课程计划和要求 嵌入式系统概述 嵌入式系统发展趋势 嵌入式系统体系 绪论 课程计划和要求 嵌入式系统概述 嵌入式系统发展趋势

1. 课程计划和要求 教学内容 考核方法 参考文献

教学与实验内容（1） 嵌入式ARM体系结构 研究专题 嵌入式ARM体系结构——微处理器（1） 嵌入式ARM体系结构——接口技术（1） 嵌入式处理器的性能与体系结构特点 硬件电路与接口分析

教学与实验内容（2） 嵌入式ARM应用开发 实验项目 研究专题 嵌入式ARM应用开发——通信技术,TFTP 嵌入式ARM应用开发——GPS,GPRS 实验项目 嵌入式ARM应用开发实验 研究专题 嵌入式ARM应用开发主要接口模块 构建简单应用系统基本模式

教学与实验内容（3） 嵌入式LINUX系统构建与移植 实验项目 研究专题（三） LINUX系统开发基础 嵌入式LINUX移植 嵌入式简单程序开发与调试 研究专题（三） 嵌入式系统移植方法总结 嵌入式引导程序的分析 嵌入式程序开发流程

教学与实验内容（4） 嵌入式LINUX设备驱动开发 实验项目 研究专题（三） 驱动程序开发方法（1） 软硬协同与应用开发（1） 应用实例介绍 驱动程序设计 LINUX应用开发 研究专题（三） 嵌入式系统驱动程序设计 软硬协同设计方法研究

教学与实验内容（5） 嵌入式LINUX应用开发 实验项目 研究专题（三） 驱动程序开发方法（1） 软硬协同与应用开发（1） 设计一款应用驱动程序 研究专题（三） 嵌入式系统驱动程序设计 软硬协同设计方法研究

嵌入式系统——研究问题和重点 注重技术与方法结合 注重实践与理论结合

教学目标 关于体系结构 关于操作系统 关于嵌入式软件 关于应用系统 掌握一种嵌入式系统体系结构 能够实现低层硬件开发方法 理解一种Bootloader原理 能够搭建和移植操作系统平台 关于嵌入式软件 掌握基本的驱动设计方法 实现界面设计 关于应用系统 理解平台裁剪与硬件裁剪 建立协同设计理念

参考资料 教材 网络 视频 石秀民《嵌入式系统原理与应用》北航出版社 郑灵翔《嵌入式接口技术与Linux驱动开发》北航出版社 【德】《无线传感器网络协议与体系结构》 网络 http://bbs.embedstudy.com http://blog.embedstudy.com 清华远见： 英倍特：http://www.embedinfo.com 创维特：http://www.cvtech.com.cn 友善之臂：http://www.arm9.net 视频

2. 什么是嵌入式系统 嵌入式系统的定义 嵌入式的系统应用

什么是嵌入式系统 根据IEEE（电气和电子工程师协会）的定义 目前国内一个普遍被认同的定义 嵌入式系统是“控制、监视或者辅助装置、机器和设备运行的装置” （devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants）。从中可以看出嵌入式系统 是软件和硬件的综合体，还可以涵盖机械等附属装置。 目前国内一个普遍被认同的定义 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、功耗严格要求的专用计算机系 统。

什么是嵌入式系统 百度定义 可从几方面来理解嵌入式系统： 百度定义 可从几方面来理解嵌入式系统： 嵌入式系统是面向用户、面向产品、面向应用的，它必须与具体应 用相结合才会具有生命力、才更具有优势。因此可以这样理解上述 三个面向的含义，即嵌入式系统是与应用紧密结合的，它具有很强 的专用性，必须结合实际系统需求进行合理的裁减利用。 嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术和各个 行业的具体应用相结合后的产物，这一点就决定了它必然是一个技 术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。所以， 介入嵌入式系统行业，必须有一个正确的定位。 嵌入式系统必须根据应用需求对软硬件进行裁剪，满足应用系统的 功能、可靠性、成本、体积等要求。所以，如果能建立相对通用的 软硬件基础，然后在其上开发出适应各种需要的系统，是一个比较 好的发展模式。目前的嵌入式系统的核心往往是一个只有几K到几十 K微内核，需要根据实际的使用进行功能扩展或者裁减，但是由于微 内核的存在，使得这种扩展能够非常顺利的进行。

嵌入式系统应用 移动终端 信息家电 汽车电子 智能仪器仪表 通讯设备 其他 PDA，手机，移动电子书以及电子词典 智能冰箱、洗衣机、智能空调、数字电视、微波炉、无线家庭网关、 数码相机与数码摄像机、游戏机 汽车电子 车载、车控 智能仪器仪表 通讯设备 其他

嵌入式系统：PDA 个人信息助理 掌上电脑 SONY GPS导航器 华硕GPS导航器 Nokia 6110 四频 HSDPA / GPS 导航器 SONY GPS导航器 Map-Star的GPS定位设备 华硕GPS导航器 PDA 手机 + GPS 导航＝ Dopod U1000，且支持SkyPE

嵌入式系统：手机 普通手机 智能手机 网络手机 与PDA结合 gphone Nokia手机户外音响 韩国电信手机/电视遥 控器二合一产品 Sony Ericsson超小型手机电 脑手机放在底座上成为电脑 内置 DVB-H 移动电视手机

嵌入式系统：PMP Portable Media Player 便携媒体播放器 Meizu M8 iLuv可即时将视频录制到iPod/ Nike的 iPod 帽 Ipod nano iLuv可即时将视频录制到iPod/ 闪存卡上，与以前技术相反 XtremeMac开发的iPod音箱 Archos带 Wifi的704 Sony家用影音综合设备 IPEVO支持Skype电话

嵌入式系统：办公用品 录音笔 FLY数字笔 Genius数字便笺 Polymer Vision手机书 能“看懂”在专用纸上所写的内容 能“阅读”写作和纠正语法错误 完成简单的算术运算 将英文互相翻译成西班牙文等 Genius数字便笺 存储100页便笺 2000LPI分辨率 32MB板载内存 可通过USB连接电脑 笔迹识别软件 Polymer Vision手机书 使用可卷电子纸的电子书阅读器

嵌入式系统：手表 Martin Frey手表 手表手机：M300 Nike的Speed+手表 爱国者视频MP4手表 日程表 和手机联动 获取网络连接和GPS定位信息 手表手机：M300 1英寸的显示屏 USB接口 可播放音乐 支持蓝牙 Nike的Speed+手表 结合 iPod 和运动计测 爱国者视频MP4手表

嵌入式系统：运动玩具游戏 GTX公司定位的运动跑鞋 遥控蜻蜓 GameCube Wii, 手柄, 手套, 枪 PS3 XboX360 内置的GPS接收器和可充电电池 遥控蜻蜓 GameCube Wii, 手柄, 手套, 枪 PS3 XboX360

嵌入式系统：摄像器材 数码相机 DV

智能家电 智能冰箱（有时称为网络冰箱） 网络微波炉、网络电饭煲、网络空调等家电 在冰箱内部装有摄像头、RFID接收器或者条码扫描器 可以通过这些设备采集冰箱内部存货的信息，并通过网络进行传输 信息 对冰箱的温度控制 韩国一家公司的“网络冰箱”，门上有一个15英寸液晶显示器，用 户可以通过冰箱上网、打可视电话和观看影片 网络微波炉、网络电饭煲、网络空调等家电 功能现对简单，可以通过网络下载食谱，可以通过网络进行控制

嵌入式系统：智能家居 智能家具 智能家电 智能型垃 圾桶 i.Master 配备电子食谱 的锅铲coo.boo DangerBomb 闹钟 不起床就爆炸啰 浙江大学显示营养智能果汁机 配备电子食谱 的锅铲coo.boo Roto-Rooter公司马桶 组合笔记本/ipod/冰 箱/Xbox360/健身 高科技的捕鼠器 遮断红外线光束掉下笼子

嵌入式系统：多媒体终端 IP电话 视频会议 可视电话 语音识别电话 基于H.323协议族 的网络视频电话 基于视频电话 的小型视频会 议系统(MCU) 语音识别电话 基于H.323协议族 的网络视频电话

嵌入式系统：家庭音响 引入计算机技术的音响 LG HD DVD/蓝光播放器 iPhone Sonos ZP80无线音响 Motorola支持M卡的 HD DVR 录像机 Sonos ZP80无线音响 配备B&O与Core 2 Duo的P.Guerra家庭影院

嵌入式系统：电视 高清电视 数字电视 立体显示技术 LG内置数字录像机的 LCD TV 能输出 1080p 高画质 影像的 iPod Dock AppleTV: Intel Pentium M 1.0 GHz 2MB of L2 高速缓存 nVidia G72M 显示卡 64MB DDR2 内存 内置的 40GB 硬盘 播放 iTunes 数字电视机顶盒

嵌入式系统：相册与喂养器 家庭相册 远程宠物喂养器 远程观看到宠物的行动 跟它对话 远程喂养宠物

嵌入式系统：通讯设备 有计算机能力的各种通讯设备 路由器/交换机/防火墙等 Buffalo 路由器 / USB 网卡套装 VPN产品 千兆网关防火墙 VPN产品 Buffalo 路由器 / USB 网卡套装

嵌入式系统：仪器仪表 DCG (动态心电图仪) 便携式多参数监护仪 中医指套传感器脉象虚拟仪器 推拿手法测试仪 电动机故障状态监测保护系统 手持仪 监控仪

嵌入式系统：交通相关 汽车电子 其他 中国版月球车 处理器个数可达三位数 车载 车控 汽车立体声音 响HD Radio扩展包 娱乐，定位等 车控 ABS、EBD等 其他 中国版月球车 汽车立体声音 响HD Radio扩展包 改装遮阳板 DVD / TV / MP3

嵌入式系统：军工 武器控制系统 数字化单兵系统 有苛刻要求 21世纪部队旅及旅以下作战指挥系统 夜视扫描、全球定位、指挥通信 尺寸和重量 功率消耗 震动和冲击 温度和湿度 21世纪部队旅及旅以下作战指挥系统 夜视扫描、全球定位、指挥通信

嵌入式系统案例分析：嵌入式视频服务器 无需使用完整的计算机 需要的功能分析 音视频采集，压缩 存储 网络功能 硬件系统 处理器 存储器 外存 采集设备 网卡 软件系统 视频采集、压缩、传输 网络交互

嵌入式系统应用案例分析：智能家电集成 数 字 化 家 庭

嵌入式系统必要条件 嵌入式系统 基本计算机五大部件 常用32位，64位处理器 运算器，控制器合称处理器 存储器 输入输出 价格与单片机接近 性能高 网络支持能力强

嵌入式产品硬件特点 通常由嵌入式处理器、嵌入式外围设备组成 高集成度 定制性 解决方案不唯一 逐步形成单芯片解决方案 系统芯片 (SOC) 面向用户 面向产品 面向应用 解决方案不唯一 不可垄断的高度分散的工业，候选器件太多 而PC由WINTEL（window，intel）垄断

嵌入式系统硬件

嵌入式产品软件特征 包括嵌入式操作系统和嵌入式应用软件、开发工具 软件要求固态化存储 稳定性要求高 可能无系统软件 软硬件紧密结合，协同开发 软件代码高质量、高可靠性 可能无系统软件 软硬件紧密结合，协同开发

其他可能有的要求 实时性强 功耗低 支持升级 软件和硬件结合紧密 具有较长的生命周期 由于定制，可能无硬盘，无通用操作系统 产品升级换代困难 和硬件同步升级 具有较长的生命周期

嵌入式系统与互联网关系 嵌入式与互联网现状 发展趋势

嵌入式与互联网 嵌入式互联网 互联网在经历过以“大型主机”、“服务器和 PC 机”、 “手机和移动互联网终端（MID）”为载体的三个发展阶 段后，将逐步迈向以嵌入式设备为载体的第四阶段，英 特尔称之为“嵌入式互联网”。 嵌入式4G技术 2010年全球嵌入式设备已超过160亿台，2020年将超过 400亿台，嵌入式专用设备和基于互联网应用的各种终端 需求正飞速增长，用户需求庞大，市场充满发展潜力。

Google手机发布 T-Mobile G1 硬件 软件 179美元 高通MSM 7201处理器，GPS卫星导航、300万像素摄像头, 3.17英寸触摸屏 480x320 分辨率，1~8GB MicroSD卡 支持WCDMA/HSPA网络，理论下载速率7.2Mbps；支持Wi-Fi 软件 Android操作系统 各种谷歌的服务 Gmail、Google Maps、YouTube、Google日历、Google Talk Chrome精简版 一键搜索 Android Market下载，全免费 基于图片的导航软件“BreadCrumbz” 用手机唱卡拉OK的软件“TuneWiki” 179美元

几个问题 互联网企业进入手机领域 手机未来是否就是计算机 手机技术走势如何

处理器作为发动机，让手机飞起来 处理器发展趋势 最新处理器 本地+远程 多核 制造工艺发展到32nm，实现小尺寸、微功耗和低成本 需要计算能力，提供精巧的多媒体人机界面 联网成为必然的趋势，芯片上集成Wifi、WiMax 最新处理器 ARM (16/32-bit), XScale (32-bit) VIA Nano™ (64-bit,5-25w) Intel Atom™ (32-bit, 0.6-2.5w)★ 本地+远程 本地提供相对充足的计算能力 远程提供超级计算能力 Scott McNealy: The network is the computer. 多核 双核->多核->千核

能耗是风阻，让手机飞行时间变短 能耗 解决方法 燃料电池可能从根本上解决能耗问题 是手机等移动终端所面临的一个重要问题 硬件节能：低功耗设计、工艺 软件节能：解决内存墙，动态调频，节能编译，节能调度 提高电池容量 燃料电池可能从根本上解决能耗问题 其能量密度，理论上可为锂离子电池的五至十倍以上 补充供电燃料仅需数秒； 最适合可携式微小型系统 质子交换膜燃料电池和直接甲醇燃料电池 在室温下运作、体积小、重量轻、方便电池堆设计 挑战： 小型化； 安全性

联网方式是飞行通道 移动通信 无线接入技术 发展方向 2G、2.5G 3G 4G：… 802.15(无线个域网，WPAN) WCDMA CDMA2000 TD-SCDMA ★中国造 WiMAX ☆挑战巨大 4G：… 无线接入技术 802.15(无线个域网，WPAN) 802.11(无线局域网，WLAN) 802.16a/d(无线固定接入，FWA) 802.20(宽带移动接入，WBMA) 发展方向 带宽更大，至少保证流畅视频 安全性更高 多模手机

存储扩容，资料丰富 器件 内存 外存 速度、容量增长 基本可以运行桌面上的软件 可以插拔 网络存储 依托互联网 本地存储基本的程序、数据； 其他数据保存在网络存储中 先进的工艺使得人们能够把包括处理器、存储器、模拟电路、接口逻辑甚至射频电路集成到一个大规模的芯片上，形成所谓的SoC（片上系统）。作为SoC重要组成部分的嵌入式存储器，在SoC中所占的比重（面积）将逐渐增大。到2010 年，约90%的硅片面积都将被具有不同功能的存储器所占据，如图所示。

终端硬件 手机终端 分类界限逐步模糊 手机硬件与台式机无差别 计算能力强 支持多种互联网和移动通讯网络接入 待机时间长 便携小尺寸 手机 PDA MID/PMP UMPC 笔记本电脑 手机硬件与台式机无差别 X86，大存储，大屏幕，人机设备

手机嵌入式软件的需求变化 实时性需求 内核小 处理器架构不一样 软件定制化 基带芯片协议栈 手机软件需要研究什么？ 到底哪些嵌入式设备需要实时？ 手机实时性要求不高 内核小 小内存 & 大内存 处理器架构不一样 ARM（RISC架构） & atom （X86架构） 软件定制化 定制化的软件 & 可以随意安装卸载软件 基带芯片协议栈 已经非常完备 手机软件需要研究什么？ 手机嵌入式操作系统：No. 有足够多的解决方案了 手机支撑软件与应用软件： 从桌面移植

手机终端软件架构 传统手机软件:层次化架构 手机软件革命：平台结构 BSP 专业操作系统 GUI 定制应用软件 平台软件 应用软件 以API形式提供应用开发者 应用软件 基于开放API开发的软件 通过网络获取定制应用，人机友好，用户下载

网络化手机软件 计算机的网络化 手机的网络化 在网的终端与非在网终端，软件上的差异性在哪里 以前：单机为主 现在：必须在网，大部分工作依赖于网络 手机的网络化 开机开机即在网 连接移动通讯网 → 启动计算机网络 手机=移动网络终端 在网的终端与非在网终端，软件上的差异性在哪里 计算机 单机操作系统→网络操作系统 手机 支持移动网的操作系统 普通手机 支持协议栈的操作系统 → 智能手机 网络化操作系统 → 网络手机

WebOS应运而生 WebOS 内涵 外延 Android是典型的WebOS 基于网络（Web）的操作系统 Web operating system 或者Web-based Operating System 内涵 运行在浏览器中的虚拟OS，是基于Web的服务的开放式集合 提供了WebOS API，能够根据WebOS API进行编程 能够在WebOS中打开应用程序 外延 用户通过浏览器运行基于Web的在线应用 能实现PC操作系统上的各种操作 程序语言以PHP, XML, JS等Web语言为主，尽可能消灭高级语言 Android是典型的WebOS

WebOS是下一代手机软件平台吗？ 优点 缺点 个人观点 基于Web的标准化程度很高，不同的程序和服务能够方便的对接 无需下载，维护方便，软件升级扩展性好 免受病毒木马的骚扰，容易解决盗版问题，解决了收费困难的问题 可在不同浏览器、不同的OS上运行程序，甚至可以在其他的终端 缺点 执行效率低 机器码运行os → os运行浏览器→浏览器运行webos →webos运行web service 传统：机器码运行os → os 运行 software 网络依赖性过强 ，对网络要求高 WebOS本身开发难度大，js调试困难，浏览器的兼容性差 隐私性：操作在网上，数据在服务器上 个人观点 WebOS使得一切工作都在线 WebOS是一种趋势、一种方向

Android/chrome都是一种WebOS Android: google phone Chrome：google browser 屏蔽底层OS/驱动/GUI OS可以是linux或其他 驱动程序支持各种BSP GUI可以是各类 提供上层应用以API 非OS的API 技术路线 Linux内核+apache 运行机制 完全开放开源 遵循Apache v2 License 免费的商业性使用 软件服务提供商 提供专业的Android平台应用服务 手机开发厂商 可以方便的基于Android平台添加个性 化的应用和服务 收费 广告引擎

终端软件 单点技术的研究热情逐步消退 与台式机逐步融合 平台化趋势明显 在网要求越来越强

嵌入式热点问题 日益增长的功能密度 更高的可靠性保障 灵活的网络连接 分布式应用和移动应用 多媒体信息处理 更便捷的信息共享 适应更加激烈的市场竞争