大工13春《嵌入式原理与开发》辅导资料一
大工13春《嵌入式原理与开发》辅导资料一主 题：第一章嵌入式系统概况（第1—2节）
学习时间：2013年3月30日－4月7日
内 容：
第一章嵌入式系统概况
这周我们将学习第六章中的第1—2节，这部分重点介绍嵌入式系统的概述和嵌入式技术的应用领域及发展趋势，下面整理出的理念框架供同学们学习。
嵌入式系统的概述
1、嵌入式系统的定义
（1）、嵌入式系统是将硬件系统和软件系统结合起来构成的一个专门的装置。
（2）、可以完成一些特定的功能和任务，能够在没有人工干预的情况下独立地进行实时监测和控制。
（3）、由于被嵌入对象的体系结构、应用环境不同，所以各个嵌入式系统存在各种不同的结构组成。
2、国内较权威机构对嵌入式系统的定义，也就是一般定义：
以应用为中心，以计算机技术为基础，软件、硬件可裁减，功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。
3、嵌入式系统本身是一个相对模糊的定义，举一些例子来说明一下：
例如：MP3、MP4数码相机、机顶盒、媒体播放器和一个PC104小型工控机都可以认为是嵌入式系统。
总之，嵌入式系统采用“量体裁衣”的方式把所需的功能嵌入到各种应用系统中。
4、IEEE定义
IEEE(国际电气和电子工程师协会)定义：
Devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants.
嵌入式系统是“用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置”。
此定义是从工业控制领域考虑的，嵌入式系统是软件和硬件的综合体，还可以涵盖机电等附属装置。
嵌入式系统的发展(1)
嵌入式系统已有近40年的历史，它是以硬件和软件交替双螺旋式发展的。
A、1971年第一款微处理器是Intel的4004
B、20世纪80年代初，Intel研制成功了MCS8051系列单片机。
C、1981年世界上第一个商业嵌入式实时内核（VTRX32）诞生（包含许多操作系统的特征，如任务管理、任务间通信、同步与互斥、中断支持、内存管理等功能。）
6、嵌入式系统的发展(2)
80年代初，微处理器(CPU) 及微控制器(MCU) 各自已发展为一个庞大的家族。
微处理器(CPU)
以Intel公司x86为主流的应用于个人计算机PC的微处理器格局已形成。
微控制器(MCU)
极大的促进了控制领域的发展，极大的提高了系统的可控性和智能化。
7、嵌入式系统的特点
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的产物，这一点就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的只是集成系统。嵌入式系统的重要特征主要包括以下几个方面。
、功耗低、体积小、具有专用性
嵌入式微处理器与通用型微处理器的最大不同就是嵌入式微处理器通常工作在为特定用户群设计的系统中，它通常都具有低功耗、体积小、集成度高的特点。嵌入式系统的个性化很强，其中的软件系统和硬件的集合是非常紧密的，一般要针对不同的硬件情况来进行软件系统的设计。一个嵌入式系统通常只能重复执行一个特定的功能，例如一台数码相机永远是数码相机。
、实时性强、系统内核小
有些嵌入式系统的系统软件和应用软件没有明显的区分，不要求其功能设计及实现上过于复杂，这样一方面有利于控制系统的成本，同时也有利于实现系统的安全。这是嵌入式软件的基本要求，而且软件要求固态存储，以提高转速。软件代码要求高质量和高可靠性、实时性。要实时的计算结果不能延迟。由于嵌入式系统一般是应用于小型电子装置，并且系统资源相对有限的场合，所以其系统内核小。
、创新性和高可靠性
嵌入式系统和具体应用有机结合在一起，它的升级换代也是和具体的产品同步进行的，因此嵌入式系统产品一旦进入市场，应该具有较长的生命周期。
、高效率的设计
由于成本、体积和功耗有严格的要求，使得嵌入式系统资源有限，因此对嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率的设计，量体裁衣、去除冗余，力争在有限的资源上实现更高的性能。
（5）、需要开发环境和调试工具
由于嵌入式系统本身不具有自助开发能力，即使设计完成后，用户通常也是不能对其中的程序功能进行修改，必须有一套开发工具盒环境进行开发。
嵌入式系统的应用领域及发展趋势
1、嵌入式系统的现状
A、嵌入式技术的现状(1)
随着信息化、智能化、网络化的发展，嵌入式技术也将获得广阔和发展空间。4至5年后嵌入式智能工具将是PC和Internet网络之后最伟大的发明。
---美国著名学者尼葛洛庞帝
1999年1月访华时。
B、嵌入式技术的现状(2)
在硬件方面：
市场上各大公司生产的各种微处理器芯片,以及各种配套的开发工具包。嵌入式底层系统和硬件平台已经相对比较成熟，实现各种功能的芯片应有尽有。
在软件方面:
国外的嵌入式操作系统有Windows CE、Linux、ucOS、VxWorks等。我国自主开发的嵌入式系统软件产品，如科银京城(CoreTek)公司的eltaSystem开发平台，中科院推出的Hopen嵌入式操作系统。
C、物联网给嵌入式带了新机遇
D、嵌入式是物联网最核心的技术之一
E、国家经济社会和科技发展的重大需求
中国《创新2050：科技革命与中国的未来》八大经济社会基础和战略体系之一
--无处不在的信息感知(任何人，任何时间，任何地方，任何物的互联、互感、互知)
F、优先发展的重点建设领域
物联网技术与工程
（1）、优先发展的7个研究方向
（2）、信息物理系统
（3）、物联网拓扑结构基础研究
（4）、计算动态系统理论
（5）、传感网与嵌入式技术
（6）、物联网与智能交通
（7）、物联网信息支撑与决策
（8）、多源信息融合技术
H、结论
事实上，嵌入式技术无外不在，计算机应用技术也开始进入一个被称为后PC技术的春天。
嵌入式系统的发展趋势
A、小型化 （笔记本、PDA）人们携带方便；
B、可靠性 （汽车VCD，跳动问题);
C、稳定性能够在一般环境条件下或者是苛刻的环境条件下运行；
D、高速度 （飞机刹车系统）
E、实时性能够迅速地完成数据计算或数据传输；
F、智能性 （知识推理、模糊查询、识别、感知运动）
G、实用性使人们用起来更习惯，对人们更有使价值。
未来的发展趋势
A、支持开发的工具和操作系统
B、联网成为必然趋势
C、精简系统内核、算法，设备实现小尺寸、微功耗和低成本
D、提供精巧的多媒体人机界面
1、支持开发的工具和操作系统
（1）、软件系统开发工具和软件包
（2）、采用实时多任务编程技术
（3）、交叉开发工具技术
（4）、简化应用程序设计
（5）、保障软件质量
（6）、缩短开发周期
2、网络成为必然趋势
（1）、 为适应嵌入式分布处理结构和应用的网络需求，通常配备一种或多种网络通信接口。例如：家用电器相互关联(如防盗报警、灯光能源控制、影视设备和信息终端交换信息)、实验现场仪器的协调工作等。
（2）、网络通讯接口：
IEEE1394、USB、CAN、RS232/RS485、
Bluetooth、IrDA；
以太网(TCP/IP协议)、802.11x、Zigbee等。
3、高效的操作系统与算法
设备实现小尺寸、低功耗和低成本--精简系统内核、算法，上述这几个将对硬件和软件都有要求：
硬件方面：要求嵌入式产品设计者相应降低处理器的性能，限制内存容量和复用接口芯片
软件方面：这就相应提高了对嵌入式软件设计技术要求。
提供精巧的多媒体人机界面
（1）、嵌入式设备之所以为亿万用户乐于接受，重要因素之一，友好的人机交互界面。
（2）、人们与信息终端交互要求以GUI屏幕（彩色LCD屏、触摸屏）为中心的多媒体界面。
（3）、目前：手写文字输入、语音拨号上网、收发电子邮件以及彩色图形、图像已取得初步成效。
（4）、未来：人体行为感知、多元输入方式、多维触点等。
嵌入式系统应用在工业控制、交通管理、信息家电、家庭只能管理系统、网络及电子商务、环境监测和机器人等方面。具体的这些可以查一下资料了解一下。
习题
嵌入式系统的定义是什么？
一、（1）、嵌入式系统是将硬件系统和软件系统结合起来构成的一个专门的装置。
（2）、可以完成一些特定的功能和任务，能够在没有人工干预的情况下独立地进行实时监测和控制。
（3）、由于被嵌入对象的体系结构、应用环境不同，所以各个嵌入式系统存在各种不同的结构组成。
二、国内较权威机构对嵌入式系统的定义，也就是一般定义：
以应用为中心，以计算机技术为基础，软件、硬件可裁减，功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。
三、IEEE定义
嵌入式系统是“用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置”。
嵌入式系统的特点有哪些？
功耗低、体积小、具有专用性
实时性强、系统内核小
创新性和高可靠性
高效率的设计
需要开发环境和调试工具
嵌入式系统的发展趋势？
A、小型化 （笔记本、PDA）人们携带方便；
B、可靠性 （汽车VCD，跳动问题);
C、稳定性能够在一般环境条件下或者是苛刻的环境条件下运行；
D、高速度 （飞机刹车系统）
E、实时性能够迅速地完成数据计算或数据传输；
F、智能性 （知识推理、模糊查询、识别、感知运动）
G、实用性使人们用起来更习惯，对人们更有使价值。
未来的发展趋势：
A、支持开发的工具和操作系统
B、联网成为必然趋势
C、精简系统内核、算法，设备实现小尺寸、微功耗和低成本
D、提供精巧的多媒体人机界面
4、嵌入式系统一般应用于那些领域
嵌入式系统应用在工业控制、交通管理、信息家电、家庭只能管理系统、网络及电子商务、环境监测和机器人等方面
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