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1、2019/1/12,1,教学内容,第1部分 嵌入式系统导论 第2部分 嵌入式系统硬件设计 第3部分 嵌入式系统软件设计,2019/1/12,2,课程目的,本课程介绍了嵌入式系统的前沿技术和发展趋势，重点讲述了基于ARM微处理器的嵌入式硬件平台、嵌入式操作系统和嵌入式软硬件系统开发技术。 采用理论学习和实践并重的教学方法，着重培养学生的实际动手能力，通过熟悉开发环境与开发流程、编程实践等基础实验，使学生能够掌握嵌入式系统设计的基本方法。,2019/1/12,3,需要的基础知识,先导课程 计算机操作系统 微机原理 编程语言：C、 C等 需要了解的基础知识 了解操作系统、单片机和微机原理的基本概念，
2、能够熟练使用编程语言。,2019/1/12,4,学时分配,课程属性： 专业基础课 总学时数： 38 讲课学时数：38 实验学时数：14 （在相应的课程设计中完成） 学分： 2.5,2019/1/12,5,掌握一种学习方法-理论学习和实践并重 学习嵌入式软硬件系统的基本概念、基本原理和设计方法 获得嵌入式开发设计的经验 获得学分 为未来职场的发展奠定技术基础,大家能够期望的收获,2019/1/12,6,期望合理吗？,通过本门课程的学习，你将获得以下知识： 了解嵌入式软件开发流程（期望值：） 学会使用实时操作系统，了解多任务（期望值：） 掌握基本嵌入式硬件知识（期望值：） 提高C语言编程能力（期望
3、值：） 独立或合作开发出嵌入式应用软件（期望值：） 掌握嵌入式软件编程（期望值：） 掌握硬件设计知识（期望值：） 学会操作系统移植（期望值：） 成为嵌入式系统设计高手（期望值：）,2019/1/12,7,1. 罗蕾 主编. 嵌入式实时操作系统及应用开发，北京航空航天大学出版社 2. 徐君明等译. 嵌入式硬件设计（Designing Embedded Hardware, OReilly Media, Inc.）.中国电力出版社 3. Jean J.Labrosse. 嵌入式实时操作系统uC/OS-II(第2版). 北京航空航天大学出版社 4. 顾海洲等. PCB电磁兼容技术设计实践，清华大学出版
4、社,参考教材,2019/1/12,8,考核方式 平时作业和出勤（占20%） 笔试（80%）,考核方式,2019/1/12,9,第一部分 嵌入式系统导论,2019/1/12,10,主要内容,嵌入式系统概述 嵌入式系统的应用领域 嵌入式系统的发展趋势,2019/1/12,11,第一节 嵌入式系统概述,无处不在的嵌入式系统 嵌入式系统的定义 嵌入式系统的发展历程 嵌入式系统的特点 嵌入式系统的分类,2019/1/12,12,计算机发展的三大阶段,第一阶段：始于五十年代的由IBM, Burroughs, Honeywell等公司率先研制的大型机。 第二阶段：始于七十年代的个人计算机。 第三阶段：进入2
5、1世纪，计算机正迈入下一个充满机遇的阶段“后PC时代”或“无处不在的计算机”阶段。,2019/1/12,13,无处不在的计算机,施乐公司Palo Alto研究中心主任Mark Weiser认为： “从长远来看，PC机和计算机工作站将衰落，因为计算机变得无处不在：例如在墙里、在手腕上、在手写电脑中(象手写纸一样)等等，随用随取、伸手可及”。,2019/1/12,14,无处不在的计算机,全世界的计算机科学家正在形成一种共识: 计算机不会成为科幻电影中的那种贪婪的怪物, 而是将变得小巧玲珑, 无处不在. 他们藏身在任何地方, 又消失在所有地方, 功能强大, 确有无影无踪. 人们将这种思想命名为: “
6、无所不在的计算机”。,2019/1/12,15,嵌入式系统无处不在,彼此互连,2019/1/12,16,即使远在火星,面对6万年才有一次的机会，科学家们积极行动起来从6月开始，先后有欧洲的“火星快车”、美国“勇气号”和“机遇号”等三颗火星探测器飞往火星，而日本一颗本已在太空“迷失方向”的火星探测器也在关键时刻及时“醒”来，开始了久违的火星之旅。,火星与地球，这一对在星空中遥遥相望的“兄弟”，迎来6万年来“最亲密的接触”，在2003年8月27日这一天，火星距离地球最近达到55756622(5千多万)公里。,勇气号,2019/1/12,17,自1997年10月15日发射以来，经历了7年35亿公里航
7、程的卡西尼号太空船在2004年7月1日10时30分进入土星轨道，开始进行人类有史以来对土星及其31颗已知卫星最详尽的探测。,土星探测,2019/1/12,18,“哥伦比亚”号，整个系统的起飞重量达2000吨，高56米。,2019/1/12,19,“小鹰”号标准排水量为60100吨，满载排水量达81123吨，舰长323.6米，舰宽39.6米，吃水11.4米，是世界上最大的常规动力航空母舰。舰员2930名，其中军官155名；航空人员2480名，其中军官320名。飞机：F-14D战斗机20架，F/A-18战斗机36架，E-2C预警机和EA-6B电子干扰机各4架，6架S-3B反潜机，6架直升机，2架E
8、S-3A。,2019/1/12,20,Smart Dust,http:/robotics.eecs.berkeley.edu/pister/SmartDust/,2019/1/12,21,Wearable Computing,2019/1/12,22,嵌入式设备无处不在， 但桌面系统还依然有用,无处不在的计算机是计算机与使用者的比率达到和超过100:1的阶段 无处不在的计算机包括通用计算机和嵌入式计算机系统 在100:1比例中95%以上都是嵌入式计算机系统，并非通用计算机,2019/1/12,23,通用计算机看得见的计算机,如：PC机、服务器、大型计算机等。,显示器,主 机,鼠 标,键 盘,硬
9、 件,诸如主机、显示器、键 盘、鼠标等看得见部件,2019/1/12,24,软件,应用程序可按用户 需要随时改变, 即重新编制。,通用计算机看得见的计算机,2019/1/12,25,嵌入式系统定义,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。 An embedded system is a computer system contained within some larger device or product with the intent purpose of providing monitoring and control service
10、s to that device. “Any sort of device which includes a programmable computer but itself is not intended to be a general-purpose computer.” 通常将嵌入式计算机系统简称为嵌入式系统。,2019/1/12,26,嵌入式系统定义,IEEE: “Device used to control，monitor，or assist the operation of equipment，machinery or plants”. 嵌入式系统是以应用为中心、以计算机技术为基础
11、、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。,2019/1/12,27,嵌入式系统定义,嵌入式系统是将先进的计算机技术、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。 包含有计算机，但又不是通用计算机的计算机应用系统。,2019/1/12,28,通用计算机与嵌入式系统对比,2019/1/12,29,嵌入式系统的组成,嵌入式系统一般由嵌入式硬件和软件组成 硬件以微处理器为核心集成存储器和系统专用的输入/输出设备 软件包括：初始化代码及驱动、嵌入式操作系统和应用程序等，这些软件有机地结合在一起，形成系统特定的一体化软件。,2019/1/12,3
12、0,嵌入式系统的发展历程,嵌入式系统的出现和兴起（1960-1970） 嵌入式系统开始走向繁荣，软件和硬件日臻完善（1971-1989） 嵌入式系统应用走向纵深（1990年-现在）,2019/1/12,31,嵌入式系统的出现和兴起,出现：20世纪60年代以晶体管、磁芯存储为基础的计算机开始用于航空等军用领域。 第一台机载专用数字计算机是奥托内蒂克斯公司为美国海军舰载轰炸机“民团团员”号研制的多功能数字分析器(Verdan)。 同时嵌入式计算机开始应用于工业控制。1962年一个美国乙烯厂实现了工业装置中的第一个直接数字控制(DDC)。,2019/1/12,32,嵌入式系统的出现和兴起,兴起：在1
13、9651970年，当时计算机已开始采用集成电路，即第三代计算机。在军事、航空航天领域、工业控制的需求推动下。 第一次使用机载数字计算机控制的是1965年发射的Gemini3号，第一次通过容错来提高可靠性是1968年的阿波罗4号、土星5号。 1963年DEC公司推出PDP8并发展成PDP11系列，成为工业生产集中控制的主力军。 在军用领域中，为了可靠和满足体积、重量的严格要求，还需为各个武器系统设计五花八门的专用的嵌入式计算机系统。,2019/1/12,33,嵌入式系统开始走向繁荣,嵌入式系统大发展是在微处理器问世之后 1973年至1977年间各厂家推出了许多8位的微处理器，包括Intel 80
14、80/8085，Motorola 的6800/6802，Zilog的Z80和Rockwell的6502。 微处理器不单用来组成微型计算机，而且用来制造仪器仪表、医疗设备、机器人、家用电器等嵌入式系统。 仅8085/Z80微处理器的销售就超过7亿片,其中大部分是用于嵌入式工业控制应用。,2019/1/12,34,嵌入式系统开始走向繁荣,微处理器的广泛应用形成了一个广阔的嵌入式应用市场，计算机厂家除了要继续以整机方式向用户提供工业控制计算机系统外，开始大量地以插件方式向用户提供OEM产品，再由用户根据自己的需要构成专用的工业控制微型计算机，嵌入到自己的系统设备中。 为了灵活兼容，形成了标准化、模块
15、化的单板机系列。流行的单板计算机有Intel公司的iSBC系列、Zilog公司的MCB等。 由于兼容的要求，这就导致了工业控制微机系统总线的诞生。,2019/1/12,35,嵌入式系统开始走向繁荣,1976年Intel推出Multibus，1983年扩展为带宽达40MB/S的Multibus。 1978年Prolog设计简单的STD总线广泛用于小型嵌入式系统。 1981年Motorola推出的VME_Bus则与Multibus瓜分高端市场。 目前在工业控制领域，嵌入式PC、PC104、CPCI（Compact PCI）总线已广泛应用到工业控制领域。,2019/1/12,36,嵌入式系统开始走向
16、繁荣,单片机、DSP出现 随着微电子工艺水平的提高, 集成电路设计制造商开始把嵌入式应用所需要的微处理器、I/O接口、A/D、D/A转换、串行接口以及RAM、ROM通通集成到一个VLSI中, 制造出面向I/O设计的微控制器，就是我们俗称的单片机。 专门用于高速实时信号处理的数字信号处理器DSP。,2019/1/12,37,嵌入式系统开始走向繁荣,软件技术的进步使嵌入式系统日臻完善 在微处理器出现的初期，为了保障嵌入式软件的时间、空间效率，软件只能用汇编语言编写。 由于微电子技术的进步，对软件的时空效率的要求不再那么苛刻了，嵌入式计算机的软件开始使用PL/M、C等高级语言。 对于复杂的嵌入式系统来说除了需要高级语言开发工具外，还需要嵌入式操作系统的支持。,为什么需要操作系统？,1)让应用程序脱离硬件，这样应用程序的移植性会更好； 2)操作系统为复杂的系统提供管理机制。,2019/1/12,38,嵌入式系统开始走向繁荣,80年代初开始出现了
