南昌航空大学信息工程学院。
教学目的：使学生对嵌入式系统的基本概念和体系结构、嵌入式处理器、嵌入式操作系统、嵌入式系统的历史、应用及发展趋势有一定的了解。
教学重点：嵌入式系统的基本概念、嵌入式处理器和嵌入式操作系统。
教学难点：嵌入式系统的体系结构、嵌入式处理器。
教学方法与教学手段：课堂讲授，多**教学。
教学时间：2课时。
教学内容。1) 嵌入式系统的定义。
先举例说明生活中的各种嵌入式系统设备，如iphone、小米手机、洗衣机、电压力锅等。
ieee（国际电气和电子工程师协会）的定义：嵌入式系统是用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置（devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants）。
微机学会的定义：嵌入式系统是以嵌入式应用为目的的计算机系统，可分为系统级、板级和片级。
a) 系统级：各种类型的工控机、pc104等模块。
b) 板级：各种类型的带cpu的主板或oem产品。
c) 片级：各种以单片机、dsp、微处理器为核心的产品。
一般定义：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，对功能、可靠性、成本、体积、功耗要求严格的专用计算机系统。
2) 嵌入式系统的特点。
a) 专用、软硬件可剪裁配置。
b) 低功耗、高可靠性、高稳定性。
c) 软件**矮小精悍。
d) **可固化。
e) 实时性。
f) 弱交互性。
g) 软件开发通常需要专门的开发工具、环境和方法。
h) 要求开发、设计人员具有较高的技能。
i) 具有较长的生命周期。
3) 嵌入式系统的分类。
按嵌入式微处理器的位数可分为：4位、8位、16位、32位和64位。
按实时性能可分为：非实时系统和实时系统。
按软件结构可分为：嵌入式单线程系统和嵌入式事件驱动系统。
按应用领域可分为：信息家电类、消费电子类、医疗电子类、移动终端类、通信类、汽车电子类、工业控制类、航空电子类、军事电子类等。
1) 以单芯片为核心的可编程控制器形成的系统。
2024年11月，intel推出intel 4004。随后出现intel、motorola的，zilog的z80、z8000。
以微处理器为核心构成的系统。
单板机：intel的isbc系列、zilog的mcb等。
将计算机做在一个芯片上，大部分应用于专业性强的工业控制系统中，没有操作系统的支持，系统结构和功能相对单一，处理效率较低，存储容量较小。
2) 以嵌入式cpu为基础、以简单操作系统为核心的嵌入式系统。
cpu种类繁多，通用性较弱；系统开销小，效率高；操作系统达到一定的兼容性和扩展性；应用软件较专业化，用户界面不够友好。
3) 以嵌入式操作系统为标志的嵌入式系统。
嵌入式操作系统可运行于各种不同类型的微处理器上，兼容性好；操作系统内核小，效率高；具备文件和目录管理，支持多任务、网络应用，具备图形窗口和用户界面；有大量的应用程序接口api。
4) 以internet为标志的嵌入式系统。
嵌入式设备与internet的结合。
1) 体系结构。
2) 硬件层。
嵌入式处理器：arm、dsp、fpga
存储器系统：rom、flash、sdram
中断控制器、dmac、定时器/计数器、uart、usb控制器、lcd控制器等。
i/o接口：usb、i2c、spi、can等。
3) 中间层。
硬件抽象层(hardware abstraction layer, hal)。位于操作系统内核与硬件电路之间的接口层，隐藏硬件接口细节。
板级支持包（board support package, bsp）。为上层的驱动程序提供访问硬件设备寄存器的函数包。
设备驱动程序。
1) 嵌入式处理器的分类。
中高端的嵌入式微处理器（embedded micro-processor unit, empu）
低端的微控制器（microcontroller unit, mcu）
dsp处理器（digital signal processor, dsp）
高度集成的片上系统（system on chip, soc）
2) 嵌入式微处理器。
由通用计算机中的cpu演变而来，只保留与嵌入式应用紧密相关的功能硬件，在工作温度、抗电磁干扰、可靠性、功耗等方面做了各种增强。
主要的嵌入式处理器类型：arm、mips、powerpc、68000系列等。
特点。a) 在设计中考虑低功耗。
b) 采用可扩展的处理器结构。处理器内部留有很多扩展接口。
c) 具有很强的存储区保护功能。
d) 提供丰富的调试功能。
e) 对实时任务具有很强的支持能力。
3) 微控制器。
俗称单片机，将整个计算机系统集成到一块芯片中。
以一种微处理器为核心，芯片内部集成flash、ram、总线逻辑、定时器/计数器、i/o口、串行口、pwm、a/d、d/a等。
最早的单片机： 2024年，intel的8048，motorola的68hc05、zilog公司的z80.
4) dsp处理器。
对系统结构和指令进行了特殊设计，使其适合dsp算法。
高效乘累加运算、超标量操作、指令流水线。
高效数据存取、硬件重复循环。
确定性操作（程序执行时间可**）
应用场合：音**编解码、数字滤波、fft等。
5) 片上系统。
将整个系统做在一个芯片上。
优点。a) 通过改变内部工作电压，降低芯片功耗。
b) 减少芯片对外的引脚数，简化制造过程。
c) 减少外围驱动接口单元及电路板之间的信号传递，加快微处理器数据处理的速度。
d) 内嵌线路可避免信号传递时所造成的系统杂讯。
联发科推出28nm双核处理器mt6572
a) 代号武松，基于cortex-a7架构。
b) 主频为1.2ghz
c) 处理器上整合了wi-fi、fm收音机、gps以及蓝牙四种功能。
d) 支持500万像素摄像头。
6) 嵌入式处理器的发展趋势。
a) 内部结构。
soc设计，与dsp、flash、fpga融合；性能更强，集成更多的功能部件；双核或多核结构。
b) 功耗更低。
c) 可靠性更高。
d) 支持isp、isd
1) 操作系统的概念及功能。
操作系统。是一组计算机程序的集合，用来有效地控制和管理计算机的硬件和软件资源，并为用户提供方便的应用接口。
功能：处理器管理；存储器管理；设备管理；文件管理；用户接口。
2) 操作系统的分类。
按程序调度的方法分为。
顺序操作系统。只含一个运行程序，独占cpu时间，顺序执行。如dos系统。
分时操作系统。系统内同时有多道程序运行。如unix系统。
实时操作系统。
从应用角度，嵌入式操作系统可分为。
面向低端信息家电。
面向高端信息家电。
面向个人通信终端。
面向通信设备。
面向汽车电子。
面向工业控制。
从实时性的角度，嵌入式操作系统可分为。
具有强实时特点的嵌入式操作系统。
具有弱实时特点的嵌入式操作系统。
没有实时特点的嵌入式操作系统。
3) 实时操作系统（rtos）
是具有实时性且能支持实时控制系统工作的操作系统，首要任务是调度一切可利用的资源来完成控制任务。
对现场不停监测，一旦有事件发生能立即处理。
与通用os的区别：实时性，**尺寸小。
一般包括以下几个重要组成部分：
实时内核：任务管理、定时器管理、存储器管理、任务间通信与同步等。
网络组件。
文件系统。
图形用户界面。
ieee的unix委员会规定了实时操作系统须具备以下几个特点：
支持异步事件的响应。
中断和调度任务的优先机制。
支持指令性计划占式调度。
支持同步。
4) 常见的嵌入式操作系统。
嵌入式linux
实时的嵌入式linux：如rt-linux、kurt-linux等。 rt-linux将通常的linux任务优先级设为最低。
一般的嵌入式linux：如μclinux。
开源，内核小、效率高，可定制。
c/os和μc/os-ii
μc/os-ii (microcontroller operating system) 是由jean j. labrosse开发的实时操作系统内核。
已被移植到intel、arm、motorola等公司的81种不同的处理器上。
labrosse用一年时间开发了μc/os实时操作系统； 2024年在《embedded system programming》上发表介绍文章，并公布源**；2024年写了《μc/os, the real-time kernel》；书及源码推动了μc/os-ii的发展。
嵌入式ARM嵌入式系统设计
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ustc bbs embedded斑竹d j主讲。感谢hongtao chen以及networking斑竹jun zxjun的大量幕后工作！感谢james zhang以及网络中心提供聚会的场地和大力支持！欢迎访问我的主页。聚会详情如下 名称 嵌入式系统设计以及嵌入式linux展望 时间 本周星期天 ...