嵌入式系统设计

课程体系：

• 理论与实践相结合
• 以嵌入式硬件的核心嵌入式微处理器及嵌入式软件的核心嵌入式实时操作系统为重点，以应用为目的，全面介绍嵌入式系统
• 使大家既能对嵌入式系统及开发有一个全景的把握，又能深入理解嵌入式微处理器及嵌入式实时操作系统
• 配套嵌入式微处理器ARM及多平台嵌入式实时操作系统μC/OS-II实验，提供丰富的实验和手册

课程主要内容：

• 嵌入式系统导论，约3学时
  什么是嵌入式系统式系统分类、发展历程、特点、应用领域、发展趋势

• 嵌入式硬件系统基础，约7学时
  基本组成，嵌入式微处理器：ARM、MIPS、X86、PPC、SH等，总线、存储系统、输入/输出与典型接口，典型的嵌入式系统

• 嵌入式微处理器ARM及应用，约8学时
  ARM体系结构、编程模型、指令集介绍、 异常处理

• 嵌入式软件系统基础，约3学时
  分类、特点、体系结构、运行流程、操作系统、开发工具

• 嵌入式实时内核，约15学时
  任务管理与调度（任务、任务管理、调度算法）, 约6学时
  同步、互斥与通信（信 量、信箱、队列、事件、异步信 ） , 约4学时
  中断和时间管理（中断分类、处理过程、中断管理机制、硬件时钟设备、与OS的管理关系、时间管理机制） , 约4学时
  内存管理和I/O管理（特点和管理机制） , 约3学时

• 嵌入式系统软件的开发, 约4学时
  嵌入式系统开发模式
  软件分析设计方法

教材：

• 《嵌入式系统及应用》（罗蕾、李允、陈丽蓉主编，电子工业出版 .）

导论

初步了解嵌入式系统

嵌入式定义很多，我们可以看到业界对它的各种定义，下面给出IEEE的定义：
IEEE给出定义：嵌入式系统是以应用为中心、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。通俗来讲，它是包含有计算机，但又不是通用计算机的计算机应用系统，也可理解为面向最终用户的专业设备
核心：应用（以应用为中心来构成）、多学科交叉
例如汽车、飞机上的系统，是为汽车、飞机的功能、安全的运行提供各种服务
解释：
1.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，因此一般人看到嵌入式系统，不会认为它是计算机，因此常常不叫嵌入式计算机系统。例如手机是嵌入式系统 ，它不具有鼠标、键盘、主机等这样的标准配置
2.嵌入式系统一般不能被用户编程, 它有一些专用的I/O设备, 对用户的接口是应用专用的，因此嵌入式系统也不会作为通用的开发平台
应用：非常广，汽车上拥有几十个微处理器，高端的超过100个，工业控制领域、航空航天领域、医疗领域、军事领域、大量采用嵌入式系统，越发达的国家嵌入式系统的使用比例越大
嵌入式设备无处不在：
无处不在的计算机（包括通用计算机和嵌入式计算机系统）是计算机与使用者的比率达到和超过100:1的阶段，在100:1比例中95%以上都是嵌入式计算机系统，并非通用计算机
但桌面系统还依然有用

附：通用计算机与嵌入式系统对比

嵌入式系统的发展历程：

嵌入式系统的出现和兴起（1960-1970）
出现：20世纪60年代以晶体管、磁芯存储为基础的计算机开始用于航空等军用领域
兴起：在1965～1970年，当时计算机已开始采用集成电路，即第三代计算机。在军事、航空航天领域、工业控制的需求推动下

嵌入式系统开始走向繁荣，软件和硬件日臻完善：（1971-1989）

1.嵌入式系统大发展是在微处理器问世之后

2.单片机、DSP出现：

• 随着微电子工艺水平的提高, 集成电路设计制造商开始把嵌入式应用所需要的微处理器、I/O接口、A/D、D/A转换、串行接口以及RAM、ROM通通集成到一个VLSI中, 制造出面向I/O设计的微控制器，就是我们俗称的单片机。
• 专门用于高速实时信 处理的数字信 处理器DSP

3.软件技术的进步使嵌入式系统日臻完善

• 在微处理器出现的初期，为了保障嵌入式软件的时间、空间效率，软件只能用汇编语言编写
• 由于微电子技术的进步，对软件的时空效率的要求不再那么苛刻了，嵌入式计算机的软件开始使用PL/M、C等高级语言。
• 对于复杂的嵌入式系统来说除了需要高级语言开发工具外，还需要嵌入式实时操作系统的支持
• 80年代初开始出现了一批软件公司，推出商品化的嵌入式实时操作系统和各种开发工具
• 商用嵌入式实时操作系统和开发工具的出现和推广应用，使嵌入式系统的开发从作坊式向分工协作规模化的方向发展，促使嵌入式应用扩展到更广阔的领域

附：微处理器的演变

嵌入式开发工具包括设计、编译、调试、测试等工具，目前的需求：
支持多种硬件平台，覆盖嵌入式软件开发过程各个阶段，高效，高度集成的工具集方向发展

采用交叉开发的方式进行，交叉开发环境如图所示：

出现需求：
1.采用中断处理程序加一个后台主程序这种软件结构难以实时的、准确的、可靠的完成
2.存在一些互不相关的过程需要在一个计算机中同时处理

单处理器多任务系统结构：由多个任务，多个中断处理过程，实时操作系统组成的有机的整体
流程如下：

• 修改系统代码或“固件”
• 增添新的应用软件模块

3.增强了系统和设备的可管理性
嵌入式系统向新的嵌入式计算模型方向发展：
1.支持自然的人机交互和互动的、图形化、多媒体的嵌入式人机界面。操作简便、直观、无须学习。如司机操纵高度自动化的汽车主要还是通过习惯的方向盘、脚踏板和操纵杆
2.可编程的嵌入式系统。嵌入式系统可支持二次开发如采用嵌入式Java/HTML5技术，可动态加载和升级软件，增强嵌入式系统功能
3.支持分布式计算。与其他嵌入式系统和通用计算机系统互联构成分布式计算环境