天大嵌入式系统课件-0-介绍

天大嵌入式系统课程介绍课件内容概览基础知识系统开发软件工程什么是嵌入式系统？嵌入式系统开发挑战嵌入式软件开发嵌入式系统的特点嵌入式系统开发流程嵌入式系统编程语言嵌入式系统的分类嵌入式硬件组成嵌入式系统开发工具嵌入式系统的应用领域嵌入式操作系统什么是嵌入式系统？嵌入式系统是指专门为特定应用而设计的计算机系统，通常由硬件和软件组成，并与外部环境交互它与通用计算机相比，具有更强的实时性、可靠性、安全性，以及更低的成本和功耗嵌入式系统的特点体积小巧低功耗高可靠性实时性嵌入式系统通常体积小巧，可嵌入式系统通常需要在有限的嵌入式系统通常需要在恶劣的嵌入式系统通常需要在特定的以嵌入到各种设备中，例如手电源下运行，因此需要采用低环境下可靠地运行，例如高时间内响应事件，例如控制设机、汽车、家电等功耗的设计和技术温、高湿、振动等备的运动、处理传感器数据等嵌入式系统的分类微控制器系统微处理器系统1MCU2MPU用于控制简单设备，例如家用用于执行更复杂的计算任务，电器和汽车例如智能手机和笔记本电脑数字信号处理器系统级芯片系统3DSP4SoC系统将多个组件集成在一个芯片专门用于处理音频、视频和其上，用于构建高性能、低功耗他信号的设备嵌入式系统的应用领域消费电子汽车电子智能手机、平板电脑、智能手表汽车导航系统、安全气囊、发动等机控制系统等工业自动化医疗设备机器人、数控机床、自动化生产医疗影像设备、生命体征监测线等仪、医疗机器人等嵌入式系统开发挑战嵌入式系统通常涉及硬件和软件的紧嵌入式系统通常具有严格的性能和实密耦合，这使得开发变得更加复杂时性要求，需要开发人员进行精细的优化和调试嵌入式系统开发通常面临着资源受限的挑战，例如内存、存储空间和处理能力有限嵌入式系统开发流程需求分析确定系统功能，性能，资源需求系统设计硬件，软件架构，功能模块设计代码实现编写嵌入式软件代码，驱动程序测试验证功能，性能，可靠性测试系统集成将硬件，软件，驱动整合部署与维护部署到目标平台，持续维护更新嵌入式硬件组成微控制器存储器外设MCU嵌入式系统的核心，负责处理控制和数据存储程序和数据，分为闪存、传感器、显示器、通信模块等，扩展嵌入Flash操作和式系统的功能SRAM DRAM嵌入式操作系统实时性内存管理嵌入式系统通常需要实时响应嵌入式系统通常运行在资源受事件，操作系统必须提供高效限的环境中，操作系统需要有的调度和资源管理机制效管理内存资源，确保系统稳定运行任务管理操作系统负责管理和调度多个应用程序的任务，确保不同任务之间能够协调工作嵌入式软件开发驱动程序中间件应用程序为嵌入式硬件组件提供软件接口，使提供应用程序和硬件之间的抽象层，针对特定嵌入式设备的功能，提供用它们能够与操作系统和应用程序交简化应用程序开发，并提高代码的可户界面或实现特定任务互移植性嵌入式系统编程语言语言语言C C++广泛用于嵌入式系统，因为它的效率提供面向对象编程的功能，可以提高高，控制能力强，并且有丰富的库和代码的可重用性和可维护性，适用于工具更复杂的任务汇编语言直接控制硬件，可以优化性能，但代码复杂难懂，通常只用于关键部分的优化嵌入式系统开发工具集成开发环境仿真器调试器IDE例如、、等，提供代码模拟目标硬件环境，帮助开发人员进行用于在目标硬件上调试程序，例如Keil IAREclipse编辑、编译、调试等功能，简化开发流代码测试和调试，避免实际硬件的损调试器，通过连接目标硬件，观察JTAG程坏程序运行状态传感器与驱动器传感器驱动器传感器是将物理量转换为电信号驱动器是将电信号转换为物理量的器件，例如温度传感器、压力输出的器件，例如电机驱动器、传感器、光传感器等驱动器、继电器驱动器等LED作用传感器和驱动器是嵌入式系统中必不可少的组件，它们负责采集外部环境信息并控制执行器，实现系统与外界环境的交互数字电路设计逻辑门集成电路电路板数字电路的基本单元，实现逻辑运算将多个逻辑门集成到一个芯片上，实现更将多个集成电路和其它电子元件连接在一复杂的功能起，构成完整的数字系统模拟电路设计模拟信号处理关键组件模拟电路设计处理连续信号，例如电压和电流，用于各种应用，模拟电路使用各种元件，例如电阻器、电容器、电感器、晶体管例如传感器接口、音频放大和电源管理和运算放大器，来实现所需的电路功能电源管理电路电源转换电源管理12将外部电源转换为嵌入式系统控制电源分配，确保系统稳定所需的电压和电流运行，并提高能效电源监控3监测电源电压和电流，并提供过压、欠压、过电流等保护功能通信协议协议定义常见协议通信协议定义了数据交换的规则和格常见的嵌入式系统通信协议包括式，确保数据传输的准确性和可靠、、、、SPI I2C UARTCAN Ethernet性等，适用于不同应用场景性能评估通信协议的选择需要考虑传输速度、可靠性、功耗、成本等因素调试与测试硬件调试软件调试系统测试验证硬件组件正常工作，例如处理器、通过代码分析、断点、日志等方式找出模拟真实环境，验证嵌入式系统整体功内存、存储设备等软件错误并进行修复能和性能是否符合预期功耗管理节能设计动态功耗管理优化硬件和软件，降低功耗根据需求调整功耗，例如，在空闲状态下降低功耗电源管理芯片使用专门的芯片来管理电源和功耗安全与可靠性数据安全系统稳定性12嵌入式系统通常处理敏感信嵌入式系统需要可靠地执行任息，例如用户数据、身份验证务，避免故障或错误，确保系凭据和机密信息统能够持续运行攻击防护3嵌入式系统可能面临各种攻击，包括恶意软件、黑客攻击和数据窃取嵌入式系统设计模式模式单例模式工厂模式MVC分离用户界面、业务逻辑和数据模型确保一个类只有一个实例，并提供一个全创建对象的最佳实践，隐藏对象的创建逻局访问点辑嵌入式系统性能优化代码优化系统配置网络优化高效算法，数据结构，减少内存占用优化中断处理，缓存管理，内存分配协议选择，数据压缩，减少网络延迟嵌入式系统可扩展性硬件可扩展性软件可扩展性模块化设计，易于添加新组件可重用代码和模块化设计，方或升级现有组件便添加新功能或修改现有功能系统可扩展性能够适应不断变化的需求，例如增加数据量或处理能力嵌入式系统安全性数据保护代码安全网络安全保护敏感数据免遭未经授权的访问、防止恶意软件或攻击者利用漏洞，以确保嵌入式设备和网络通信免受网络使用或泄露获取控制权或窃取数据攻击嵌入式系统实时性时间敏感性实时操作系统实时任务嵌入式系统通常需要在特定时间内完成实时操作系统专门为实时应用嵌入式系统中的任务可以分为实时任务RTOS任务例如，在工业自动化系统中，设而设计，能够提供精确的时间控制和任和非实时任务实时任务需要在特定时备必须在预定的时间内响应事件务调度间内完成，而非实时任务则没有时间限制嵌入式系统实用案例嵌入式系统广泛应用于各个领域，从智能家居到工业自动化，再到航空航天以下是一些常见的嵌入式系统实用案例智能手机•智能手表•无人机••汽车电子•工业控制嵌入式系统行业发展趋势云计算与物联网的融合，推动边缘计人工智能技术在嵌入式系统中的应用算和云端协同发展不断扩展，如语音识别、图像处理等嵌入式系统安全性越来越重要，需要应对各种网络攻击和数据泄露风险嵌入式系统人才需求软件开发人员硬件工程师嵌入式系统设计师嵌入式系统软件开发人才，掌握、嵌入式系统硬件工程师，熟悉电路设计、精通系统架构设计、性能优化、功耗管C、等编程语言，熟悉操作系数字模拟电路、传感器、电源管理等技理、安全可靠性等，具备解决复杂问题的C++Python/统、网络协议、数据库等技术术能力嵌入式系统学习建议打好基础理论实践结合12掌握语言、数据结构、操作在学习理论的同时，进行实际C系统等基础知识，为后续学习项目开发，积累经验，加深理打下坚实基础解积极参与社区3加入相关论坛、社群，与业界专家交流学习，拓展视野结语希望本课程能帮助大家更好地理解和掌握嵌入式系统知识，并为未来的学习和职业发展打下坚实基础。