《三年级嵌入式系统开发技术专用教材》由会员分享，可在线阅读，更多相关《三年级嵌入式系统开发技术专用教材（281页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 Revised as of 23 November 2020三年级嵌入式系统开发技术专用教材目录第1章嵌入式系统概论考纲分析1嵌入式系统的特点、分类、发展与应用。2嵌入式系统的组成与微电子技术（集成电路、EDA、SoC、IP核等技术的作用和发展）。3嵌入式系统与数字媒体（文本、图像和音频/视频等数字媒体的表示与处理）。4嵌入式系统与网络通信技术（数字通信与计算机网，TCP/IP协议，互联网接入技术等）。考点精讲嵌入式系统及其应用考点1嵌入式系统（1）嵌入式系统的含义嵌入式系统是嵌入式计算机系统的简称，它是一种嵌入在设备（或系统）内部，为特定应用而设计开发的专用计算机系统。系统是以应用为中心，
2、以计算机技术为基础，软硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等多种约束的专用计算机系统。（2）嵌入式系统的共同特点专用性嵌入式系统与具体应用紧密结合，具有很强的专用性。它按照特定的应用需求进行设计，完成预定的任务。往往对系统作最优化设计和裁剪，使得系统运行效率很高。隐蔽性嵌入式系统通常是非计算机设备（系统）中的一个部分，它们隐藏在其内部，不为人知。资源受限嵌入式系统通常要求小型化、轻量化、低功耗及低成本，因此其软硬件资源受到严格的限制。高可靠性嵌入式系统大多面向控制应用，系统的可靠性十分重要。实时性嵌入式系统广泛应用于过程控制、数据采集、通信传输等领域，承担着测量、报警、控制
3、、调节等任务，所以必须在一个可预测和有保证的时间范围内对外部事件作出正确的反应。软件固化嵌入式系统是一个软硬件高度结合的产物。嵌入式系统中的软件一般都固化在只读存储器（Read-Only Memory，ROM）中，用户通常不能随意变更其中的程序功能。（3）“嵌入式”一词的使用说明“嵌入式系统”、“嵌入式计算机”与“嵌入式计算机系统”同义，都泛指嵌入在设备或系统中的专用计算机系统，既包含硬件，也包含软件。广义上，凡是带有微处理器的专用软硬件系统都可称为嵌入式系统。狭义上，嵌入式系统强调那些使用嵌入式微处理器构成的具有自己的操作系统和特定功能、用于特定场合的独立系统。本书中的嵌入式系统一般是指广义
4、的嵌入式系统。“嵌入式设备/产品/应用系统”指的是使用了嵌入式计算机的设备/产品/应用系统，也就是嵌入式计算机的宿主设备/产品/系统，有时也笼统地称为“嵌入式应用系统”或“嵌入式应用”。“嵌入式”用作定语。为行文简洁，“系统”一词有时候指的是嵌入式系统，有时候指的是嵌入式应用系统，有时候指某个具体的子系统，视上下文而定。（4）嵌入式系统的应用嵌入式系统所涉及的应用领域非常广泛，通信设备、仪器仪表、医疗器械、消费电子、家用电器、计算机外围设备、汽车、船舶、航空、航天等均是嵌入式系统的主要应用领域。消费类应用产品冰箱、洗衣机、空调、微波炉、电饭煲、热水器等“白色家电”；电视机、机顶盒、家庭影院、数
5、码相机、摄像机、DVD播放器、MP3播放器、PDA、电子字典、游戏机、电子琴、智能玩具等数码产品。产业类应用产品数控机床、工业机器人、机电一体化设备、生产线控制等工业设备；汽车、飞机、铁路机车、船舶、电梯等运输工具；X光机、超声诊断仪（B超）、计算机断层成像系统（CT）、心脏起搏器、监护仪、磁共振成像、心电计、血压计等医疗电子设备。业务类应用产品电话机、传真机、打印机、扫描仪、复印机等办公设备；电子秤、条码阅读机、商用零售终端（POS）、银行点钞机、IC卡读卡机、取款机、自动柜员机（ATM）、自动售货机、信息亭等金融电子设备；手机、GPS导航仪、Modem、路由器、集线器（Hub）、交换机、网
6、桥等通信设备。军用类应用产品火炮、导弹、智能炸弹的制导引爆等武器控制装置；坦克、舰艇、战机、无人机等军用电子装备；雷达、电子对抗、导航系统等军事通信装备。【真题演练】与通用计算机（如PC）相比，嵌入式系统具有许多不同之处。下面不属于嵌入式系统特点的是（ ）。2014年3月真题A嵌入式系统与具体应用紧密结合，具有很强的专用性 B嵌入式系统大多面向控制应用，可靠性十分重要C应用于过程控制、数据采集、通信传输等领域的嵌入式系统对实时性有一定要求 D用户可以方便地对嵌入式系统的软件进行修改、升级和扩充【答案】D考点2嵌入式系统的组成与分类（1）嵌入式系统的逻辑组成嵌入式系统是由硬件和软件两部分组成的。
7、硬件的主体是中央处理器和存储器，它们通过输入/输出（I/O）接口和输入/输出设备与外部世界联系，并借助总线相互连接，这些硬件连同嵌入式软件一起构成完整的嵌入式系统。图1-1是嵌入式计算机硬件的逻辑组成及其与外部世界关系的示意图。图1-1 嵌入式计算机硬件的逻辑组成处理器“处理器”是能按照指令的规定高速度完成二进制数据算术和逻辑运算的部件，它由运算器、控制器、寄存器、高速缓冲存储器（Cache）等部件组成。有些嵌入式系统会包含多个处理器，它们各有其不同的任务，其中负责运行系统软件和应用软件的主处理器称为中央处理器（Central Processing Unit，CPU），其余的都是协处理器。CP
8、U是任何计算机不可或缺的核心部件。字长指的是CPU中通用寄存器和定点运算器的二进位宽度。CPU的字长有4位、8位、16位、32位、64位之分。使用最多的还是8位和16位的CPU，但32位和64位CPU是技术发展的主流。通用计算机的CPU则以64位为主。嵌入式系统的性能在很大程度上是由CPU决定的。CPU的性能主要表现为程序（指令）执行速度的快慢，而影响程序（指令）执行速度的因素很多，例如：a主频（CPU时钟频率）指CPU中电路的工作频率，它决定着CPU芯片内部数据传输与操作速度的快慢。一般而言，主频越高，执行一条指令需要的时间就越短。b指令系统指令的格式、类型和指令的数目、功能等都会影响程序的
9、执行速度。c高速缓冲存储器的容量与结构程序运行过程中高速缓冲存储器（Cache）有利于减少CPU访问内存的次数。通常，其容量越大、级数越多，其效用就越显着。d逻辑结构CPU包含的定点运算器和浮点运算器数目、有无协处理器、流水线级数和条数、有无指令预测和数据预取功能等，都对指令执行的速度有影响。存储器存储器的任务是存储程序和数据。按照存取特性，存储器分为易失性存储器和非易失性存储器两大类（图1-2）。前者在掉电（或关机）后会丢失所存储的信息，后者则能永久或半永久性地保存信息，即使掉电（或关机）信息也不会丢失。图1-2 半导体存储器的类型及其应用a随机存取存储器RAM（Random Access
10、Memory）随机存取存储器属于易失性存储器，它有两种：动态随机存取存储器（Dynamic RAM，DRAM），DRAM的电路简单，集成度高，功耗小，成本低，通常用作存放正在运行/处理的程序/数据的工作存储器；静态随机存取存储器（Static RAM，SRAM），SRAM的电路较复杂，集成度低，功耗较大，成本高，但工作速度非常快，往往与CPU内核集成在同一芯片内，用作程序和数据的高速缓冲存储器（Cache）。b非易失性存储器常用的包括：掩膜只读存储器（Mask ROM），不可修改；电可擦可编程只读存储器（Electrially Erasable Programmable Read Only M
11、emory，EEPROM），通过专用设备可以离线修改，它们用来存放那些很少需要更新的程序代码（称为“固件”）；闪速存储器（Flash Memory，简称闪存）是一种新型的非易失性存储器，其特点是它能方便地在线写入信息。Flash存储器有两类：或非型（NOR Flash），以字节为单位进行随机存取，存储在其中的程序（称为“固件”）可以直接被CPU执行；与非型（NAND Flash），以页（行）为单位进行存取，读出速度稍慢，通常应将程序或数据预先读入到RAM中再使用，但它在容量、使用寿命和成本方面有较大优势，所以大多做成存储卡或U盘，用来扩充存储器容量或用于脱机保存程序和数据，作为辅助存储器使用。
12、I/O设备与I/O接口aI/O设备的分类第一，用于人机交互的设备，如按键、键盘、触摸板、触摸屏、鼠标器、操纵杆、手写笔、话筒（麦克风）、发光二极管、液晶显示器、打印机等，它们是用户界面的硬件部分。第二，用于机机交互的设备，包括各种类型的传感器（压力传感器、温度与湿度传感器、重量传感器、运动传感器、距离传感器、光传感器、红外传感器、电流电压传感器和生物传感器等）和各种伺服执行机构（继电器、微电机、步进电机、线性电机等）。bI/O接口的作用和分类I/O接口用于连接和控制I/O设备的工作。它有多种类型：从数据传输速率来看，有低速和高速之分；从数据传输方式来看，有串行和并行之分；从是否需要物理连接来看
13、，有有线与无线之分；从是否能连接多个设备来看，有总线式（可串接多个设备）和独占式（只能连接一个设备）之分。c常用的I/接口第一，通用串行总线式接口，包括USB USB 、IEEE 1394、以太网接口等；第二，异步串行接口，包括RS-232-C、RS-485等；第三，视频信号接口，包括视频图形阵列（Video Graphics Array，VGA）接口、数字视频接口（Digital Video Interface，DVI）、高清晰度多媒体接口（High Definition Multimedia Interface，HDMI）等；第四，工业总线接口，包括控制器局域网（Control Area
14、Network，CAN）接口、15538接口、局域互联网（Local Interconnect Network，LIN）接口等；第五，无线接口，包括红外线（IrDA）接口、蓝牙（Bluetooth）接口、Zigbee接口、WiFi接口等。数据总线数据总线（Data Bus）简称总线，它是嵌入式系统各组件之间进行数据传输的一个传输通路。它由传输线和控制电路组成，为连接在总线上的系统内或系统外的各个组件提供数据传输和相应的控制服务。内部总线是将系统内部的组件连接在一起的总线；外部总线是外部组件（包括与其他嵌入式系统）进行连接所使用的总线。外部总线也称为系统的扩充总线，它们与通信网络接口和某些I/O接口有时并不严格区分。软件a低端嵌入式系统的软件低端嵌入式系统的软件只需配置一个监控程序、若干设备驱动程序和事件处理程序即可。系统工作时，它不断地重复运行监控程序，若发现有外部事件发生，通过中断服务例程去执行相应的事件处理程序，随后再返回继续运行监控程序。b高端嵌入式系统的软件第一，BSP和驱动程序属于底层软件，它们在操作系统和硬件之间构成一个硬件抽象层，负责屏蔽具体硬件的差异和细节，向操作系统提供统一的标准接口。第二，实时操作系统是整个嵌入式系统的核心，它负责管理系
