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第12章 嵌入式Linux下的软件设计.ppt

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简介：
本章节探讨了在嵌入式Linux环境下进行软件开发的关键技术和方法，涵盖了系统架构、编程实践及优化策略等内容。 在嵌入式Linux软件设计领域，移植是一个非常常见的概念。广义来说，移植包括了软件移植和硬件移植；而狭义上则特指将一个程序从一种平台迁移到另一个不同平台上运行的过程。通常情况下，我们可以把移植分为以下三种情况： 1. 将程序从一个硬件平台转移到另一不同的硬件平台。 2. 把应用程序从一种操作系统环境迁移至另一种操作系统环境中。 3. 使软件适应于新的库环境，即在不改变主要代码结构的前提下更换开发或运行时所依赖的外部库。

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  • 第12章 嵌入式Linux下的软件设计.ppt
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    本章节探讨了在嵌入式Linux环境下进行软件开发的关键技术和方法，涵盖了系统架构、编程实践及优化策略等内容。 在嵌入式Linux软件设计领域，移植是一个非常常见的概念。广义来说，移植包括了软件移植和硬件移植；而狭义上则特指将一个程序从一种平台迁移到另一个不同平台上运行的过程。通常情况下，我们可以把移植分为以下三种情况： 1. 将程序从一个硬件平台转移到另一不同的硬件平台。 2. 把应用程序从一种操作系统环境迁移至另一种操作系统环境中。 3. 使软件适应于新的库环境，即在不改变主要代码结构的前提下更换开发或运行时所依赖的外部库。
     
  • 第八章 嵌入式系统.ppt
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    本章节将探讨嵌入式系统的概念、组成及其应用领域，并深入分析其设计与开发流程。通过实例讲解如何优化硬件和软件集成以实现高效能的嵌入式解决方案。 嵌入式软件是指应用于嵌入式计算机系统中的各种程序集合，作为该系统的组成部分之一，其种类与规模已经得到了显著的增长，并形成了一个独立且完整的体系。除了具备通用软件的一般特性外，它还具有许多与嵌入式系统紧密相关的独特特点： 首先，从规模上看，由于大多数嵌入式设备的资源较为有限，因此对软件的要求是尽可能地精简和高效。这导致了多数嵌入式系统的软件大小通常不超过几MB。
     
  • 第五章 嵌入式系统的输入.ppt
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    本章节内容聚焦于嵌入式系统中输入模块的设计与实现，涵盖硬件接口、通信协议及软件处理流程，探讨如何高效采集和解析外部数据。 GPIO（通用输入输出接口）是最基本的IO形式之一，也被称为并行IO。它由一组可以被CPU存取操作的输入引脚、输出引脚或双向引脚构成。某些GPIO引脚可以通过软件编程来改变其方向。 图5.1.1展示了简化后的双向GPIO端口（D0）的功能逻辑图，其中PORT代表数据寄存器，DDR表示数据方向寄存器。
     
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    本书详细介绍了嵌入式Linux系统的应用开发技术，包括系统基础、驱动编程、文件系统构建等内容，适合初学者和进阶读者学习参考。 《嵌入式Linux应用程序开发详解》涵盖了从第1章到第12章的完整内容。
     
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    本章节探讨嵌入式系统中的网络接口技术，涵盖硬件与软件层面的设计、实现及优化策略，旨在提升设备联网能力。 嵌入式系统通常采用IEEE 802.3标准的以太网协议。从硬件角度来看，802.3模型层间结构如图所示，以太网接口电路主要由媒质接入控制（MAC）控制器和物理层接口（PHY）两大部分构成。
     
  • 第四章 嵌入式系统的内存系统.ppt
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    本章节探讨嵌入式系统中的内存架构与管理机制，涵盖内存类型、分配策略及优化技巧等内容，助力深入理解并有效设计高效能嵌入式应用。 CPU寄存器作为高速缓存系统的一部分，用于保存来自cache的字；而cache则是内存层的快速缓冲区，负责从内存读取数据供CPU处理，并将结果返回至内存中；内存又充当主存储器（如Flash）的高速缓存角色，它会提取频繁使用的数据并将其加载到内存里以提升CPU的工作效率。在嵌入式系统中，由于主存储器容量有限，外部存储设备例如磁盘、光盘或CF/SD卡等用于保存大量信息的数据；而在一些具备分布式文件系统的网络嵌入式环境中，这些外部存储装置可以作为其他系统数据的高速缓存使用。
     
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    本章内容聚焦于嵌入式系统的总线接口技术，详细解析了各类总线的工作原理、应用场景及其在硬件设计中的重要性。 ### 串行接口基本原理与结构 #### 1．串行通信概述 数据通信的方式主要分为并行通信和串行通信两种。当两台数字设备之间的传输距离较远时，通常采用串行方式来传送数据。在串行通信中，每一位数据都会依次进行传输，并且每一比特都占用固定的时间长度。与并行接口相比，在n位的数据通过n位的并行接口需要时间T的情况下，使用串行方式进行同样数量的数据传输所需的时间最少为nT。因此，相对于并行方式而言，串行通信具有线路简单、成本低廉等优势，并且更适合于远距离数据传送。 #### ① 串行数据通信模式 在实际应用中，常见的三种基本的串行数据通信模式包括单工通信、半双工通信和全双工通信。 - **单工通信**：这种模式下信息只能从一个方向传输，即设备A向设备B发送数据； - **半双工通信**：在这种方式里可以实现双向的数据传递但不能同时进行，在某一时刻内只允许一方发送另一方接收； - **全双工通信**：此方法支持在相同的时间段内双方互传信息，也就是说可以在同一时间从A到B和反向传输数据。
     
  • 嵌入式软件的设计规范
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    《嵌入式软件的设计规范》一书深入探讨了开发高质量嵌入式系统的准则与最佳实践，涵盖需求分析、架构设计到代码实现等环节，旨在帮助工程师构建可靠且高效的软件系统。 这部优秀的企业内部规范非常适合C程序开发人员及爱好者使用。
     
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    本项目专注于通信软件在嵌入式系统中的高效实现与优化，旨在提升设备间的数据传输效率和安全性，适用于物联网、移动通讯等多种场景。 嵌入式通信软件的分析与设计标准包括分层讲解和数据结构设计等内容。
     
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    《嵌入式系统的软件设计》一书专注于讲解嵌入式系统中软件开发的关键技术和方法，适合希望深入了解该领域的工程师和学生阅读。 ### 嵌入式系统软件设计 #### 一、嵌入式系统概述 嵌入式系统是一种专用计算机系统，用于执行特定任务，如控制设备或处理数据。它们广泛应用于汽车电子、工业自动化、消费电子产品等领域。与通用计算平台相比，嵌入式系统更加注重效率、可靠性和实时性。 #### 二、嵌入式系统的组成 嵌入式系统通常由硬件和软件两大部分构成： - **硬件部分**：包括处理器（CPU）、存储器、输入输出接口等。 - **软件部分**：主要包括操作系统（OS）和应用程序。 #### 三、嵌入式系统软件设计的关键要素 ##### 3.1 操作系统 嵌入式操作系统是管理嵌入式系统资源的核心。常见的有μCOS-II、FreeRTOS及其它实时操作系统，它们提供了任务调度、内存管理和中断处理等功能，为上层应用提供支持。 ##### 3.2 应用程序开发 - **编程语言**：C语言因其直接访问硬件的能力和高代码效率，在嵌入式系统中非常流行。 - **开发工具**：常用的工具有Keil、IAR等，这些工具集成了编译器、链接器和调试器等功能。 - **调试技巧**：在开发过程中会遇到内存泄漏或死锁等问题，掌握有效的调试方法对于提高效率至关重要。 #### 四、软件设计方法 进行嵌入式系统软件设计时可采用以下几种策略： - **模块化设计**：将系统划分为多个独立的模块，每个负责具体功能。这有助于降低复杂度，并便于维护和扩展。 - **面向对象设计**：虽然不如模块化常见，但在需要实现复杂逻辑的情况下也是一种有效手段。 - **状态机设计**：对于具有明确状态转换规则的应用场景，使用这种方法可以帮助清晰定义系统在不同状态下的行为。 #### 五、案例分析 假设要为基于ARM Cortex-M系列微控制器的智能家居控制系统进行软件和硬件选型。该系统需要通过Wi-Fi连接互联网，并接收手机APP指令来控制家中的灯光和空调等设备。 - **硬件选择**：可以选择STM32F103C8T6作为核心处理器，因其丰富的外设接口适合此类应用场景。 - **软件架构**： - **操作系统**：选用FreeRTOS作为实时操作系统，因为它轻量级且易于移植，在资源受限的嵌入式系统中表现良好。 - **网络通信**：利用TCP/IP协议栈实现Wi-Fi连接功能。 - **用户界面**：通过命令行或图形界面接收用户的输入指令。 - **设备控制**：编写驱动程序来控制灯光、空调等外部设备。 #### 六、总结 嵌入式系统软件设计涉及硬件选择和软件架构等多个方面。为了确保系统的高效稳定运行，开发者需要具备扎实的技术基础以及实践经验。随着物联网技术的发展，未来嵌入式系统将在更多领域发挥重要作用，并对设计方案提出了更高的要求。