采用多媒体讲述，制作PPT课件予以说明，多采用提问等互动教学方式调动学生的学习积极性，促进学生的积极思考，激发学生的潜能。1、多媒体使用幻灯片讲解讲稿授课2、课堂提问题，并记录回答问题情况；实验体会一个简单实例的操作。思政教学：思政教学过程兼用多种教学方法，即采用隐性渗透式、课堂讨论式、启发式等教学方法，也在讲授知识的同时将德育元素和知识点渗透融合，寓德于教。同时，课程结合现代教学技术和手段，在微信、qq群等线上线下教学中施行课程思政的教学。参考资料［1］王剑等.嵌入式系统设计与应用（第二版）（微课视频版）.北京：清华大学出版社，2020年．［2］陈文智等.嵌入式系统原理与设计［M］.北京：清华大学出版社，2019年．［3］马忠梅.ARM嵌入式微处理器体系结构［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2019年．[4]王青云、梁瑞宇等ARMCortex-A8嵌入式原理与系统设计机械工业出版社2018年[5]刘洪涛、邹南等ARM处理器开发详解--基于ARMCortex-A8处理器的开发设计电子工业出版社2018年[6]温淑鸿嵌入式Linux系统原理北京航空航天出版社2018年

课题第7章设备和驱动程序设计学时8教学目标与要求（1）使学生基本掌握设备驱动程序基本概念与功能。（2）使学生掌握设备驱动程序的开发框架。（3）使学生掌握字符设备驱动程序的设计框架。（4）使学生掌握GPIO设备的设计方法。（5）使学生掌握块设备驱动程序的基本概念和使用方法。（6）使学生掌握网络设备驱动程序的开发框架。（7）使学生了解网络设备驱动程序的设计方法。重点（1）设备驱动程序的基本概念与典型结构（2）字符设备驱动程序的设计框架（3）网络设备驱动程序的设计框架难点（1）块设备驱动程序的设计框架（2）网络设备驱动程序的设计框架教学方法与手段知识点：主要采用多媒体讲述，制作PPT课件予以说明，多采用提问等互动教学方式调动学生的学习积极性，促进学生的积极思考，激发学生的潜能。1、多媒体使用幻灯片讲解讲稿授课2、课堂提问题，并记录回答问题情况；实验体会一个简单实例的操作。思政教学：思政教学过程兼用多种教学方法，即采用隐性渗透式、课堂讨论式、启发式等教学方法，也在讲授知识的同时将德育元素和知识点渗透融合，寓德于教。同时，课程结合现代教学技术和手段，在微信、qq群等线上线下教学中施行课程思政的教学。参考资料［1］王剑等.嵌入式系统设计与应用（第二版）（微课视频版）.北京：清华大学出版社，2020年．［2］陈文智等.嵌入式系统原理与设计［M］.北京：清华大学出版社，2019年．［3］马忠梅.ARM嵌入式微处理器体系结构［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2019年．[4]王青云、梁瑞宇等ARMCortex-A8嵌入式原理与系统设计机械工业出版社2018年[5]刘洪涛、邹南等ARM处理器开发详解--基于ARMCortex-A8处理器的开发设计电子工业出版社2018年[6]温淑鸿嵌入式Linux系统原理北京航空航天出版社2018年

课题第8章嵌入式系统的开发设计案例11.1嵌入式系统设计方法11.2智能校园监控系统设计实例11.3zigbee网关设计实例11.4基于ARM的嵌入式WEB服务器设计学时4教学目标与要求（1）使学生掌握嵌入式系统设计方法。（2）使学生了解协同设计方法。（3）使学生了解嵌入式开发实例。。重点（1）嵌入式系统设计方法难点（1）协同设计方法教学方法与手段知识点：主要采用多媒体讲述，制作PPT课件予以说明，多采用提问等互动教学方式调动学生的学习积极性，促进学生的积极思考，激发学生的潜能。1、多媒体使用幻灯片讲解讲稿授课2、课堂提问题，并记录回答问题情况；3、案例化教学方法思政教学：思政教学过程兼用多种教学方法，即采用隐性渗透式、课堂讨论式、启发式等教学方法，也在讲授知识的同时将德育元素和知识点渗透融合，寓德于教。同时，课程结合现代教学技术和手段，在微信、qq群等线上线下教学中施行课程思政的教学。参考资料［［1］王剑等.嵌入式系统设计与应用（第二版）（微课视频版）.北京：清华大学出版社，2020年．［2］陈文智等.嵌入式系统原理与设计［M］.北京：清华大学出版社，2019年．［3］马忠梅.ARM嵌入式微处理器体系结构［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2019年．[4]王青云、梁瑞宇等ARMCortex-A8嵌入式原理与系统设计机械工业出版社2018年[5]刘洪涛、邹南等ARM处理器开发详解--基于ARMCortex-A8处理器的开发设计电子工业出版社2018年[6]温淑鸿嵌入式Linux系统原理北京航空航天出版社2018年教学内容及过程第一章嵌入式系统概述导语：进入21世纪，随着各种手持终端和移动设备的发展，嵌入式系统（Embeddedsystem）的应用已从早期的科学研究、军事技术、工业控制和医疗设备等专业领域逐渐扩展到日常生活的各个领域。在涉及计算机应用的各行各业中，几乎90%左右的开发都涉及嵌入式系统的开发。嵌入式系统的应用，为社会的发展起到了很大的促进作用，也为人们的日常生活带来了极大便利。本章知识概括：本章主要介绍嵌入式系统的基本知识，包括嵌入式系统的基本概念和发展方向，嵌入式微处理器和嵌入式操作系统，并在此基础上介绍嵌入式系统开发平台的选择和设计开发的主要过程。1.1嵌入式系统简介1.1.1嵌入式系统的产生电子数字计算机诞生于1946年。在随后的漫长历史进程中，计算机始终是供养在特殊机房中、实现数值计算的大型昂贵设备。直到20世纪70年代，随着微处理器的出现，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、廉价、高可靠性等特点，迅速走出机房，演变成大众化的通用计算装置。另一方面，基于高速数值计算能力的微型计算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，实现对对象体系的智能化控制。例如，将微型计算机经电气、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。于是，现代计算机技术的发展，便出现了两大分支：以高速、海量的数值计算为主的计算机系统和嵌入到对象体系中、以控制对象为主的计算机系统。为了加以区别，人们把前者称为通用计算机系统，而把后者称为嵌入式计算机系统。通用计算机系统以数值计算和处理为主，包括巨型机、大型机、中型机、小型机、微型机等。其技术要求是高速、海量的数值计算，技术方向是总线速度的无限提升、存储容量的无限扩大。嵌入式计算机系统以对象的控制为主，其技术要求是对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。1.1.2嵌入式系统的定义、特点和分类1.嵌入式系统的定义嵌入式系统诞生于微型机时代，其本质是将一个计算机嵌入到一个对象体系中去，这是理解嵌入式系统的基本出发点。目前，国际国内对嵌入式系统的定义有很多。如：国际电气和电子工程师协会（theInstituteofElectricalandElectronicsEngineers，IEEE）对嵌入式系统的定义为：嵌入式系统是用来控制、监视或者辅助机器、设备或装置运行的装置。而国内普遍认同的嵌入式系统定义是：嵌入式系统是以应用为中心、以计算机技术为基础，软、硬件可裁剪，适应于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等方面有特殊要求的专用计算机系统。国际上对嵌入式系统的定义是一种广泛意义上的理解，偏重于嵌入，将所有嵌入到机器、设备或装置中，对宿主起控制、监视或辅助作用的装置都归类为嵌入式系统。而国内则对嵌入式系统的含义进行了收缩，明确指出嵌入式系统其实是一种计算机系统，围绕“嵌入到对象体系中的专用计算机系统”加以展开，使其更加符合嵌入式系统的本质含义。“嵌入性”、“专用性”与“计算机系统”是嵌入式系统的三个基本要素，对象体系则是指嵌入式系统所嵌入的宿主系统。与个人计算机这样的通用计算机系统不同，嵌入式系统通常执行的是带有特定要求的预先定义的任务，由于嵌入式系统通常都只针对一项特殊的任务，所以设计人员往往能够对它进行优化、减小尺寸、降低成本。

嵌入式系统与对象系统密切相关，其主要技术发展方向是满足嵌入式应用要求，不断扩展对象系统要求的外围电路（如ADC、DAC、PWM、日历时钟、电源监测、程序运行监测电路等），形成满足对象系统要求的应用系统。嵌入式系统作为一个专用计算机系统，要不断向计算机应用系统发展。因此，可以把定义中的专用计算机系统引申成满足对象系统要求的计算机应用系统。2.嵌入式系统的特点嵌入式系统的特点与定义不同，它是由定义中的三个基本要素衍生出来的。不同的嵌入式系统其特点会有所差异。

与“嵌入性”相关的特点：由于是嵌入到对象系统中，因此必须满足对象系统的环境要求，如物理环境（小型）、电气/气氛环境（可靠）、成本（价廉）等要求。

与“专用性”的相关特点：软、硬件的裁剪性；满足对象要求的最小软、硬件配置等。

与“计算机系统”相关的特点：嵌入式系统必须是能满足对象系统控制要求的计算机系统。与上两个特点相呼应，这样的计算机必须配置有与对象系统相适应的接口电路。

需要注意的是：在理解嵌入式系统定义时，不要与嵌入式设备相混淆。嵌入式设备是指内部有嵌入式系统的产品、设备，如内含单片机的家用电器、仪器仪表、工控单元、机器人、手机、PDA等。3.嵌入式系统的分类嵌入式微处理器不能叫做真正的嵌入式系统，因为从本质上说嵌入式系统是一个嵌入式的计算机系统，只有将嵌入式微处理器构成了一个计算机系统，并作为嵌入式应用时，这样的计算机系统才可称为嵌入式系统。因此，对嵌入式系统的分类不能以微处理器为基准进行分类，而应以嵌入式计算机系统为整体进行分类。根据不同的分类标准，可按形态和系统的复杂程度进行分类。按其形态的差异，一般可将嵌入式系统分为：芯片级（MCU、SoC）、板级（单板机、模块）和设备级（工控机）等三级。按其复杂程度的不同，又可将嵌入式系统分为以下四类：（1）主要由微处理器构成的嵌入式系统，常常用于小型设备中（如温度传感器、烟雾和气体探测器及断路器）；（2）不带计时功能的微处理器装置，可在过程控制、信号放大器、位置传感器及阀门传动器等中找到；（3）带计时功能的组件，这类系统多见于开关装置、控制器、电话交换机、包装机、数据采集系统、医药监视系统、诊断及实时控制系统等等；（4）在制造或过程控制中使用的计算机系统，这也就是由工控机级组成的嵌入式计算机系统，是这四类中最复杂的一种。也是现代印刷设备中经常应用的一种。4.嵌入式系统的独立发展道路（1）单片机开创了嵌入式系统的独立发展道路

嵌入式系统虽然起源于微型计算机时代，然而，微型计算机的体积、价位、可靠性都无法满足广大对象系统的嵌入式应用要求，因此，嵌入式系统必须走独立发展道路。这条道路就是芯片化道路：将计算机做在一个芯片上，从而开创了嵌入式系统独立发展的单片机时代。

在探索单片机的发展道路时，有过两种模式，即“Σ模式”与“创新模式”。“Σ模式”本质上是通用计算机直接芯片化的模式，它将通用计算机系统中的基本单元进行裁剪后，集成在一个芯片上，构成单片微型计算机；“创新模式”则完全按嵌入式应用要求设计全新的，满足嵌入式应用要求的体系结构、微处理器、指令系统、总线方式、管理模式等。Intel公司的MCS-48、MCS-51就是按照创新模式发展起来的单片形态的嵌入式系统（单片微型计算机）。MCS-51是在MCS-48探索基础上，进行全面完善的嵌入式系统。历史证明，“创新模式”是嵌入式系统独立发展的正确道路，MCS-51的体系结构也因此成为单片嵌入式系统的典型结构体系。

（2）单片机的技术发展史单片机诞生于20世纪70年代末，经历了SCM、MCU、SoC三大阶段。

SCM即单片微型计算机（SingleChipMicrocomputer）阶段，主要是寻求单片形态嵌入式系统的最佳体系结构。“创新模式”获得成功，奠定了SCM与通用计算机完全不同的发展道路。在开创嵌入式系统独立发展道路上，Intel公司功不可没。

MCU即微控制器（MicrocontrollerUnit）阶段，主要的技术发展方向是：不断扩展满足嵌入式应用时，对象系统要求的各种外围电路与接口电路，突显其对象的智能化控制能力。它所涉及的领域都与对象系统相关，因此，发展MCU的重任不可避免地落在电气、电子技术厂家。从这一角度来看，Intel逐渐淡出MCU的发展也有其客观因素。在发展MCU方面，最著名的厂家当数Philips公司。

Philips公司以其在嵌入式应用方面的巨大优势，将MCS-51从单片微型计算机迅速发展到微控制器。因此，当我们回顾嵌入式系统发展道路时，不要忘记Intel和Philips的历史功绩。

单片机开启了嵌入式系统的独立发展之路，向MCU阶段发展的重要因素，就是寻求应用系统在芯片上的最大化解决。专用单片机的发展自然形成了SoC化的趋势，随着微电子技术、IC设计、EDA工具的发展，基于SoC的单片机应用系统设计会有较大的发展。因此，对单片机的理解可以从单片微型计算机、单片微控制器延伸到单片应用系统。1.1.3嵌入式系统的两种应用模式嵌入式系统的嵌入式应用特点，决定了它的多学科交叉特点。作为计算机的内含，要求计算机领域人士介入其体系结构、软件技术、工程应用方面的研究。然而，了解对象系统的控制要求，实现系统控制模式必须具备对象领域的专业知识。因此，从嵌入式系统发展的历史过程，以及嵌入式应用的多样性中，可以了解到客观上形成的两种应用模式——以电子技术应用工程师为主体的电子系统智能化应用和以计算机专业人士为主体，基于嵌入式系统软硬件平台，以网络、通信为主的嵌入式上层应用。（1）客观存在的两种应用模式

嵌入式计算机系统起源于微型机时代，但很快就进入到独立发展的单片机时代。在单片机时代，嵌入式系统以器件形态迅速进入到传统电子技术领域中，以电子技术应用工程师为主体，实现传统电子系统的智能化，而计算机专业队伍并没有真正进入单片机应用领域。因此，电子技术应用工程师以自己习惯性的电子技术应用模式，从事单片机的应用开发。这种应用模式最重要的特点是：软、硬件的底层性和随意性；对象系统专业技术的密切相关性；缺少计算机工程设计方法。虽然在单片机时代，计算机专业淡出了嵌入式系统领域，但随着后PC时代的到来，网络、通信技术得以发展；同时，嵌入式系统软、硬件技术有了很大的提升，为计算机专业人士介入嵌入式系统的应用开辟了广阔天地。计算机专业人士的介入所形成的计算机应用模式带有明显的计算机工程应用特点，即基于嵌入式系统软、硬件平台，以网络、通信为主的非嵌入式底层应用。（2）两种应用模式的并存与互补由于嵌入式系统最大、最广、最底层的应用是传统电子技术领域的智能化改造，因此，以通晓对象专业的电子技术队伍为主，用最少的嵌入式系统软、硬件开销，以8位机为主，带有浓重的电子系统设计色彩的电子系统应用模式会长期存在下去。另外，计算机专业人士会愈来愈多地介入嵌入式系统应用，但囿于对象专业知识的隔阂，其应用领域会集中在网络、通信、多媒体、商务电子等方面，不可能替代原来电子工程师在控制、仪器仪表、机械电子等方面的嵌入式应用。因此，客观存在的两种应用模式会长期并存下去，在不同的领域中相互补充。电子系统设计模式应从计算机应用设计模式中，学习计算机工程方法和嵌入式系统软件技术；计算机应用设计模式应从电子系统设计模式中，了解嵌入式系统应用的电路系统特性、基本的外围电路设计方法和对象系统的基本要求等。（3）嵌入式系统的高低端应用由于嵌入式系统有过很长的一段单片机的独立发展道路，大多是基于8位单片机，实现最底层的嵌入式系统应用，带有明显的电子系统设计模式特点。大多数从事单片机应用开发人员，都是对象系统领域中的电子系统工程师，加之单片机的出现，立即脱离了计算机专业领域，以“智能化”器件身份进入电子系统领域，没有带入“嵌入式系统”概念。因此，不少从事单片机应用的人，不了解单片机与嵌入式系统的关系，在谈到“嵌入式系统”领域时，往往理解成计算机专业领域的，基于32位嵌入式处理器，从事网络、通信、多媒体等的应用。这样，“单片机”与“嵌入式系统”形成了嵌入式系统中常见的两个独立的名词。但由于“单片机”是典型的、独立发展起来的嵌入式系统，从整体的角度来看，应该把它统一归入“嵌入式系统”。考虑到原来单片机的电子系统底层应用特点，可以把嵌入式系统应用分成高端与低端，把原来的单片机应用理解成嵌入式系统的低端应用，含义为它的底层性以及与对象系统的紧耦合。1.1.4嵌入式系统的典型组成典型的嵌入式系统组成结构如图1-1所示，自底向上由嵌入式硬件系统、硬件适配层、操作系统层以及应用软件层。嵌入式硬件系统是嵌入式系统的底层实体设备，主要包括嵌入式微处理器、外围电路和外部设备。这里的外围电路主要指和嵌入式微处理器有较紧密关系的设备如时钟、复位电路、电源以及存储器（NANDFlash、NORFlash、SDRAM等）等。在工程设计上往往将处理器和外围电路设计成核心板的形式，通过扩展接口与系统其他硬件部分相连接。外部设备形式多种多样，如USB、液晶显示器、键盘、触摸屏等设备及其接口电路。外部设备及其接口在工程实践中通常设计成系统板（扩展板）的形式与核心板相连，向核心板提供如电源供应，接口功能扩展，外部设备使用等功能。硬件抽象层是设备制造商完成的与操作系统适配结合的硬件设备抽象层。该层包括引导程序BootLoader、驱动程序、配置文件等组成部分。硬件抽象层最常见的表现形式是板级支持包BSP（BoardSupportPackage）。板级支持包是一个包括启动程序、硬件抽象层程序、标准开发板和相关硬件设备驱动程序的软件包，是由一些源码和二进制文件组成的。对于嵌入式系统来说，它没有像PC机那样具有广泛使用的各种工业标准，各种嵌入式系统的不同应用需求决定了它选用的各自定制的硬件环境，这种多变的硬件环境决定了无法完全由操作系统来实现上层软件与底层硬件之间的无关性。而板级支持包的主要功能就在于配置系统硬件使其工作在正常状态，并且完成硬件与软件之间的数据交互，为操作系统及上层应用程序提供一个与硬件无关的软件平台。板级支持包对于用户(开发者)是开放的，用户可以根据不同的硬件需求对其作改动或二次开发。操作系统是嵌入式系统的重要组成部分，提供了进程管理、内存管理、文件管理、图形界面程序、网络管理等重要系统功能。与通用计算机相比，嵌入式系统具有明显的硬件局限性，这也要求嵌入式操作系统具有编码体积小、面向应用、可裁剪和易移植、实时性强、可靠性高和特定性强等特点。嵌入式操作系统与嵌入式应用软件常组合起来对目标对象进行作用。应用软件层是嵌入式系统的最顶层，开发者开发的众多嵌入式应用软件构成了目前数量庞大的应用市场。这里以苹果的appstore为例，目前的应用程序数量已经高达百万级别。应用软件层一般作用在操作系统层次之上，但是针对某些运算频率较低、实时性不高、所需硬件资源较少、处理任务较为简单的对象（如某些单片机运用）时可以不依赖于嵌入式操作系统。这个时候该应用软件往往通过一个无限循环结合中断调用来实现特定功能。图1-1典型的嵌入式系统组成结构本节思政案例1：宋叔和说过：“敏于观察，勤于思考，善于综合，勇于创新。”该案例说明做任何事，研究任何产品，都要在我们所知基础上多加观察、思考，并结合更好的优势突破原来的模式，创造出更好的事物。就像嵌入式的产生，它突破了原有的以控制为主的模式，在多媒体终端、移动智能终端、机器视觉等方面的领域得到了更好的应用，而且随着嵌入式处理器的集成度越高、主频以及同时处理的指令条数也越来越高，嵌入式系统的性能也更加强悍，基于电子数字计算机的各种优点，才使得嵌入式的发展更顺利。本节思政案例2：“秤砣虽小能压千斤”该案例说明一个事物即使微小，但只要有“支点”和“杠杆”的存在，也能压住“千斤“。微处理器的诞生，将只存在于机房的计算机带入到了人们生活的方方面面中。而以应用为中心，以现代计算机技术为基础的嵌入式系统用极小的控制系统便可以操作庞然大物，则更是将这一特点发挥得淋漓尽致。1.2嵌入式微处理器1.2.1嵌入式微处理器简介与PC机等通用计算机系统一样，微处理器也是嵌入式系统的核心部件。但与全球PC市场不同的是，因嵌入式系统的“嵌入性”和“专用性”特点，没有一种嵌入式微处理器和微处理器公司能主导整个嵌入式系统的市场，仅以32位的CPU而言，目前就有100种以上的嵌入式微处理器安装在各种应用设备上。鉴于嵌入式系统应用的复杂多样性和广阔的发展前景，很多半导体公司都在自主设计和大规模制造嵌入式微处理器。通常情况下，市面上在用的嵌入式微处理器可以分为以下几类。（1）微控制器推动嵌入式计算机系统走向独立发展道路的芯片，也称单片微型计算机，简称单片机。由于这类芯片的作用主要是控制被嵌入设备的相关动作，因此，业界常称这类芯片为微控制器（MicrocontrollerUnit，MCU）。这类芯片以微处理器为核心，内部集成了ROM/EPROM、RAM、总线控制器、定时/计数器、看门狗定时器、I/O接口等必要的功能和外设。为适应不同的应用需求，一般一个系列的微控制器具有多种衍生产品，每种衍生产品的处理器内核都一样，只是存储器和外设的配置及封装不一样。这样可以使微控制器能最大限度地和应用需求相匹配，并尽可能地减少功耗和成本。微控制器的品种和数量很多，大约可以占到嵌入式微处理器市场份额的70%左右。比较有代表性的通用系列包括8051、P51XA、MCS-251、MCS-96/196/296、C166/167、MC68HC05/11/12/16、68300等。（2）嵌入式DSP嵌入式DSP（EmbeddedDigitalSignalProcessor，EDSP）处理器在微控制器的基础上对系统结构和指令系统进行了特殊设计，使其适合执行DSP算法并提高了编译效率和指令的执行速度。在数字滤波、FFT、谱分析等方面，DSP算法正大量进入嵌入式领域，使DSP应用从早期的在通用单片机中以普通指令实现DSP功能，过渡到采用嵌入式DSP处理器的阶段。目前，比较有代表性的嵌入式DSP处理器有TexasInstruments的TMS320系列和Motorola的DSP56000系列等。（3）嵌入式微处理器嵌入式微处理器（EmbeddedMicroprocessorUnit，EMPU）由通用计算机的微处理器演变而来，芯片内部没有存储器，I/O接口电路也很少。在嵌入式应用中，嵌入式微处理器去掉了多余的功能部件，而只保留与嵌入式应用紧密相关的功能部件，以保证它能以最低的资源和功耗实现嵌入式的应用需求。与通用微处理器相比，嵌入式微处理器具有体积小、成本低、可靠性高、抗干扰性好等特点。但由于芯片内部没有存储器和外设接口等嵌入式应用所必须的部件，因此，电路板上必须扩展ROM、RAM、总线接口和各种外设接口等器件，从而降低了系统的可靠性。与微控制器和嵌入式DSP相比，嵌入式微处理器具有较高的处理性能，但价格相对也较高。比较典型的嵌入式微处理器有Am186/88、386EX、SC-400、PowerPC、68000、MIPS、ARM系列等。（4）嵌入式片上系统片上系统（SystemonaChip,SoC）是ASIC（ApplicationSpecificIntegratedCircuits）设计方法学中产生的一种新技术，是指以嵌入式系统为核心，以IP（IntellectualProperty）复用技术为基础，集软、硬件于一体，并追求产品系统最大包容的集成芯片。狭义的理解，可以将它翻译为“系统集成芯片”，指在一个芯片上实现信号采集、转换、存储、处理和I/O等功能，包含嵌入式软件及整个系统的全部内容；广义些理解，可以将它翻译为“系统芯片集成”，指一种芯片设计技术，可以实现从确定系统功能开始，到软硬件划分，并完成设计的整个过程。片上系统一般包括系统级芯片控制逻辑模块、微处理器/微控制器CPU内核模块、数字信号处理器DSP模块、嵌入的存储器模块、和外部进行通信的接口模块、含有ADC/DAC的模拟前端模块、电源提供和功耗管理模块等，是一个具备特定功能、服务于特定市场的软件和集成电路的混合体。比如WLAN基带芯片、便携式多媒体芯片、DVD播放机解码芯片等。片上系统技术始于20世纪90年代中期。随着半导体制造工艺的发展、EDA的推广和VLSI设计的普及，IC设计者能够将愈来愈复杂的功能集成到单个硅晶片上。和许多其他嵌入式系统外设一样，SoC设计公司将各种通用微处理器内核设计为标准库，成为VLSI设计中的一种标准器件，用标准的VHDL等硬件语言描述存储在器件库中。设计时，用户只需定义出整个应用系统，仿真通过后就可以将设计图交给半导体工厂制作样品。这样，除个别无法集成的器件以外，整个嵌入式系统的大部分部件都可以集成到一块或几块芯片中，使得应用系统的电路板变得非常简洁，对减小体积和功耗、提高可靠性非常有利。1994年Motorola发布的FLEX-CORE系统（用来制作基于68000和PowerPC的定制微处理器）和1995年LSILogic公司为Sony公司设计的SoC，可能是基于知识产权（IntellectualProperty，IP）核完成SoC设计的最早报道。由于SoC可以充分利用已有的设计积累，从而显著地提高了ASIC（ApplicationSpecificIntegratedCircuits）的设计能力，因此发展非常迅速，引起了工业界和学术界的广泛关注。1.2.2主流嵌入式微处理器嵌入式微处理器一般来说具有以下4个特点:

（1）大量使用寄存器，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的执行时间减少到最低限度。结构上采用RISC结构形式。（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，最迅速地扩展出满足应用的最高性能的嵌入式微处理器。如ARM微处理器支持ARM(32位)和Thumb(16位)双指令集,兼容8位/16位器件。（4）小体积、低功耗、成本低、高性能。嵌入式处理器功耗很低，用于便携式的无线及移动的计算和通信设备中,电池供电的嵌入式系统需要功耗只有mW甚至μW级。嵌入式微处理器有许多不同的体系，即使在同一体系中也可能具有不同的时钟速度和总线数据宽度、集成不同的外部接口和设备，因而形成不同品种的嵌入式微处理器。据不完全统计，目前全世界嵌入式微处理器的品种总量已经超过千种，有几十种嵌入式微处理器体系。主流的嵌入式微处理器体系有ARM、MIPS、PowerPC、SH、X86等。ARM是AdvancedRISCMachines的缩写，它是一家微处理器行业的知名企业，该企业设计了大量高性能、廉价、耗能低的RISC（精简指令集）处理器。ARM公司的特点是只设计芯片，而不生产。它将技术授权给世界上许多著名的半导体、软件和OEM厂商，并提供服务。通常所说的ARM微处理器，其实是采用ARM知识产权（IP）核的微处理器。由该类微处理器为核心所构成的嵌入式系统已遍及工业控制、通信系统、网络系统、无线系统和消费类电子产品等各领域产品市场，ARM微处理器约占据了32位RISC微处理器75%以上的市场份额。关于ARM微处理器的相关知识，本书将在第二章中予以详细介绍。MIPS系列嵌入式微处理器。MIPS是由斯坦福（Stanford）大学JohnHennery教授领导的研究小组研制出来的，是一种RISC处理器。MIPS的意思是“无互锁流水级的微处理器”(Microprocessorwithoutinterlockedpipedstages)，其机制是尽量利用软件办法避免流水线中的数据相关问题。和ARM公司一样，MIPS公司本身并不从事芯片的生产活动（只进行设计），不过其他公司如果要生产该芯片的话必须得到MIPS公司的许可。MIPS的指令集体系从最早的MIPSIISA开始发展，到MIPSVISA，再到现在的MIPS32和MIPS64结构，其所有版本都是与前一个版本兼容的。MIPS32和MIPS64体系是为满足高性能、成本敏感的需求而设计的。MIPS系列的嵌入式微处理器大量应用在通信网络设备、办公自动化设备、游戏机等消费电子产品中。MPC/PPC系列嵌入式微处理器。该系列主要由Motorola（后来为Freescale）和IBM推出：Motorola推出了MPC系列，如MPC8XX；IBM推出了PPC系列，如PPC4XX。MPC/PPC系列的嵌入式微处理器主要应用在通信、消费电子及工业控制、军用装备等领域。SH（SuperH）系列嵌入式微处理器。SuperH是一种性价比高、体积小、功耗低的32位、64位RISC嵌入式微处理器核，它可以广泛的应用到消费电子、汽车电子、通信设备等领域。SuperH产品线包括SH1、SH2、SH2-DSP、SH3、SH3-DSP、SH4、SH5及SH6。其中SH5、SH6是64位的。X86系列微处理器。X86系列的微处理器主要由AMD、Intel、NS、ST等公司提供，如：Am186/88、Elan520、嵌入式K6，386EX、STPC、Intel®AtomTM系列等。主要应用在工业控制、通信等领域，而Intel最近推出的AtomTM处理器则主要在移动互联网设备中得到了应用。本节思政案例1《淮南子·主术训》“用众人之力，则无不胜也”，该案例说明，凭借众人的力量团结起来，那么没有不能成功的事情。嵌入式微处理器就有这样的一个特点：大量使用寄存器，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的执行时间减到最低限度；而ARM微处理器可以支持ARM（32位）和Thumb(16位)双指令集，兼容8位/16位器件，这种可扩展的处理器结构，可以迅速的扩展出满足应用的最高性能的嵌入式微处理器。1.3嵌入式操作系统嵌入式操作系统是一种支持嵌入式系统应用的操作系统软件，它是嵌入式系统的极为重要的组成部分，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、图形用户界面及标准化浏览器等。与通用操作系统相比较，嵌入式操作系统在系统实时高效性、硬件的相关依赖性、软件固化以及应用的专用性等方面有突出的特点。嵌入式系统的应用有高、低端应用两种模式。低端应用以单片机或专用计算机为核心所构成的可编程控制器的形式存在，一般没有操作系统的支持，具有监控、伺服、设备指示等功能，带有明显的电子系统设计特点。这种系统大部分应用于各类工业控制和飞机、导弹等武器装备中，通过汇编语言或C语言程序对系统进行直接控制，运行结束后清除内存。这种应用模式的主要特点是：系统结构和功能相对单一、处理效率较低、存储容量较小、几乎没有软件的用户接口，比较适合于各类专用领域中。高端应用以嵌入式CPU和嵌入式操作系统及各应用软件所构成的专用计算机系统的形式存在。其主要特点是：硬件出现了不带内部存储器和接口电路的高可靠、低功耗嵌入式CPU，如PowerPC、ARM等；软件由嵌入式操作系统和应用程序构成。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、图形界面和标准化浏览器等，能运行于各种不同类型的微处理器上，具有编码体积小、面向应用、可裁剪和移植、实时性强、可靠性高、专用性强等特点，并具有大量的应用程序接口（API）。就整体而言，嵌入式操作系统通常体积庞大、功能十分完备。但具体到实际应用中，常由用户根据系统的实际需求定制出来，体积小巧、功能专一，这是嵌入式操作系统最大的特点。常见的嵌入式操作系统有：嵌入式Linux、WindowsCE、Symbian、Android、μC/OS-Ⅱ、VxWorks等。1.3.1嵌入式LinuxLinux操作系统诞生于1991年10月5日，是一套免费使用和自由传播的类UNIX操作系统，是一个基于POSIX和UNIX的多用户、多任务、支持多线程和多CPU的操作系统，支持32位和64位硬件。Linux继承了UNIX以网络为核心的设计思想，是一个性能稳定的多用户网络操作系统。Linux存在着许多不同的Linux版本，但它们都使用了Linux内核。严格来讲，Linux这个词本身只表示Linux内核，但实际上人们已经习惯了用Linux来代表整个基于Linux内核、并且使用GNU工程各种工具和数据库的操作系统。嵌入式Linux（EmbeddedLinux）是指对标准Linux经过小型化裁剪处理之后，能够固化在容量只有几M甚至几十K字节的存储器或者单片机中，适合于特定嵌入式应用场合的专用Linux操作系统。嵌入式Linux的开发和研究是操作系统领域中的一个热点，目前已经开发成功的嵌入式操作系统中，大约有一半使用的是Linux。Linux对嵌入式系统的支持极佳，主要是由于Linux具有相当多的优点。如：Linux内核具有很好的高效和稳定性，设计精巧，可靠性有保证，具有可动态模块加载机制，易剪裁，移植性好；Linux支持多种体系结构，如x86、ARM、MIPS等，目前已经成功移植到数十种硬件平台，几乎能够运行在所有流行的CPU上，而且有着非常丰富的驱动程序资源；Linux系统开放源码，适合自由传播与开发，对于嵌入式系统十分适合，而且Linux的软件资源十分丰富，每一种通用程序在Linux上几乎都可以找到，并且数量还在不断增加；Linux具有完整的良好的开发和调试工具，嵌入式Linux为开发者提供了一套完整的工具链（ToolChain），它利用GNU的GCC做编译器，用gdb、kgdb等做调试工具，能够很方便地实现从操作系统内核到用户态应用软件各个级别的调试。具体到处理器如ARM,选择基于ARM的Linux，可以得到更多的开发源代码的应用，可以利用ARM处理器的高性能开发出更广阔的网络和无线应用，ARM的Jazelle技术带来Linux平台下Java程序更好的性能表现。ARM公司的系列开发工具和开发板，以及各种开发论坛的可利用信息带来更快的产品上市时间。与桌面Linux众多的发行版本一样，嵌入式Linux也有各种版本。有些是免费软件，有些是付费的。每个嵌入式Linux版本都有自己的特点，下面介绍一些常见的嵌入式Linux版本。1.RT-LinuxRT-Linux（Real-TimeLinux）是美国墨西哥理工学院开发的嵌入式Linux操作系统。它的最大特点就是具有很好的实时性，已经被广泛应用在航空航天、科学仪器、图像处理等众多领域。RT-Linux的设计十分精妙，它并没有为了突出实时操作系统的特性而重写Linux内核，而是把标准的Linux内核作为实时核心的一个进程，同用户的实时进程一起调度。这样对Linux内核的改动就比较小，而且充分利用了Linux的资源。2.µCLinuxµCLinux（micro-Control-Linux）继承了标准Linux的优良特性，是一个代码紧凑，高度优化的嵌入式Linux。µCLinux是Lineo公司的产品，是开放源码的嵌入式Linux的典范之作。编译后目标文件可控制在几百KB数量级，并已经被成功地移植到很多平台上。µCLinux是专门针对没有MMU的处理器而设计的，即µCLinux无法使用处理器的虚拟内存管理技术。µCLinux采用实存储器管理策略，通过地址总线对物理内存进行直接访问。3.红旗嵌入式Linux红旗嵌入式Linux是由北京中科红旗软件技术有限公司的产品，是国内做得较好的一款嵌入式操作系统。该款嵌入式操作系统重点支持p-Java。系统目标一方面是小型化，另一方面是能重用Linux的驱动和其他模块。红旗嵌入式Linux的主要特点有：精简内核，适用于多种常见的嵌入式CPU；提供完善的嵌入式GUI和嵌入式X-Windows；提供嵌入式浏览器、邮件程序和多媒体播放程序；提供完善的开发工具和平台。1.3.2WindowsCEWindowsCE是微软开发的一个开放的、可升级的32位嵌入式操作系统，是基于掌上型电脑类的电子设备操作，它是精简的Windows95。WindowsCE的图形用户界面相当出色。WinCE具有模块化、结构化和基于Win32应用程序接口以及与处理器无关等特点。WinCE不仅继承了传统的Windows图形界面，并且在WinCE平台上可以使用Windows95/98上的编程工具（如VisualBasic、VisualC++等）,使绝大多数的应用软件只需简单的修改和移植就可以在WindowsCE平台上继续使用。它拥有多线程、多任务、确定性的实时、完全抢先式优先级的操作系统环境，专门面向只有有限资源的嵌入式硬件系统。同时，开发人员可以根据特定硬件系统对WindowsCE操作系统进行裁剪、定制，所以目前WindowsCE被广泛用于各种嵌入式智能设备的开发。WindowsCE被设计成为一种高度模块化的操作系统，每一模块都提供特定的功能。这些模块中的一部分被划分成组件，系统设计者可以根据设备的性质只选择那些必要的模块或模块中的组件包含进操作系统映像，从而使WindowsCE变得非常紧凑（只占不到200KB的RAM），因此只占用了运行设备所需的最小的ROM、RAM以及其他硬件资源。WindowsCE被分成不同的模块，其中最主要的模块有内核模块（Kernel）、对象存储模块、图形窗口事件子系统（GWES）模块以及通信（Communication）模块。一个最小的WindowsCE系统至少由内核和对象存储模块组成。PlatformBuilder(PB)是微软提供给WindowsCE开发人员进行基于WindowsCE平台下嵌入式操作系统定制的集成开发环境。它提供了所有进行设计、创建、编译、测试和调试WindowsCE操作系统平台的工具。它运行在桌面Windows下，开发人员可以通过交互式的环境来设计和定制内核、选择系统特性，然后进行编译和调试。该工具能够根据用户的需求，选择构建具有不同内核功能的CE系统。同时，它也是一个集成的编译环境，可以为所有CE支持的CPU目标代码编译C/C++程序。一旦成功地编译了一个CE系统，就会得到一个名为nk.bin的映像文件。将该文件下载到目标板中，就能够运行CE了。1.3.3SymbianSymbian是一个实时性、多任务的纯32位操作系统，具有功耗低、内存占用少等特点，在有限的内存和运存情况下，非常适合手机等移动设备使用，经过不断完善，可以支持GPRS、蓝牙、SyncML、NFC以及3G技术。它包含联合的数据库、使用者界面架构和公共工具的参考实现，它的前身是Psion的EPOC。最重要的是它是一个标准化的开放式平台，任何人都可以为支持Symbian的设备开发软件。与微软产品不同的是，Symbian将移动设备的通用技术，也就是操作系统的内核，与图形用户界面技术分开，能很好的适应不同方式输入的平台，也使厂商可以为自己的产品制作更加友好的操作界面，符合个性化的潮流，这也是用户能见到不同样子的symbian系统的主要原因。为这个平台开发的java程序在互联网上盛行。用户可以通过安装软件，扩展手机功能。Symbian系统是塞班公司为手机而设计的操作系统。2008年12月2日，塞班公司被诺基亚收购。2011年12月21日，诺基亚官方宣布放弃塞班（Symbian）品牌。由于缺乏新技术支持，塞班的市场份额日益萎缩。截止至2012年2月，塞班系统的全球市场占有量仅为3%。2012年5月27日，诺基亚彻底放弃开发塞班系统，但是服务将一直持续到2016年。2013年1月24日晚间，诺基亚宣布，今后将不再发布塞班系统的手机，意味着塞班这个智能手机操作系统，在长达14年的历史之后，终于迎来了谢幕。2014年1月1日，诺基亚正式停止了NokiaStore应用商店内对塞班应用的更新，也禁止开发人员发布新应用。1.3.4AndroidAndroid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，如智能手机和平板电脑，由Google公司和开放手机联盟领导及开发。Android操作系统最初由AndyRubin开发，主要支持手机。2005年8月由Google收购注资。2007年11月，Google与84家硬件制造商、软件开发商及电信营运商组建开放手机联盟共同研发改良Android系统。随后Google以Apache开源许可证的授权方式，发布了Android的源代码。2013年09月24日谷歌开发的操作系统Android迎来了5岁生日，全世界采用这款系统的设备数量已经达到10亿台。Android的系统架构分为四个层，从高层到低层分别是应用程序层、应用程序框架层、系统运行库层和Linux内核层。Android是运行于Linux内核之上，但并不是GNU/Linux。因为在一般GNU/Linux里支持的功能，Android大都没有支持，包括Cairo、X11、Alsa、FFmpeg、GTK、Pango及Glibc等都被移除掉了。Android又以Bionic取代Glibc、以Skia取代Cairo、再以opencore取代FFmpeg等等。Android为了达到商业应用，必须移除被GNUGPL授权证所约束的部份，例如Android将驱动程序移到用户空间，使得Linux驱动与Linux内核彻底分开。Android具有丰富的开发组件，其中最主要的四大组件分别是：活动——用于表现功能；服务——后台运行服务，不提供界面呈现；广播接收器——用于接收广播；内容提供商——支持在多个应用中存储和读取数据，相当于数据库。在优势方面，Android平台首先就是其开发性，开发的平台允许任何移动终端厂商加入到Android联盟中来；其次，Android平台具有丰富的硬件支持，提供了一个十分宽泛、自由的开发环境；最后由于Google的支持，使得Android平台对于互联网Google应用具有很好的对接。1.3.5μC/OS-IIµC／OS-Ⅱ操作系统是一个可裁剪的、抢占式实时多任务内核，具有高度可移植性。特别适用于微处理器和微控制器，是与很多商业操作系统性能相当的实时操作系统。µC／OS-Ⅱ是一个免费的、源代码公开的实时嵌入式内核，其内核提供了实时系统所需要的一些基本