北航《嵌入式系統(tǒng)》課件-第八章

北航《嵌入式系統(tǒng)》課件-第八章目錄contents嵌入式系統(tǒng)的概述嵌入式系統(tǒng)的硬件平臺嵌入式系統(tǒng)的軟件平臺嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)流程嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用案例CHAPTER嵌入式系統(tǒng)的概述01定義與特點(diǎn)定義嵌入式系統(tǒng)是一種專用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，主要用于控制、監(jiān)視或幫助操作機(jī)器設(shè)備。特點(diǎn)嵌入式系統(tǒng)具有高度的專業(yè)性、實(shí)時性、可靠性和低功耗等特點(diǎn)，通常與具體應(yīng)用緊密結(jié)合，軟硬件高度集成。嵌入式系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于自動化生產(chǎn)線、機(jī)器人、智能儀表等領(lǐng)域。工業(yè)控制嵌入式系統(tǒng)在智能家電、智能照明、智能安防等方面發(fā)揮重要作用。智能家居嵌入式系統(tǒng)在醫(yī)療設(shè)備、監(jiān)護(hù)儀器、診斷儀器等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。醫(yī)療電子嵌入式系統(tǒng)用于車輛導(dǎo)航、智能交通控制系統(tǒng)、車載娛樂系統(tǒng)等。交通電子嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)將更加智能化，能夠?qū)崿F(xiàn)更高級別的自主決策和控制。智能化網(wǎng)絡(luò)化低功耗定制化嵌入式系統(tǒng)將更加網(wǎng)絡(luò)化，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程控制和數(shù)據(jù)傳輸，提高系統(tǒng)的可維護(hù)性和可擴(kuò)展性。隨著環(huán)保意識的提高，嵌入式系統(tǒng)的功耗將越來越低，延長設(shè)備的續(xù)航能力。隨著應(yīng)用需求的多樣化，嵌入式系統(tǒng)的定制化程度將越來越高，滿足不同行業(yè)的特殊需求。嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢CHAPTER嵌入式系統(tǒng)的硬件平臺0201ARM處理器是一種流行的嵌入式系統(tǒng)處理器，具有低功耗、高性能的特點(diǎn)。02ARM處理器廣泛應(yīng)用于移動設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)、智能家居等領(lǐng)域。03ARM處理器的不同型號和系列可以滿足不同的性能和功耗需求。04ARM處理器的體系結(jié)構(gòu)和指令集是公開的，因此許多廠商都基于ARM架構(gòu)開發(fā)了自己的處理器。ARM處理器FPGA（現(xiàn)場可編程門陣列）是一種可以由用戶配置和編程的硬件平臺。FPGA可以通過編程實(shí)現(xiàn)不同的數(shù)字電路和算法，從而實(shí)現(xiàn)定制化的硬件加速。FPGA硬件平臺FPGA具有高度的靈活性和并行處理能力，適用于需要快速原型設(shè)計(jì)和硬件加速的嵌入式系統(tǒng)。FPGA在通信、圖像處理、雷達(dá)等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。嵌入式系統(tǒng)的硬件接口嵌入式系統(tǒng)的硬件接口是實(shí)現(xiàn)硬件與軟件之間通信的關(guān)鍵。硬件接口的選擇需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求和系統(tǒng)架構(gòu)來確定。常見的硬件接口包括串口、并口、SPI、I2C、CAN等。硬件接口的設(shè)計(jì)需要考慮數(shù)據(jù)傳輸速率、穩(wěn)定性、功耗等因素。嵌入式系統(tǒng)的存儲器常見的嵌入式系統(tǒng)存儲器包括Flash存儲器、EEPROM、SRAM等。存儲器的穩(wěn)定性、可靠性和壽命也是需要考慮的重要因素。嵌入式系統(tǒng)的存儲器是用于存儲程序代碼和數(shù)據(jù)的硬件設(shè)備。存儲器的選擇需要根據(jù)程序的大小和運(yùn)行速度要求來確定。CHAPTER嵌入式系統(tǒng)的軟件平臺03提供實(shí)時任務(wù)調(diào)度、內(nèi)存管理、中斷處理等功能，保障系統(tǒng)實(shí)時性。實(shí)時操作系統(tǒng)（RTOS）開源、穩(wěn)定、強(qiáng)大的操作系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于嵌入式領(lǐng)域。Linux操作系統(tǒng)基于Linux，專為移動設(shè)備設(shè)計(jì)的操作系統(tǒng)，具有豐富的應(yīng)用生態(tài)。Android操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)集成開發(fā)環(huán)境（IDE）嵌入式軟件開發(fā)工具提供代碼編輯、編譯、調(diào)試等功能的軟件，如Keil、IAR等。仿真器與調(diào)試工具用于模擬嵌入式系統(tǒng)運(yùn)行和調(diào)試的工具，如JTAG、SWD等。用于管理代碼版本，如Git，保證開發(fā)協(xié)同與代碼質(zhì)量。版本控制系統(tǒng)嵌入式GUI框架提供圖形界面開發(fā)工具包，如Qt、GTK+等。網(wǎng)絡(luò)通信框架支持TCP/IP協(xié)議棧、Socket編程等，如mbedOS網(wǎng)絡(luò)庫。數(shù)據(jù)存儲框架提供文件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫等存儲解決方案，如FATFS、SQLite等。嵌入式軟件的應(yīng)用框架CHAPTER嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)流程04需求調(diào)研深入了解用戶需求，明確系統(tǒng)功能、性能、成本等要求。功能分解將系統(tǒng)需求分解為具體的功能模塊，明確各模塊間的接口和通信。需求規(guī)格說明編寫系統(tǒng)需求規(guī)格說明書，明確系統(tǒng)需求和約束條件。系統(tǒng)需求分析架構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)需求分析結(jié)果，設(shè)計(jì)系統(tǒng)的整體架構(gòu)，包括硬件和軟件架構(gòu)。硬件選型與設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)需求選擇合適的芯片、傳感器、執(zhí)行器等硬件設(shè)備，并進(jìn)行必要的硬件電路設(shè)計(jì)。軟件設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的軟件架構(gòu)，包括操作系統(tǒng)、中間件和應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)030201根據(jù)硬件設(shè)計(jì)結(jié)果，制作硬件電路板、連接硬件設(shè)備等。硬件實(shí)現(xiàn)編寫軟件代碼，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能，并進(jìn)行必要的調(diào)試和優(yōu)化。軟件實(shí)現(xiàn)對整個系統(tǒng)進(jìn)行集成測試、功能測試和性能測試，確保系統(tǒng)滿足需求規(guī)格說明中的要求。系統(tǒng)測試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與測試CHAPTER嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用案例05智能家居系統(tǒng)是嵌入式系統(tǒng)的一個重要應(yīng)用領(lǐng)域，通過將各種傳感器、控制器和執(zhí)行器集成到一個系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)對家庭環(huán)境的智能化控制和管理。智能家居系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)的功能包括：自動控制家電設(shè)備、調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度和濕度、監(jiān)控家庭安全等，從而提高居住的舒適度和安全性。嵌入式系統(tǒng)在智能家居系統(tǒng)中發(fā)揮著核心作用，通過嵌入式處理器和相關(guān)軟件，實(shí)現(xiàn)對各種設(shè)備的統(tǒng)一管理和控制，同時保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。智能家居系統(tǒng)無人機(jī)控制系統(tǒng)是嵌入式系統(tǒng)的另一個應(yīng)用領(lǐng)域，通過將嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用于無人機(jī)中，可以實(shí)現(xiàn)無人機(jī)的自主飛行、導(dǎo)航定位、任務(wù)執(zhí)行等功能。無人機(jī)控制系統(tǒng)主要由傳感器模塊、控制模塊、通信模塊和執(zhí)行模塊組成，其中嵌入式系統(tǒng)負(fù)責(zé)控制模塊和執(zhí)行模塊的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。無人機(jī)控制系統(tǒng)具有廣泛的應(yīng)用前景，如航拍、地形測繪、環(huán)境監(jiān)測、軍事偵察等，為人類的生產(chǎn)和生活帶來了極大的便利。無人機(jī)控制系統(tǒng)工業(yè)自動化系統(tǒng)是嵌入式系統(tǒng)的又一重要應(yīng)用領(lǐng)域，通過將嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用于工業(yè)自動化設(shè)備中，可以提高設(shè)備的自動化程度和生產(chǎn)效率。嵌入式系統(tǒng)在工業(yè)自