文章目录

• 嵌入式系统定义
• 嵌入式计算机结构
• 发展历程
• 嵌入式计算应用的特点
• • 提供精细的功能
  • 处理时限问题
  • • 实时
    • 多速率
  • 成本特点
• 为什么要使用微处理器
• 信息物理系统 Cyber-Physical System (CPS)
• 防危性和安全性
• • 安全性（security）
  • 防危性（safety）
• 嵌入式计算系统的性能
• 嵌入式系统设计过程
• • 主要步骤
  • 设计目标
  • 需求
  • 规格说明
  • 体系结构设计
  • 设计硬件与软件组件
  • 系统集成

嵌入式系统定义

• IEEE：
  Devices used to control, monitor, or assist the
  operation of equipment, machinery or plants.
• Microsoft：
  An embedded system is any computer system or computing device that performs a dedicated function or is designed for use with a specific embedded software application
• Marilyn Wolf：
  any device that includes a programmable computer but is not itself a general-purpose computer.

任何包括一个可编程计算机的设备，但本身并不是一台通用计算机

• 共同点：
  操控物理设备且区别于通用型计算机，具有专用性。

通用计算机系统资源充足，有丰富的编译器、集成开发环境、调试器等，开发平台和运行平台都是通用计算机

嵌入式计算机结构

Cyber-Physical Systems (CPS) are integrations of computation and physical processes.
(Edward A. Lee, UC Berkeley)

• CPS系统是计算过程和物理过程的融合系统
  • 计算与物理成分融合。
  • 连续过程与离散事件交织。
  • 规模大小、时空跨度各异。
  • 系统通信和交互方式多变。

防危性和安全性

安全性（security）

• 是指系统防止恶意攻击的能力
• 相关概念：
  • 完整性（integeity）：数据值的维护，不应被恶意攻击者随意篡改
  • 隐私（privacy）：不可以访问或发布未经授权的数据
• 通常跟信息技术（IT）系统有关。

防危性（safety）

• 释放能量或控制能量的方式
• 安全漏洞会使嵌入式计算机不当的操作物理设备，产生危险

嵌入式计算系统的性能

• 在实时系统中，性能意味着满足时限（deadline）。
• 错失时限，导致失败；过早的完成，对系统的运行也不能带来优点
• 从不同抽象层次分析理解:
  • CPU：影响系统的行为
  • 平台：总线和I/O设备
  • 程序：考虑程序的整体结构，以确定整体行为
  • 任务：任务之间的交互对性能产生深远的影响
  • 多处理器：处理器之间的交互使得分析整体性
    能更复杂

嵌入式系统设计过程

主要步骤

规格说明

• 对系统更精确的描述
  • 不应隐含具体的功能
  • 为结构设计过程提供输入
• 包括功能和非功能元素

设计硬件与软件组件

• 确保组件符合体系结构与规格说明的要求。
• 在开始写代码之前要构造系统.
  • 有些组件是已经构造好的；
  • 有些可以对已经存在的设计进行修改；
  • 其它的需要从头设计。

系统集成

• 把组件组成在一起，得到可运行的系统
• 发现bugs——非常困难
  • 调试工具少
  • 有些不正确的工作很难修复