南京工業(yè)大學(xué)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)

南京工業(yè)大學(xué)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)Contents目錄課程概述與目標(biāo)嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)嵌入式處理器與微控制器嵌入式操作系統(tǒng)及編程技術(shù)嵌入式系統(tǒng)通信與接口技術(shù)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)實(shí)踐課程總結(jié)與展望課程概述與目標(biāo)01嵌入式系統(tǒng)定義嵌入式系統(tǒng)是一種以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴(yán)格要求的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。應(yīng)用領(lǐng)域嵌入式系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、交通管理、信息家電、家庭智能管理系統(tǒng)、POS網(wǎng)絡(luò)及電子商務(wù)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、機(jī)器人等領(lǐng)域。嵌入式系統(tǒng)定義及應(yīng)用領(lǐng)域本課程旨在培養(yǎng)學(xué)生掌握嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原理和方法，具備嵌入式系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)能力，了解嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展趨勢(shì)。課程目標(biāo)學(xué)生應(yīng)掌握嵌入式系統(tǒng)的基本概念、硬件組成、軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境和工具，以及嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的流程和方法。同時(shí)，應(yīng)具備一定的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蛣?chuàng)新能力，能夠獨(dú)立完成簡(jiǎn)單的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)項(xiàng)目。要求課程目標(biāo)與要求教學(xué)內(nèi)容本課程主要包括嵌入式系統(tǒng)概述、嵌入式系統(tǒng)硬件平臺(tái)、嵌入式系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)、嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境與工具、嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例等內(nèi)容。教學(xué)安排本課程采用理論授課與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方式，注重理論與實(shí)踐的結(jié)合。通過(guò)案例分析、項(xiàng)目實(shí)踐等方式，提高學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。同時(shí)，邀請(qǐng)企業(yè)工程師進(jìn)行授課和交流，讓學(xué)生了解嵌入式系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用和發(fā)展趨勢(shì)。教學(xué)內(nèi)容與安排嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)02微處理器/微控制器存儲(chǔ)器外設(shè)接口電源管理嵌入式系統(tǒng)硬件組成嵌入式系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)執(zhí)行程序和控制外設(shè)。提供與外部設(shè)備的連接，如UART、SPI、I2C等。用于存儲(chǔ)程序代碼和數(shù)據(jù)，包括RAM、ROM、Flash等。確保系統(tǒng)穩(wěn)定供電，包括電池管理、電壓調(diào)節(jié)等。嵌入式系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)負(fù)責(zé)管理硬件資源、提供API和支持多任務(wù)處理。與硬件直接交互，提供設(shè)備控制和數(shù)據(jù)傳輸功能。實(shí)現(xiàn)特定功能的軟件，如遠(yuǎn)程控制、數(shù)據(jù)采集等。提供通用服務(wù)，如網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)等。操作系統(tǒng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序應(yīng)用程序中間件嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)流程系統(tǒng)設(shè)計(jì)調(diào)試測(cè)試包括硬件和軟件設(shè)計(jì)，確定系統(tǒng)架構(gòu)和模塊劃分。對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試和測(cè)試，確保功能正確、性能穩(wěn)定。需求分析編碼實(shí)現(xiàn)集成部署明確系統(tǒng)功能和性能要求。根據(jù)設(shè)計(jì)文檔編寫(xiě)代碼，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。將系統(tǒng)集成到實(shí)際環(huán)境中，進(jìn)行最終測(cè)試和驗(yàn)證。嵌入式處理器與微控制器03低功耗、高性能，廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子產(chǎn)品和工業(yè)控制領(lǐng)域。ARM處理器高性能、低功耗，常用于網(wǎng)絡(luò)通信和多媒體處理。MIPS處理器高可靠性、高性能，適用于航空航天和汽車(chē)電子等領(lǐng)域。PowerPC處理器專(zhuān)門(mén)用于數(shù)字信號(hào)處理，如音頻、視頻和圖像處理等。DSP處理器常見(jiàn)嵌入式處理器類(lèi)型及特點(diǎn)微控制器是一種集成電路，包含處理器核心、內(nèi)存、外設(shè)接口等，用于控制和管理嵌入式系統(tǒng)中的各種設(shè)備和功能。微控制器基本原理智能家居控制系統(tǒng)、智能儀表、醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)控制等。應(yīng)用實(shí)例微控制器原理及應(yīng)用實(shí)例處理器選型與性能評(píng)估處理器選型考慮因素性能、功耗、成本、生態(tài)系統(tǒng)和開(kāi)發(fā)工具等。性能評(píng)估指標(biāo)處理速度、內(nèi)存容量、外設(shè)接口種類(lèi)和數(shù)量、中斷處理能力等。同時(shí)還需要考慮處理器的穩(wěn)定性和可靠性等因素。針對(duì)具體應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行評(píng)估和選擇。嵌入式操作系統(tǒng)及編程技術(shù)04實(shí)時(shí)性、可移植性強(qiáng)，廣泛應(yīng)用于各種嵌入式應(yīng)用場(chǎng)景。μC/OSLinuxWindowsCEVxWorks開(kāi)源、免費(fèi)，具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能和豐富的軟件資源，適用于復(fù)雜嵌入式系統(tǒng)。微軟推出的嵌入式操作系統(tǒng)，界面友好，開(kāi)發(fā)便捷，但授權(quán)費(fèi)用較高。高性能實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，適用于航空航天、軍事等高端領(lǐng)域。常見(jiàn)嵌入式操作系統(tǒng)介紹及比較實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)能夠在限定時(shí)間內(nèi)對(duì)外部事件做出響應(yīng)，并控制所有實(shí)時(shí)任務(wù)協(xié)調(diào)一致運(yùn)行。航空航天控制系統(tǒng)、工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)、醫(yī)療設(shè)備控制系統(tǒng)等。實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)原理及應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)例實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)原理

嵌入式編程技術(shù)與實(shí)踐嵌入式C語(yǔ)言編程掌握嵌入式C語(yǔ)言基礎(chǔ)語(yǔ)法、指針、數(shù)組、結(jié)構(gòu)體等，以及內(nèi)存管理、中斷處理等關(guān)鍵技術(shù)。嵌入式系統(tǒng)調(diào)試技術(shù)熟悉硬件仿真器、邏輯分析儀等調(diào)試工具，掌握系統(tǒng)調(diào)試、性能優(yōu)化等方法。嵌入式軟件開(kāi)發(fā)實(shí)踐基于實(shí)際項(xiàng)目需求，進(jìn)行嵌入式軟件需求分析、設(shè)計(jì)、編碼、測(cè)試等全流程實(shí)踐。嵌入式系統(tǒng)通信與接口技術(shù)05123串行通信是按位傳輸數(shù)據(jù)的一種通信方式，具有傳輸線少、成本低的特點(diǎn)，適用于遠(yuǎn)距離通信。串行通信基本原理常見(jiàn)的串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)有RS-232、RS-422、RS-485等，它們規(guī)定了信號(hào)的電平、傳輸速率、連接方式等。串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)串行通信的實(shí)現(xiàn)需要相應(yīng)的硬件和軟件支持，包括串口驅(qū)動(dòng)程序、波特率設(shè)置、數(shù)據(jù)位和停止位設(shè)置等。串行通信實(shí)現(xiàn)方法串行通信接口原理及實(shí)現(xiàn)方法并行通信是同時(shí)傳輸多個(gè)數(shù)據(jù)位的一種通信方式，具有傳輸速度快的特點(diǎn)，但需要較多的傳輸線。并行通信基本原理常見(jiàn)的并行通信接口標(biāo)準(zhǔn)有并行打印機(jī)接口、IEEE1284等，它們規(guī)定了信號(hào)的電平、數(shù)據(jù)位數(shù)、控制方式等。并行通信接口標(biāo)準(zhǔn)并行通信的實(shí)現(xiàn)需要相應(yīng)的硬件和軟件支持，包括并行接口芯片、數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議、中斷處理等。并行通信實(shí)現(xiàn)方法并行通信接口原理及實(shí)現(xiàn)方法03常見(jiàn)的無(wú)線通信技術(shù)常見(jiàn)的無(wú)線通信技術(shù)有藍(lán)牙、WiFi、ZigBee等，它們各有特點(diǎn)，適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)景。01無(wú)線通信基本原理無(wú)線通信是利用電磁波在空間中傳播信息的一種通信方式，具有無(wú)需布線、靈活方便的特點(diǎn)。02無(wú)線通信技術(shù)在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用場(chǎng)景無(wú)線通信技術(shù)廣泛應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)中，如智能家居、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程控制等。無(wú)線通信技術(shù)在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)實(shí)踐06明確系統(tǒng)功能、性能、接口等要求，梳理關(guān)鍵業(yè)務(wù)流程和數(shù)據(jù)流程。需求分析規(guī)格說(shuō)明書(shū)編寫(xiě)評(píng)審與確認(rèn)按照統(tǒng)一格式和規(guī)范，詳細(xì)描述系統(tǒng)需求、設(shè)計(jì)約束和測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。組織專(zhuān)家對(duì)規(guī)格說(shuō)明書(shū)進(jìn)行評(píng)審，確保需求的準(zhǔn)確性和完整性。030201需求分析與規(guī)格說(shuō)明書(shū)編寫(xiě)方法硬件設(shè)計(jì)原則遵循可靠性、可維護(hù)性、可擴(kuò)展性等原則，合理選擇元器件和電路結(jié)構(gòu)。電路圖繪制技巧掌握電路圖繪制軟件的使用方法，注意布局、布線、標(biāo)注等細(xì)節(jié)問(wèn)題。仿真與調(diào)試?yán)梅抡孳浖M(jìn)行電路仿真，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決問(wèn)題，提高設(shè)計(jì)效率。硬件設(shè)計(jì)原則及電路圖繪制技巧程序流程圖繪制技巧掌握流程圖繪制軟件的使用方法，清晰表達(dá)程序執(zhí)行過(guò)程和邏輯結(jié)構(gòu)。編碼與測(cè)試按照流程圖編寫(xiě)程序代碼，并進(jìn)行單元測(cè)試、集成測(cè)試等測(cè)試工作，確保軟件質(zhì)量。軟件設(shè)計(jì)原則遵循模塊化、結(jié)構(gòu)化、可讀性等原則，合理劃分軟件功能和結(jié)構(gòu)。軟件設(shè)計(jì)原則及程序流程圖繪制技巧將各個(gè)模塊集成在一起進(jìn)行測(cè)試，驗(yàn)證系統(tǒng)整體功能和性能是否符合要求。系統(tǒng)集成測(cè)試制定性能評(píng)估指標(biāo)和方法，對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間、吞吐量、資源利用率等方面進(jìn)行評(píng)估。性能評(píng)估方法根據(jù)測(cè)試結(jié)果定位問(wèn)題并進(jìn)行優(yōu)化，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能表現(xiàn)。問(wèn)題定位與優(yōu)化系統(tǒng)集成測(cè)試與性能評(píng)估方法課程總結(jié)與展望07包括嵌入式系統(tǒng)的定義、特點(diǎn)、應(yīng)用領(lǐng)域等。嵌入式系統(tǒng)基本概念涉及ARM、MIPS等常見(jiàn)嵌入式處理器架構(gòu)，以及硬件平臺(tái)的搭建和調(diào)試。硬件平臺(tái)與體系結(jié)構(gòu)介紹嵌入式操作系統(tǒng)如Linux、μC/OS-II等，以及嵌入式軟件開(kāi)發(fā)流程、工具和技術(shù)。操作系統(tǒng)與軟件開(kāi)發(fā)涵蓋串口通信、SPI、I2C等常見(jiàn)通信接口，以及以太網(wǎng)、WiFi等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用。通信接口與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)課程重點(diǎn)內(nèi)容回顧學(xué)員能夠熟練掌握嵌入式系統(tǒng)的基本概念和原理，了解嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展趨勢(shì)。學(xué)員熟悉嵌入式操作系統(tǒng)和軟件開(kāi)發(fā)流程，能夠使用常見(jiàn)的嵌入式開(kāi)發(fā)工具進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)和調(diào)試。學(xué)員具備嵌入式系統(tǒng)硬件平臺(tái)搭建和調(diào)試的能力，能夠獨(dú)立完成硬件電路的設(shè)計(jì)和制作。學(xué)員掌握常見(jiàn)的通信接口和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)嵌入式系統(tǒng)與其他設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)的通信。學(xué)員學(xué)習(xí)成果展示發(fā)展趨勢(shì)隨著物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)的快速發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒃絹?lái)越廣泛，對(duì)