一、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程內(nèi)容
目標(biāo)：
1、了解嵌入式技術(shù)；
2、掌握嵌入式Linux操作的使用；（命令）
（80%以上的開發(fā)平臺(tái)都是Linux)
3、掌握嵌入式Linux開發(fā)工具的使用；（gcc、gbd、make、shell）
4、掌握嵌入式Linux應(yīng)用開發(fā)；（文件、多任務(wù)、網(wǎng)絡(luò)）（數(shù)據(jù)庫）
5、了解嵌入式產(chǎn)品開發(fā)流程；（硬件–軟件–系統(tǒng)）
6、了解嵌入式系統(tǒng)移植；（u-boot、內(nèi)核、文件系統(tǒng)）
7、了解嵌入式底層軟件開發(fā)；（驅(qū)動(dòng)開發(fā)）
嵌入式系統(tǒng)學(xué)習(xí)儲(chǔ)備知識(shí)：C語言（累積代碼量：3w）+單片機(jī)（硬件的工作原理）

二、嵌入式開發(fā)概述
1、嵌入式技術(shù)是什么？
在已有的硬件上移植操作系統(tǒng)；在操作系統(tǒng)之上做應(yīng)用開發(fā)；在操作系統(tǒng)之下做底層開發(fā)；
(操作系統(tǒng)的作用：管理資源（軟件資源和硬件資源）==管家)
嵌入式解決的問題：讓軟硬件耦合度降低，軟硬件不直接發(fā)生關(guān)系；軟硬件獨(dú)立發(fā)展，對(duì)于產(chǎn)品的升級(jí)與開發(fā)帶來很大幫助。

*嵌入式軟件與非嵌入式軟件的區(qū)別？
嵌入式軟件是結(jié)合操作系統(tǒng)做的開發(fā)
非嵌入式軟件是做的裸機(jī)開發(fā)（沒有跑操作系統(tǒng)）
嵌入式讓產(chǎn)品更加智能，可以跑更多的軟件，軟件可以多任務(wù)的執(zhí)行

*嵌入式開發(fā)與單片機(jī)開發(fā)的區(qū)別？
嵌入式開發(fā)有操作系統(tǒng)，單片機(jī)開發(fā)無操作系統(tǒng)。
單片機(jī)開發(fā)可稱為傳統(tǒng)開發(fā)
（學(xué)習(xí)單片機(jī)的目的：對(duì)于學(xué)習(xí)偏硬件的同學(xué)來說，不是為了掌握這個(gè)芯片，而是掌握CPU開發(fā)的流程和一些外設(shè)硬件的工作原理，所以不必死磕）
單片機(jī)開發(fā)流程：看原理圖–寫代碼–下載到開發(fā)板上運(yùn)行
引申到傳統(tǒng)開發(fā)：兩大元素：軟件和硬件（寫軟件控制硬件工作，硬件給軟件反饋）
傳統(tǒng)開發(fā)的缺點(diǎn)？
※①軟件移植性差（適配平臺(tái)能力差，硬件一變化軟件就必須跟著變化）
②開發(fā)人員能力要求：軟硬通吃（不能分組，開發(fā)效率低；公司招人難度大，培養(yǎng)成本高）
③無法考慮用戶的使用體驗(yàn)

*嵌入式開發(fā)的優(yōu)缺點(diǎn)？
優(yōu)點(diǎn)：
功能上：軟件適配性強(qiáng)；開發(fā)人員能力劃分更加清楚；
技術(shù)上：多任務(wù)機(jī)制；提供豐富的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議；提供了開源軟件和庫
缺點(diǎn)：高效的操作系統(tǒng)對(duì)于硬件要求很高，成本高

三、嵌入式開發(fā)的方向（學(xué)習(xí)路線）：
①嵌入式上層應(yīng)用軟件開發(fā)
a.精通一門語言；
b.熟悉一款操作系統(tǒng)；（相當(dāng)于會(huì)看說明書，會(huì)使用）
c.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)/算法
②嵌入式底層系統(tǒng)軟件開發(fā)
a.精通C語言（操作系統(tǒng)的核心是內(nèi)核，所有操作系統(tǒng)內(nèi)核都是由C+匯編開發(fā)的）
*為什么內(nèi)核開發(fā)選擇C語言？（C語言的特點(diǎn)？）—>能夠直接訪問硬件、移植性好、運(yùn)行效率高
*為什么C語言能夠直接訪問硬件？—>C語言有指針數(shù)據(jù)類型，指針可以對(duì)地址進(jìn)行操作
*什么時(shí)候選擇用匯編？什么時(shí)候選擇用C語言？—>匯編語言是低級(jí)語言，沒有高級(jí)語法的支撐，訪問硬件效率大于C語言，對(duì)于硬件進(jìn)行初始化時(shí)用匯編，對(duì)于硬件進(jìn)行復(fù)雜操作時(shí)用C語言。
b.理解操作系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)（會(huì)使用，也會(huì)添加/修改功能）
c.熟悉硬件的工作原理(CPU:stm32+64位)（外設(shè)：SPI,IIC,藍(lán)牙，WiFi，物聯(lián)網(wǎng)，攝像頭）
d.熟悉匯編
③嵌入式系統(tǒng)工程師
BSP(固件工程師) 內(nèi)核開發(fā)

2、嵌入式系統(tǒng)的組成
應(yīng)用程序（多變）—>操作系統(tǒng)（核心）—>處理器（核心）
嵌入式CPU的選擇
*CPU體系結(jié)構(gòu)的種類、特點(diǎn)及應(yīng)用場景？
CPU的體系架構(gòu)：
CPU架構(gòu)是CPU廠商給屬于同一系列的CPU產(chǎn)品定的一個(gè)規(guī)范，主要目的是為了區(qū)分不同類型CPU的重要標(biāo)示，RISC(精簡指令集計(jì)算機(jī))和CISC(復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī))是當(dāng)前CPU的兩種架構(gòu)。
CISC
CISC要用最少的機(jī)器語言指令來完成所需的計(jì)算任務(wù)。
比如：對(duì)于乘法運(yùn)算，在CISC架構(gòu)的CPU上需要這樣一條指令：MUL ADDRA, ADDRB。將ADDRA, ADDRB中的數(shù)據(jù)讀入寄存器，相乘后將結(jié)果寫回內(nèi)存的操作全部依賴于CPU中設(shè)計(jì)的邏輯來實(shí)現(xiàn)。這種架構(gòu)會(huì)增加CPU結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和對(duì)CPU工藝的要求，但對(duì)于編譯器的開發(fā)十分有利。
RISC
RISC架構(gòu)要求軟件來指定各個(gè)操作步驟。同上面的例子如果要在RISC架構(gòu)上實(shí)現(xiàn)，將ADDRA, ADDRB中的數(shù)據(jù)讀入寄存器，相乘后將結(jié)果寫回內(nèi)存的操作都必須由軟件來實(shí)現(xiàn)。這種架構(gòu)可以降低CPU的復(fù)雜性以及允許在同樣的工藝水平下生產(chǎn)出功能更強(qiáng)大的CPU，但對(duì)于編譯器的設(shè)計(jì)有更高的要求。
CISC和RISC的差異：
①指令系統(tǒng)：RISC 設(shè)計(jì)者把主要精力放在那些經(jīng)常使用的指令上，盡量使它們具有簡單高效的特色。對(duì)不常用的功能，常通過組合指令來完成。因此，在RISC 機(jī)器上實(shí)現(xiàn)特殊功能時(shí)，效率可能較低。但可以利用流水技術(shù)和超標(biāo)量技術(shù)加以改進(jìn)和彌補(bǔ)。而CISC 計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)比較豐富，有專用指令來完成特定的功能。因此，處理特殊任務(wù)效率較高。
②存儲(chǔ)器操作：RISC 對(duì)存儲(chǔ)器操作有限制，使控制簡單化；而CISC 機(jī)器的存儲(chǔ)器操作指令多，操作直接。
③程序：RISC 匯編語言程序一般需要較大的內(nèi)存空間，實(shí)現(xiàn)特殊功能時(shí)程序復(fù)雜，不易設(shè)計(jì)；而CISC 匯編語言程序編程相對(duì)簡單，科學(xué)計(jì)算及復(fù)雜操作的程序社設(shè)計(jì)相對(duì)容易，效率較高。
④中斷：RISC 機(jī)器在一條指令執(zhí)行的適當(dāng)?shù)胤娇梢皂憫?yīng)中斷；而CISC 機(jī)器是在一條指令執(zhí)行結(jié)束后響應(yīng)中斷。
⑤CPU：RISC CPU 包含有較少的單元電路，因而面積小、功耗低；而CISC CPU 包含有豐富的電路單元，因而功能強(qiáng)、面積大、功耗大。
⑥ 設(shè)計(jì)周期：RISC 微處理器結(jié)構(gòu)簡單，布局緊湊，設(shè)計(jì)周期短，且易于采用最新技術(shù)；CISC 微處理器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計(jì)周期長。
⑦用戶使用：RISC 微處理器結(jié)構(gòu)簡單，指令規(guī)整，性能容易把握，易學(xué)易用；CISC微處理器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功能強(qiáng)大，實(shí)現(xiàn)特殊功能容易。
⑧應(yīng)用范圍：由于RISC 指令系統(tǒng)的確定與特定的應(yīng)用領(lǐng)域有關(guān)，故RISC 機(jī)器更適合于專用機(jī)；而CISC 機(jī)器則更適合于通用機(jī)。
CPU的體系結(jié)構(gòu)（四大）：
ARM/MIPS/PowerPC均是基于精簡指令集機(jī)器處理器的架構(gòu)；X86則是基于復(fù)雜指令集的架構(gòu)，Atom是x86或者是x86指令集的精簡版。
ARM：
過去稱作進(jìn)階精簡指令集機(jī)器，是一個(gè)32位精簡指令集（RISC）處理器架構(gòu)，其廣泛地使用在許多嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
特點(diǎn)：
a.體積小，低功耗，低成本，高性能；
b.支持Thumb（16位）/ARM(32位)雙指令集，能很好的兼容8位/16位器件；
c.大量使用寄存器，指令執(zhí)行速度更快；
d.大多數(shù)數(shù)據(jù)操作都在寄存器中完成；
e.尋址方式靈活簡單，執(zhí)行效率高；
f.指令長度固定
g.流水線處理方式
h.Load_store結(jié)構(gòu)：在RISC中，所有的計(jì)算都要求在寄存器中完成，而寄存器和內(nèi)存的通信則由單獨(dú)的指令來完成。而在CSIC中，CPU是可以直接對(duì)內(nèi)存進(jìn)行操作的。
應(yīng)用場景：非常適用于行動(dòng)通訊領(lǐng)域，符合其主要設(shè)計(jì)目標(biāo)為低耗電的特性。
x86系列/Atom(安騰)
x86或80x86是英代爾Intel首先開發(fā)制造的一種微處理器體系結(jié)構(gòu)的泛稱。Intel Atom是Intel的一個(gè)超低電壓處理器系列。
優(yōu)點(diǎn)：能夠有效縮短新指令的微代碼設(shè)計(jì)時(shí)間，允許設(shè)計(jì)師實(shí)現(xiàn)CISC體系機(jī)器的向上相容。新的系統(tǒng)可以使用一個(gè)包含早期系統(tǒng)的指令超集合，也就可以使用較早電腦上使用的相同軟件。另外微程式指令的格式與高階語言相匹配，因而編譯器并不一定要重新編寫。
缺點(diǎn)：CISC的CPU執(zhí)行是大多數(shù)時(shí)間是在訪問存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)，而不是寄存器中的，這就拖慢了整個(gè)系統(tǒng)的速度；解碼分為硬件解碼和微解碼，對(duì)于簡單的x86指令只要硬件解碼即可，速度較快，而遇到復(fù)雜的x86指令則需要進(jìn)行微解碼，并把它分成若干條簡單指令，速度較慢且很復(fù)雜；尋址范圍小，約束了用戶需要。
應(yīng)用場景：RISC系統(tǒng)針對(duì)高端的服務(wù)器市場，相比之下x86系列主要針對(duì)個(gè)人用戶和小型的商用系統(tǒng)。
MIPS系列
MIPS是世界上很流行的一種RISC處理器。MIPS的意思是“無內(nèi)部互鎖流水級(jí)的微處理器”其機(jī)制是盡量利用軟件辦法避免流水線中的數(shù)據(jù)相關(guān)問題。這些系列產(chǎn)品為很多計(jì)算機(jī)公司采用構(gòu)成各種工作站和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
特點(diǎn)：設(shè)計(jì)更簡單、設(shè)計(jì)周期更短，并可以應(yīng)用更多先進(jìn)的技術(shù)，開發(fā)更快的下一代處理器。MIPS是出現(xiàn)最早的商業(yè)RISC架構(gòu)芯片之一，新的架構(gòu)集成了所有原來MIPS指令集，并增加了許多更強(qiáng)大的功能。
應(yīng)用場景：MIPS自己只進(jìn)行CPU的設(shè)計(jì)，之后把設(shè)計(jì)方案授權(quán)給客戶，使得客戶能夠制造出高性能的CPU。
PowerPC系列
PowerPC 是一種RISC架構(gòu)的中央處理器，其基本的設(shè)計(jì)源自IBM（國際商用機(jī)器公司）的IBM PowerPC 601 微處理器
特點(diǎn)：可伸縮性好、方便靈活。
應(yīng)用場景：PowerPC 處理器有廣泛的實(shí)現(xiàn)范圍，包括從諸如 Power4 那樣的高端服務(wù)器 CPU 到嵌入式 CPU 市場（任天堂 Gamecube 使用了 PowerPC）。PowerPC 處理器有非常強(qiáng)的嵌入式表現(xiàn)，因?yàn)樗哂袃?yōu)異的性能、較低的能量損耗以及較低的散熱量。除了象串行和以太網(wǎng)控制器那樣的集成 I/O，該嵌入式處理器與“臺(tái)式機(jī)”CPU 存在非常顯著的區(qū)別。

嵌入式不完全等于ARM
單片機(jī)是否可以作為嵌入式CPU？
YES 操作系統(tǒng)有類似ucossii小的操作系統(tǒng)，所以單片機(jī)可以上小型的操作系統(tǒng)

哪些操作系統(tǒng)可以作為嵌入式操作系統(tǒng)？
嵌入式操作系統(tǒng)是可移植（代碼開源。提供可移植接口）的操作系統(tǒng)（例：win10不能作為嵌入式操作系統(tǒng)因?yàn)樗贿m配在PC端，不可移植）
實(shí)時(shí)性（軟件、硬件）：規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定的動(dòng)作
vxworks：實(shí)時(shí)性強(qiáng) Linux：無實(shí)時(shí)的，運(yùn)行效率穩(wěn)定
實(shí)時(shí)性的還有：RT-Linux openwrt

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的嵌入式系统设计--课堂总结（概述）的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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