《嵌入式系统介绍》课件

嵌入式系统简介嵌入式系统是一种专用计算机系统,常集成在各种设备和机器中,扮演着关键的角色本介绍将全面概括嵌入式系统的特点、组成和应用场景作者M M什么是嵌入式系统独立系统实时响应资源受限应用广泛嵌入式系统是一种专用电子计嵌入式系统必须能够快速响应由于成本和空间的限制,嵌入嵌入式系统被广泛应用于工业算机系统,内置于各种设备和外界环境变化,及时进行数据式系统通常使用低功耗、低成控制、消费电子、通信设备、机器之中,为特定功能服务,不采集和处理,保证设备的实时本的微控制器或微处理器,内汽车电子等各个领域,是当今需要像台式电脑那样与用户交性和可靠性存和存储空间也较为有限科技发展的基础互嵌入式系统的特点功能性强体积小巧嵌入式系统专注于执行特定的功嵌入式系统通常采用小型化的硬能,性能稳定可靠,适合高度集成件设计,体积小巧,适合应用于各的应用场景种紧凑型设备实时性强能耗低嵌入式系统能够快速响应外部事嵌入式系统通常采用低功耗的电件,满足实时性要求,适用于对时路设计,能耗较低,适合电池供电间敏感的应用或需要节能的场景嵌入式系统的应用领域工业控制家用电器工厂自动化、机器人控制、过程控制洗衣机、空调、冰箱、微波炉等等汽车电子医疗设备发动机控制、安全系统、娱乐系统等心脏起搏器、体温计、血糖仪等嵌入式系统的典型组成处理器存储器嵌入式系统的核心部件,负责数据提供程序指令和数据存储,包括处理和系统控制包括微控制器、ROM、RAM、闪存等不同类型DSP、ARM等类型的存储器输入输出设备嵌入式操作系统用于与外部设备交互,如传感器、管理系统资源,提供程序运行环境,显示屏、按键等,实现系统功能如Linux、VxWorks等处理器中央处理器CPU专用处理器多核处理器嵌入式系统的核心部件之一,负责指令解码针对特定应用开发的处理器,可以更好地满将多个处理核心集成在一颗芯片上,能够并和程序执行,决定整个系统的性能和功能足嵌入式系统的实时性、能耗和成本要求行处理多个任务,提高整体性能和能效在广泛应用于工业控制、消费电子等领域例如DSP用于音频/视频处理,MCU用于工高性能嵌入式系统中应用广泛业控制存储器只读存储器随机存取存储器ROMRAM用于存储基本的程序指令和参数为系统提供临时数据存储空间,用数据,在系统启动时加载并执行于存储程序执行过程中的变量和可以是掩膜ROM或中间结果包括SRAM和DRAMPROM/EPROM/EEPROM等两种类型可编程ROM存储器Flash既可读又可写的非易失性存储器,用于存储操作系统内核、驱动程序和应用程序等具有高速、高密度的特点输入输出设备传感器执行器12负责将物理或环境参数转换为根据控制器的指令,执行相应的电信号的设备,如温度传感器、动作,如电机、阀门、显示屏等压力传感器等用户接口通信接口34提供人机交互的设备,如键盘、用于连接外部设备进行数据交鼠标、触摸屏、显示屏等换,如串口、以太网、WIFI、蓝牙等嵌入式操作系统实时处理内存管理嵌入式操作系统快速响应关键事件,确有限的内存资源要求嵌入式操作系统保系统实时性和可靠性高效管理内存,避免内存泄漏硬件支持低功耗设计嵌入式操作系统与特定硬件紧密集成,嵌入式系统电源有限,操作系统需要提提供对外围设备的直接访问供电源管理功能嵌入式操作系统LinuxLinux是嵌入式系统的流行操作系实时性是Linux嵌入式的关键诉求丰富的嵌入式开发工具统Linux提供了gcc编译器、gdb调试器等众Linux凭借其开源、免费、高度可定制等优许多嵌入式系统对实时性有严格要求,如工多开发工具,方便工程师进行嵌入式系统的势,广泛应用于嵌入式设备,如路由器、机顶业控制、医疗设备等Linux通过实时内核、软件开发此外,Linux还拥有强大的网络、盒、汽车娱乐系统等Linux为嵌入式系统实时调度等技术满足了这些需求,成为最流多媒体等功能支持提供了强大的功能支持和丰富的软件生态行的嵌入式操作系统之一实时操作系统实时响应性确定性可靠性实时调度实时操作系统具有高度的实时实时操作系统能够确保任务在实时操作系统具有高度的可靠实时操作系统采用特殊的任务响应能力,可以在有限的时间预定的时间内完成,不会出现性,能够在恶劣的环境下稳定调度算法,确保关键任务能够内完成任务,确保系统在严格不确定的行为运行,满足嵌入式系统的要求及时响应和执行的时间约束下正常工作嵌入式软件开发流程需求分析1深入了解客户需求,确定嵌入式系统的功能和性能目标系统设计2根据需求分析,设计硬件和软件架构,确定关键模块和接口模块开发3按设计方案,开发和测试各个软件模块,确保质量和性能集成测试4将各模块集成在一起,进行全面测试,确保系统按设计要求工作发布部署5完成系统测试后,将软件发布部署在目标硬件平台上需求分析明确需求细化需求评审需求从客户出发,仔细聆听他们的需求,充分理解将需求转化为详细的功能规格,确保每一个与客户、团队等相关方进行需求评审,确保项目目标和关键要求细节都能得到满足需求清晰可行、达成一致系统设计需求分析架构设计深入理解客户需求,并将其转化为具体确定系统的总体架构,包括软硬件组成的系统需求及其交互方式详细设计验证评估针对每个模块进行深入的设计,确保系对设计方案进行全面测试,以确保满足统可靠性和可扩展性客户需求和设计目标模块开发需求分析软件设计代码编写集成调试对每个模块的功能和性能需求根据需求制定详细的软件设计使用合适的编程语言和工具,将各个模块组装在一起,进行进行深入分析,确保设计符合方案,包括模块结构、算法、编写模块的源代码并进行单元系统级的集成调试和性能优化实际需求数据流等测试集成测试全面验证错误定位集成测试旨在全面验证嵌入式系集成测试有助于及时发现和修复统各个模块和组件之间的协作,确系统中的设计缺陷和编码错误保系统整体功能正常质量保证通过集成测试,开发团队可以确保嵌入式系统满足预期需求,达到可靠性和安全性标准发布部署制定发布计划测试验证12制定详细的版本发布计划,确保在正式发布前进行全面的功能各个环节有序进行和性能测试,确保系统稳定可靠部署上线持续优化34按计划有序推进系统部署上线,密切关注用户反馈,定期进行系同时做好用户培训和技术支持统优化和升级嵌入式系统开发工具交叉编译工具链嵌入式调试工具用于在开发主机上生成嵌入式系帮助开发者在硬件上调试软件的统的目标代码的一组编译器和相工具,如JTAG调试器和逻辑分析关工具确保代码能在嵌入式硬仪,能跟踪程序执行流程件上顺利运行集成开发环境IDE模拟仿真工具提供编码、编译、调试、构建等允许开发者在计算机上模拟和仿一站式服务的软件开发平台,如真嵌入式硬件的行为,在真机上测Eclipse、IAR Embedded试之前进行功能验证Workbench等交叉编译工具链交叉编译器链接器和加载器调试器交叉编译器能够在一个平台上生成针对不同链接器将目标文件和库链接成最终的可执行调试器用于在目标设备上调试嵌入式程序,目标平台的可执行程序这是嵌入式系统开文件加载器将可执行文件加载到内存并启提供断点、变量监视等强大的调试功能发的关键工具动程序嵌入式调试工具交叉编译工具链硬件调试工具12用于针对特定嵌入式硬件平台如逻辑分析仪、示波器等,用于编译软件的工具集合检查和监控硬件电路软件调试工具集成开发环境34如嵌入式调试器、跟踪器,可在IDE结合编码、编译、调试等运行时监控和诊断软件行为功能,提高嵌入式软件开发效率嵌入式系统架构片上系统SoC将系统核心部件集成到单一芯片上,提供紧凑集成的嵌入式解决方案多核处理器采用多个处理器核心集成在同一芯片上,提供强大的并行计算能力系统级芯片SiP将多种功能模块和电路集成在单一包装中,提供小型化和高度集成片上系统SoC集成度高灵活性强成本更低功耗更低片上系统SoC将多种电子元SoC可根据应用需求进行定制SoC通过集成更多组件,在功SoC采用先进制程,具有更低件集成在一个芯片上,实现了化设计,不同的SoC可提供不能和性能上更优越,同时大幅的功耗和更高的能效,适用于功能更丰富、性能更强大的嵌同的功能和性能降低了系统成本各种便携式设备入式系统多核处理器多核处理器多核处理器架构多核处理器应用多核处理器是一个在单一芯片内集成了两个多核处理器通常采用对称多处理SMP架多核处理器广泛应用于从智能手机到服务器或更多独立处理器的处理器它可以同时运构,每个处理器核拥有自己的高速缓存,共享等各种电子设备,能有效提升系统的计算能行多个程序,提高了系统的性能和效率主内存和其他系统资源这种结构可以更好力和响应速度地利用芯片资源系统级芯片SiP集成度高性能优秀12系统级芯片SiP将多个独立通过优化芯片间布局和互连,系芯片集成在一个封装中,大幅提统级芯片可以实现更快的处理高集成度速度体积小巧成本效益好34单个封装体积小,非常适合应用集成化设计降低了生产成本,有于移动设备和嵌入式系统利于提高产品竞争力嵌入式系统安全系统安全数据安全网络安全嵌入式系统需要确保硬件和软嵌入式系统处理的数据必须得许多嵌入式系统通过网络连接,件组件的安全性,防止恶意攻到有效保护,防止信息泄露和需要防范外部网络攻击部署击和系统故障通过安全认证篡改采用加密、备份等措施,防火墙、入侵检测等手段,确和测试,确保系统可靠运行确保数据完整性和机密性保系统免受病毒、木马等威胁系统安全网络防护部署有效的防火墙和入侵检测系统,阻挡非法访问和攻击数据加密对系统数据进行全面加密,确保机密性和完整性定期检查定期进行系统漏洞扫描和安全审计,及时发现和修复隐患数据安全数据加密访问控制备份机制采用先进的加密算法,确保重要数据在传严格限制对敏感数据的访问权限,确保只建立完善的数据备份系统,确保在发生故输和存储过程中的安全性有经过授权的用户才能访问障或意外时能够快速恢复数据网络安全防火墙保护数据加密部署企业级防火墙,阻挡恶意流量进入对网络传输及存储数据进行加密,确保内网,保护关键系统和数据安全不被非法访问和窃取系统补丁更新网络监控及时部署系统和软件的安全补丁,修复实时监控网络流量和系统异常,及时发已知的漏洞,减少被黑客利用的风险现和响应安全事件嵌入式系统的发展趋势物联网IoT人工智能嵌入式系统在物联网应用中扮演先进的机器学习算法使嵌入式系着关键角色,为各种智能设备提统能够在边缘端进行智能分析和供强大的计算和控制能力决策,推动人工智能技术的深入应用软件定义安全性和隐私保护软件定义的嵌入式系统可以更加随着物联网和边缘计算的兴起,灵活地适应不同应用场景,减少嵌入式系统安全和隐私保护将成硬件升级的成本和复杂度为更加重要的发展方向物联网海量连接智能感知物联网让数十亿个设备实现互联互通,形成一个庞大的信息网络借助各种传感器,物联网可以实时感知环境变化,收集海量数据智能分析自动化控制物联网将收集的数据进行智能分析,为用户提供即时有价值的信息物联网可以根据分析结果自动执行各种操作,实现设备的智能控制人工智能机器学习人工神经网络自然语言处理机器学习是人工智能的核心,通过数据分析基于大脑神经元结构的人工神经网络,能够自然语言处理使计算机能够理解和生成人类和模型建立,实现计算机自动学习和改进进行复杂模式识别和预测决策语言,在对话系统和翻译等领域发挥重要作用软件定义软件定义架构虚拟化技术自动化管理持续创新软件定义架构将系统中的硬件通过虚拟化技术,系统可以动软件定义系统具有自动化管理软件定义架构为系统提供了更和软件资源抽象为统一的可编态调配计算、存储和网络等资能力,可根据业务需求实现资加开放和灵活的平台,有利于程池,使系统具有更大的灵活源,以满足不同应用场景的需源的自动分配和动态调整持续的软件创新和功能升级性和可扩展性求。