北航《嵌入式系統(tǒng)》課件-第三章

北航《嵌入式系統(tǒng)》課件-第三章目錄contents嵌入式系統(tǒng)概述嵌入式系統(tǒng)的硬件組成嵌入式系統(tǒng)的軟件組成嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)流程嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例嵌入式系統(tǒng)概述01123嵌入式系統(tǒng)是一種專(zhuān)用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，主要用于控制、監(jiān)視或幫助操作機(jī)器設(shè)備。它通常嵌入到非計(jì)算機(jī)的設(shè)備中，作為設(shè)備的控制核心，具有高度的專(zhuān)業(yè)化和針對(duì)性。嵌入式系統(tǒng)與通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)不同，它沒(méi)有像鍵盤(pán)、顯示器等通用接口，而是通過(guò)與其他設(shè)備通信來(lái)交換數(shù)據(jù)和控制指令。嵌入式系統(tǒng)的定義嵌入式系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)控制系統(tǒng)中，如自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)、機(jī)器人等。工業(yè)控制智能家居醫(yī)療設(shè)備交通工具嵌入式系統(tǒng)可以用于智能家居設(shè)備，如智能燈泡、智能插座等。嵌入式系統(tǒng)在醫(yī)療設(shè)備中也有廣泛應(yīng)用，如監(jiān)護(hù)儀、呼吸機(jī)等。汽車(chē)、飛機(jī)等交通工具中都使用了大量的嵌入式系統(tǒng)，用于控制和監(jiān)測(cè)車(chē)輛的運(yùn)行狀態(tài)。嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域隨著物聯(lián)網(wǎng)和智能設(shè)備的普及，嵌入式系統(tǒng)的功耗越來(lái)越受到關(guān)注，低功耗設(shè)計(jì)成為發(fā)展趨勢(shì)。低功耗嵌入式系統(tǒng)將越來(lái)越多地集成人工智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)更智能化的控制和監(jiān)測(cè)。人工智能嵌入式系統(tǒng)將與云計(jì)算技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，提高系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和可靠性。云計(jì)算嵌入式系統(tǒng)將與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的互聯(lián)互通和協(xié)同工作。物聯(lián)網(wǎng)嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)嵌入式系統(tǒng)的硬件組成02嵌入式處理器01嵌入式處理器是嵌入式系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)控制和協(xié)調(diào)系統(tǒng)各個(gè)部分的工作。02根據(jù)應(yīng)用需求選擇合適的嵌入式處理器，需要考慮處理器的性能、功耗、成本等因素。ARM、MIPS、PowerPC等是常見(jiàn)的嵌入式處理器架構(gòu)。03存儲(chǔ)器是嵌入式系統(tǒng)中用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和程序的硬件設(shè)備。存儲(chǔ)器分為只讀存儲(chǔ)器（ROM）、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）和閃存（FlashMemory）等類(lèi)型。存儲(chǔ)器的容量和速度對(duì)嵌入式系統(tǒng)的性能和功能有重要影響。存儲(chǔ)器03輸入輸出設(shè)備的選擇需要根據(jù)具體應(yīng)用需求進(jìn)行考慮。01輸入輸出設(shè)備是嵌入式系統(tǒng)中用于與外部環(huán)境進(jìn)行交互的硬件設(shè)備。02常見(jiàn)的輸入輸出設(shè)備包括觸摸屏、鍵盤(pán)、顯示器、傳感器等。輸入輸出設(shè)備電源模塊是嵌入式系統(tǒng)中用于提供電能的硬件設(shè)備。根據(jù)系統(tǒng)需求選擇合適的電源，需要考慮電源的效率、可靠性、體積和重量等因素。開(kāi)關(guān)電源、線(xiàn)性電源、電池等是常見(jiàn)的電源模塊類(lèi)型。電源模塊嵌入式系統(tǒng)的軟件組成03嵌入式操作系統(tǒng)能夠提供實(shí)時(shí)響應(yīng)，確保系統(tǒng)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成特定任務(wù)。實(shí)時(shí)性嵌入式操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)管理硬件資源，如處理器、內(nèi)存、存儲(chǔ)器和外設(shè)接口等，提供高效的資源分配和調(diào)度。資源管理嵌入式操作系統(tǒng)具有任務(wù)調(diào)度功能，根據(jù)優(yōu)先級(jí)、時(shí)間片輪轉(zhuǎn)等策略，合理分配處理器時(shí)間給各個(gè)任務(wù)。任務(wù)調(diào)度嵌入式操作系統(tǒng)具備內(nèi)存管理機(jī)制，包括內(nèi)存分配、回收、內(nèi)存保護(hù)和內(nèi)存映射等功能。內(nèi)存管理嵌入式操作系統(tǒng)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（IDE）提供代碼編輯、編譯、調(diào)試和測(cè)試等功能的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。編譯器和匯編器用于將高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)的程序轉(zhuǎn)換成機(jī)器碼或匯編語(yǔ)言的編譯器和匯編器。調(diào)試器用于在嵌入式系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)檢查程序狀態(tài)、變量值和內(nèi)存信息的調(diào)試工具。仿真器和模擬器用于模擬嵌入式系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境，便于開(kāi)發(fā)和測(cè)試的仿真器和模擬器。嵌入式軟件開(kāi)發(fā)工具直接與硬件交互，實(shí)現(xiàn)特定功能的底層應(yīng)用程序。系統(tǒng)應(yīng)用程序面向用戶(hù)的上層應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)特定的業(yè)務(wù)邏輯和功能。用戶(hù)應(yīng)用程序支持網(wǎng)絡(luò)通信的嵌入式應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ堋＞W(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序處理音頻、視頻等多媒體數(shù)據(jù)的嵌入式應(yīng)用程序，用于娛樂(lè)、教育等領(lǐng)域。多媒體應(yīng)用程序嵌入式應(yīng)用程序嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)流程04需求調(diào)研通過(guò)與用戶(hù)溝通，了解系統(tǒng)的功能、性能、成本等需求。功能分解將系統(tǒng)需求分解成具體的功能模塊，明確各模塊的輸入、輸出和功能要求。需求規(guī)格說(shuō)明編寫(xiě)需求規(guī)格說(shuō)明書(shū)，明確系統(tǒng)需求，作為后續(xù)開(kāi)發(fā)的依據(jù)。系統(tǒng)需求分析根據(jù)需求規(guī)格說(shuō)明書(shū)，進(jìn)行系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)，確定系統(tǒng)的主要模塊和接口?？傮w設(shè)計(jì)對(duì)每個(gè)功能模塊進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，包括算法、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、接口等設(shè)計(jì)。詳細(xì)設(shè)計(jì)考慮軟硬件之間的協(xié)同工作，確保系統(tǒng)整體性能最優(yōu)。軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)編碼實(shí)現(xiàn)根據(jù)設(shè)計(jì)文檔，編寫(xiě)代碼實(shí)現(xiàn)各功能模塊。單元測(cè)試對(duì)每個(gè)模塊進(jìn)行單元測(cè)試，確保模塊功能正確。系統(tǒng)集成與測(cè)試將各模塊集成在一起，進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)測(cè)試，確保系統(tǒng)整體功能和性能滿(mǎn)足要求。版本控制對(duì)代碼進(jìn)行版本控制，便于維護(hù)和升級(jí)。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與測(cè)試嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例05

智能家居系統(tǒng)智能家居系統(tǒng)是嵌入式系統(tǒng)的重要應(yīng)用領(lǐng)域之一，通過(guò)將嵌入式系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用于家居設(shè)備中，實(shí)現(xiàn)家居設(shè)備的智能化控制和管理。智能家居系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制、遠(yuǎn)程監(jiān)控、語(yǔ)音識(shí)別等功能，提高家居生活的便利性和舒適性。常見(jiàn)的智能家居系統(tǒng)應(yīng)用包括智能照明、智能安防、智能環(huán)境監(jiān)測(cè)等。工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)是嵌入式系統(tǒng)的另一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域，通過(guò)將嵌入式系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化和智能化。工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)可以提高生產(chǎn)效率、降低能耗、減少人工干預(yù)，提高工業(yè)生產(chǎn)的可靠性和安全性。常見(jiàn)的工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)應(yīng)用包括機(jī)器人控制、自動(dòng)化流水線(xiàn)、智能儀表等。工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)醫(yī)療電子設(shè)備可以提高醫(yī)療診斷和治療的準(zhǔn)確性和效率，提高醫(yī)療服務(wù)