第一部分 导论

sn@第一部分信息与软件工程学院9导论核心内容嵌入式系统的概念实时系统嵌入式系统的特点实时系统的特点嵌入式系统的基本结构嵌入式硬件基础嵌入式应用开发过程信息与软件工程学院10复习嵌入式系统概念信息与软件工程学院11定义一：国内通用信息与软件工程学院12嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可配置，对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格约束的专用系统。定义二：IEEE定义信息与软件工程学院13

Deviceusedtocontrol，monitor，orassisttheoperationofequipment，machineryorplants嵌入式计算机系统：核心原理框架信息与软件工程学院14无所不在的嵌入式系统信息与软件工程学院15示例：汽车电子信息与软件工程学院16防抱死系统(Anti-lockBrakingSystem，ABS)Realtime&Safety示例：汽车电子（续）信息与软件工程学院17车载自动化系统

一辆轿车可以拥有100个以上的嵌入式处理器（MCU）4位的微控制器检查安全带状态MCU支持电子仪表盘16/32位MCU控制引擎车载巡航系统：自动驾驶车载辅助系统：DVD、卫星导航、倒车雷达、盲点监测、....示例：无线传感器网络（WSN）信息与软件工程学院18传感器+MCU+无线收发——〉

网络化

低功耗、安全UCBerkeley智能黑板擦工控无线网络MICA2Mote示例：智能感知微尘（Mote）信息与软件工程学院19Mote智能微尘、无线感知网络——

采集环境信息军事应用采集战场信息。民用：建筑

混合到混凝土中，并用它们从内部监视建筑物和桥梁的状况。e.g.MICA2Mote供电2节AA电池，供电一年示例：其他无线传感网应用信息与软件工程学院20盘点环境灾难健康示例：无人机（UAV）信息与软件工程学院21无人机已成为全全球最大热点之一：

现象级厂家：大疆（DJI）、Parrot、3DRobotics、AirDog、...芯片/方案提供商：高通、Intel、ARM、XMOS、ADI、...种类：直升机、固定翼机、多旋翼飞行器、飞艇、伞翼机应用领域：军用（隐形、预警、格斗、攻击、...）、警用、城市管理、农业、地质、气象、电力、抢险救灾、视频拍摄、...示例：四轴飞行器——硬件结构信息与软件工程学院22四轴主机结构标准产品高级结构：云台、摄像头、视频传输系统以及视频接收等更多模块遥控器结构示例：飞控的大脑——微控制器MCU信息与软件工程学院23XMOS的xCORE多核微控制器系列带有HardwareResponseI/O接口卓越的硬件实时I/O性能多核解决方案：不产生任何RTOS开销高可靠性、高实时性、精确控制（可用户定义）示例：解决方案——骁龙平台（SnapdragonFlight）信息与软件工程学院24高通的骁龙飞行平台：消费级Snapdragon801CPU：高通Adreno330GPU参考板大小仅58x40毫米提供无人机软件和相关开发工具支持实时控制、4K拍摄、WiFi、蓝牙、GPS、...普适计算概念信息与软件工程学院25定义：IBM信息与软件工程学院26

Pervasivecomputing(UbiquitousComputing),thetrendtowardsincreasinglyubiquitous,connectedcomputingdevicesintheenvironment,atrendbeingbroughtaboutbyaconvergenceofadvancedelectronic(particularlywireless)technologiesandtheInternet.

普适计算（也成为无所不在的计算），指无所不在的、随时随地可以进行计算的一种方式：无论何时何地，只要需要，就可以通过某种设备访问到所需的信息。示例：理解信息与软件工程学院27实时系统概念信息与软件工程学院28POSIX定义信息与软件工程学院29

AnysystemwhereatimelyresponsebythecomputertoexternaleventisvitalisaReal-TimeSystem(RTS)

能够在限定响应时间内提供所需水平服务的计算机系统。定义：理解信息与软件工程学院30

一个实时系统是指计算的正确性不仅取决于程序的逻辑正确性，也取决于结果产生的时间：如果系统的时间约束条件得不到满足，将会发生系统出错。

实时并不等于快！它是一个相对的概念，确切定义应该是“及时”，即在系统允许的时间范围内完成任务示例信息与软件工程学院31学校上课搭乘火车、出租车医院手术股票交易收看电视节目接听电话......成功与否有时间约束应用信息与软件工程学院32航空电子：飞行控制、武器控制、导弹发射火星车：核反应控制：机电一体化：机械、微电子、信息等技术有机结合，实现整个系统的最优化大数据分析：实时获取、快速发现机会、实时决策......嵌入式系统特点信息与软件工程学院33汇总一信息与软件工程学院34技术密集专用紧凑安全可靠多种多样及时相应成本敏感开发困难不可垄断确定性......汇总二信息与软件工程学院35实时性环境特定；快速启动异步事件的并发处理多任务；随机性应用／操作系统一体化VxWorks；Linux应用固化不可修改性实用性面向行业；定向开发适用性可裁减，适应应用鲁棒性容错够用即可成本、资源可信性安全、防危、可靠等实时系统

特点、分类信息与软件工程学院36汇总信息与软件工程学院37时间约束任务具有一定的时间约束（截止时间）可预测性要求硬件延迟的可预测性、软件系统的可预测性、以及应用程序响应时间的可预测性可靠性环境恶劣，有较高的可靠性——工业级交互作用

与外部环境的交互——必须在规定的时间内对外部请求做出反应多任务类型周期任务、突发任务、非周期任务、非实时任务负载不均衡必须满足一定的峰值负荷要求实时调度

实时系统分类信息与软件工程学院38硬实时

HardReal-time；汽车的ABS和安全气囊系统、飞行控制系统、核电控制系统软实时

SoftReal-time；电视信号、证券交易严格实时

FirmReal-time；介于硬实时和软实时之间的一种划分，针对多媒体和高速网络的实时要求自适应实时

Self-adaptiveReal-time；自动调整满足环境需要，保证性能级别应用与实时需求信息与软件工程学院39100ns1μs10μs100μs1ms10ms100ms1sSpeechandAudiosystemsProcesssimulationandnetworkcontrolFlightsimulationRobotcontrollersTelemetrycontrol&scienceanalysisProcesscontrolsystemsandIndustrialAutomationMedicalDiagnosisandlabautomation

Firealarmsystems时间约束slowerfaster应用领域嵌入式系统与实时系统信息与软件工程学院40ES：EmbeddedSystems，嵌入式系统RTS：Real-TimeSystems，实时系统ERTS：EmbeddedReal-TimeSystems，嵌入式实时系统嵌入式系统

设计要求信息与软件工程学院41总体要求信息与软件工程学院42

功能实用、便于升级并发处理、及时响应造型自然、结构紧凑接口方便、操作容易稳定可靠、维护简便功耗管理、降低成本功能性要求信息与软件工程学院43系统目标功能模块输入输出运行环境与其他系统的交互......软硬件两方面非功能性要求信息与软件工程学院44实时，如响应时间安全性可靠性存储能力能耗数据采集渠道成本......产品全方位应用特定嵌入式系统

基本结构信息与软件工程学院45基本结构模型信息与软件工程学院46理想的硬件结构示意信息与软件工程学院47嵌入式软件结构示意信息与软件工程学院48嵌入式系统

硬件基础

（略）信息与软件工程学院49嵌入式应用

开发过程信息与软件工程学院50基本开发模式信息与软件工程学院51目标机/宿主机：宿主机

运行编辑、编译、调试、测试等工具（IDE）目标机运行实际应用软件（被开发软件）交叉基本开发过程信息与软件工程学院52总体设计、软硬件划分、环境选择概要、详细、编码、白盒测试、...软件集成、硬件集成、集成测试、...开发关联示意信息与软件工程学院53设计生产编译器链接器调试器IDE操作系统软件开发与测试评估板仿真器逻辑分析仪边界扫描测试仪示波器如何学好

本门课程信息与软件工程学院54路线信息与软件工程学院55理解

ES

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组成原理+嵌入式处理器+……阅读广→深C.M.Krishna,KangG.Shin,REAL-TIMESYSTEMS,邵贝贝等译.嵌入式实时操作系统uC/OS-II(第2版)WayneWolf,ComputersasComponents：PrinciplesofEmbeddedComputingSystemDesignIEEEReal-TimeSystemSymposium(RTSS)IEEEReal-TimeTechnologyandApplicationsSymposium(RTAS)PervasiveComputingJournalofReal-TimeSystems(0.605)IEEETransactionsonComputer(2.327)IEEETransactionsonParallelandDistributedSystems(0.853)路线（续）信息与软件工程学院56C程序设计语言,许