一、嵌入式系統設計課程內容
目標：
1、了解嵌入式技術；
2、掌握嵌入式Linux操作的使用；（命令）
（80%以上的開發平臺都是Linux)
3、掌握嵌入式Linux開發工具的使用；（gcc、gbd、make、shell）
4、掌握嵌入式Linux應用開發；（文件、多任務、網絡）（數據庫）
5、了解嵌入式產品開發流程；（硬件–軟件–系統）
6、了解嵌入式系統移植；（u-boot、內核、文件系統）
7、了解嵌入式底層軟件開發；（驅動開發）
嵌入式系統學習儲備知識：C語言（累積代碼量：3w）+單片機（硬件的工作原理）

二、嵌入式開發概述
1、嵌入式技術是什么？
在已有的硬件上移植操作系統；在操作系統之上做應用開發；在操作系統之下做底層開發；
(操作系統的作用：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，軟硬件不直接發生關系；軟硬件獨立發展，對于產品的升級與開發帶來很大幫助。

*嵌入式軟件與非嵌入式軟件的區別？
嵌入式軟件是結合操作系統做的開發
非嵌入式軟件是做的裸機開發（沒有跑操作系統）
嵌入式讓產品更加智能，可以跑更多的軟件，軟件可以多任務的執行

*嵌入式開發與單片機開發的區別？
嵌入式開發有操作系統，單片機開發無操作系統。
單片機開發可稱為傳統開發
（學習單片機的目的：對于學習偏硬件的同學來說，不是為了掌握這個芯片，而是掌握CPU開發的流程和一些外設硬件的工作原理，所以不必死磕）
單片機開發流程：看原理圖–寫代碼–下載到開發板上運行
引申到傳統開發：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）
傳統開發的缺點？
※①軟件移植性差（適配平臺能力差，硬件一變化軟件就必須跟著變化）
②開發人員能力要求：軟硬通吃（不能分組，開發效率低；公司招人難度大，培養成本高）
③無法考慮用戶的使用體驗

*嵌入式開發的優缺點？
優點：
功能上：軟件適配性強；開發人員能力劃分更加清楚；
技術上：多任務機制；提供豐富的網絡協議；提供了開源軟件和庫
缺點：高效的操作系統對于硬件要求很高，成本高

三、嵌入式開發的方向（學習路線）：
①嵌入式上層應用軟件開發
a.精通一門語言；
b.熟悉一款操作系統；（相當于會看說明書，會使用）
c.數據結構/算法
②嵌入式底層系統軟件開發
a.精通C語言（操作系統的核心是內核，所有操作系統內核都是由C+匯編開發的）
*為什么內核開發選擇C語言？（C語言的特點？）—>能夠直接訪問硬件、移植性好、運行效率高
*為什么C語言能夠直接訪問硬件？—>C語言有指針數據類型，指針可以對地址進行操作
*什么時候選擇用匯編？什么時候選擇用C語言？—>匯編語言是低級語言，沒有高級語法的支撐，訪問硬件效率大于C語言，對于硬件進行初始化時用匯編，對于硬件進行復雜操作時用C語言。
b.理解操作系統的實現（會使用，也會添加/修改功能）
c.熟悉硬件的工作原理(CPU:stm32+64位)（外設：SPI,IIC,藍牙，WiFi，物聯網，攝像頭）
d.熟悉匯編
③嵌入式系統工程師
BSP(固件工程師) 內核開發

2、嵌入式系統的組成
應用程序（多變）—>操作系統（核心）—>處理器（核心）
嵌入式CPU的選擇
*CPU體系結構的種類、特點及應用場景？
CPU的體系架構：
CPU架構是CPU廠商給屬于同一系列的CPU產品定的一個規范，主要目的是為了區分不同類型CPU的重要標示，RISC(精簡指令集計算機)和CISC(復雜指令集計算機)是當前CPU的兩種架構。
CISC
CISC要用最少的機器語言指令來完成所需的計算任務。
比如：對于乘法運算，在CISC架構的CPU上需要這樣一條指令：MUL ADDRA, ADDRB。將ADDRA, ADDRB中的數據讀入寄存器，相乘后將結果寫回內存的操作全部依賴于CPU中設計的邏輯來實現。這種架構會增加CPU結構的復雜性和對CPU工藝的要求，但對于編譯器的開發十分有利。
RISC
RISC架構要求軟件來指定各個操作步驟。同上面的例子如果要在RISC架構上實現，將ADDRA, ADDRB中的數據讀入寄存器，相乘后將結果寫回內存的操作都必須由軟件來實現。這種架構可以降低CPU的復雜性以及允許在同樣的工藝水平下生產出功能更強大的CPU，但對于編譯器的設計有更高的要求。
CISC和RISC的差異：
①指令系統：RISC 設計者把主要精力放在那些經常使用的指令上，盡量使它們具有簡單高效的特色。對不常用的功能，常通過組合指令來完成。因此，在RISC 機器上實現特殊功能時，效率可能較低。但可以利用流水技術和超標量技術加以改進和彌補。而CISC 計算機的指令系統比較豐富，有專用指令來完成特定的功能。因此，處理特殊任務效率較高。
②存儲器操作：RISC 對存儲器操作有限制，使控制簡單化；而CISC 機器的存儲器操作指令多，操作直接。
③程序：RISC 匯編語言程序一般需要較大的內存空間，實現特殊功能時程序復雜，不易設計；而CISC 匯編語言程序編程相對簡單，科學計算及復雜操作的程序社設計相對容易，效率較高。
④中斷：RISC 機器在一條指令執行的適當地方可以響應中斷；而CISC 機器是在一條指令執行結束后響應中斷。
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、面積大、功耗大。
⑥ 設計周期：RISC 微處理器結構簡單，布局緊湊，設計周期短，且易于采用最新技術；CISC 微處理器結構復雜，設計周期長。
⑦用戶使用：RISC 微處理器結構簡單，指令規整，性能容易把握，易學易用；CISC微處理器結構復雜，功能強大，實現特殊功能容易。
⑧應用范圍：由于RISC 指令系統的確定與特定的應用領域有關，故RISC 機器更適合于專用機；而CISC 機器則更適合于通用機。
CPU的體系結構（四大）：
ARM/MIPS/PowerPC均是基于精簡指令集機器處理器的架構；X86則是基于復雜指令集的架構，Atom是x86或者是x86指令集的精簡版。
ARM：
過去稱作進階精簡指令集機器，是一個32位精簡指令集（RISC）處理器架構，其廣泛地使用在許多嵌入式系統設計。
特點：
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，指令執行速度更快；
d.大多數數據操作都在寄存器中完成；
e.尋址方式靈活簡單，執行效率高；
f.指令長度固定
g.流水線處理方式
h.Load_store結構：在RISC中，所有的計算都要求在寄存器中完成，而寄存器和內存的通信則由單獨的指令來完成。而在CSIC中，CPU是可以直接對內存進行操作的。
應用場景：非常適用于行動通訊領域，符合其主要設計目標為低耗電的特性。
x86系列/Atom(安騰)
x86或80x86是英代爾Intel首先開發制造的一種微處理器體系結構的泛稱。Intel Atom是Intel的一個超低電壓處理器系列。
優點：能夠有效縮短新指令的微代碼設計時間，允許設計師實現CISC體系機器的向上相容。新的系統可以使用一個包含早期系統的指令超集合，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：CISC的CPU執行是大多數時間是在訪問存儲器中的數據，而不是寄存器中的，這就拖慢了整個系統的速度；解碼分為硬件解碼和微解碼，對于簡單的x86指令只要硬件解碼即可，速度較快，而遇到復雜的x86指令則需要進行微解碼，并把它分成若干條簡單指令，速度較慢且很復雜；尋址范圍小，約束了用戶需要。
應用場景：RISC系統針對高端的服務器市場，相比之下x86系列主要針對個人用戶和小型的商用系統。
MIPS系列
MIPS是世界上很流行的一種RISC處理器。MIPS的意思是“無內部互鎖流水級的微處理器”其機制是盡量利用軟件辦法避免流水線中的數據相關問題。這些系列產品為很多計算機公司采用構成各種工作站和計算機系統。
特點：設計更簡單、設計周期更短，并可以應用更多先進的技術，開發更快的下一代處理器。MIPS是出現最早的商業RISC架構芯片之一，新的架構集成了所有原來MIPS指令集，并增加了許多更強大的功能。
應用場景：MIPS自己只進行CPU的設計，之后把設計方案授權給客戶，使得客戶能夠制造出高性能的CPU。
PowerPC系列
PowerPC 是一種RISC架構的中央處理器，其基本的設計源自IBM（國際商用機器公司）的IBM PowerPC 601 微處理器
特點：可伸縮性好、方便靈活。
應用場景：PowerPC 處理器有廣泛的實現范圍，包括從諸如 Power4 那樣的高端服務器 CPU 到嵌入式 CPU 市場（任天堂 Gamecube 使用了 PowerPC）。PowerPC 處理器有非常強的嵌入式表現，因為它具有優異的性能、較低的能量損耗以及較低的散熱量。除了象串行和以太網控制器那樣的集成 I/O，該嵌入式處理器與“臺式機”CPU 存在非常顯著的區別。

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

哪些操作系統可以作為嵌入式操作系統？
嵌入式操作系統是可移植（代碼開源。提供可移植接口）的操作系統（例：win10不能作為嵌入式操作系統因為他只適配在PC端，不可移植）
實時性（軟件、硬件）：規定的時間內完成規定的動作
vxworks：實時性強 Linux：無實時的，運行效率穩定
實時性的還有：RT-Linux openwrt

總結

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）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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