本文档为《嵌入式系统》课程的期末复习资料,涵盖了课程的主要知识点和重要概念,结合实例帮助学生理解和记忆关键内容。
嵌入式系统是计算机科学中的一个重要领域,它结合了硬件与软件的设计,并广泛应用于工业、消费电子及物联网设备之中。该领域的定义通常涵盖三个核心要素:内置的特定功能设计、专用性以及作为计算系统的特性。它们被专门设计用于执行特定任务而非通用用途。
嵌入式系统由硬件和软件两部分构成,其中硬件主要包括处理器及其外设如存储器、通信接口及显示设备等组件。选择合适的处理器直接影响着整个系统的性能与能耗表现;而各类存储介质包括RAM(随机存取内存)、SRAM(静态随机存取内存)、DRAM(动态随机存取内存)以及非易失性存储器,例如ROM(只读记忆体),EPROM、EEPROM和Flash等,则负责提供数据的临时或持久化保存。其中,RAM与SRAM为系统运行时的数据缓存服务;而DRAM则用于程序执行期间所需的主存空间支持。而非易失性存储设备在断电情况下仍能保持原有状态,并常被用来存放启动代码和应用程序。
软件开发过程中测试环节不可或缺,包括模块级、集成阶段以及全面的系统验证等不同层面的质量控制措施。具体而言,模块测试着重检查单个程序单元的功能实现;而集成测试则考察多个组件协同工作的能力;随后进行的是整个系统的符合性评估以确保其满足预定需求;最后还有硬件与软件之间的兼容性和协调性的综合检验。
针对嵌入式应用的软件验证工作一般采用白盒和黑盒两种主要策略。前者侧重于代码内部结构及逻辑正确性,后者则关注外部功能表现是否达标。除此之外还存在目标环境测试(即在实际设备上执行)以及宿主环境模拟(通过仿真工具完成)等多种形式。
嵌入式操作系统具备小巧精悍、实时响应迅速、低能耗和高度定制化的特点,并且市面上有许多选项如VxWorks,RTOS(实时操作系统),Symbian, Android及Linux等。近年来随着ARM架构的普及,基于该平台开发的应用程序数量也在不断增加,特别是结合了开源系统的Linux系统因其灵活性与强大功能而受到青睐。
在硬件开发方面,嵌入式微处理器扮演着至关重要的角色,常见的有ARM、MIPS、PowerPC和X86等多种类型。其中ARM以其卓越的能耗效率及性能表现获得了广泛认可;其架构通常采用哈佛或冯·诺依曼体系结构设计,在前者中指令与数据可以独立寻址访问从而提高了执行速度。
一个基本的ARM微控制器系统配置一般包括处理器单元、电源管理电路、重置机制、晶体振荡器以及必要的存储资源如FLASH和SDRAM等,此外还可能配备有UART通信接口及JTAG调试端口以支持开发工作中的调试与诊断任务。通过深入理解这些基础概念,学生将能够在期末考试中取得优异成绩,并为未来从事嵌入式领域的工作奠定坚实的技术知识背景。