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问题十一：大学生如何对待工作、考研、考公务

员、出国、创业？

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积极乐观的面对生活

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11.1 什么是嵌入式系统（定义、特点、种类、 历史、应用）11.2 嵌入式硬件11.3 嵌入式软件11.4 嵌入式开发方法

嵌入式系统

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你看过的小说、电影、生活中见过的东西用到嵌入 式的，请至少说出三个？电影 007 系列、嵌入式设备主要应用于解码播放设备大学生嵌入式比赛掌上 PDA 、移动计算设备、电视机顶盒、手机上网 、数字电视、多媒体、汽车、微波炉、数字相机、 家庭自动化系统、电梯、空调、安全系统、自动售 货机、蜂窝式电话、消费电子设备、工业自动化仪 表与医疗仪器等

思考

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计算机系统的分类 台式计算机 PC（ Desktop Computing） 服务器（ Servers）嵌入式计算机（ Embedded Computers）

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嵌入式应用— 航空、航天

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嵌入式应用— 军事、通信

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嵌入式应用— 消费类电子

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1.定义IEEE（国际电气和电子工程师协会）：用于控制 、监视或者辅助操作机器和设备的装置国内：以应用为中心，以计算机技术为基础，软 硬件可裁减，适应应用系统对功能、可靠性、成本 、体积功耗等严格要求的专用计算机系统一般由嵌入式微处理器、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、监视或管理等功能

11.1 什么是嵌入系统

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2. 嵌入式应用系统的特点应用于特定目的专用系统工作于嵌入式环境完整的计算机系统

围绕任务进行设计所用资源少需要较长系统生命期

功耗因素体积限制环境条件

实时性要求Memory 系统RTOS专用开发工具

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3. 嵌入式应用系统的种类设备级（工控机）板级（单板、模块）芯片级（ MCU, SoC ）

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4. 嵌入式应用系统的应用

应用领域

交通运输领域交通运输领域工业控制领域工业控制领域

商业金融领域商业金融领域

环境监测领域环境监测领域

医疗领域医疗领域 建筑领域建筑领域

通信领域通信领域

家电领域家电领域

数字化产品设计和增值的关键因素

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5. 嵌入式系统的形成和发展1971 年单片微处理器问世，它标志着嵌入式系统

的开端从 4 个方面了解嵌入式系统历史：

（ 1 ）硬件

（ 2 ）软件

（ 3 ）代表产品

（ 4 ）系统结构

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（ 1 ）硬件历史1971 年 Intel 4004, 4 位微处理器TI, TMS1000, 4 位微控制器ROM, RAM, CPU + I/O port

1980 年 Intel MCS-51, 8 位微控制器16 位 , 32 位微处理器…1990’s, DSP

TMS320C30

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（ 2 ）软件历史监控程序操作系统1981, 嵌入式实时内核 VTRX32

1990’s, QNX-4

pSOS, VxWorks, Palm OS, WinCE, Embedded

Linux, LynxOS, uCOS, Nucleus…

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无操作系统阶段（ 20 世纪 70 年代）最初的嵌入式系统没有操作系统支持，通过汇编

语言对系统进行直接控制，运行结束之后清除内存初步具备了嵌入式的应用特点

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简单操作系统阶段（ 20 世纪 80 年代）IC 制造商开始把嵌入式应用中所需要的各种部

件集成到一片电路中，制造出面向 I/O 设计的微

控制器简单操作系统： uC/OSII

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实时操作系统阶段（ 20 世纪 90 年代）实时性：在时限范围内的正确响应 对时限要求实现的不同• 硬实时系统• 软实时系统

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面向 Internet 阶段（进入 21 世纪后）嵌入式设备与 Internet 的结合

The Internet of Things

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（ 3 ）系统结构硬件系统4 位单片机8 位单片机 / 16 位单片机32 位专用微处理器32 位 DSP 微处理器SoC

SoPC

软件系统实时监控程序专用系统通用系统

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面临的机遇和挑战通用计算机上使用的技术和观念•数据库，移动代理，实时 CORBA 等新的微处理器层出不穷各类嵌入式操作系统迅速发展网络化、信息化要求

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11.2 嵌入式硬件

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1.商用嵌入式处理器核包括有Microprocessor、MCU、 DSP三类典型Microprocessor如下：

MIPS MPS 32，MPS 64 MIPS技术公司 （斯坦福大学）

PowerPC PowerPC 405 IBM

SPARC e系列为嵌入式 SUN（ Berkerley 大学）

ARM ARM7~11系列 ARM公司（剑桥大学）

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2.嵌入式系统外设接口存储器：•RAM、 SRAM•DRAM•Flash、 EEPROM、MashROM •HDD、 CD-ROM通信接口： RS-232、 IrDA、 SPI、 I2C、 CAN、 Bluetooth、 Ethernet、 IEEE1394、 GPIOI/O设备： LED、 CRT、 LCD等

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3.BootLoader

在PC机上， BIOS完成处理器和硬件的初始化。 对嵌入式系统而言，有时需要自己编制这些工作 程序，即开机程序芯片厂家一般会提供一些BootLoader程序

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4.SOC 的片上调试接口OCD（ On Chip Debugging）是 CPU芯片提供的一 种调试功能（片上调试），是为了能够在片外 调试SOC内部处理器核的一种手段

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11.3 嵌入式软件

应用程序

API应用程序接口（ ）

HAL BSP驱动层、 、

基本模块 扩展模块

内存管理 文件管理

OS内核

进程调度

网络模块 图形驱动

Database 模块

Hardware

应用层

OS层

驱动层

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1.软件层次结构

应用程序层

API层

RTOS 层

设备驱动层 设备驱动程序

BSP

HAL硬

软

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HAL:定义统一的软硬件接口标准BSP：实现对 OS的支持，提供访问硬件设备寄存器的函 数包设备驱动程序：提供对各种外围设备的软件驱动支持

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2.实时操作系统（ RTOS ）多任务管理存储管理I/O 资源管理中断管理

1. 多线程 /多进程方式，提供调度机制来对多任务管理2. 调度算法包括： FCFS 先来

先服务、 Round Robin 轮询、Priority 优先级

动态内存管理技术；高端应用在硬件配合下采用页表进行虚拟存储管理

提供 I/O驱动

中断方式处理器外部事件和 I/O请求

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3. 典型的嵌入式操作系统μc/OS-II ：中小型系统使用。支持最多 64 个任 务，真正的实时 OS。用 ANSI C 开发Vxworks ：基本微内核，由 400 多个目标模块组 成。用于航空、航天、军事等高端实时要求极高 的领域WinCE ：多线程，完整优先权，多任务 OS ，但 不是硬实时系统。高度模块化介绍Win mobile:

Linux OS/μcLinux ：Symbian OS:

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1.开发特点跨平台开发，需要交叉软件集成开发环境（ IDE）需要进行软硬件协同设计代码需要固化采用基于任务的设计方法

11.4 嵌入式开发方法

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2. 技术挑战功耗、体积与性能的均衡系统实时性要求高软件稳定性、系统可靠性及抗干扰能力Time-to-Market系统可测性设计和系统设计优化是关键

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3.嵌入式软件交叉开发环境交叉开发环境是指用于嵌入式软件开发的所有工具 软件的集合，一般包括：文本编辑器交叉编译器交叉调试器仿真器下载器等交叉开发环境由宿主机和目标机组成，宿主机与目 标机之间在物理连接的基础上建立起逻辑连接

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4.嵌入式软件交叉开发环境交叉开发环境是指用于嵌入式软件开发的所有 工具软件的集合，一般包括：文本编辑器交叉编译器交叉调试器仿真器下载器等交叉开发环境由宿主机和目标机组成，宿主机 与目标机之间在物理连接的基础上建立起逻辑 连接

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交叉开发环境

目标机硬件

目标机应用系统　　 — 应用软件

　　 — 应用中间件　　 — 目标机 OS

宿主机硬件

宿主机OS

调试代理

运行库

宿主机开发环境　　 — 编辑　　 — 编译　　 — 连接　　 — 调试

运行平台Target 开发平台Host

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物理连接：宿主机与目标机通过物理线路连接 在一起，连接方式主要有三种：串口以太口OCD（ On Chip Debug）方式，如 JTAG、BDM等

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逻辑连接：物理连接是逻辑连接的基础逻辑连接指宿主机与目标机间按某种通信协议 建立起来的通信连接，目前逐步形成了一些通 信协议的标准

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Requirement

Analysis

SoftwareDesign

Coding Test Release

Phases

TAU

ObjectGeode

Rational Rose RealTime

Rhapsody

Tornado

pRISM+

Spectra

Win CE PlatformBuilder

CodeWarrior

Xray Debugger

Logiscope

CodeTEST

LambdaTOOL

5. 主要嵌入式软件开发工具产品

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6.嵌入式软件实现阶段的开发过程软件的生成主要是在宿主机上进行，利用各种工

具完成对应用程序的编辑、交叉编译和链接工

作，生成可供调试或固化的目标程序调试是通过交叉调试器完成软件的调试工作。调

试完成后还需进行必要的测试工作固化运行是先用一定的工具将应用程序固化到目

标机上，然后启动目标机，在没有任何工具干预

的情况下应用程序能自动地启动运行

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7.软件平台的选择操作系统

选择操作系统考虑因素选择操作系统考虑因素

提供的开发工具提供的开发工具

移植的难度移植的难度

内存要求内存要求

开发人员是否熟悉开发人员是否熟悉

是否提供硬件的驱动是否提供硬件的驱动

可剪裁性可剪裁性

实时性实时性

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编程语言

选择编程语言考虑因素选择编程语言考虑因素

通用性通用性

可移植性程度可移植性程度

执行效率执行效率

可维护性可维护性

应用广泛的高级语言应用广泛的高级语言

AdaAda

C/C++C/C++

J2MEJ2ME

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开发工具、调试工具（集成开发环境）

需要考虑因素需要考虑因素

系统调试器的功能系统调试器的功能

支持库函数支持库函数

持续升级编译器持续升级编译器

支持所有的文件格式和符号格式支持所有的文件格式和符号格式

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1.简述嵌入式系统的发展各阶段的特点

2.简述嵌入式系统的发展趋势

3.简述嵌入式计算机系统的硬件层的组成和功能

4.简述嵌入式计算机系统的中间层的组成和功能

5.简述嵌入式计算机系统的系统软件层的组成和功能

6.嵌入式微控制器、嵌入式微处理器、嵌入式 DSP处理器、

嵌入式片上系统、双核或多核处理器有哪些相同和不

同之处？

7.ARM、MIPS、 PowerPC微处理器结构有哪些相同和

不同之处？各有什么特点？