上海交大电子系嵌入式系统与结构课件

### 上海交通大学电子系嵌入式系统与结构课程知识点概览 #### 一、嵌入式系统的定义与特征 **嵌入式系统**是专为特定应用设计的计算机系统，通常作为更大系统的一个组成部分，而不是作为通用计算机使用。这类系统的特点在于其高度集成的软硬件配置，以及对特定应用的高度适应性。 **关键特征：** 1. **计算机系统**：具备计算能力的核心。 2. **面向应用**：专门针对某一特定应用场景设计。 3. **软硬件结合**：包含必要的硬件与软件两大部分。 #### 二、嵌入式系统的硬件构成 **硬件部分**主要由以下几个方面构成： 1. **处理器子系统**：是嵌入式系统的核心，包括中央处理单元（CPU）等。 2. **面向应用的接口**：支持与外部设备或系统的交互。 3. **高可靠性要求**：如电磁兼容性（EMC）、静电放电（ESD）、温度湿度振动等环境因素的影响。 4. **高性能成本比**：在有限的成本内实现较高的性能。 5. **低功耗设计**：对于某些便携式或移动设备尤为重要。 6. **紧凑的团队设计**：通常由小型团队在严格的时间限制下完成开发任务。 **具体硬件组件：** - **处理器**：系统的“大脑”，负责执行指令。 - **内存**：用于存储程序和数据。 - **用户界面**：提供与用户的交互方式。 - **通信单元**：支持不同形式的数据传输。 - **电源供应**：确保系统稳定运行。 - **系统架构**：整体设计的布局与规划。 #### 三、嵌入式系统的软件构成 **软件部分**通常包含： 1. **操作系统**（OS）：协调和管理硬件资源，提供软件运行环境。 2. **应用程序软件**：实现具体功能的软件。根据是否使用操作系统，可以分为带OS的应用程序和不带OS的应用程序。 **软件需求：** - **高可靠性**：确保系统稳定可靠地运行。 - **实时性**：满足时间敏感性任务的需求。 - **多任务处理**：支持同时执行多个任务的能力。 - **小巧体积**：代码通常存储在只读存储器（ROM）中，以节省空间。 #### 四、嵌入式处理器分类及特性 **嵌入式处理器**根据不同的用途和设计特点，可以分为以下几种类型： 1. **微控制器**（MCU）： - **特性**：内置RAM/ROM、定时器、看门狗、通用输入输出（GPIO）、UART、ADC/DAC、USB/CAN/SPI等模块；减少外部组件数量；较低的工作频率（10~70MHz）；提供对外设的良好控制能力；可靠性较高。 - **应用领域**：工业控制、简单的数据采集等。 2. **数字信号处理器**（DSP）： - **特性**：专门处理音频、视频等信号。 - **应用领域**：音频处理、图像处理等。 3. **嵌入式微处理器**（MPU）： - **特性**：功能更加强大，适用于复杂的应用场景。 - **应用领域**：高端消费电子产品、网络设备等。 #### 五、嵌入式系统的典型应用场景 **应用范围**十分广泛，涵盖了许多日常生活中的产品和技术，例如： - **手机**：集成多种功能。 - **个人数字助理（PDA）**：多功能便携设备。 - **打印机**：文档处理。 - **汽车**：发动机控制系统、刹车系统等。 - **电视**：多媒体播放。 - **游戏机**：娱乐设备。 - **MP3播放器**：音乐播放。 - **电脑键盘和鼠标**：人机交互设备。 #### 六、总结 通过上述分析，我们可以看出，嵌入式系统以其独特的软硬件结合方式，在现代科技产品的设计与制造中扮演着极其重要的角色。无论是从硬件的角度出发，还是从软件的角度考虑，嵌入式系统的每一个组成部分都紧密相关且不可或缺。随着技术的发展，未来嵌入式系统的应用场景将更加广泛，对其性能和可靠性的要求也将不断提高。