嵌入式系统及应用(嵌入式系统导论-)

嵌入式实时操作系统及应用开发参考书：罗蕾，嵌入式实时操作系统及用用开发（第三版）本课程目的

以理论介绍为主方式结合实例

以嵌入式系统工程思想为指导，以应用为目的，介绍嵌入式系统及其开发技术

对嵌入式系统及开发有一个全景的把握。课程的主要内容嵌入式系统导论（概念、分类、发展历程、特点、应用领域、发展趋势）嵌入式硬件系统（基本组成，嵌入式微处理器，外围电路等）嵌入式软件系统（分类、特点、体系结构、运行流程、操作系统、开发方法）嵌入式系统领域的一些新动态和成果前言

从上个世纪九十年代中期到现在，嵌入式系统已经从一个不起眼的单词，发展成覆盖所有应用领域、家喻户晓的时髦话题。前言

虽然我国已经是嵌入式产品生产、应用和消费的大国，但国内工业界的技术水平、特别是设计水平相当落后。前言

嵌入式开发的新要求：能够使用工具缩短嵌入式产品的开发周期；能够自行规划、选型、设计、并组织开发一个拥有自主知识产权的嵌入式新产品。第一章嵌入式系统概论核心内容无所不在的嵌入式系统

嵌入式系统定义嵌入式系统的特征嵌入式系统的分类嵌入式系统基本结构嵌入式应用开发1.1无所不在的嵌入式系统比尔.盖茨曾经预言：随着后PC时代的到来，PC将无处不在。嵌入式PC科学家的共识计算机将变得小巧玲珑，藏身在任何地方,又消失在所有地方；功能强大,无影无踪。计算机变得无处不在：例如在墙里、在手腕上、在手写纸上等等，随用随取、伸手可及。嵌入式系统应用领域典型系统：采样控制系统

典型系统：飞行控制系统

典型系统：实时信号处理系统

典型应用领域：信息家电

典型应用领域：普适计算

*普适计算又称普存计算、普及计算（英文中叫做pervasivecomputing或者Ubiquitouscomputing）这一概念强调和环境融为一体的计算，而计算机本身则从人们的视线里消失。在普适计算的模式下，人们能够在任何时间、任何地点、以任何方式进行信息的获取与处理。典型应用：车载综合管理系统

小结嵌入式系统无处不在计算机与使用者的比率达到和超过100:1的阶段95%以上都是嵌入式计算机系统嵌入式应用带动了产业的迅猛发展1.2嵌入式系统的定义

不同的定义方式及其起源计算机工业的分类传统的分类大型计算机、中型机、小型机和微型机特殊分类

PC新的分类嵌入式计算机和通用计算机定义一：当前国内通用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：早期的定义

看不见的计算机，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。定义三：IEEE定义

Deviceusedtocontrol，monitor，orassisttheoperationofequipment，machineryorplants定义四：跨行业

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定义五：基于OS

由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等四个部分组成，用于实现对其他设备的控制、监视、管理等功能定义六：广义定义

作为某种技术过程的一核心处理环节，能直接与宿主环境接口或交互的计算机系统例导弹控制系统实时系统POSIX1003.b定义能够在限定响应时间内提供所需水平服务的计算机系统（POSIX表示可移植操作系统接口）一般性定义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。特别注意实时并不等于快！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

从广义概念上讲，嵌入式系统都可以看成是一个实时系统。实时系统衡量指标响应时间吞吐量生存时间1.3嵌入式系统的特征

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其它技术密集

嵌入式系统是计算机技术、微电子技术和行业技术相结合的产物。专用紧凑

嵌入式系统在体积、功耗、配置、处理能力、电磁兼容性等方面有明显的应用约束。安全可靠可靠性要求极高网络信息安全防危安全多种多样嵌入式处理器种类繁多外设随应用领域变化操作系统五花八门嵌入式开发工具不一嵌入式系统实时性多样化应用领域广泛及时响应

嵌入式系统需要实时性保障，能够尽可能快地对外部技术过程的请求发出响应，及时完成。成本敏感

嵌入式产品每一批次的产品数量大，单位成本对产品的市场前景和利润影响极大。开发困难非垄断

嵌入式系统是一个分散的工业。没有哪一个系列的处理器和操作系统能够垄断全部市场。其他：确定性任务个数确定每个任务执行时序确定每个任务所占资源等确定任务间通信延迟确定1.4嵌入式系统发展历程1.5嵌入式系统的分类

按处理器位数划分

按应用类别划分

按系统的实时性划分

按工业界应用的复杂程度划分按处理器位数划分

按所采用的处理器位数，可以分为4位、8位、16位、32位和64位系统。按系统实时性划分硬实时汽车的ABS和安全气囊系统、飞行控制系统、核电控制系统软实时电视信号、证券交易自适应实时自动调整满足环境需要，保证性能级别按工业界应用的复杂程度划分简单单处理器系统可扩展单处理器系统复杂嵌入式系统制造或过程控制中使用的计算机系统1.6嵌入式系统基本结构嵌入式硬件组成嵌入式软件组成1.7嵌入式系统的设计要求

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1.8嵌入式系统开发开发过程（产品定义发布）设计方法编程测试嵌入式软件的重用开发平台一、嵌入式系统开发过程二、嵌入式系统的设计

软件设计

硬件设计

集成设计三、嵌入式编程四、嵌入式系统测试软件功能的测试依赖于硬件。鲁棒性测试、可用性测试难。测试用例、测试结果上载困难。测试线程、任务、子系统之间的交互、并发和容错能力难。嵌入式测试困难：常规测试之外，嵌入式系统测试还包括：

定期测试微处理器、存储器、以及嵌入式程序占用的存储空间。

外围设备的测试。

电源测试。安全测试。

通信电缆测试。五、嵌入式软件的重用遵循Moore定律，嵌入式软件的规模和复杂性迅速增大。软件多样性迅速增加。开发周期缩短，软件的质量需要保证。嵌入式软件开发面临的问题：嵌入式构件六、嵌入式软件开发平台为用户开发（包括需求分析、规格说明、设计、编码、测试、产品分配和维护等）嵌入式应用程序而提供的高