南京工業(yè)大學(xué)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計

南京工業(yè)大學(xué)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計Contents目錄課程概述與目標(biāo)嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)知識嵌入式處理器與微控制器嵌入式操作系統(tǒng)及編程技術(shù)嵌入式系統(tǒng)通信與接口技術(shù)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)實踐課程總結(jié)與展望課程概述與目標(biāo)01嵌入式系統(tǒng)定義嵌入式系統(tǒng)是一種以應(yīng)用為中心，以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴(yán)格要求的專用計算機系統(tǒng)。應(yīng)用領(lǐng)域嵌入式系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、交通管理、信息家電、家庭智能管理系統(tǒng)、POS網(wǎng)絡(luò)及電子商務(wù)、環(huán)境監(jiān)測、機器人等領(lǐng)域。嵌入式系統(tǒng)定義及應(yīng)用領(lǐng)域本課程旨在培養(yǎng)學(xué)生掌握嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的基本原理和方法，具備嵌入式系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計能力，了解嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展趨勢。課程目標(biāo)學(xué)生應(yīng)掌握嵌入式系統(tǒng)的基本概念、硬件組成、軟件開發(fā)環(huán)境和工具，以及嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的流程和方法。同時，應(yīng)具備一定的實驗?zāi)芰蛣?chuàng)新能力，能夠獨立完成簡單的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計項目。要求課程目標(biāo)與要求教學(xué)內(nèi)容本課程主要包括嵌入式系統(tǒng)概述、嵌入式系統(tǒng)硬件平臺、嵌入式系統(tǒng)軟件設(shè)計、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境與工具、嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用實例等內(nèi)容。教學(xué)安排本課程采用理論授課與實驗相結(jié)合的方式，注重理論與實踐的結(jié)合。通過案例分析、項目實踐等方式，提高學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力。同時，邀請企業(yè)工程師進行授課和交流，讓學(xué)生了解嵌入式系統(tǒng)的實際應(yīng)用和發(fā)展趨勢。教學(xué)內(nèi)容與安排嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)知識02微處理器/微控制器存儲器外設(shè)接口電源管理嵌入式系統(tǒng)硬件組成嵌入式系統(tǒng)的核心，負責(zé)執(zhí)行程序和控制外設(shè)。提供與外部設(shè)備的連接，如UART、SPI、I2C等。用于存儲程序代碼和數(shù)據(jù)，包括RAM、ROM、Flash等。確保系統(tǒng)穩(wěn)定供電，包括電池管理、電壓調(diào)節(jié)等。嵌入式系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)負責(zé)管理硬件資源、提供API和支持多任務(wù)處理。與硬件直接交互，提供設(shè)備控制和數(shù)據(jù)傳輸功能。實現(xiàn)特定功能的軟件，如遠程控制、數(shù)據(jù)采集等。提供通用服務(wù)，如網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)據(jù)庫訪問等。操作系統(tǒng)設(shè)備驅(qū)動程序應(yīng)用程序中間件嵌入式系統(tǒng)開發(fā)流程系統(tǒng)設(shè)計調(diào)試測試包括硬件和軟件設(shè)計，確定系統(tǒng)架構(gòu)和模塊劃分。對系統(tǒng)進行調(diào)試和測試，確保功能正確、性能穩(wěn)定。需求分析編碼實現(xiàn)集成部署明確系統(tǒng)功能和性能要求。根據(jù)設(shè)計文檔編寫代碼，實現(xiàn)系統(tǒng)功能。將系統(tǒng)集成到實際環(huán)境中，進行最終測試和驗證。嵌入式處理器與微控制器03低功耗、高性能，廣泛應(yīng)用于消費電子產(chǎn)品和工業(yè)控制領(lǐng)域。ARM處理器高性能、低功耗，常用于網(wǎng)絡(luò)通信和多媒體處理。MIPS處理器高可靠性、高性能，適用于航空航天和汽車電子等領(lǐng)域。PowerPC處理器專門用于數(shù)字信號處理，如音頻、視頻和圖像處理等。DSP處理器常見嵌入式處理器類型及特點微控制器是一種集成電路，包含處理器核心、內(nèi)存、外設(shè)接口等，用于控制和管理嵌入式系統(tǒng)中的各種設(shè)備和功能。微控制器基本原理智能家居控制系統(tǒng)、智能儀表、醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)控制等。應(yīng)用實例微控制器原理及應(yīng)用實例處理器選型與性能評估處理器選型考慮因素性能、功耗、成本、生態(tài)系統(tǒng)和開發(fā)工具等。性能評估指標(biāo)處理速度、內(nèi)存容量、外設(shè)接口種類和數(shù)量、中斷處理能力等。同時還需要考慮處理器的穩(wěn)定性和可靠性等因素。針對具體應(yīng)用場景進行評估和選擇。嵌入式操作系統(tǒng)及編程技術(shù)04實時性、可移植性強，廣泛應(yīng)用于各種嵌入式應(yīng)用場景。μC/OSLinuxWindowsCEVxWorks開源、免費，具有強大的網(wǎng)絡(luò)功能和豐富的軟件資源，適用于復(fù)雜嵌入式系統(tǒng)。微軟推出的嵌入式操作系統(tǒng)，界面友好，開發(fā)便捷，但授權(quán)費用較高。高性能實時操作系統(tǒng)，適用于航空航天、軍事等高端領(lǐng)域。常見嵌入式操作系統(tǒng)介紹及比較實時操作系統(tǒng)能夠在限定時間內(nèi)對外部事件做出響應(yīng)，并控制所有實時任務(wù)協(xié)調(diào)一致運行。航空航天控制系統(tǒng)、工業(yè)自動化控制系統(tǒng)、醫(yī)療設(shè)備控制系統(tǒng)等。實時操作系統(tǒng)原理及應(yīng)用實例應(yīng)用實例實時操作系統(tǒng)原理

嵌入式編程技術(shù)與實踐嵌入式C語言編程掌握嵌入式C語言基礎(chǔ)語法、指針、數(shù)組、結(jié)構(gòu)體等，以及內(nèi)存管理、中斷處理等關(guān)鍵技術(shù)。嵌入式系統(tǒng)調(diào)試技術(shù)熟悉硬件仿真器、邏輯分析儀等調(diào)試工具，掌握系統(tǒng)調(diào)試、性能優(yōu)化等方法。嵌入式軟件開發(fā)實踐基于實際項目需求，進行嵌入式軟件需求分析、設(shè)計、編碼、測試等全流程實踐。嵌入式系統(tǒng)通信與接口技術(shù)05123串行通信是按位傳輸數(shù)據(jù)的一種通信方式，具有傳輸線少、成本低的特點，適用于遠距離通信。串行通信基本原理常見的串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)有RS-232、RS-422、RS-485等，它們規(guī)定了信號的電平、傳輸速率、連接方式等。串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)串行通信的實現(xiàn)需要相應(yīng)的硬件和軟件支持，包括串口驅(qū)動程序、波特率設(shè)置、數(shù)據(jù)位和停止位設(shè)置等。串行通信實現(xiàn)方法串行通信接口原理及實現(xiàn)方法并行通信是同時傳輸多個數(shù)據(jù)位的一種通信方式，具有傳輸速度快的特點，但需要較多的傳輸線。并行通信基本原理常見的并行通信接口標(biāo)準(zhǔn)有并行打印機接口、IEEE1284等，它們規(guī)定了信號的電平、數(shù)據(jù)位數(shù)、控制方式等。并行通信接口標(biāo)準(zhǔn)并行通信的實現(xiàn)需要相應(yīng)的硬件和軟件支持，包括并行接口芯片、數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議、中斷處理等。并行通信實現(xiàn)方法并行通信接口原理及實現(xiàn)方法03常見的無線通信技術(shù)常見的無線通信技術(shù)有藍牙、WiFi、ZigBee等，它們各有特點，適用于不同的應(yīng)用場景。01無線通信基本原理無線通信是利用電磁波在空間中傳播信息的一種通信方式，具有無需布線、靈活方便的特點。02無線通信技術(shù)在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用場景無線通信技術(shù)廣泛應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)中，如智能家居、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、遠程控制等。無線通信技術(shù)在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用嵌入式系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)實踐06明確系統(tǒng)功能、性能、接口等要求，梳理關(guān)鍵業(yè)務(wù)流程和數(shù)據(jù)流程。需求分析規(guī)格說明書編寫評審與確認按照統(tǒng)一格式和規(guī)范，詳細描述系統(tǒng)需求、設(shè)計約束和測試標(biāo)準(zhǔn)。組織專家對規(guī)格說明書進行評審，確保需求的準(zhǔn)確性和完整性。030201需求分析與規(guī)格說明書編寫方法硬件設(shè)計原則遵循可靠性、可維護性、可擴展性等原則，合理選擇元器件和電路結(jié)構(gòu)。電路圖繪制技巧掌握電路圖繪制軟件的使用方法，注意布局、布線、標(biāo)注等細節(jié)問題。仿真與調(diào)試?yán)梅抡孳浖M行電路仿真，及時發(fā)現(xiàn)并解決問題，提高設(shè)計效率。硬件設(shè)計原則及電路圖繪制技巧程序流程圖繪制技巧掌握流程圖繪制軟件的使用方法，清晰表達程序執(zhí)行過程和邏輯結(jié)構(gòu)。編碼與測試按照流程圖編寫程序代碼，并進行單元測試、集成測試等測試工作，確保軟件質(zhì)量。軟件設(shè)計原則遵循模塊化、結(jié)構(gòu)化、可讀性等原則，合理劃分軟件功能和結(jié)構(gòu)。軟件設(shè)計原則及程序流程圖繪制技巧將各個模塊集成在一起進行測試，驗證系統(tǒng)整體功能和性能是否符合要求。系統(tǒng)集成測試制定性能評估指標(biāo)和方法，對系統(tǒng)響應(yīng)時間、吞吐量、資源利用率等方面進行評估。性能評估方法根據(jù)測試結(jié)果定位問題并進行優(yōu)化，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能表現(xiàn)。問題定位與優(yōu)化系統(tǒng)集成測試與性能評估方法課程總結(jié)與展望07包括嵌入式系統(tǒng)的定義、特點、應(yīng)用領(lǐng)域等。嵌入式系統(tǒng)基本概念涉及ARM、MIPS等常見嵌入式處理器架構(gòu)，以及硬件平臺的搭建和調(diào)試。硬件平臺與體系結(jié)構(gòu)介紹嵌入式操作系統(tǒng)如Linux、μC/OS-II等，以及嵌入式軟件開發(fā)流程、工具和技術(shù)。操作系統(tǒng)與軟件開發(fā)涵蓋串口通信、SPI、I2C等常見通信接口，以及以太網(wǎng)、WiFi等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用。通信接口與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)課程重點內(nèi)容回顧學(xué)員能夠熟練掌握嵌入式系統(tǒng)的基本概念和原理，了解嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展趨勢。學(xué)員熟悉嵌入式操作系統(tǒng)和軟件開發(fā)流程，能夠使用常見的嵌入式開發(fā)工具進行軟件開發(fā)和調(diào)試。學(xué)員具備嵌入式系統(tǒng)硬件平臺搭建和調(diào)試的能力，能夠獨立完成硬件電路的設(shè)計和制作。學(xué)員掌握常見的通信接口和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)嵌入式系統(tǒng)與其他設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)的通信。學(xué)員學(xué)習(xí)成果展示發(fā)展趨勢隨著物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)的快速發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒃絹碓綇V泛，對