北航嵌入式系统设计复习笔记.pdf

嵌入式系统设计是计算机科学和技术的一个重要领域，主要关注为特定应用而设计的专用计算机系统。这些系统通常以应用为中心，以计算机技术为基础，允许根据需求裁剪软硬件，以满足严格的性能指标，如可靠性、成本、体积和功耗。 嵌入式系统的三要素包括嵌入性、专用性和计算机特性。嵌入性意味着它们被整合到更大的对象系统中，对环境有特定要求。专用性体现在软硬件设计是针对特定任务定制的。计算机特性则指它们实现了智能化的功能。 与单片机相比，嵌入式系统具有更广泛的功能和更高的性能。单片机是嵌入式系统的一部分，通常用于简单的数据处理和控制任务，而嵌入式系统可能基于高性能的32位微处理器，并运行实时操作系统（RTOS），处理复杂的任务和运算。此外，单片机通常不支持网络功能，而嵌入式系统则可以具备这一能力。 与个人计算机（PC）相比，嵌入式系统更加专注于特定任务，硬件资源较少但多样化，常有实时约束，如在嵌入式系统中常见的实时多任务操作系统。嵌入式系统使用的处理器类型多样，例如嵌入式微处理器（MPU）、嵌入式微控制器（MCU）、嵌入式数字信号处理器（DSP）、嵌入式系统级芯片（SoC）和嵌入式可编程系统级芯片（SOPC）。这些处理器各有特点，如MPU保留了基本CPU功能并优化了功耗，MCU则集成了多种功能于单一芯片，降低了成本和体积，DSP专注于信号处理，SoC高度集成，而SOPC则提供了可编程性和可重构性。 嵌入式实时操作系统（RTOS）是关键组件，能够快速响应外部事件，确保系统的稳定性和可靠性。RTOS分为硬实时和软实时两类，前者对响应时间有严格要求，后者则相对宽松。嵌入式系统的开发需要考虑软硬件协同设计，以优化整体性能，这包括软件架构、硬件接口设计、性能分析和调试工具的使用。 嵌入式系统广泛应用于各个领域，例如办公设备、消费电子产品、网络通信设备、工业自动化以及航空航天等。它们可以根据硬件表现形式和实时性要求进一步分类，如芯片级、模块级、系统级嵌入，以及非实时、软实时和硬实时系统。 软硬件协同设计的目标在于优化系统整体性能，包括早期的系统架构设计、软件的硬件抽象层、硬件加速器的设计以及系统验证等。这种协同设计方法有助于确保系统在满足功能需求的同时，达到最佳的性能、功耗和成本平衡。