嵌入式系统导论教程（每天5分钟嵌入式系统学习）

第1讲：嵌入式系统概述

1. 基本概念
2. 由来
3. 发展历史
4. 分类及特点
5. 学习困惑
6. 知识体系
7. 学习建议
8. 微控制器MCU简介
9. 应用处理器MAP简介

定义

嵌入式系统是嵌入式计算机系统的简称，有多种多样的定义，但本质是相同的。

嵌入式系统是一种计算机硬件和软件组合，也许还有机械装置，用于实现一个特定功能。在某些特定情况下，嵌入式系统是一个大系统或产品的一部分。

----美国Jack等编著的《嵌入式系统词典》

该词典还给出了示例展示，如微波炉、智能手机、全球定位系统等等。

通过与通用计算机的比对，可以更形象的理解嵌入式计算机系统。

通用计算机定义

计算机硬件和软件的组合，用作通用计算平台。个人计算机PC是现代最流行的通用计算机。

总的来说，可以从计算机本身的角度概括表述嵌入式系统：它是不以计算机面目出现的“计算机”，这个计算机系统隐含在各类具体的产品之中，这些产品中，计算机程序起到了重要的作用。

发展简史

1976年，Intel公司推出了世界上第一个单片微型计算机MCS-48，开创了将诸如ROM、RAM、定时器等CPU外部资源，与CPU一起集成到一个硅片上生产的时代，至今8位MCS-51单片机还有一定的市场。

1984年，Intel推出了16位8096系列并将之称为嵌入式微控制器，这可能是“嵌入式”一词第一次在微处理器领域出现。这个时期，NXP、TI等公司陆续推出了不少微控制器产品，功能也不断变强，也逐步支持了实时操作系统。

随着大规模集成电路的发展，将数字信号处理器DSP、RISC处理器、存储器、I/O、半定制电路集中到单芯片的产品SoC中。

值得一提的是，ARM微处理器的出现，较快地促进了嵌入式系统的发展。

ARM究竟是什么呢？我们来了解一下。

何为ARM?

ARM是Advanced RISC Machines的缩写。

（1）公司的名称

（2）对一类微处理器的简称

（3）一种技术的简称

ARM简介

1985年，第一个RAM原型在英国剑桥诞生，1990年成立了ARM公司。

现在ARM在嵌入式领域占有重要地位，ARM公司本身并不生产芯片，而是采用转让许可证由合作伙伴生产芯片。

2004年开始，RAM公司在经典处理器RAM11以后不再使用数字命名处理器，而统一改用“Cortex”命名，并分为A、M和R三类，旨在为各种不同的市场提供服务。

Cortex-A：应用处理器系列

Cortex-M：微控制器系列

Cortex-R：实时处理器系列

2016年，推出了Cortex-R8实时处理器。

那么，面对各种各样的嵌入式系统，如何分类呢？

嵌入式系统分类

按照应用范围，分为电子系统智能化的微控制器类和计算机应用延伸的应用处理器。

微控制器面向测控领域，注重软硬件协同，应用处理器面向平板电脑、智能手机、电视机顶盒，以软件为主。

嵌入式系统的特点

嵌入式系统是不单独以计算机的面目出现的计算机系统，它的开发需要专用工具和特殊方法。

使用MCU设计的嵌入式系统，数据与程序空间采用不同存储介质，开发嵌入式系统涉及软件、硬件及应用领域的知识等。

学习困惑

选择芯片时是选微控制器还是应用处理器？

在操作系统方面，是无操作系统、实时操作系统，还是一般的嵌入式操作系统？

硬件与软件如何平衡？

建议

使用微控制器作为入门芯片，开始阶段，不学习操作系统，着重打好底层驱动的软硬件基础。

关于软硬件平衡问题应注意：嵌入式系统与硬件紧密相关，是软件与硬件的综合体，没有对硬件的理解就不可能写好嵌入式软件。同样，没有对软件的理解，也不可能设计好嵌入式硬件。

知识体系

简要地概括为芯片最小硬件系统及软件最小系统，各个底层模块驱动构件的使用方法及构件的制作方法。

在掌握驱动构件基础上遵循软件工程原则的应用软件的开发方法，掌握嵌入式基本调试方法等等。

学习建议

（1）要遵循“先易后难，由浅入深”的原则，打好软硬件基础；

（2）要充分理解知识要素，掌握底层驱动构件的使用方法；

（3）应该基本掌握底层驱动构件的制作方法；

（4）掌握单步跟踪调试、打桩调试、printf输出调试等调试手段

（5）日积月累，勤学好问，充分利用书籍和相关资源。关键点是学习嵌入式切忌急功近利，需要日积月累、循序渐进、水滴石穿、十年磨一剑。

MCU的基本含义

在一块芯片内集成了CPU、存储器、定时器/计数器及多种输入输出（I/O）接口的比较完整的数字处理系统。

以MCU为核心的系统是应用最广的嵌入式系统，是现代测控系统的核心。

MCU出现之前，人们必须用纯硬件电路实现测控系统。

MCU出现以后，测控系统中的大部分计算与控制由MCU的软件实现，输入、输出与执行动作等通过硬件实现，带来了设计上本质的变化。

以MCU为核心的嵌入式产品的基本组成是以MCU为核心，辅以MCU工作支撑电路、开关量输出信号电路、模拟信号输出电路、其他输入信号或通信电路、输出执行机构等电路。

应用处理器简介

全称是多媒体应用处理器，简称MAP。

它是在低功耗CPU的基础上扩展音视频功能和专用接口的超大规模集成电路，是伴随着便携式移动设备特别是智能手机而产生。

NXP的i.MX就是基于ARM的单核/多核应用处理器解决方案，适用于中高端消费电子、多媒体、网络通信等应用。

i.MX产品主要有2015年推出的i.MX7系列、2013~2015年的i.MX6系列和2010~2012年的i.MX5X系列等。

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