前 言
? 课程设置的必要性
? 嵌入式系统涉及现代生活的方方面面
? 应用日趣复杂
? 微处理器技术长足发展
? 嵌入式软件技术成为核心
? 课程定位
? 基础不同、课时有限
? 介绍嵌入式系统设计理念
? 嵌入式系统软硬件设计基础
课程安排
第一章 嵌入式系统概述
第二章 嵌入式操作系统
第三章 ucOS/II实时操作系统
第四章 嵌入式硬件平台
第五章 ARM处理器结构
第六章 基于 ucOS/II建立自己的 RTOS
第七章 VxWorks嵌入式系统开发
第八章 嵌入式 LINUX开发
参考资料
?UC/OS-II－源代码公开的实时嵌入式操作系统,邵
贝贝, 中国电力出版社,2001
?嵌入式系统设计与实例开发。王田苗。清华大学出
版社,2002
?ARM System-on-Chip Architecture,second
edition。 Steve Furber。（中译本,ARM SoC体系
结构。北京航空航天出版社。）
?嵌入式系统 ---Intel StrongARM结构与开发。陈章
龙，涂时亮。北京航空航天出版社
第一章 嵌入式系统概述
1,什么是嵌入式系统
2,嵌入式系统的分类
3, 嵌入式系统的基本要素
4,嵌入式系统体系结构
5,嵌入式系统的应用领域
一、嵌入式系统的定义
嵌入式系统：
嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，
其软硬件可配置，对功能、可靠性、成本、体积、
功耗有严格约束的一种专用系统 。
? 专用计算机系统 (非 PC智能电子设备 )
? 以应用为中心
? 以计算机技术为基础
? 软件硬件可裁剪
? 适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、
功耗严格要求
嵌入式系统的定义
? 知识集成系统（ CSEA）
? 技术密集资金密集
? 高度分散不可垄断
? 面向应用不断创新
? IEEE的定义
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,
基本概念
嵌入式计算机：
嵌入式系统所用的机器。
实时计算模式：
实时计算模式是一种计算机系统的操作模式。在这种
模式下，处理从外部来的数据的程序总是就绪的，因
而能够在可预测的时间内得到希望的结果。
嵌入式计算机总是处于一种 实时计算模式，嵌入式系统又
称为实时系统或 嵌入式 实时系统
实时系统
实时系统：
?工作在实时计算模式下的计算机系统。
?对外来事件能在限定时间内作出反应的系统。
实时控制系统：
计算机通过特定的外围设备与被控对象发生联系，实现
对被控对象的控制。
实时处理系统：
用户通过终端设备向系统提出服务请求，系统完成
服务后，通过终端回答用户。
实时系统 实时性 的衡量指标
? 响应时间
识别一个外部事件到作出响应的时间。
? 吞吐量：给定时间内系统处理的事件总数。
? 生存时间：数据有效等待时间。在这段时间里，
数据是有效的。
实时不等于快
嵌入式系统的基本特点
?系统内核小。
?专用性强。
?系统精简：没有明显的系统软件、应用软件划分。
?RTOS支持：任务调度、资源分配等。
?技术密集
?开发困难
?专门的开发工具和环境：主机 /目标机开发环境。 ICE等
调试工具支持。
嵌入式系统的开发环境
?嵌入式系统的一个特点在于其开发的
特殊性与困难性。
?开发机器 != 执行机器
?开发环境 != 执行环境
?专门的交叉编译开发环境 cross
compile
开发环境
? 宿主机
? 开发机器（编辑器、编译器、调试器,…,）
? 目标机
? 程序运行的机器
? 宿主机和目标机一样时为 本地编译
? 交叉编译 是指宿主机和目标机是不同的系统（必须
做目标文件下载）
宿主机 目标机
磁带
磁盘
网络
串口连接
….
以太网
L in ux / P C服 务器
W in do ws 工作站
L in ux / P C工 作站
笔记本电脑
M od em
M od em
I nt er ne t
P ST N
串行线
B DM 电缆
串行线
B DM 电缆
开发板
开发板
交叉编译
源文件 源文件
文件 *.o 文件 *.o 文件 *.o
交叉连接
下载可执行
文件 bin
命令文件
用于一个处理器
交叉开发调试环境
二、嵌入式系统的分类
? 按表现形式分,（硬件范畴）
? IP级（系统级芯片 SoC）
? 芯片级
? 模块级
? 按实时性要求分,（软件范畴）
? 非实时系统（ PDA）
? 软实时系统（消费类产品）
? 硬实时系统（导引头等工业和军工系统）
嵌入式系统的分类（续）
? 按嵌入式 CPU分
? 嵌入式微控制器 MCU：单片机
? DSP处理器：执行速度快
? 嵌入式微处理器 MPU：如 ARM
? 片上系统 SoC（ System On Chip）：直接
在处理器片内嵌入 OS的代码模块，实现
软硬件的无缝结合。
三、嵌入式系统的基本要素
? 嵌入式处理器系统
? 嵌入式处理器
? 各种类型存储器
? 模拟电路及电源
? 接口控制器及接插件
? 嵌入式软件系统
? 实时操作系统（ RTOS）
? 板级支持包（ BSP）
? 设备驱动（ Device Driver）
? 协议栈（ Protocol Stack）
? 应用程序（ Application）
四、嵌入式系统体系结构
Application
API
External Devices
Embedded RTOS
CPU
Hardware Independent Software
Applications
TCP/IP
Stack
I/O System RTOS libraries
RTOS KernelFile System
Hardware Abstraction Layer, BSP&Device Driver
SCSI
Driver
Flash
Driver
MMU
Driver
Cache
Driver
Serial
Driver
Ethernet
Driver
Device
Drivers
Hardware
嵌入式系统软件
嵌入式软件体系结构
四个层次：
? 设备驱动接口：与外部设备的信息交互
? 操作系统 RTOS：任务调度、存储管理、中断、文
件,GUI及网络等扩展功能
? API：编程接口库
? 应用系统：完成具体功能的嵌入式系统应用软件
External Devices
Connecting
SRAM
Connectong for
Debugging
LCDUSB Pen
Connecting
DRAM
Connecting
FLASH
Connecting
ROM
Oscillation
Circuit
Power
Supply
Ports
Reset
Circuit
Interrupt
Controler
CPU I/O Port
A/D DMA
Timer
Prescaler
Keyboard IRDA Others
Chip Board Ciruit
CPU CORE
嵌入式系统硬件
五、嵌入式软件开发工具
? 开发工具
? 编译器（ Compiler）
? 调试器（ In Circuit Emulator）
? 软仿真（ Simulator）
? 集成开发环境（ IDE）
? 典型的商业开发工具及供应商
? Windriver公司的 Tornado for VxWorks
? MontVisa公司的 HardHat Linux 开发工具包
? AMC公司的 SuperTAP调试器
? 免费开发工具
? GNU系列开发工具
? Wiggler调试器
六、嵌入式系统的应用领域
?工业控制
?交通管理
?信息家电
?家庭智能管理
?POS网络及电子商务
?环境监测
?机器人
嵌入式 Internet技术
? 定义,嵌入式 Internet是近几年发展起来的一
项新兴概念和技术，是指设备通过嵌入式模块
而非 PC系统直接接入 Internet，以 Internet为介
质实现信息交互的过程，通常又称为非 PC
Internet接入。
? 应用：
? 智能家居（家电上网）
? 工业远程监控与数据采集
? Internet Reconfigurable Logic（ IRL）及其相关应
用
? 等等
图：嵌入式 Internet应用
? 课程设置的必要性
? 嵌入式系统涉及现代生活的方方面面
? 应用日趣复杂
? 微处理器技术长足发展
? 嵌入式软件技术成为核心
? 课程定位
? 基础不同、课时有限
? 介绍嵌入式系统设计理念
? 嵌入式系统软硬件设计基础
课程安排
第一章 嵌入式系统概述
第二章 嵌入式操作系统
第三章 ucOS/II实时操作系统
第四章 嵌入式硬件平台
第五章 ARM处理器结构
第六章 基于 ucOS/II建立自己的 RTOS
第七章 VxWorks嵌入式系统开发
第八章 嵌入式 LINUX开发
参考资料
?UC/OS-II－源代码公开的实时嵌入式操作系统,邵
贝贝, 中国电力出版社,2001
?嵌入式系统设计与实例开发。王田苗。清华大学出
版社,2002
?ARM System-on-Chip Architecture,second
edition。 Steve Furber。（中译本,ARM SoC体系
结构。北京航空航天出版社。）
?嵌入式系统 ---Intel StrongARM结构与开发。陈章
龙，涂时亮。北京航空航天出版社
第一章 嵌入式系统概述
1,什么是嵌入式系统
2,嵌入式系统的分类
3, 嵌入式系统的基本要素
4,嵌入式系统体系结构
5,嵌入式系统的应用领域
一、嵌入式系统的定义
嵌入式系统：
嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，
其软硬件可配置，对功能、可靠性、成本、体积、
功耗有严格约束的一种专用系统 。
? 专用计算机系统 (非 PC智能电子设备 )
? 以应用为中心
? 以计算机技术为基础
? 软件硬件可裁剪
? 适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、
功耗严格要求
嵌入式系统的定义
? 知识集成系统（ CSEA）
? 技术密集资金密集
? 高度分散不可垄断
? 面向应用不断创新
? IEEE的定义
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,
基本概念
嵌入式计算机：
嵌入式系统所用的机器。
实时计算模式：
实时计算模式是一种计算机系统的操作模式。在这种
模式下，处理从外部来的数据的程序总是就绪的，因
而能够在可预测的时间内得到希望的结果。
嵌入式计算机总是处于一种 实时计算模式，嵌入式系统又
称为实时系统或 嵌入式 实时系统
实时系统
实时系统：
?工作在实时计算模式下的计算机系统。
?对外来事件能在限定时间内作出反应的系统。
实时控制系统：
计算机通过特定的外围设备与被控对象发生联系，实现
对被控对象的控制。
实时处理系统：
用户通过终端设备向系统提出服务请求，系统完成
服务后，通过终端回答用户。
实时系统 实时性 的衡量指标
? 响应时间
识别一个外部事件到作出响应的时间。
? 吞吐量：给定时间内系统处理的事件总数。
? 生存时间：数据有效等待时间。在这段时间里，
数据是有效的。
实时不等于快
嵌入式系统的基本特点
?系统内核小。
?专用性强。
?系统精简：没有明显的系统软件、应用软件划分。
?RTOS支持：任务调度、资源分配等。
?技术密集
?开发困难
?专门的开发工具和环境：主机 /目标机开发环境。 ICE等
调试工具支持。
嵌入式系统的开发环境
?嵌入式系统的一个特点在于其开发的
特殊性与困难性。
?开发机器 != 执行机器
?开发环境 != 执行环境
?专门的交叉编译开发环境 cross
compile
开发环境
? 宿主机
? 开发机器（编辑器、编译器、调试器,…,）
? 目标机
? 程序运行的机器
? 宿主机和目标机一样时为 本地编译
? 交叉编译 是指宿主机和目标机是不同的系统（必须
做目标文件下载）
宿主机 目标机
磁带
磁盘
网络
串口连接
….
以太网
L in ux / P C服 务器
W in do ws 工作站
L in ux / P C工 作站
笔记本电脑
M od em
M od em
I nt er ne t
P ST N
串行线
B DM 电缆
串行线
B DM 电缆
开发板
开发板
交叉编译
源文件 源文件
文件 *.o 文件 *.o 文件 *.o
交叉连接
下载可执行
文件 bin
命令文件
用于一个处理器
交叉开发调试环境
二、嵌入式系统的分类
? 按表现形式分,（硬件范畴）
? IP级（系统级芯片 SoC）
? 芯片级
? 模块级
? 按实时性要求分,（软件范畴）
? 非实时系统（ PDA）
? 软实时系统（消费类产品）
? 硬实时系统（导引头等工业和军工系统）
嵌入式系统的分类（续）
? 按嵌入式 CPU分
? 嵌入式微控制器 MCU：单片机
? DSP处理器：执行速度快
? 嵌入式微处理器 MPU：如 ARM
? 片上系统 SoC（ System On Chip）：直接
在处理器片内嵌入 OS的代码模块，实现
软硬件的无缝结合。
三、嵌入式系统的基本要素
? 嵌入式处理器系统
? 嵌入式处理器
? 各种类型存储器
? 模拟电路及电源
? 接口控制器及接插件
? 嵌入式软件系统
? 实时操作系统（ RTOS）
? 板级支持包（ BSP）
? 设备驱动（ Device Driver）
? 协议栈（ Protocol Stack）
? 应用程序（ Application）
四、嵌入式系统体系结构
Application
API
External Devices
Embedded RTOS
CPU
Hardware Independent Software
Applications
TCP/IP
Stack
I/O System RTOS libraries
RTOS KernelFile System
Hardware Abstraction Layer, BSP&Device Driver
SCSI
Driver
Flash
Driver
MMU
Driver
Cache
Driver
Serial
Driver
Ethernet
Driver
Device
Drivers
Hardware
嵌入式系统软件
嵌入式软件体系结构
四个层次：
? 设备驱动接口：与外部设备的信息交互
? 操作系统 RTOS：任务调度、存储管理、中断、文
件,GUI及网络等扩展功能
? API：编程接口库
? 应用系统：完成具体功能的嵌入式系统应用软件
External Devices
Connecting
SRAM
Connectong for
Debugging
LCDUSB Pen
Connecting
DRAM
Connecting
FLASH
Connecting
ROM
Oscillation
Circuit
Power
Supply
Ports
Reset
Circuit
Interrupt
Controler
CPU I/O Port
A/D DMA
Timer
Prescaler
Keyboard IRDA Others
Chip Board Ciruit
CPU CORE
嵌入式系统硬件
五、嵌入式软件开发工具
? 开发工具
? 编译器（ Compiler）
? 调试器（ In Circuit Emulator）
? 软仿真（ Simulator）
? 集成开发环境（ IDE）
? 典型的商业开发工具及供应商
? Windriver公司的 Tornado for VxWorks
? MontVisa公司的 HardHat Linux 开发工具包
? AMC公司的 SuperTAP调试器
? 免费开发工具
? GNU系列开发工具
? Wiggler调试器
六、嵌入式系统的应用领域
?工业控制
?交通管理
?信息家电
?家庭智能管理
?POS网络及电子商务
?环境监测
?机器人
嵌入式 Internet技术
? 定义,嵌入式 Internet是近几年发展起来的一
项新兴概念和技术，是指设备通过嵌入式模块
而非 PC系统直接接入 Internet，以 Internet为介
质实现信息交互的过程，通常又称为非 PC
Internet接入。
? 应用：
? 智能家居（家电上网）
? 工业远程监控与数据采集
? Internet Reconfigurable Logic（ IRL）及其相关应
用
? 等等
图：嵌入式 Internet应用
