嵌入式系統(tǒng)原理與開發(fā)(第二版)第1章嵌入式系統(tǒng)概述

嵌入式系統(tǒng)原理與開發(fā)掌握嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的核心技術(shù)，開創(chuàng)智能硬件新未來。什么是嵌入式系統(tǒng)？智能家居一種典型的應(yīng)用場景醫(yī)療設(shè)備可以安全可靠，滿足特別需求工業(yè)自動化可以提高效率，減少出錯移動設(shè)備提供更好的用戶體驗嵌入式系統(tǒng)的特點及應(yīng)用場景1實時性要求高像自動停車、防盜監(jiān)測等系統(tǒng)，需要不間斷的監(jiān)視，對實時性有很高要求。2資源受限制一般具有內(nèi)置存儲器、處理器等硬件資源較少，還受限于用戶環(huán)境和功耗等。3應(yīng)用場景復(fù)雜覆蓋了醫(yī)療電子、智能卡片、車載娛樂等廣泛領(lǐng)域。嵌入式系統(tǒng)與傳統(tǒng)計算機(jī)的區(qū)別應(yīng)用不同傳統(tǒng)計算機(jī)面向通用計算，而嵌入式系統(tǒng)針對特定應(yīng)用場景。資源限制嵌入式系統(tǒng)硬件資源有限，無法實現(xiàn)在通用計算機(jī)上實現(xiàn)的大規(guī)模數(shù)據(jù)處理。交互界面差異嵌入式系統(tǒng)無法使用復(fù)雜的鍵盤、鼠標(biāo)等交互方式，一般通過一些簡單的按鈕，LED指示燈等外設(shè)進(jìn)行交互。系統(tǒng)構(gòu)架不同嵌入式系統(tǒng)更加注重功率、面積和可靠性，要求交付時間更短，而傳統(tǒng)計算機(jī)對性能要求更高。嵌入式系統(tǒng)的硬件架構(gòu)概述嵌入式系統(tǒng)典型的硬件組成處理器、存儲、I/O等處理器RISC、CISC等存儲器ROM、RAM等I/O(in/out)串口、并口等嵌入式系統(tǒng)的軟件架構(gòu)概述內(nèi)核訪問硬件資源和調(diào)度進(jìn)程API應(yīng)用程序接口，提供各種驅(qū)動等接口應(yīng)用軟件根據(jù)具體應(yīng)用而產(chǎn)生，交互界面不同嵌入式開發(fā)過程及流程1需求分析明確具體需求，為系統(tǒng)設(shè)計打基礎(chǔ)。2系統(tǒng)設(shè)計對系統(tǒng)進(jìn)行具體的設(shè)計，從而實現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)的功能。3編碼實現(xiàn)按照設(shè)計方案實現(xiàn)代碼及測試。嵌入式系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境介紹物理環(huán)境指的是芯片，嵌入式設(shè)備和仿真器等物體。軟件環(huán)境包括操作系統(tǒng)、編譯器等工具。測試環(huán)境包括功能測試，性能測試，系統(tǒng)測試等。版本管理通過版本化控制，方便代碼的管理，維護(hù)和修改。嵌入式系統(tǒng)中常用的編程語言C/C++高效清晰Python生態(tài)優(yōu)勢Java面向?qū)ο缶幊糖度胧较到y(tǒng)中常用的處理器架構(gòu)單片機(jī)體系結(jié)構(gòu)、微處理器系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)、數(shù)字信號處理器系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)、嵌入式局域網(wǎng)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)。嵌入式系統(tǒng)中常用的外設(shè)及其使用1LED、LCD輸出設(shè)備，常用于狀態(tài)指示、顯示2按鍵、觸摸屏輸入設(shè)備，常用于數(shù)據(jù)輸入、命令控制3鍵盤、鼠標(biāo)PC機(jī)上的常規(guī)輸入設(shè)備，在嵌入式系統(tǒng)中使用相對較少。嵌入式系統(tǒng)中的時鐘和定時器使用定時器可以更好地實現(xiàn)定時和計數(shù)等操作。嵌入式系統(tǒng)中的中斷和異常處理中斷指的是外部信號的中斷，中斷處理器可以及時響應(yīng)中斷請求，尋找中斷服務(wù)狀態(tài)進(jìn)行處理。異常則是CPU自身產(chǎn)生的異常，如除零、地址越界等錯誤。嵌入式系統(tǒng)中的存儲器及其使用ROM只讀存儲器，存儲程序代碼、常量等。RAM隨機(jī)存儲器，臨時存儲變量、數(shù)據(jù)等。閃存可以簡單的理解為一種特殊型的EEPROM，一般用于存儲數(shù)據(jù)。嵌入式系統(tǒng)的電源管理電源管理是嵌入式系統(tǒng)設(shè)計中的關(guān)鍵問題，需要關(guān)注功耗、續(xù)航能力、供電電壓等因素。嵌入式系統(tǒng)的調(diào)試方法及工具仿真器、邏輯分析儀、示波器、編譯調(diào)試器等工具支持在線調(diào)試和offline調(diào)試。嵌入式系統(tǒng)中的通信接口及其使用1串口適用于短距離，低速傳輸。2并口并行傳輸，適合高速傳輸和距離較遠(yuǎn)的應(yīng)用場景。3USB通用串行總線，支持高速、熱插拔等特性，傳輸速度較快。嵌入式系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)處理以及常用算法數(shù)據(jù)處理針對底層嵌入式應(yīng)用，如圖像處理、音頻處理等。常用算法包括卷積、濾波、FFT變換等。嵌入式系統(tǒng)的資源利用和性能優(yōu)化可通過換用更高效、更節(jié)能的處理器、優(yōu)化編程代碼等方式，提高嵌入式系統(tǒng)的性能。嵌入式系統(tǒng)的安全與可靠性應(yīng)注重硬件、軟件安全性問題，如密碼保護(hù)、數(shù)據(jù)加密、訪問控制等。嵌入式系統(tǒng)