嵌入式开发简述
Why Embedded
预见未来的最好方式就是亲手创造未来。
对待软件严肃认真的人，也应该创造自己的硬件。
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嵌入式系统的概念
嵌入式系统一般即指嵌入式计算机系统。后
嵌入式系统是：已应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可以裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。
嵌入式系统的三要素：嵌入性（嵌入到对象体系中，有对象环境要求）、专用性（软、硬件按需裁减）和计算机（智能设备）。
嵌入式的核心愿景是：去除冗余，硬件和软件有机结合。
术语演化——几个预见
- 泛在计算：任何时间地点的计算
- 不可见计算机：集成在物件之中的计算机
- 普适计算：计算设备在日常生活中的渗透
- 环境智能：未来楼宇或家庭场景中的智能通信技术
CPS
信息物理系统（
通信与嵌入式系统互联协同，提供普适、泛在的计算资源。
无线感知网络
许多在空间分布的自动装置构成的无线计算机网络，协作监控环境的物理情况。
起源于军用，后来渐渐民用化，常用于生态监测、健康监护和家具自动化等。
物联网
通过射频识别、红外感应器、
嵌入式开发的目标与定位
- 嵌入式软件开发
- 产品增值
- 产品越来越复杂
- 绝大多数软件是嵌入的
- 新型汽车、战斗机等场景应用广泛
- 系统开发
嵌入式系统介绍
嵌入式系统的组成
嵌入式处理器、存储器和外部设备构成了系统的硬件基础。系统软件、应用支撑软件和应用软件构成了软件基础。
通用计算机和嵌入式系统的区别
- 嵌入式系统硬件结合相对紧密，而通用计算机则相对独立；
- 计算模型不同，通用计算机为冯诺依曼模型，而嵌入式系统则有许多模型；
- 嵌入式系统偏重特殊的优化目标，通用计算机更偏重平均性能；
- 嵌入式系统二次开发性较弱，但一般设计时应用已知。
嵌入式系统应用
嵌入式系统无处不在，例如，现已应用在：
- 运输和移动性：智能汽车（包括传统的汽车电子控制，还有新兴的智驾）、航电设备、铁路设备、海事设备等；
- 工厂自动化；
- 适居性：智能楼宇、智能家居、健康监测等；
- 电子产品：智能穿戴设备、新概念产品等；
- 军事、农业、畜牧业；
- 灾难恢复、公共安全等。
嵌入式系统的特征
形式多样、面向特定的应用：软硬件高效设计、可剪裁；多种类型的处理器和处理器体系结构；集成度高、功耗和体积较小。
高度制约的环境：环境通常较为恶劣、不友好；受到处理器容量和用户接口的限制。
与外部环境高度交互：无人干预下对外部环境交互；利用传感器来收集外部环境的数据，通过执行器来控制外部环境。
实时性要求：嵌入式系统多有实时性的要求，具有时间约束条件；实时嵌入式系统通常包括实时控制。例如：飞行器、医疗设备等都有强实时性的约束。
安全性和可靠性要求：某些嵌入式系统必须以安全至上并且具有高度可靠性。例如：配备在汽车上的安全气囊。很多嵌入式系统有硬件机制来保障，如看门狗锁等。
关注成本：如量大的消费类数字化产品，其成本是产品竞争的关键因素之一。
嵌入式系统的分类
按处理器位数分：
按应用场景分类
按速度分类：
- 强实时系统：系统响应等级在毫秒或微秒级。
- 实时系统
- 弱实时系统：系统响应时间不满足也可以。
此外，硬实时系统和软事实系统刻画了系统实时性的重要性。
嵌入式系统的发展趋势
- 嵌入式人工智能
- 不断增加算力和复杂性、云和边缘计算
- 互通互联的需求增加
- 集成度增加
嵌入式系统硬件
处理器
计算机结构
- 冯诺依曼结构
- 哈佛结构：使用两个独立的存储器模块，分别存储指令和数据，同时分配两条独立的总线，每个存储模块都不允许指令和数据并存；
编程模型
- 程序中可以用到的寄存器集合。某些寄存器保留不可见。
嵌入式微处理单元
现场可编程门阵列
- 具有可编程特性的集成电路
- 属于一种半定制电路
- 用硬件实现数据处理，定制化特别高
- 但是不能处理多事件
选择微处理器的准则
- 高效、经济地满足任务的计算需求
- 软件开发工具的可用性
- 广泛的可用性和微处理器来源
采用典型的
物联网设备分类
- 高端设备，如车载；
- 中端设备，包括单板机和手机；
- 低级物联网设备，资源有限，如