尚硅g 2024年嵌入式 线下班
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嵌入式系统是一种 “嵌入” 到其他设备或系统中的计算机系统，它具有特定的功能，以下是关于嵌入式的详细介绍：
1. 嵌入式系统的组成
- 硬件：
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- 处理器：是嵌入式系统的核心，常见的有
ARM、MIPS、PowerPC 等架构的处理器。例如，在智能手机中使用的 ARM 处理器，它根据不同的性能需求有多种系列，像 Cortex -A 系列用于高性能应用，Cortex - M 系列则常用于低功耗、低成本的微控制器场景。 - 存储器：包括 ROM（只读存储器）、RAM（随机存取存储器）等。ROM 用于存储固定的程序和数据，如嵌入式设备的启动代码；RAM 则用于在运行过程中存储临时数据，像传感器采集到的数据在处理前可能临时存放在 RAM 中。
- 输入输出接口：用于和外部设备通信，如 GPIO（通用输入输出接口）、UART（通用异步收发传输器）、SPI（串行外设接口）、I2C（集成电路总线）等。以智能家居中的温度传感器为例，它可能通过 I2C 接口将采集到的温度数据传输给嵌入式微控制器。
- 处理器：是嵌入式系统的核心，常见的有
- 软件：
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- 嵌入式操作系统：如
Linux、μC/OS - II、FreeRTOS 等。Linux 常用于功能复杂、资源相对丰富的嵌入式设备，如网络路由器；μC/OS -II 和 FreeRTOS 则更适用于资源受限的微控制器环境，它们可以对任务进行调度和管理，提高系统的运行效率。 - 驱动程序：用于控制硬件设备，使操作系统能够与硬件进行通信。例如，显卡驱动程序可以让操作系统正确地使用显卡来显示图像，对于嵌入式系统中的特殊硬件（如定制的传感器或执行器），也需要编写相应的驱动程序。
- 应用程序：根据嵌入式设备的功能而定，如在智能手表中，应用程序包括时间显示、运动监测、消息通知等功能模块。
- 嵌入式操作系统：如
2. 嵌入式系统的特点
- 专用性：嵌入式系统是为特定的应用场景而设计的，不像通用计算机系统可以执行多种不同类型的任务。例如，汽车中的发动机控制单元（ECU）就是专门用于控制发动机的运行参数，如燃油喷射量、点火时间等。
- 实时性要求：在很多嵌入式应用中，需要对外部事件做出及时的响应。例如，工业控制中的自动化生产线控制系统，必须在规定的时间内对传感器信号做出反应，以确保生产过程的安全和高效。根据实时性要求的不同，可以分为硬实时系统（如航空航天中的飞行控制系统，任何延迟都可能导致严重后果）和软实时系统（如多媒体播放系统，对时间要求相对不那么严格）。
- 资源受限性：嵌入式系统通常在功耗、存储容量、处理能力等方面受到限制。例如，一些可穿戴设备需要使用低功耗的芯片和小型电池来维持长时间的运行，同时其内存和存储容量也相对较小，这就要求软件设计要更加精简和高效。
3. 嵌入式系统的应用领域
- 消费电子领域：
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- 智能手机：是最典型的嵌入式设备，集成了多种传感器（如加速度计、陀螺仪、光线传感器等）、通信模块（如 4G/5G 通信、蓝牙、Wi - Fi）和复杂的操作系统及应用程序，为用户提供了丰富的功能。
- 智能电视：除了传统的电视播放功能外，还可以连接网络，运行各种视频播放、游戏等应用程序，其嵌入式系统需要处理视频解码、用户交互等任务。
- 智能家居设备：包括智能门锁、智能照明系统、智能摄像头、智能音箱等。例如智能门锁通过嵌入式系统实现指纹识别、密码输入、与手机的远程通信等功能，保障家庭安全。
- 工业控制领域：
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- 自动化生产线：通过嵌入式控制系统实现对生产设备的精确控制，如机器人的运动控制、加工机床的刀具路径控制等，提高生产效率和产品质量。
- 工业自动化仪表：如压力传感器、温度传感器、流量传感器等，这些仪表中的嵌入式系统负责采集和处理数据，并将其传输给上位机或控制系统进行进一步的分析和决策。
- 汽车电子领域：
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- 车载娱乐系统：提供导航、音乐播放、蓝牙连接等功能，其嵌入式系统需要考虑抗震、高温等复杂的汽车环境因素。
- 汽车安全系统：包括防抱死制动系统（ABS）、电子稳定程序（ESP）、安全气囊控制系统等。这些系统中的嵌入式控制器实时监测车辆的行驶状态，在危险情况下迅速做出反应，保障驾乘人员的安全。
- 医疗电子领域：
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- 医用监护仪：可以实时监测患者的生命体征，如心率、血压、血氧饱和度等。嵌入式系统在其中负责数据采集、处理和显示，同时要保证数据的准确性和系统的可靠性，因为这些数据对于医生的诊断和治疗决策至关重要。
- 医疗植入设备：如心脏起搏器、胰岛素泵等。心脏起搏器中的嵌入式系统需要根据患者的心跳情况适时地发出电脉冲来刺激心脏跳动，其可靠性和安全性直接关系到患者的生命健康。
4. 嵌入式系统的发展趋势
- 智能化与网络化：随着物联网技术的发展，嵌入式系统越来越多地具备网络连接功能，能够与其他设备进行数据交互和协同工作。例如，智能家电可以通过网络连接到家庭服务器，实现远程控制和智能化的场景联动。
- 高性能与低功耗：一方面，对嵌入式系统的性能要求不断提高，如在虚拟现实设备、自动驾驶汽车等领域，需要更强大的处理能力；另一方面，随着移动设备和物联网设备的广泛应用，低功耗仍然是重要的发展方向，这推动了芯片制造技术和电源管理技术的不断进步。
- 安全性增强：由于嵌入式系统在关键领域（如医疗、汽车、工业控制等）的广泛应用，其安全性受到越来越多的关注。例如，防止嵌入式设备被黑客攻击、保障数据的隐私和完整性等，这涉及到从硬件设计到软件加密等多个层面的技术创新。
