嵌入式系统协同设计

嵌入式技术是一门涉及计算机、微电子、通信和电子材料等相关信息技术的综合技术，其应用范围极其广泛，涵盖航空航天电子、武器自动化、工业自动控制、智能仪器仪表、智能测控系统、网络设备、通信设备、医疗电子和消费娱乐电子等领域。可以毫不夸张地说，从生产到生活，从军用到民用，只要涉及“电”的机电设备，都或多或少地应用了某种嵌入式技术。嵌入式系统及其相关技术是目前信息技术中发展*快、*有活力、*有挑战性和*有创新力的领域之一，也一直吸引着众多大学生、研究人员、工程技术人员从事相关的理论研究和应用开发。因此，牢固掌握嵌入式系统的概念、原理、设计和应用技术是对每一位立志在该领域成就未来的大学生和研发人员的基本要求。嵌入式系统是软件和硬件协同工作的系统，因此在嵌入式系统的设计过程中也同样充满了软件和硬件、前台和后台协同设计的思维。同样的功能，既可以由软件实现，也可以由硬件实现；既可以由前台实现，也可以由后台实现。协同设计既是技术问题，也是哲学问题。本书通过全面介绍嵌入式系统的硬件和软件的典型结构、技术特点，并通过大量案例，向读者系统介绍了协同设计时必须要掌握的知识和技能。本书具有以下三特点。，语言通俗易懂，内容深入浅出，行文脉络清晰，特别适合课堂教学和研发人员参考。第二，内容全面，覆盖嵌入式系统的硬件、软件、调试、设备网络互联等内容。本书不局限于特定的操作系统或CPU，也不局限于特定的开发板，因此能更好地符合课堂大面积教学的特点，满足系统开发人员的需求。第三，概念、理论和实践三者的比例适当，适合课堂教学和自学。嵌入式系统这门课程是一门跨学科的综合性课程，其概念和理论繁杂，事实上还存在大量“生造且不规范”的名词术语，这些很容易挫伤初学者的兴趣。为了便于读者学习，本书在介绍概念和理论的同时充分结合实践和实例来介绍其应用，以帮助读者理解。教学相长。编写本书的过程也是我重新学习嵌入式系统的过程。嵌入式系统的体系庞大，内容繁杂。每一个章节或模块倘若展开，都是值得深入研究的专题。书中的不少内容，本人以前也仅理解其基本概念和原理，并未做过深入研究或分析过源代码，可以说知之甚浅。在编写本书的过程中，我认真地探究其内部原理和分析相关的源代码，虽是管中窥豹，但也能再次感受到嵌入式系统的设计之美。我乐意与读者朋友和选用本书的教师们交流学习心得和教学经验，也乐意为大家提供教辅资料或实验资料供参考。受限于本人的理论知识储备、项目实践经验、成书时间短，书中定会存在不少疏漏和错误，请读者朋友们不吝赐教指正，我定会虚心接受并更正。本人的联系邮箱：sushuguang@hust.edu.cn。本人参考了大量已正式发表或出版的文献以及非正式出版的网络资源，由于篇幅所限和其他原因，书末仅列出了部分参考资料，无法一一注明全部参考资料的来源和作者的具体姓名，无论何种情况，在此一并向各位作者表示感谢！

本书全面地介绍了嵌入式系统的概念、硬软件结构、典型传感器原理、协同设计原理、软件和硬件开发工具等内容，涵盖嵌入式软硬件设计和实现全过程所需要掌握的知识。全书共分9章三大模块，第1章是嵌入式系统的概念，第2-5章是嵌入式系统的硬件部分，第6-9章是嵌入式系统操作系统和软件部分。第1章，主要介绍嵌入式系统的概念、特点、应用、硬件结构、软件体系，协同设计原理，嵌入式形式和发展方向等内容。第2章，介绍嵌入式处理的概念，特点和分类，其次以广泛应用的ARM处理、DSP处理器、FPGA为例介绍了嵌入式处理器的学习方法和应用特点。第3章，介绍存储器的相关技术概念，介绍RAM和ROM类型的存储技术和典型芯片，重点介绍在嵌入式系统中广泛使用的FLASH存储技术和其典型应用。第4章，介绍接口和总线的概念以及典型的嵌入式外设、传感器、执行器。常用总线包括USB总线，IIC总线，SPI总线，485总线等，常用外设按钮包括LED，LCD，ADC/DAC，各类传感器，执行器，看门狗等。第5章，介绍嵌入式硬件设计的概念，电路原理图和印制电路板PCB的设计流程和设计原则，电路仿真、芯片设计等内容。*后介绍几种常用的硬件设计环境和工具。第6章，介绍嵌入式系统操作系统的概念，特点以及实时性概念。重点以Linux、Ucos和RTThread等三个操作系统，介绍它们的特点，内核结构，图形驱动，移植等应用要点等。第7章，主要介绍嵌入式系统的软件开发环境的特点、构建方法、开发和调试流程以及嵌入式软件体系各层次的软件开发技术。重点介绍交叉编译环境、开发过程，Linux软件开发、Linux内核配置、驱动开发，中断技术，BootLoader、文件系统、GUI图形用户界面，典型的嵌入式软件开发工具（如ADS、IAR等）和嵌入式软件的调试方法等内容。第8章，介绍嵌入式设备之间的网络互联技术以及与物联网，人工智能等技术的结合，包括TCP /IP网络，Zigbee等无线通信技术，无线传感器网络，移动网络，人工智能，边缘计算等技术以及软硬件设计与实现的实例。第9章，以6个具体的嵌入式项目实例介绍嵌入式系统协同设计的思路、介绍具体的设计和开发的过程。通过这些典型例子，读者可以熟悉嵌入式系统的硬件和软件构成以及它们的实现过程。