天大嵌入式系统课件-0-介绍

天大嵌入式系统课件本课件介绍嵌入式系统基础知识，涵盖系统架构、硬件设计、软件开发、应用案例等什么是嵌入式系统？智能设备汽车电子手机、平板电脑、智能手表等汽车仪表盘、导航系统、安全系统等工业控制医疗设备自动化生产线、机器人控制系统等医疗影像设备、诊断仪器、生命体征监测系统等嵌入式系统是专门为特定应用而设计的计算机系统，通常具有体积小、功耗低、成本低等特点嵌入式系统的特点专用性实时性资源受限性可靠性嵌入式系统通常针对特定应许多嵌入式系统需要在严格嵌入式系统通常具有有限的嵌入式系统通常需要在各种用设计，例如手机、汽车或的时间限制内响应事件，例存储空间、处理能力和功耗，恶劣条件下可靠运行，例如工业控制系统，它们被设计如汽车控制系统必须在很短这使得设计和优化软件变得高温、振动或电磁干扰，因为执行特定任务，而不是通的时间内响应驾驶员的输入更加困难此它们必须设计得非常可靠用任务嵌入式系统的分类按应用领域分类按处理器类型分类

1.

2.12例如，消费电子、工业控制、例如，单片机、微处理器、汽车电子等数字信号处理器等按操作系统分类

3.3例如，实时操作系统、嵌入式、等Linux Android嵌入式系统的应用领域消费电子工业自动化智能手机、平板电脑、可穿戴工业机器人、数控机床、自动设备、智能家居等这些设备化生产线等嵌入式系统可以通常体积小巧，功能丰富，需提高生产效率，降低生产成本，要嵌入式系统来控制其硬件和并提高产品的质量软件汽车电子航空航天汽车发动机控制系统、车身电飞机、卫星、导弹等嵌入式子控制系统、安全气囊系统等系统在航空航天领域有着广泛嵌入式系统可以提高汽车的安的应用，例如控制飞行姿态、全性、燃油效率和舒适性导航、通信等嵌入式系统的硬件组成微处理器内存存储器外设微处理器是嵌入式系统的大内存用于存储正在运行的程存储器用于长期存储程序和外设扩展系统功能，包括传脑，负责处理指令，控制系序和数据，容量大小直接影数据，包括闪存、硬盘等感器、显示屏、键盘等统运行响系统性能嵌入式系统的软件架构操作系统驱动程序

1.

2.12嵌入式操作系统是核心，负驱动程序负责控制硬件设备，责管理系统资源，提供硬件例如传感器、显示器、存储抽象层器等应用软件中间件

3.

4.34应用程序是用户直接使用的中间件提供应用程序和底层软件，根据具体应用场景而系统之间的通信和服务定嵌入式系统的开发流程需求分析明确项目目标，确定系统功能和性能需求根据应用场景和用户需求，设计系统架构和功能模块硬件设计选择合适的处理器，内存，存储器，外设等硬件组件，并设计电路板，确定硬件连接方式和接口软件设计根据硬件设计，编写驱动程序，操作系统，应用程序等软件代码，实现系统功能和性能指标软件开发在开发环境中编写和调试代码，进行单元测试，集成测试，系统测试等软件测试工作硬件调试根据设计方案，搭建硬件平台，进行硬件调试，测试硬件功能和性能指标系统集成将硬件和软件进行集成，完成系统组装，进行系统测试，确保系统稳定可靠运行产品测试进行功能测试，性能测试，可靠性测试，安全性测试等产品测试，确保产品符合需求和质量标准生产制造根据产品测试结果，进行批量生产，并进行质量控制，确保产品质量稳定嵌入式系统的开发工具集成开发环境调试器仿真器测试仪器如、、等，提如、等，用于调试模拟真实硬件环境，可在开如示波器、逻辑分析仪等，Keil IAREclipse JTAGSWD供代码编辑、编译、调试、嵌入式系统代码，帮助定位发过程中进行早期验证和测用于测试和分析硬件信号下载等功能和解决问题试嵌入式系统的调试方法硬件调试软件调试使用示波器、逻辑分析仪等工具，观察利用调试器，设置断点，查看变量值，和分析硬件电路中的信号，查找硬件故跟踪代码执行流程，查找软件错误障模拟调试系统调试使用仿真器模拟目标硬件环境，运行软将硬件和软件结合起来进行测试，验证件程序，测试软件功能，验证程序逻辑系统整体功能和性能，确保系统正常运行嵌入式系统的性能优化代码优化硬件优化操作系统优化软件优化使用高效的算法和数据结构选择合适的处理器和外设调整系统参数，例如线程调使用异步编程和多线程技术避免不必要的内存分配和操优化内存和缓存的使用使度策略和内存管理策略使优化网络通信和数据传输作减少函数调用和循环次用硬件加速功能，例如用实时操作系统，提高系统使用缓存机制，减少数据访数和响应速度问时间DMA GPU嵌入式系统的安全性数据安全网络安全防止恶意攻击，保护用户数据嵌入式系统防御网络攻击，防止系统被入侵嵌入式系通常存储敏感信息，因此需要强大的安全措统可能连接到互联网或其他网络，因此需要施防范网络威胁访问控制软件安全限制对系统资源的访问，防止未经授权的操防御软件漏洞，及时更新安全补丁软件漏作访问控制机制可以确保系统安全性和稳洞可能导致系统被攻击，因此需要及时更新定性软件嵌入式系统的可靠性稳定运行错误处理容错设计嵌入式系统需要长期可靠地运行，确保设计健壮的错误处理机制，能够检测和采用冗余设计和容错技术，提高系统可系统稳定性和可用性，即使在恶劣环境处理系统故障，减少故障带来的影响靠性，即使部分组件失效也能正常运行下也能持续工作嵌入式系统的实时性响应时间确定性

1.

2.12实时系统必须在规定的时间实时系统必须保证任务执行内对外部事件做出响应的时间可预测可靠性

3.3实时系统需要高可靠性，保证系统正常运行嵌入式系统的电源管理电源效率电源转换优化系统功耗，延长电池寿命，降低能耗成将输入电压转换为所需的输出电压，满足系本统运行需求电源管理芯片电源安全提供电源管理功能，例如电压调节、电流监防止过电压、过电流、短路等故障，确保系控、休眠模式等统安全可靠运行嵌入式系统的通信协议串行通信并行通信串行通信是一种数据传输方式，数据以一位一位的形式在单条线上进行传并行通信是一种数据传输方式，数据以多个位同时在多条线上进行传输输它通常用于距离较短的通信场合，例如微控制器与传感器之间的通信它通常用于距离较长的通信场合，例如计算机与外设之间的通信网络通信无线通信网络通信是嵌入式系统之间进行数据交换的一种重要方式，例如以太网、无线通信是近年来发展迅速的一种通信方式，它可以通过无线电波、红外Wi-Fi和蓝牙等它可以让嵌入式系统连接到互联网，并实现远程控制、线或超声波等方式进行数据传输它可以使嵌入式系统摆脱线的束缚，实数据采集和信息共享等功能现更加灵活的应用嵌入式系统的存储管理存储器类型存储器管理技术嵌入式系统通常使用多种存储器类型，包括、、闪嵌入式系统需要高效地管理有限的存储资源常用的存储管理ROM RAM存和外部存储器用于存储固件和引导程序用技术包括内存分配、内存映射、缓存管理和虚拟内存这些技ROM RAM于存储程序和数据闪存用于存储用户数据和应用程序外部术优化存储器使用，提高系统性能存储器，如卡和，用于存储大量数据SD eMMC嵌入式系统的人机交互用户界面交互方式嵌入式系统通常配备简洁直常见的交互方式包括按键、观的界面，方便用户操作和触摸屏、语音识别和手势控访问信息制等，以适应不同的应用场景用户体验用户反馈良好的用户体验是设计和开系统应及时响应用户的输入，发嵌入式系统的重要目标，并提供清晰的反馈信息，提以确保用户能够轻松地使用升用户满意度和理解系统嵌入式系统的操作系统实时性资源管理功耗控制安全性嵌入式系统通常需要实时响嵌入式系统资源有限，操作嵌入式设备通常需要低功耗，嵌入式系统可能面临安全威应，操作系统需要提供实时系统需要高效管理内存、存操作系统需要提供电源管理胁，操作系统需要提供安全调度机制储器和外设功能机制嵌入式系统的应用案例嵌入式系统在日常生活中无处不在智能家居系统就是嵌入式系统的一个典型应用智能家居系统可以帮助用户控制灯光、温度、安全系统等，为用户提供便利和舒适的生活体验通过嵌入式系统，智能家居可以实现自动化、远程控制、个性化定制等功能，提升用户生活质量其他常见的嵌入式系统应用还包括智能手机、汽车电子、工业自动化、医疗设备等嵌入式系统正在不断发展，为人们的生活和工作带来更多的便利和效率嵌入式系统的未来发展趋势人工智能的融合物联网的扩展云计算的应用技术的应用5G嵌入式系统与人工智能的结嵌入式系统将成为物联网的嵌入式系统与云计算的结合，技术的应用将进一步提升5G合，赋予设备更智能化的能关键组成部分，连接各种设为设备提供更强大的计算能嵌入式系统的通信速度和连力，例如自动驾驶、智能家备，实现万物互联的愿景力和数据存储服务接能力，推动更多创新应用居等的出现嵌入式系统的研究热点人工智能物联网安全与隐私能源效率嵌入式设备上的人工智能，物联网连接了各种嵌入式设随着嵌入式系统应用范围扩嵌入式系统需要低功耗设计例如基于边缘计算的图像识备，通过数据收集、分析和大，其安全性和隐私保护问和优化，以延长电池续航时别和语音识别，是当前研究控制，实现智能化管理和服题变得越来越重要间和降低能耗热点务嵌入式系统的行业前景持续增长技术创新嵌入式系统市场规模不断扩大，人工智能、物联网、云计算等应用领域持续扩展，未来发展新兴技术的快速发展，为嵌入潜力巨大式系统提供了新的发展机遇人才需求就业前景嵌入式系统人才市场供不应求，嵌入式系统工程师拥有广阔的高素质人才备受青睐就业市场，薪资待遇较高，发展前景良好嵌入式系统的技术挑战功耗优化内存管理嵌入式设备通常需要在有限嵌入式系统通常具有有限的的能量供应下运行因此，内存资源高效的内存管理功耗优化是至关重要的挑战策略对于确保系统稳定运行至关重要安全性和可靠性实时性嵌入式系统广泛应用于关键许多嵌入式系统需要实时处基础设施和安全领域，因此理数据，因此需要满足严格需要确保其安全性和可靠性的实时性要求嵌入式系统的商业模式硬件销售软件授权嵌入式系统硬件，例如芯片、传感器、显示嵌入式系统软件，例如操作系统、驱动程序、器等，是主要盈利来源之一应用软件等，可以收取授权费服务支持整体解决方案提供技术支持、系统维护、定制开发等服务，针对特定应用场景，提供硬件、软件、服务可以为客户提供增值服务等一体化解决方案，提高客户价值嵌入式系统的社会影响生活方式经济发展嵌入式系统改变了我们生活方嵌入式系统推动了众多行业发式，从智能手机到智能家居，展，创造了新的工作机会和经它们提升了生活便利性和效率济增长点，例如物联网和人工智能领域社会进步环境保护嵌入式系统在医疗、教育、交嵌入式系统助力节能减排，例通等领域得到广泛应用，推动如智能电网和智能交通系统，了社会进步，提升了人民生活提高了资源利用效率，保护了水平环境嵌入式系统的伦理问题隐私和安全责任和问责制公平与歧视人机关系嵌入式系统可能收集个人信嵌入式系统决策的责任归属？嵌入式系统设计可能导致对随着嵌入式系统智能化程度息，引发隐私问题安全性谁对系统错误和潜在伤害负某些群体的不公平结果，例提高，人机关系如何演变？问题，例如恶意攻击，可能责？如算法偏差危及用户安全嵌入式系统的教育培养课程设置实践教学嵌入式系统教育需要涵盖硬件、软件和实践教学是培养嵌入式系统人才的关键应用三个方面环节•硬件课程包括微处理器、微控制•搭建嵌入式系统开发平台器、存储器、接口等I/O•开展项目式教学，让学生参与实•软件课程包括操作系统、嵌入式际项目开发编程语言、驱动程序开发等•鼓励学生参加嵌入式系统相关竞•应用课程包括物联网、智能控制、赛，提高实践能力机器人等领域嵌入式系统的国内外现状中国嵌入式系统发展国外嵌入式系统发展中国在嵌入式系统领域取得显著进步，涌现出一批优秀的企业欧美国家在嵌入式系统技术方面拥有深厚积累，在芯片设计、和人才，在工业自动化、消费电子等领域广泛应用软件开发等方面处于领先地位，并不断推动着嵌入式系统技术的发展嵌入式系统的创新思路人工智能云计算将人工智能技术融入嵌入式系统，提升利用云计算平台，实现嵌入式系统资源其智能化水平例如，开发具有自主学的共享和扩展例如，将嵌入式设备连习和决策能力的智能家居设备或自动驾接到云平台，实现数据存储、分析和处驶系统理物联网边缘计算嵌入式系统是物联网的基础，通过物联将计算任务从云端迁移到边缘设备，提网技术，连接各种智能设备，构建互联高系统响应速度和数据安全性例如，互通的网络体系在智能制造领域，利用边缘计算技术实现实时监控和控制嵌入式系统的发展方向人工智能物联网云计算安全可靠嵌入式系统将与人工智能技嵌入式系统将成为物联网的嵌入式系统将与云计算平台嵌入式系统将更加注重安全术深度融合，实现更智能化关键组成部分，连接各种传结合，实现数据存储、计算性，防止攻击和漏洞例如，的控制和决策例如，智能感器和设备，实现万物互联和分析等功能，提高效率和信息加密、身份验证等技术家居、自动驾驶等领域将得例如，智能城市、智慧农业可靠性例如，边缘计算、将得到加强到快速发展等领域将得到广泛应用云端控制等技术将得到发展小结和展望嵌入式系统领域充满活力，发展前景广阔未来将继续朝着更智能、更安全、更可靠的方向发展。