嵌入式系统分析与设计

1 嵌入式系统概述

1.1 嵌入式系统定义

嵌入式系统：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统。

1.2 嵌入式系统特点

1. 专用性强
2. 实时性要求高
3. 资源受限
4. 可靠性要求高
5. 功耗受限
6. 软硬件结合紧密

1.3 嵌入式系统组成

硬件层：

• 嵌入式处理器
• 存储器
• I/O接口
• 外围设备

软件层：

• 嵌入式操作系统
• 设备驱动
• 应用软件

2 嵌入式处理器

2.1 处理器类型

类型	说明	示例
MPU	微处理器	ARM、MIPS
MCU	微控制器	51单片机、STM32
DSP	数字信号处理器	TI DSP
SoC	片上系统	高通骁龙、华为麒麟

2.2 ARM处理器

ARM架构特点：

• 32位RISC架构
• 低功耗
• 高性能
• 广泛应用于移动设备

3 嵌入式操作系统

3.1 嵌入式操作系统特点

1. 实时性
2. 小型化
3. 可裁剪
4. 可靠性高
5. 可移植性

3.2 常见嵌入式操作系统

操作系统	特点
μC/OS-II	开源、实时、小型
VxWorks	商业、实时、可靠性高
Linux	开源、功能强大
Android	开源、移动设备
FreeRTOS	开源、实时、小型

4 实时系统

4.1 实时系统定义

实时系统：能够在确定的时间内执行计算或处理功能，并对外部事件做出响应的系统。

4.2 实时系统分类

类型	说明
硬实时系统	必须在规定时间内完成任务，否则会造成严重后果
软实时系统	允许偶尔超时，不会造成严重后果

4.3 实时调度算法

1. 速率单调调度（RMS）
2. 最早截止时间优先（EDF）
3. 最低松弛度优先（LLF）

5 嵌入式系统设计

5.1 设计方法

1. 自顶向下
2. 自底向上
3. 软硬件协同设计

5.2 开发流程

1. 需求分析
2. 系统设计
3. 软硬件开发
4. 系统集成
5. 系统测试
6. 产品发布

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参考资源

• 系统分析师教材（第二版）相关章节
• 文老师软考教育