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天大嵌入式系统课程介绍

课件内容概览基础知识什么是嵌入式系统？嵌入式系统的特点嵌入式系统的分类嵌入式系统的应用领域系统开发嵌入式系统开发挑战嵌入式系统开发流程嵌入式硬件组成嵌入式操作系统软件工程嵌入式软件开发嵌入式系统编程语言嵌入式系统开发工具

什么是嵌入式系统？嵌入式系统是指专门为特定应用而设计的计算机系统，通常由硬件和软件组成，并与外部环境交互。它与通用计算机相比，具有更强的实时性、可靠性、安全性，以及更低的成本和功耗。

嵌入式系统的特点体积小巧嵌入式系统通常体积小巧，可以嵌入到各种设备中，例如手机、汽车、家电等。低功耗嵌入式系统通常需要在有限的电源下运行，因此需要采用低功耗的设计和技术。高可靠性嵌入式系统通常需要在恶劣的环境下可靠地运行，例如高温、高湿、振动等。实时性嵌入式系统通常需要在特定的时间内响应事件，例如控制设备的运动、处理传感器数据等。

嵌入式系统的分类1微控制器(MCU)系统用于控制简单设备，例如家用电器和汽车。2微处理器(MPU)系统用于执行更复杂的计算任务，例如智能手机和笔记本电脑。3数字信号处理器(DSP)系统专门用于处理音频、视频和其他信号。4系统级芯片(SoC)系统将多个组件集成在一个芯片上，用于构建高性能、低功耗的设备。

嵌入式系统的应用领域消费电子智能手机、平板电脑、智能手表等。汽车电子汽车导航系统、安全气囊、发动机控制系统等。工业自动化机器人、数控机床、自动化生产线等。医疗设备医疗影像设备、生命体征监测仪、医疗机器人等。

嵌入式系统开发挑战嵌入式系统通常涉及硬件和软件的紧密耦合，这使得开发变得更加复杂。嵌入式系统通常具有严格的性能和实时性要求，需要开发人员进行精细的优化和调试。嵌入式系统开发通常面临着资源受限的挑战，例如内存、存储空间和处理能力有限。

嵌入式系统开发流程需求分析确定系统功能，性能，资源需求。系统设计硬件，软件架构，功能模块设计。代码实现编写嵌入式软件代码，驱动程序。测试验证功能，性能，可靠性测试。系统集成将硬件，软件，驱动整合。部署与维护部署到目标平台，持续维护更新。

嵌入式硬件组成微控制器(MCU)嵌入式系统的核心，负责处理控制和数据操作。存储器存储程序和数据，分为闪存(Flash)、SRAM和DRAM。外设传感器、显示器、通信模块等，扩展嵌入式系统的功能。

嵌入式操作系统实时性嵌入式系统通常需要实时响应事件，操作系统必须提供高效的调度和资源管理机制。内存管理嵌入式系统通常运行在资源受限的环境中，操作系统需要有效管理内存资源，确保系统稳定运行。任务管理操作系统负责管理和调度多个应用程序的任务，确保不同任务之间能够协调工作。

嵌入式软件开发驱动程序为嵌入式硬件组件提供软件接口，使它们能够与操作系统和应用程序交互。中间件提供应用程序和硬件之间的抽象层，简化应用程序开发，并提高代码的可移植性。应用程序针对特定嵌入式设备的功能，提供用户界面或实现特定任务。

嵌入式系统编程语言C语言广泛用于嵌入式系统，因为它的效率高，控制能力强，并且有丰富的库和工具。C++语言提供面向对象编程的功能，可以提高代码的可重用性和可维护性，适用于更复杂的任务。汇编语言直接控制硬件，可以优化性能，但代码复杂难懂，通常只用于关键部分的优化。

嵌入式系统开发工具集成开发环境(IDE)例如：Keil、IAR、Eclipse等，提供代码编辑、编译、调试等功能，简化开发流程。仿真器模拟目标硬件环境，帮助开发人员进行代码测试和调试，避免实际硬件的损坏。调试器用于在目标硬件上调试程序，例如：JTAG调试器，通过连接目标硬件，观察程序运行状态。

传感器与驱动器传感器传感器是将物理量转换为电信号的器件，例如温度传感器、压力传感器、光传感器等。驱动器驱动器是将电信号转换为物理量输出的器件，例如电机驱动器、LED驱动器、继电器驱动器等。作用传感器和驱动器是嵌入式系统中必不可少的组件，它们负责采集外部环境信息并控制执行器，实现系统与外界环境的交互。

数字电路设计逻辑门数字电路的基本单元，实现逻辑运算集成电路将多个逻辑门集成到一个芯片上，实现更复杂的功能电路板将多个集成电路和其它电子元件连接在一起，构成完整的数字系统

模拟电路设计模拟信号处理模拟电路设计处理连续信号，例如电压和电流，用于各种应用，例如传感器接口、音频放大和电源管理。关键组件模拟电路使用各种元件，例如电阻器、电容器、电感器、晶体管和运算放大器，来实现所需的电路功能。

电源管理电路1电源转换将外部电源转换为嵌入式系统所需的电压和电流。2电源管理控制电源分配，确保系统稳定运行，并提高能效。3电源监控监测电源电压和电流，并提供过压、欠压、过电流等保护功能。

通信协议协议定义通信协议定义了数据交换的规则和格式，确保数据传输的准确性和可靠性。常见协议