（完整word版）嵌入式系统设计与应用

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嵌入式系统设计与应用

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课程名称：课程名称：嵌入式系统设计与应用

总学时：其中讲课36学时，上机实践环节12 36学时 12学时总学时：其中讲课36学时，上机实践环节12学时教材：嵌入式系统设计教程》教材：《嵌入式系统设计教程》电子工业出版社马洪连参考书：参考书： 1、《嵌入式系统开发与应用》北航出版社、田泽编著. 嵌入式系统开发与应用》北航出版社、田泽编著. 2、《ARM体系结构与编程》清华大学出版社杜春雷编著 ARM体系结构与编程体系结构与编程》嵌入式系统设计与实例开发—ARM ARM与 C/OS3、《嵌入式系统设计与实例开发 ARM与μC/OS-Ⅱ》清华大学出版社王田苗、魏洪兴编著清华大学出版社王田苗、 ARM嵌入式微处理器体系结构嵌入式微处理器体系结构》 4、《ARM嵌入式微处理器体系结构》北航出版社、马忠梅等著. 北航出版社、马忠梅等著. 张石． ARM嵌入式系统教程嵌入式系统教程》 5、张石．《ARM嵌入式系统教程》．机械工业出版 2008年社．2008年9月 1

课程内容

绪论：绪论： 1）学习嵌入式系统的意义 2）高校人才嵌入式培养情况嵌入式系统设计（实验课） 3）嵌入式系统设计（实验课）内容安排第1章嵌入式系统概况

1.1 嵌入式系统的定义 1.2 嵌入式系统的应用领域及发展趋势 1.3 嵌入式系统组成简介

第2章嵌入式系统的基本知识

2.1 2.2 2.3 嵌入式系统的硬件基础嵌入式系统的软件基础 ARM微处理器的指令系统和程序设计 ARM微处理器的指令系统和程序设计 2

第3章 3.1 3.2 3.3

基于ARM架构的嵌入式微处理器基于ARM架构的嵌入式微处理器 ARM

概述嵌入式微处理器的组成常用的三种ARM ARM微处理器介绍常用的三种ARM微处理器介绍第4章

4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 嵌入式系统设计

概述嵌入式系统的硬件设计嵌入式系统接口设计嵌入式系统人机交互设备接口嵌入式系统的总线接口和网络接口设计嵌入式系统中常用的无线通信技术 3

第5章嵌入式系统开发环境与相关开发技术

5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 6.1 6.2 6.3 6.4 概述嵌入式系统的开发工具嵌入式系统调试技术嵌入式系统开发经验嵌入式系统的Bootloader Bootloader技术嵌入式系统的Bootloader技术 μC/OS-II操作系统概述 C/OS-II操作系统概述 ADS开发环境 ARM ADS开发环境 C/OS-II操作系统在ARM系统中的移植操作系统在ARM μC/OS-II操作系统在ARM系统

中的移植基于μC/OS-II操作系统的应用开发基于μC/OS-II操作系统的应用开发嵌入式μC/OS-II操作系统及应用第6章# 嵌入式μC/OS-II操作系统及应用 4

嵌入式Linux Linux操作系统及应用第7章嵌入式Linux操作系统及应用

嵌入式Linux Linux操作系统概述 7.1 嵌入式Linux操作系统概述嵌入式Linux Linux操作系统的开发工具 7.2 嵌入式Linux操作系统的开发工具 7.3 嵌入式Linux操作系统的内核编译及驱动嵌入式Linux操作系统的内核编译及驱动 Linux 程序的开发嵌入式Linux Linux操作系统的应用开发 7.4 嵌入式Linux操作系统的应用开发

CE操作系统的应用与开发第8章 Windows CE操作系统的应用与开发 CE操作系统概述 8.1 Windows CE操作系统概述 CE操作系统的开发工具 8.2 Windows CE操作系统的开发工具 CE操作系统内核编译及驱动程 8.3 Windows CE操作系统内核编译及驱动程序的开发基于Windows CE操作系统的应用开发 8.4 基于Windows CE操作系统的应用开发第9章开发应用实例 5

1）学习嵌入式系统的意义

市场需求－嵌入式开创了电子新纪元，采用嵌入式技市场需求－嵌入式开创了电子新纪元，采用嵌入式技开创了电子新纪元嵌入式术的微处理器应用于各类电子产品中。术的微处理器应用于各类电子产品中。目前每一分钟全世界就有10块以上的基于ARM的微处理器芯片被买走， 10块以上的基于ARM的微处理器芯片被买走世界就有10块以上的基于ARM的微处理器芯片被买走，每卖出一部装有ARM芯片的手机，ARM公司能获利 ARM芯片的手机公司能获利1 每卖出一部装有ARM芯片的手机，ARM公司能获利1元人民币，这样每年坐收2亿美金，该公司不到800 800人民币，这样每年坐收2亿美金，该公司不到800人。企业人才需求－软硬件设计人才，应用开发人才，综合企业人才需求－软硬件设计人才，应用开发人才，性人才，……。性人才，……。技术发展趋势要求－技术发展趋势要求－8位、16位、32位，实时操作系统 16位 32位 ARM的嵌入式微处理器兼具有32位的计算和16位的低 ARM的嵌入式微处理器兼具有32位的计算和16位的低的嵌入式微处理器兼具有32位的计算和16 功耗能力。处理器的内核向设计商开放，功耗能力。处理器的内核向设计商开放，避免了商业不信任和安全隐患，ARM微处理器开发工具比较成熟微处理器开发工具比较成熟，信任和安全隐患，ARM微处理器开发工具比较成熟，技 6 术力量相对薄弱的中国研发者容易上手。术力量相对薄弱的中国研发者容易上手。

2）开展嵌入式系统教学的必要性由于诸多原因，由于诸多原因，我国计算机行业在过去未能赶上世界范围技术发展的前几次机遇。能赶上世界范围技术发展的前几次机遇。当我们意识到应组织发展本国计算机产业时，们意识到应组织发展本国计算机产业时，微软已在PC软件上处于世界垄断地位， PC软件上处于世界垄断地位已在PC软件上处于世界垄断地位，我们只得在软件汉化等“小范围“徘徊，软件汉化等“小范围“徘徊，对计算机系统软件虽偶有出击，但总难突重围。21世纪之初，件虽偶有出击，但总难突重围。21世纪之初，世纪之初微软王国已从登峰造极走向地位下滑的后PC PC时微软王国已从登峰造极走向地位下滑的后PC时 PC时代是一个嵌入式系统的网络时代，时代是一个嵌入式系统的网络时代代。后PC时代是一个嵌入式系统的网络时代，嵌入式技术将主宰后PC时代。由于其应用广， PC时代嵌入式技术将主宰后PC时代。由于其应用广，领域特色突出，谁也无力独霸这一市场。领域特色突出，谁也无力独霸这一市场。互联网技术在世界范围的扩展和中国通信事业的高速发展，速发展，已为我国开发嵌入式产品造就了广大 7 市场。市场。

因此，因此，我国信息产业的相关人员该牢牢抓住这一大好机遇，找准发展点，这一大好机遇，找准发展点，在新一轮嵌入式技术上，下大力冲刺一番，定能使我国IT IT技术迈上术上，下大力冲刺一番，定能使我国IT技术迈上一个台阶。总之，目前嵌入式技术是中国IT IT发展一个台阶。总之，目前嵌入式技术是中国IT发展的最难得的机遇。的最难得的机遇。人才奇缺! 人才奇缺! 8

3）高校人才嵌入式培养情况

人才培养：专业、课程设置、师资落后、人才培养：专业、课程设置、师资落后、设备不先进；先进；嵌入式系统：嵌入式系统：没有专门的嵌入式系统专业或课程体系计算机专业：计算机专业：偏软电子、自动化专业：电子、自动化专业：偏硬 9

嵌入式系统教学的特点

综合性：涉及电子、计算机、综合性：涉及电子、计算机、自动控制等诸多专业知识，综合性强，可包括微机原理、专业知识，综合性强，可包括微机原理、单片机设计、操作系统等课程内容。机设计、操作系统等课程内容。嵌入式系统是软件、硬件设计的完美结合。软件、硬件设计的完美结合。基础性：可作为计算机、电工电子、基础性：可作为计算机、电工电子、自动控制等专业的基础平台课实践性：实践性：实验是嵌入式系统教学的重要环节 10

嵌入式系统教学的目标

目标：塑造基础理论与能力相结合的教学模式，目标：塑造基础理论与能力相结合的教学模式，根据学习对象的学习能力、教学目标、根据学习对象的学习能力、教学目标、教学资源等情况整合多层次的教学内容和方法，源等情况整合多层次的教学内容和方法，真正建设和培育自身的嵌入式教学体系和教学能力，建设和培育自身的嵌入式教学体系和教学能力，为企业输送专业水平、为企业输送专业水平、职业技能兼备的优秀人才。原则：开放式的课程设计思路，原则：开放式的课程设计思路，从企业实际用人需求出发，分析现阶段嵌入式相关产业领域、人需求出发，分析现阶段嵌入式相关产业领域、行业人才需求特点及发展趋势；同时，行业人才需求特点及发展趋势；同时，结合院校自身专业特长进行课程设置。校自身专业特长进行课程设置。 11

明确的定位

嵌入式系统课程知识点多，嵌入式系统课程知识点多，让学生在短短 32、48、64课时内完全掌握嵌入式系统的32、48、64课时内完全掌握嵌入式系统设计方法是不现实的目标：通过嵌入式系统的学习，目标：通过嵌入式系统的学习，让学生能够掌握嵌入式系统设计的基本知识和开发方法，达到“入门” 方法，达到“入门” 手段：通过课堂讲解，手段：通过课堂讲解，让学生掌握嵌入式系统基本知识，通过动手实践，系统基本知识，通过动手实践，让学生掌握嵌入式系统设计开发方法 12

嵌入式系统设计（实验课） 5）嵌入式系统设计（实验课）内容安排

三个层次，这三个层次分别是：三个层次，这三个层次分别是：基本知识部分，目的有三： 1）基本知识部分，目的有三：让学生了解（认识）（1）让学生了解（认识）嵌入式软件和硬件的一般开发环境与流程。发环境与流程。让学生熟悉（某一种）（2）让学生熟悉（某一种）嵌入式系统开发工具掌握实验开发工具的操作方法及使用，（3）掌握实验开发工具的操作方法及使用，熟悉软件编程环境，为下二个层次实验做准备。编

程环境，为下二个层次实验做准备。基础技能部分， 2）基础技能部分，目的是让同学掌握基本的嵌入式程序开发，可以根据实验指导书内容进行实验的调试，开发，可以根据实验指导书内容进行实验的调试，能读懂实验源程序。懂实验源程序。综合应用部分， 3）综合应用部分，目的在于综合运用同学在基础技能部 13 分所学，创造性地进行综合应用。分所学，创造性地进行综合应用。

第一章概论嵌入式系统是以应用为中心，嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且在软、硬件方面可进行裁剪，为基础，并且在软、硬件方面可进行裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。有严格要求的专用计算机系统。它一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、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。用户的应用程序等四个部分组成。以信息家电为代表的互联网时代嵌入式产品，以信息家电为代表的互联网时代嵌入式产品，不仅为嵌入式市场展现了美好前景，不仅为嵌入式市场展现了美好前景，注入了新的生命；同时也对嵌入式系统技术，生命；同时也对嵌入式系统技术，特别是软件技术提出新的挑战。这主要包括：术提出新的挑战。这主要包括：支持日趋增长的功能密度、灵活的网络联接、功能密度、灵活的网络联接、轻便的移动应用和多媒体的信息处理，此外，多媒体的信息处理，此外，当然还需对付更加激烈的市场竞争。烈的市场竞争。 14 嵌入式系统的概念

随着计算机技术的飞速发展，随着计算机技术的飞速发展，逐渐形成了计算机系统的两大分支：系统的两大分支：通用计算机系统和嵌入式计算机系统。通用计算机系统的硬件以标准化形态出现，通用计算机系统的硬件以标准化形态出现，它通过安装不同的软件满足各种不同的要求。过安装不同的软件满足各种不同的要求。其典型的产品就是PC PC机品就是PC机。嵌入式计算机系统则是根据具体应用对象，嵌入式计算机系统则是根据具体应用对象，软、硬件采用量体裁衣方式定制的，硬件采用量体裁衣方式定制的，不以一般计算机形态出现的专用计算机系统。出现的专用计算机系统。嵌入式系统的软件固化在硬件系统中，与硬件形成一个不可分割的整体，件系统中，与硬件形成一个不可分割的整体，它所执行的功能也是面向特定的应用，很难通用。其外形、行的功能也是面向特定的应用，很难通用。其外形、尺寸、功能、功耗等都受限于应用对象的设计需求，尺寸、功能、功耗等都受限于应用对象的设计需求， 15 因而不可能有一个标准化的设计。（ P1）。（书因而不可能有一个标准化的设计。（书P1）

在未来的社会中，在未来的社会中，使用嵌入式系统的情况会越来越多。人们可以不接触计算机，会越来越多。人们可以不接触计算机，但是不能不接触嵌入式系统的情况是不存在的。能不接触嵌入式系统的情况是不存在的。嵌入式可能存在于生活的各个角落，式可能存在于生活的各个角落，个人家庭可能就是通过一个嵌入式系统控制中心，就是通过一个嵌入式系统控制中心，管理家电来控制家庭和外界网络的连接，来控制家庭和外界网络的连接，让人们的生活更为方便；出门旅行的时候，更为方便；出门旅行的时候，在旅店的门把手里面安装有电子识别控制系统，里面安装有电子识别控制系统，利用嵌入式系统根据旅客手上的特征，判断是否应该开门；统根据旅客手上的特征，判断是否应该开门；在坐车的时候，汽车电脑可以通过GPS来判断在坐车的时候，汽车电脑可以通过来判断自己的具体位置，自己的具体位置，利用嵌入式智能系统判断应该走哪条路比较方便。该走哪条路比较方便。 16

嵌入式系统的特征

1）功耗低、体积小、具有专用性 2）实时性强、系统内核小

RTOS: Real Time Operating System 实时操作系统 EOS: Embedded Operation System 嵌入式操作系统

3）创新性和高可靠性 4）高效率地设计 5）需要开发环境和调试工具 17

嵌入式系统发展历程 18

1.2 嵌入式系统的应用领域及发展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 19

嵌入式系统应用领域信息家电智能玩具工控设备移动计算智能仪表

现代嵌入式应用通信设备

汽车电子电子商务军用电子 20

典型系统：典型系统：采样控制系统 21

典型系统：典型系统：飞行控制系统响应命令操作系统接口传感信息状态估计空中交通控制导

航虚拟飞机状态估计飞行管理状态估计飞行控制空气数据飞机物理飞机 22