嵌入式产品设计大全11篇

绪论：写作既是个人情感的抒发，也是对学术真理的探索，欢迎阅读由发表云整理的11篇嵌入式产品设计范文，希望它们能为您的写作提供参考和启发。

篇（1）

多年来我国住宅市场连续保持了供需两旺的景象，为迎合开发商宣传的需要，社会上自发产生了对住宅品质各种不同名目的评价与认定。然而在房地产市场竞争日趋激烈、房地产市场渐入理性发展的今天，其可信度大打折扣。几乎所有负责任的开发商都迫切需要一种具有公信力的评价机制，对其开发的住宅项目做出客观公正的评价。住宅性能评定就是由政府部门建立起的一个针对住宅性能的科学、公正、公平的具有公信力的第三方评价机制，借用专家的学识与经验，使消费者对住宅的性能状况心中有数。

一、什么是3A产品   现行住宅性能认定以2005年建设部的住宅性能评定技术标准为依据，从规划、设计、施工、使用等方面，将住宅性能划分成5个方面，即适用性能、环境性能、经济性能、安全性能、耐久性能。通过5个方面的综合评定，体现住宅的整体性能，以保障消费者的居住质量。住宅性能按照评定得分划分为A、B两个级别，其中A级住宅是执行了国家现行标准且性能好的住宅；B级住宅是执行了国家现行强制性但性能达不到A级的住宅；A级住宅又按得分由低到高细分为1A、2A、3A三等。3A级产品是住宅性能评定中最高级别的产品。

二、国内房地产业3A产品现状  住宅性能评定反映了住宅的综合性能，体现了节能、节水、节地、节材等产业技术政策，全国许多负责任的开发企业勇于承担建设节能省地环保型住宅的历史使命，纷纷参加住宅性能A级认定，截止2008年8月底，全国已有410个小区、一万余幢住宅楼通过了性能认定预审；147个小区，4310栋住宅楼通过住宅性能认 定终审，其中14个小区通过了3A级住宅终审。

三、3A产品的评分标准、申报及评定  住宅性能评定技术标准采用指标量化法对住宅的进行性能评定，共设五大性能268项指标：适用性能和环境性能满分为250分；经济性能和安全性能满分为200分；耐久性能满分100分，总计1000分。其中达到3A级住宅指标得分要求如下：含有的18个子项全部得分，且适用性能和环境性能得分等于或高于150分，经济性能和安全性能得分等于或高于120分，耐久性能得分等于或高于60分，总分850分以上，且满足所有6项含有的子项。

住宅性能认定的申报条件： (1)房地产开发企业经资质审查合格，有资质审批部门颁发的资质等级证书；(2)住宅的开发建设符合国家的法律法规和技术、经济政策，以及房地产开发建设程序的规定。

申报及认定流程：(1)项目立项后，填写申请表，进行申报；(2)规划设计方案完成后，向评定机构申请设计审查；(3)设计审查通过后，颁发通过设计审查的证书和文件，评定机构进行全面跟踪；(4)主体竣工后，组织专家组进行中期检查； (5)竣工验收后，组织专家组进行终期检查； (6)终审通过后，颁发证书，公告。

住宅性能的评定方法：住宅性能终审一般由2组专家同时进行，其中一组负责评审适用性能和环境性能，另一组负责评审经济性能、安全性能和耐久性能，每组专家3-4人。专家组通过听取汇报、查阅设计文件和检测报告、现场检查等程序，对照住宅性能评定标准分别打分。

四、项目规划设计和施工图设计阶段针对3A产品的工作重点    在规划阶段和施工图设计阶段根据住宅性能评定的五大性能标准提出规划设计和施工图设计条件，使3A标准融入规划设计和施工图设计阶段。既可避免产生先天性的缺欠，又能使一些3A指标得以细化和明确，从而保证项目实施3A标准的设计质量。下面分别从适用性能、环境性能、经济性能、安全性能、耐久性能五个方面说明在规划和施工图设计阶段的工作重点。

（一）住宅适用性能  住宅适用性包含了住宅建筑功能空间的构成、尺度、数量、日照、通风及视线、声环境等性能和居住设备、设施要求，包括单元平面、住宅套型、建筑装修、隔声性能、设施设备和无障碍设施6个评定项目。单元平面各功能空间尺寸、电梯楼梯设置、日照通风、采光和视线均要满足标准要求；住宅套型设计要做到房间齐备，交通顺畅，布局合理，动静区分，使用功能不同的房间紧凑协调，房间直接采光，并保证日照，通风的要求；无障碍设计中要满足到户内、住区道路、入口、公共卫生间的无障碍要求；以上是规划设计阶段应考虑的重点，应对照标准要求逐条落实。否则会产生先天的缺欠。

（二）住宅环境性能  环境性能评定包括用地与规划、建筑造型、绿地与活动场地、室外噪声与空气污染、水体与排水系统、公共服务设施和智能化系统7个评定项目。因地制宜、合理利用原有地形地貌；住栋布置满足日照通风要求、建筑密度控制适当；道路架构清晰、出入口设置；绿地设置；公共配套服务设施配置等在规划设计阶段应重点考虑。3A住宅要求的机动车停车率≥1是硬性指标，在规划设计阶段应根据总户数设计足够的停车位。

建筑造型、公共服务设施、垃圾存放与处理设施及智能化系统在施工图设计阶段应根据标准要求进行重点深化。

（三）住宅经济性能 经济性能评定包括节能、节水、节地、节材4个评定项目。住宅建筑以南北朝向为主；体型系数、窗墙比、地下空间的利用均要在规划设计阶段整体设计。施工图设计阶段对建筑围护结构如墙体的构造、屋面的构造、外窗外门的传热系数要求、采暖照明系统设计及设备选型、中水雨水利用要进行重点深化。

（四）住宅安全性能 安全性能评定包括结构安全、建筑防火、燃气及电气设备安全、日常防范措施和室内污染控制5个评定项目。耐火等级、消防道路、疏散口数量、疏散楼梯设置在规划设计阶段应明确，并要满足指标要求。地基基础、荷载等级、抗震设防、消防设施的设置、栏杆的设置应在施工图设计中按照标准要求进行深化。

（五）住宅耐久性能 耐久性能评定包括结构工程、装修工程、防水防潮工程、管线设备和门窗6个评定项目。在耐久性能方面没有在规划设计阶段需要明确的指标。结构设计、装修设计、防水设计、管线设计、设备门窗设计选型的使用年限和耐久性指标要求在施工图设计阶段应在施工图中明确。

五、项目室外环境景观结合3A产品应做的设计工作 项目室外环境景观按3A标准要求涉及到住宅使用性能、环境性能、经济性能三个方面，五个评定项目，28个检查指标。针对这些项目指标，在景观硬景、软景设计前对设计单位提出要求，使其在设计中充分体现，确保设计图纸满足3A指标要求。为落实指标要求，对单元公共入口、小区道路、室外景观等要求进行无障碍设计；要求住区内道路交通顺畅、路面铺装选材合理、绿地率≥35%并提出要充分利用散地、停车位、墙面等进行绿化；在绿化植物方面：花卉、木本植物种类数量、乔木量均有指标要求；在室外活动场地方面：分别设置老人、儿童活动场地、设置健身场地、设置儿童戏水池等。以上方面是园林景观设计时应重点考虑的内容。

篇（2）

1 嵌入式软件开发的特点

嵌入式软件的开发具有如下几方面的特点：

1）需要交叉开发工具和环境。由于嵌入式软件本身不具备自主开发能力，即使设计完成以后用户通常也不能对其中的程序功能进行修改，因此必须有一套开发工具和环境才能进行开发。这些工具和环境一般基于通用计算机上的软硬件设备以及各种逻辑分析仪、混合信号示波器等。开发时往往有主机和目标机交叉开发的概念，主机用于程序的开发、调试，目标机作为最后的执行机构。开发时主机和目标机需要交替结合进行。

2）软硬件协同设计。软硬件协同设计涉及以下方面：嵌入式软件设计、实时系统设计、硬件设计和软件设计。软硬件协同设计强调硬件与软件的协同性与整合性、软件与硬件的可裁减，以满足系统对功能、成本、体积和功耗等要求。

3）嵌入式软件开发人员以应用专家为主。通用计算机的开发人员一般是计算机科学或计算机工程方面的专业人士，而嵌入式软件则是要和各个不同行业的应用相结合的，要求更多的计算机以外的专业知识，其开发人员往往是各个应用领域的专家。

4）软件要求固态化存储。为了提高执行速度和系统可靠性，嵌入系统中的软件一般都固化在存储器芯片或单片机本身中，而不是存储于磁盘等载体中。

5）软件代码高质量、高可靠性。尽管半导体技术的发展使处理器速度不断提高，片上存储器容量不断增加，但在大多数应用中，存储空间仍然是宝贵的，还存在实时性的要求。为此要求程序编写和编译工具的质量要高，以减少程序二进制代码长度，提高执行速度。嵌入式软件的核心是系统软件和应用软件，由于存储空间有限，因而要求软件代码紧凑、可靠，大多对实时性有严格要求。

6）系统软件的高实时性。在多任务嵌入式软件中，对重要性各不相同的任务进行统筹兼顾和合理调度是保证每个任务及时执行的关键，单纯通过提高处理器速度是无法完成和没有效率的，这种任务调度只能由优化编写的系统软件来完成，因此系统软件的高实时性是基本要求。嵌入式软件应用程序虽然可以没有操作系统直接在芯片上运行，但是为了合理地调度多任务，利用系统资源，系统一般以成熟的实时操作系统作为开发平台，这样才能保证程序执行的实时性、可靠性，并减少开发时间，保障软件质量。

2 软硬件协同设计概念

嵌入式软件设计是使用一组物理硬件和软件来完成所需功能的过程。系统是指任何由硬件、软件或者两者的结合来构成的功能设备。由于嵌入式软件是一个专用系统，所以在嵌入式产品的设计过程中，软件设计和硬件设计是紧密结合、相互协调的。这就产生了一种全新的发展中的设计理论——软硬件协同设计。这种方法的特点是，在设计时从系统功能的实现角度考虑，把实现时的软硬件同时考虑进去，硬件设计包括芯片级“功能定制”设计。既可最大限度地利用有效资源，缩短开发周期，又能取得更好的设计效果。

系统协同设计的整个流程从确定系统要求开始，包含系统要求的功能、性能、功耗、成本、可靠性和开发时间等。这些要求形成了由项目开发小组和市场专家共同制定的初步说明文档。系统设计首先确定所需的功能。复杂系统设计最常用的方法是将整个系统划分为较简单的子系统及这些子系统的模块组合，然后以一种选定的语言对各个对象子系统加以描述，产生设计说明文档。其次，是把系统功能转换成组织结构，将抽象的功能描述模型转换成组织结构模型。由于针对一个系统可建立多种模型，因此应根据系统的仿真和先前的经验米选择模型。

3 嵌入式软件开发的方法论

在建立一个完整的嵌入式软件或是产品时，大部分系统都很复杂，不但功能规格很多，还必须考虑例如价格、性能等其他因素，否则很容易做出一个失败的系统或是产品。因此，在进行系统开发之前，必须先了解一些系统设计技术，使得在开发过程中更为顺利。一般来说，产品设计的过程会经历几个步骤，为了确保这些步骤的合理性，我们需要一个设计方法论来面对整个设计过程。采用方法论有以下三个重要理由。

确认所做的每一件事情都是必须要做的，不做无谓的工作，也不漏掉关键性的重要工作，其中包含性能最佳化或是功能测试。

根据设计方法论可以发展出计算机辅助工具或是设计经验累积，汲取每一次产品开发的经验。再经过量化之后，可以发展出一套工具或是方法，让往后的产品设计步入自动化。

开发团队遵循同一套方法论，可以让团队成员更容易彼此沟通。每个人都能在短时间内了解整体过程中将经历哪些过程，需要何种支持与接收到何种结果。此外，也容易通过一套已经定义好的方法论，彼此相互合作协调。设计过程的目标是做出有一定用途且具有创新点的产品。产品的典型规格包含功能性、制造成本、性能表现、省电考虑和其他特性。

篇（3）

1嵌入式软件开发的特点

 

嵌入式软件的开发具有如下几方面的特点：

 

1)需要交叉开发工具和环境。由于嵌入式软件本身不具备自主开发能力，即使设计完成以后用户通常也不能对其中的程序功能进行修改，因此必须有一套开发工具和环境才能进行开发。这些工具和环境一般基于通用计算机上的软硬件设备以及各种逻辑分析仪、混合信号示波器等。开发时往往有主机和目标机交叉开发的概念，主机用于程序的开发、调试，目标机作为最后的执行机构。开发时主机和目标机需要交替结合进行。

 

2)软硬件协同设计。软硬件协同设计涉及以下方面：嵌入式软件设计、实时系统设计、硬件设计和软件设计。软硬件协同设计强调硬件与软件的协同性与整合性、软件与硬件的可裁减，以满足系统对功能、成本、体积和功耗等要求。

 

3)嵌入式软件开发人员以应用专家为主。通用计算机的开发人员一般是计算机科学或计算机工程方面的专业人士，而嵌入式软件则是要和各个不同行业的应用相结合的，要求更多的计算机以外的专业知识，其开发人员往往是各个应用领域的专家。

 

4)软件要求固态化存储。为了提高执行速度和系统可靠性，嵌入系统中的软件一般都固化在存储器芯片或单片机本身中，而不是存储于磁盘等载体中。

 

5)软件代码高质量、高可靠性。尽管半导体技术的发展使处理器速度不断提高，片上存储器容量不断増加，但在大多数应用中，存储空间仍然是宝贵的，还存在实时性的要求。为此要求程序编写和编译工具的质量要高，以减少程序二进制代码长度，提高执行速度。嵌入式软件的核心是系统软件和应用软件，由于存储空间有限，因而要求软件代码紧凑、可靠，大多对实时性有严格要求。

 

6)系统软件的高实时性。在多任务嵌入式软件中，对重要性各不相同的任务进行统筹兼顾和合理调度是保证每个任务及时执行的关键，单纯通过提高处理器速度是无法完成和没有效率的，这种任务调度只能由优化编写的系统软件来完成，因此系统软件的高实时性是基本要求。嵌入式软件应用程序虽然可以没有操作系统直接在芯片上运行，但是为了合理地调度多任务，利用系统资源，系统一般以成熟的实时操作系统作为开发平台，这样才能保证程序执行的实时性、可靠性，并减少开发时间，保障软件质量。

 

2软硬件协同设计概念

 

嵌入式软件设计是使用一组物理硬件和软件来完成所需功能的过程。系统是指任何由硬件、软件或者两者的结合来构成的功能设备。由于嵌入式软件是一个专用系统，所以在嵌入式产品的设计过程中，软件设计和硬件设计是紧密结合、相互协调的。这就产生了一种全新的发展中的设计理论一一软硬件协同设计。这种方法的特点是，在设计时从系统功能的实现角度考虑，把实现时的软硬件同时考虑进去，硬件设计包括芯片级“功能定制”设计。既可最大限度地利用有效资源，缩短开发周期，又能取得更好的设计效果。

 

系统协同设计的整个流程从确定系统要求开始，包含系统要求的功能、性能、功耗、成本、可靠性和开发时间等。这些要求形成了由项目开发小组和市场专家共同制定的初步说明文档。系统设计首先确定所需的功能。复杂系统设计最常用的方法是将整个系统划分为较简单的子系统及这些子系统的模块组合，然后以一种选定的语言对各个对象子系统加以描述，产生设计说明文档。其次，是把系统功能转换成组织结构，将抽象的功能描述模型转换成组织结构模型。由于针对一个系统可建立多种模型，因此应根据系统的仿真和先前的经验米选择模型。

 

3嵌入式软件开发的方法论

 

在建立一个完整的嵌入式软件或是产品时，大部分系统都很复杂，不但功能规格很多，还必须考虑例如价格、性能等其他因素，否则很容易做出一个失败的系统或是产品。因此，在进行系统开发之前，必须先了解一些系统设计技术，使得在开发过程中更为顺利。一般来说，产品设计的过程会经历几个步骤，为了确保这些步骤的合理性，我们需要一个设计方法论来面对整个设计过程。采用方法论有以下三个重要理由。

 

确认所做的每一件事情都是必须要做的，不做无谓的工作，也不漏掉关键性的重要工作，其中包含性能最佳化或是功能测试。

 

根据设计方法论可以发展出计算机辅助工具或是设计经验累积，汲取每一次产品开发的经验。再经过量化之后，可以发展出一套工具或是方法，让往后的产品设计步入自动化。

 

开发团队遵循同一套方法论，可以让团队成员更容易彼此沟通。每个人都能在短时间内了解整体过程中将经历哪些过程，需要何种支持与接收到何种结果。此外，也容易通过一套已经定义好的方法论，彼此相互合作协调。设计过程的目标是做出有一定用途且具有创新点的产品。产品的典型规格包含功能性、制造成本、性能表现、省电考虑和其他特性。

 

4结束语

篇（4）

硬件系统功能会越来越强大，许多软件的功能会用硬件来实现，“软件硬化”发展趋势越来越快。整机的体积和功耗越来越小，越来越符合绿色环保的要求，同时产品的价格会越来越低，因此，对IC的功能、耗电以及成本的要求会越来越刻薄。

不论是IC还是软件开发平台，功能将越来越强，而价格却越来越低。使用的界面越来越友好，体积却越来越小，携带越来越方便，会使用的人也越来越多。

需要越来越多的精通软、硬件的复合型高级人才。因嵌入式系统的开发完全不同于PC机系统的开发工作。在PC机系统的开发工作中，硬件几乎不需要开发者来设计，厂家已设计好了。你只要设计软件就行了。而且，软件目标码的大小对硬件的成本几乎没有影响。在嵌入式系统中就不同了，软件的算法和大小对产品成本有着极大的影响。因此，产品设计主管必须具有较强的软硬件知识，是软硬件复合型人才，才能很好地完成产品的设计工作，设计出极具市场竞争力的产品来。

软件硬化趋势加快

这里重谈一下软件硬化的看法。国际上嵌入式软件技术发展的趋势是：随着半导体技术的进步，IC的设计开发平台使用越来越简单，价格越来越低，以及制造工艺的进步，致使IC生产成本也越来越低了。许多过去只能以软件实现的功能，现在完全可以用硬件来实现了。并且，有时用硬件来实现的成本甚至比用软件方式来的还要便宜。

因此，软件工程师也可以来设计IC了，这都是过去不可想象的事。我们软件工程师一定要有从设计软件转变到硬件设计的心理准备。因为，这是嵌入式系统发展的趋势，只有这样我们才能赶上嵌入式系统发展的时代脉搏。

而我们现在软件发展的方向基本上走的还是“硬件软化”的道路，即所有的功能尽量用软件来实现。如MP3、MP4、MPEG2、MPEG4等等的功能尽量用软件来实现。其优势是通用性好，产品升级容易。但它只适合小批量即专用型或对价格不敏感的产品使用。但对大批量即普及型或对价格敏感的产品就不太适用了。更不能设计生产出具有市场竞争力的产品了。因“硬件软化”带来的不足是摊到每个产品上的成本较高、功耗大、接受灵敏度低、稳定性不高、内存容量需求大、有程序跑飞等等的问题。

另外，这种软件的发展方式带来的最大问题就是我们整个嵌入式系统的发展永远只能跟在别人的后面跑，而不能超越别人。因按这种模式发展，IC设计的核心技术永远掌握在他人的手中。因此，我们应该充分认识到这一点，及早地调整我们的发展思路，培养出自己的精通软硬件设计的复合型高级软件人才。只有这样，我们才有可能在嵌入式系统的发展上赶超世界先进水平。

硬件门槛降低

随着IC开发平台的极大进步，电路设计工程师和软件工程师也能够设计自己的IC了，并且技术水平越来越成熟了。过去许多要靠软件才能实现的功能都能由硬件或软件工程师用硬件来设计实现了。而且，他们将逐步成为IC设计的主力军。这在以前是不可想象的，当时IC设计只能是半导体工程师的专利。

篇（5）

在即将到来的第四阶段，会有越来越多的设备加入到互联网，比如车载娱乐系统，远程医疗，数字标牌和网络摄像头等，嵌入式设备及其应用将真正让互联网无处不在，人们不论是在工作、娱乐、学习甚至休息的时候，都能随时与互联网保持连接。嵌入式系统是家庭信息网络、IT融合的重要技术基础。

嵌入式设备虽然不能够非常绝对地做一个界定，但可以简单理解为功能相对固定的应用设备，或者说，嵌入式设备就是一个不想成为电脑的“电脑”。例如超市中的POS机，马路边新设立的视频大幅广告牌，娱乐场所里的游戏机，机场里的电子信息牌等等。与个人电脑的不同是，嵌入式设备需要把有限的计算能力用在一个主要应用中，应用功能方面被限制在特定领域，但它的硬件很可能用的就是英特尔奔腾或者酷睿处理器。

微处理器引入到嵌入式领域是一个革新式的事件，并且提供了灵活性和可迁移性。这样，微处理器和计算平台将会与通讯能力进一步整合，人们就可以创造出更多的使用模式和设备。谈到嵌入式处理器产品的创新和应用，大家可能会立刻想到凌动(Atom)处理器。这款英特尔史上体积最小、功率虽低的处理器能为最终产品带来性能、功耗、外形尺寸和成本等各方面的优势，一进入市场就非常受欢迎。经过持续的技术更新和市场推广，迄今它已融入到2000多款嵌入式产品设计中。通过“凌动”这样为多种应用而生的嵌入式处理器平台，原本基于个人电脑的众多应用就可以便捷地迁移到各类消费电子平台上，让未来人们生活中的电子设备变得更加智能。

篇（6）

居住地：广州

电　话：158******（手机）

E-mail：

最近工作[1年8个月]

公　司：XX计算机有限公司

行　业：计算机软件

职　位：嵌入式软件开发

最高学历

学　历：本科

专　业：软件工程

学　校：上海工程技术大学

自我评价

本人多年嵌入式软件领域开发经验，英语流利。很强的软件架构设计能力、严密的逻辑思维能力、快速分析解决问题的能力。熟悉多种软件技术和业务，有项目管理经验，有强的分析问题和解决问题的能力，勇于面对压力和挑战，并善于沟通。自信而乐观，敢于迎接挑战，具有团队精神。

求职意向

到岗时间：一个月之内

工作性质：全职

希望行业：计算机软件

目标地点：广州

期望月薪：面议/月

目标职能：嵌入式软件开发

工作经验

2013/7—至今：XX计算机有限公司[1年8个月]

所属行业： 计算机软件

开发部 嵌入式软件开发

1、 负责基于嵌入式Linux 系统的网络安防产品的开发和管理;

2、 负责项目初期开发计划的制定，风险管理和开发人员的分配;

3、 负责根据开发式样编写代码，修正QA提出的问题点;

4、 负责项目后期开发完成报告总结;

5、 负责量产用程序变更履历管理，生产和市场问题分析和解决。

2012/6—2013/6：XX网络有限公司[1年]

所属行业： 通信/电信/网络设备

开发部 嵌入式软件开发

1、 负责无线通讯产品嵌入式软件开发工作;

2、 负责产品测试性能需求分析和产品定义;

3、 负责分析产品设计文档和各种硬体接口文档;

4、 负责模块接口定义和接口应用文档编写;

5、 负责代码编写和单元测试，使用频谱进行指标测试;

6、 负责代码集成测试和代码除错;

7、 负责代码管理和代码。

教育经历

2008/9—2012/6 上海工程技术大学 软件工程本科

证书

2010/6 大学英语六级

篇（7）

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）24-0101-02

随着现代电子制造水平和网络技术的飞速发展，嵌入式系统已经成为汽车电子、家电控制和消费类电子等产品的重要组成部分，由于其硬件部分体积小、价格便宜、集成度高，并且软硬件都可以进行“按需定制”可裁剪，嵌入式系统有着十分广阔的发展前景。

同时嵌入式系统中的无线通信技术、传感器技术和自动化系统控制技术的日益成熟，把传感器得到的各种数据，通过互联网的手段传输出去，使得世界的联系从人与人的联系，逐步转变成物与人的联系，物与物的联系；使得现实世界与信息网络更加的紧密结合。通过物联网项目的开发，更好的促进嵌入式系统作为物联网项目的载体的教学和改革工作。

1嵌入式系统教学的现状

关于嵌入式系统教学过程中的课程定位、相关先导课程与基础知识的准备、教学内容（包括硬件平台和软件平台）的选择、实践教学与实践环节组织等问题，在目前，仍然存在争论和探索。本环节就以下几个方面进行分析：

1）嵌入式系统的课程定位

由于各个院校对于嵌入式系统的课程定位的不同，不同的院校对于本课程的应用方向也不同。有的院校更加侧重于底层硬件和系统文件的裁剪，偏向于基于单片机的应用；有的院校更加侧重于嵌入式系统的应用，偏向于软件开发与调试。

2）嵌入式系统教学的先导课程

基于上述不同院校之间课程定位的不同，嵌入式系统课程的先导课程也有所不同，针对偏硬件设计方向的，硬件电路设计作为重点。针对偏软件设计方向的，则是把程序设计语言作为重点。

3）嵌入式系统教学的学时分配

不同院校的不同专业对于嵌入式系统课程的要求不同，有的专业是作为专业核心类课程，有的专业是作为专业通识类课程，有的专业是作为专业选修类课程。因此，对于嵌入式系统教学的学时，有着很大的不同。

4）嵌入式系统教学内容的选择

嵌入式系统课程由于对前期课程的要求较高，同时现有教学内容中，理论偏多，各种概念和模型较难理解，学生动手去实践相对较少，学生学习起来非常抽象和枯燥，无法形成自己的知识体系结构，缺乏直观性，因此学生学习积极性会随着课程的深入，逐步降低。

同时嵌入式系统教学需结合教学平台设备来进行开展。在现有市场上，嵌入式系统教学平台种类繁多，并且配套的软件操作系统也有所不同，不同院校都根据自身的实际情况进行相应选择。

2嵌入式系统教学组织

根据本学院“5-3-3”课程体系构建的思想，再结合江苏省苏州市吴江区地方经济具体特点的基础上，以近年来国际工程教育改革CDIO工程教育模式为思路，将构思、设计、实现和运作贯穿在整个课程体系之中，以产品研发到产品运行的生命周期为载体，结合物联网的发展，在不同的行业、企业及应用背景下，将物联网的项目案例，和嵌入式系统的课程体系融会贯通，强调职业教育教学行动的过程属性，将典型物联网产品设计案例引入到教学中并进行重构，编排模块化课程教学内容，组织教学过程。使得学生通过本课程的学习，不仅能了解嵌入式系统的基本原理和设计方法，同时能对嵌入式系统中的ARM体系结构、ARM指令系统进行应用，选择嵌入式Linux操作系统根据不同的需求进行相应的裁剪、交叉编译开发和移植应用，同时根据学生的实际情况进行应用程序和驱动程序开发，服务地方经济。

3传统教学中存在的问题

传统教学过程中通常以教师讲授为主，以教材对应章节和知识点作为讲授单元，理论基础和实践环节分离，无法做到“理实一体化”。在有限的课程授课时间内，设置与教学内容配套的实践环节，通过课后实践来强化教学内容，激发学生创造性的能力比较有限。

嵌入式操作系统选择非常多，在嵌入式系统应用中常用的软件中间件，比如网络协议栈、嵌入式平台下的根文件系统和数据库管理系统、媒体压缩与解压缩库、各种加密算法与协议等，更是令人眼花缭乱。

同时，作为授课对象的学生，由于来自不同的专业方向，前导课程的基础知识参差不齐。具体表现为：电子类专业方向的学生，软件基础较为薄弱，计算机类专业方向的学生，电路与硬件基础弱。

4基于物联网项目驱动的嵌入式系统教学

以职业岗位能力为主线的高职教育体系需要构建项目化教学课程体系，同时在物联网技术快速发展的大背景下，嵌入式系统的课程体系确实应当有所调整，以适应时代的发展和社会的需求。

项目驱动教学的理念认为：学生知识的积累和构建，是在一定的条件下自主构建而成的；学习是知识、技能与行为、态度与价值观等方面的长进。

同时，以企业中真实的生产、研发和具有实际应用价值的案例作为教学内容的选择，要求学生能够通过自身的特点，获取相关的资讯，指定真实的计划，通过自身的决策和实施，并且进行检查和互查来对项目进行评价。

1）项目的具体构建

将嵌入式系统教学课程知识点进行碎片化和重组，以本院的校企合作单位物联网智能家居企业真实案例为基础，将整个教学过程以项目的形式开展教学，再将物联网智能家居项目中分成相应子项目，对相应子项目再进行具体的任务分解。在整个过程中，要求学生能够以教学主体的身份参与进来，对真实案例从总体上进行把握，明确学习和构建的内容。

2）项目驱动教学组织形式

本院该课程在采用小班化教学的基础上，对学生进行项目分组，将4～5名学生分配到一个项目团队。在不同的项目中扮演企业开发过程中的不同角色，同时在不同的子项目中，学生的角色进行轮转或互换，使得学生在完成本课程的学习之后，能对项目开发的整个过程相对熟悉。

学生在不同的子项目中，可以对项目团队的不同角色进行体验，根据自身的实际情况，为更好的走上工作岗位，融入企业项目团队做准备。

3）具体项目教学的实施

在每一个具体项目教学的实施过程中，以本院的2014级计算机应用技术专业为例，该专业有40人，将学生以5个学生为项目小组进行分组，共8个小组，根据学生的学情和实际情况进行项目任务书下发，将CDIO中的构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate）融入进来。

以物联网智能家居企业真实案例中的智能窗帘子项目为例，通过任务分解，如下图所示，可以分为嵌入式Linux系统裁剪、直流电机控制、交叉编译、驱动文件加载和嵌入式平台下移植应用等五个子任务，同时针对模块化教学，进行相应学习情境设计和教学方案设计，整合现有教学内容，使得老师的教和学生的学都体现项目驱动模式下理实一体化的紧密结合。

首先要求每个项目小组的学生进行项目分析，将构思（Conceive）采用行动导向中资讯的形式展现出来，给出工作任务，提出任务要求，要求学生应当把前导课程以及已做过的项目中已掌握的知识点和即将开展的项目中需要的知识点进行融合，使得学生温故知新，同时也学会综合运用新旧知识的技能；其次要通过实践的方式，项目和任务必须能够通过实践来完成及验证。

对于设计（Design）则要求学生在项目小组中指定相应计划，安排时间进度。

而实现（Implement），要求各小组通过决策和实施的方式，分别提出完成该项目的设计方案说明书，每个小组推选1名同学上台进行本组实施方案的具体表述，授课教师与项目小组成员共同讨论，进行分析和优化，最终确定相对合理、科学的最佳方案，并进行下一步的实施。

运作（Operate），则是在之前所做工作的基础上，结合项目方案说明书，对于项目内容对照完成。在项目完成之后，对照最初提出的工作任务要求，逐项检查项目完成情况。如存在不符的情况，进行分析和修改，直至满足相应要求。同时要求项目小组内的同学和不同小组的同学进行自评和互评，进行相应总结和考核。

5总结

基于物联网飞速发展的技术和应用背景，如何精简嵌入式系统课程的理论教学内容，并扩宽学生的知识面，让学生掌握设计与思考的方法，重点把与真实项目案例密切相关的内容进行重构与设计，同时进行层次化的实践设计，在实践环节中，让学生真正参与到前沿发展的企业课题和项目中去，这是在嵌入式系统课程教学改革中要研究和具体实践的方向。

基于物联网项目驱动的嵌入式系统教学改革实践教学过程中，学生对于企业项目开发的整个过程更加熟悉，学生参与项目团队开发的积极性和主动性得到提高，同时，通过项目驱动的学习方法，学生也认识到团队合作的重要性。项目驱动教学改革的实施，使学生学习的方式发生了很大的变化，学生能够主动地去学习，更加善于发现问题和思考问题，解决问题的能力也得到了很大提高，学生的专业技能能力得到系统的锻炼。项目驱动教学改革，为学生自主学习意识的养成和从学校到毕业顶岗实习、就业更好的“无缝”对接提供了保障。

参考文献：

[1] 陈承欢.软件工程项目驱动式教程[M].清华大学出版社，2015.

[2] 丁金昌.高职教育人才培养理论研究与实践[M].国防工业出版社，2011.

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中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-9599(2011)23-0000-01

Curriculum Study for Computer Undergraduate Embedded System

Li Biyun,Shi Junping,Li Zongshou

(College of Information Science&Engineering,Jishou University,Jishou 416000,China)

Abstract:For the lag teaching and training in higher education embedded system,this article analyzes the development characteristics of the embedded system,identify curriculum thinking and personnel training objectives of building embedded systems of major computer science in colleges,a new curriculum system with theory and practice of the embedded system is proposed based on the courses of major in computer.

Keywords:Embedded system;Talents training objective;Computer undergraduate;

Curriculum system

一、引言

嵌入式系统是指以应用为核心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积和功耗严格要求的专用计算机系统。它由包括微处理器、定时器、微控制器、存储器、传感器等一系列微电子芯片与器件，和嵌入在存储器中的微型操作系统、控制应用软件组成，共同实现诸如实时控制、监视、管理、移动计算、数据处理等各种自动化处理任务。嵌入式系统以应用为中心，以微电子技术、控制技术、计算机技术和通讯技术为基础，强调硬件软件的协同性与整合性，软件与硬件可剪裁，以满足系统对功能、成本、体积和功耗等要求[1]。

嵌入式系统已被广泛地应用于工业控制系统、信息家电、通信设备、医疗仪器、智能仪器仪表等众多领域，如手机、PDA、MP3、手持设备、智能电话、机顶盒等，可以说嵌入式技术无处不在。由于社会对掌握嵌入式技术人才的大量需求，使嵌入式软硬件工程师成为未来几年最为热门的职业之一。

目前，随着嵌入式技术越来越热，国内越来越多的高校陆续开设了相关课程，并建立了嵌入式实验室。但是通过各种渠道反映出，很多高校嵌入式课程开设的情况不理想，很多学校建立了优良的嵌入式实验室，却很难达到理想的授课效果。归结其原因主要有两点：一、没有完善的课程体系；二、需要合适的师资力量。吉首大学作为一所办在民族地区的省属高校，其办学宗旨之一就是为地方经济建设服务。吉首大学计算机系一直就是秉承此种宗旨来发展和培养应用型人才的。从目前的嵌入式系统技术发展趋势来看，计算机专业本科教学不仅要面向计算机软硬件系统，更应与嵌入式系统方向相结合，与人才培养模式和人才需求相结合进行适时调整，从理论及实践课程体系、师资能力到人才培养模式进行整体规划，以适应当前应用广泛的嵌入式系统人才需要。

二、计算机本科专业嵌入式方向的人才培养目标

按照嵌入式技术及其密切相关的电子信息产业目前及未来的发展需求，培养与我国社会主义现代化建设要求相适应的，在德、智、体、美等方面全面发展，掌握计算机科学与技术基本理论、基本知识和基本技能，具有深厚嵌入式理论基础、能从事嵌入式系统设计与开发、集成电路设计与应用、无线通信等实际工作，具有良好的政治素养、文化科学素养、较强的学习能力、实践能力和创新意识和综合解决实际问题能力的高级应用型人才。嵌入式系统方向重点培养学生嵌入式系统软件工程实践能力，包括软件工程及各种嵌入式系统开发技术、调试和测试工具[2]，毕业后学生将具备嵌入式系统软件开发能力，有能力适应巨大的嵌入式系统产品市场需求，成为嵌入式系统产品企业所急需的掌握嵌入式系统软件技术的人才。

毕业生具有的知识、素质、能力包括：1.具有良好的思想道德素养和团结协作的精神，熟悉计算机方面的有关法规，遵纪守法，善于合作，勇于创新。掌握较丰富的科学文化知识、较扎实的计算机学科基础知识、系统的专业基础知识和基本技能，了解计算机专业的发展趋势和新进展。2.具有较强的学习能力和实践能力，能够熟练地运用多种方法获取知识、理解知识、掌握知识，能够综合性地提出问题、分析问题和解决问题；具有较强的计算机综合应用能力和一定的科学研究能力。3.掌握嵌入式系统开发的理论和基本方法，具有嵌入式系统软硬件的设计、开发、调试及维护的基本能力。具体掌握一种嵌入式操作系统，具有在该操作系统环境下设计、编程及开发的能力。兼具软件及硬件的协调开发能力。4.具有良好的语言表达和书面表达的能力，适应现代社会的交往沟通方式，具有较强的集体合作和组织协调的意识与能力。5.熟练掌握一门外语,并能顺利阅读本专业的外文书刊，了解文献检索、资料查询的基本方法。能够较熟练地使用英语从事嵌入式方向的研究与开发。

三、计算机本科专业嵌入式系统方向课程体系建设思路

嵌入式系统作为一个完整的智能电子系统，需要掌握有关电子和计算机等相关领域的硬、软件综合知识。一般而言，自动化、测控和电子类的学生电子设计的基础较好，程序设计偏弱；而计算机类的学生程序设计基础好，电子设计能力偏弱。计算机本科专业嵌入式系统方向课程体系的建设和规划，应从以下几方面结合进行。

（一）计算机本科专业课程与嵌入式系统方向相结合

嵌入式系统是将先进的计算机技术以及电子技术与各个行业的具体应用相结合的产物。嵌入式系统的应用范围可以粗略分为两大类：电子系统的智能化(工业控制、现代农业、家用电器、汽车电子、测控系统、数据采集等)，计算机应用的延伸(MP3、手机、通信、网络、计算机设备等)。从这些应用可以看出，要完成一个以MCU为核心的嵌入式系统应用产品设计，需要硬件、软件及行业领域相关知识。硬件主要有MCU的硬件最小系统、输入／输出电路、人机接口设计。软件设计有固化软件的设计，也可能含PC机软件的设计，这些有关嵌入式系统的硬、软件设计和测试也是计算机系统的组成部分之一，嵌入式系统知识体系最主要的三大技术仍然是计算机体系结构、计算机操作系统和计算机网络，嵌入式系统方向的课程设置应与这些计算机本科专业课程相结合，在计算机相关软硬件知识基础进一步拓展设计和应用知识。

（二）与嵌入式系统自身特点相结合

嵌入式系统以计算机、电子技术为基础，但嵌入式系统也有其自身的特点。按照层次结构看待嵌入式系统，嵌入式系统分为4层：硬件层、驱动层、操作系统层和应用层，不能片面地从“电子”或“计算机软件”角度认识嵌入式系统，嵌入式系统软件硬件密切相关，软硬件协同设计已经成为电子系统级工具和方法的主要应用，是软件与硬件的综合体，没有对硬件的理解就不可能写好嵌入式软件，同没有对软件的理解也不可能设计好嵌入式硬件。软硬件相结合进行课程设置是嵌入式系统的特点要求之一[3]。嵌入式系统设计也是一门实践性非常强的课程,作为以应用为中心的课程，实践教学是嵌入式系统教学的关键，要求理论与实践并重，为将学生的操作能力、分析能力、工程设计能力与应用实践结合起来，引导学生由浅入深地掌握嵌入式系统设计的理论与技术，嵌入式系统方向课程设置应以培养实践动手能力为核心。

（三）与市场、企业需求相结合

高校计算机专业嵌入式方向从需求的角度，总体培养目标是培养人才市场紧缺，企业需求量大，就业率高的软硬结合的复合型嵌入式开发工程师。嵌入式系统人才的培养应与社会需求相接轨，充分培养学生技能水平与职业素养，使学生能够达到企业实际岗位的用人标准，满足企业应用需求，缩短企业二次岗前培训，成为具有完备的专业知识和技术能力的应用型人才。

四、嵌入式方向课程体系基本内容

要完成一个嵌入式系统应用产品设计，需要硬件、软件及行业领域相关知识与实践训练，嵌入式方向人才培养的定位为应用型技术人才，综合计算机本科专业嵌入式系统方向课程体系建设的三个结合点，制定一套培养应用型人才为目标的课程体系[4]。

（一）理论课程体系

计算机科学与技术专业课程包括电路与模拟电子技术、数字逻辑电路、汇编语言程序设计、计算机组成原理、计算机体系结构、微机原理与接口技术等硬件课程；C语言程序设计、离散数学、数据结构与算法、面向对象程序设计（Java和C++）、软件工程等软件课程；操作系统原理、计算机网络、数据库原理等专业核心课程，这些课程也应该为嵌入式方向的支撑课程群。操作系统考虑嵌入式方向课程设置，应增加Linux操作系统的实训内容。

在这些计算机专业课程基础上，删减原来与嵌入式方向联系不大，相对独立的若干专业课程，适当增大嵌入式系统应用技术方向课程比例，构成计算机专业嵌入式方向理论课程体系。基础课程中增加嵌入式系统概论，硬件层面上增加可编程逻辑器件及描述语言FPGA/VHDL、嵌入式处理器体系结构。软件层面上增设Linux下C语言编程、嵌入式Linux驱动开发、嵌入式实时操作系统、嵌入式应用程序开发；嵌入式系统级别上考虑软硬结合增设嵌入式系统设计课程，考虑嵌入式发展方向，增设WinCE设计与开发、嵌入式软件测试技术课程。

（二）实践课程体系

嵌入式系统是面向应用的，实践是整个嵌入式系统课程体系中最重要的环节，其目标是培养学生实际的嵌入式软硬件设计能力。在嵌入式课程实践中，采用多层次专业实践与培训认证相结合的实践体系。专业实践包括课内实验、课程设计、综合项目实践、毕业实习与毕业设计，课内实验学时占每门课总学时数比例不低于30%，课程设计包括软硬件和应用系统开发等课程，综合项目实践以项目团队的形式使学生得到团队协作的训练，毕业实习以校企合作、实习基地形式进行。课内实验和课程设计可使学生课程理论知识得到巩固提高，综合项目实践则培养学生阶段性综合性实践能力，毕业实习和毕业设计可培养学生综合分析设计的应用能力。目前，在嵌入式专业领域内的知名厂商及相关认证也越来越为更多的大学毕业生及在职工程师所关注，在实践教学中，引入国际和国内嵌入式认证的培训内容和知识更新体系，增加实践动手能力，积累项目开发经验，增加就业竞争力。

五、结束语

在IEEE计算机协会和ACM共同制定的2004版计算机类课程体系中，嵌入式系统已经被列为核心课程之一。嵌入式系统课程群建设是一项长期、艰难的任务，新知识更新速度明显快于传统学科，计算机本科专业嵌入式系统方向课程体系的规划与建设，需要明确人才培养目标和建设思路，并在计算机专业课程基础上进行，既重视融合学科的基础知识积累，又强调实践性，使嵌入式系统的教学紧随嵌入式技术的发展。

参考文献：

[1]马义德,汤书森,张北斗等.嵌入式系统课程群建设与创新型人才培养[J].高等理科教育,2004(8):23-25

[2]徐劲松,刘钰碧,蒋晶.应用型本科嵌入式系统课程群建设与实践[J].企业技术开发,2009(28):145-146

[3]徐敏,林瑞金,关健生.嵌入式系统教学改革与实践[J].电气电子教学学报,2009(3):13-15

[4]杨立林.从企业招聘需求看嵌入式系统教学课程体系设置[J].中国电力教育,2011(22):69-70

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中图分类号：TP393

1嵌入式系统简介

嵌入式系统可以抽象出一个典型的组成模型，其可划分为硬件层、软件层及功能层。

1.1嵌入式系统定义

嵌入式系统最通用的定义是以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪、功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机[1]。

根据IEEE9（国际电气和电子工程师协会）的定义，嵌入式系统也可定义为控制监视或辅助设备机器和车间运行装置。

嵌入式系统的定义很多，统一起来很难。对于其定义有疑问的部分研究人员将嵌入式系统定义为：“嵌入式系统是以嵌入式微处理器为内核，以微电子技术，计算机技术，电子技术、对象技术为基础，软硬件可根据对象需要所设置，并且嵌入到对象器件内，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用智能化的控制系统。”[2]

1.2嵌入式系统的特点

嵌入式系统是面向专业应用领域的，从其应用角度分析，具有以下特点：

（1）硬件层，是所有软件的运行基础，嵌入式系统至少拥有一个高性能处理器为硬件平台。如ARM处理器。

（2）软件层，其能扩充和充分发挥硬件层功能。嵌入式系统需有一个多任务操作系统的软件平台，来控制管理计算机硬件和软件资源以及合理的组织计算机工作流程。如Liunx，UC/OSⅡ等操作系统。

（3）嵌入式系统是先进的技术及资金密集、知识产业化不断创新的集成系统。其将先进的电子科学技术与各行各业的具体应用相结合。

（4）是面向用户、产品及特定应用的。

（5）具有较长的生命周期。与实际产品相结合，并与产品升级同步进行。

（6）对程序质量要求较高。一般都将系统中的软件固化在存储器中，大部分都具有较高的实时性。

（7）嵌入式系统不具备在其上进行进一步开发的能力。需要借助专门的开发工具和环境来满足产品设计完成后的程序功能修改工作。

2基于ARM的嵌入式系统技术应用及开发方法

2.1ARM的技术应用特点

ARM（Advanced RISC Machines）是一种嵌入式微处理器，它具有低功耗、低成本、高性能的特点，采用RISC体系结构，大量使用寄存器，具有高效的指令系统，在实际嵌入式应用中，只保留和嵌入式应用紧密相关的功能硬件，去除其他的冗余功能部分，来实现嵌入式应用的特殊要求[3]。基于ARM微处理器的嵌入式系统不同于单片机、DSP系统，其高性能的特点，在硬件部分的电路板设计方面是比较困难的，绝大多数的ARM板都要在4层以上。其实ARM最关键的是软件部分的操作系统，系统开发应更侧重于软件方面，包括系统裁减，底层驱动和应用程序等。

2.2ARM嵌入式系统的开发流程

基于ARM的嵌入式系统设计的开发流程如图1所示。

图1嵌入式系统设计流程

2.3ARM嵌入式系统的开发方法

（1）建立系统的开发环境

嵌入式系统资源受限制，如果在其硬件平台上直接编写软件，比较困难。因此根据其特点须在特定的开发环境下进行。搭建相应的软硬件平台：在宿主机(HOST)也就是PC机上安装开发工具，并将编写好的软件程序进行交叉编译生成二进制代码，最后将其移植到目标板的特定位置运行。这种在宿主机(HOST)环境下开发，在目标板(TARGET)上运行的开发模式叫交叉开发模式，交叉开发模型如图2所示。

图2交叉开发模型

（2）Boot Loader引导程序开发

Boot loader是在嵌入式操作系统内核运行前运行的一段程序，与我们经常提到的BIOS功能相近，每种体系结构都有与其相匹配的Boot Loader。通过Boot loader程序的运行，可以初始化硬件设备，建立系统的内存空间映射图，这样就可以将系统的软、硬件环境设定在一个合适的状态，方便于最终调用操作系统内核，并且为运行用户应用程序准备好正确的环境。

Boot loader程序由汇编和C程序两部分组成，程序执行过程也分为汇编和C程序代码部分两个阶段。汇编程序与硬件设备相关，不便移植，第一阶段需要完成初始化看门狗、设置中断异常向量表、堆栈、配置存储器等，之后再跳转到第二阶段的C语言程序入口处。C程序代码部分主要完成初始化本阶段所需要的外部设备，调用NANDFLASH的API函数，配置SDRAM空间，并将用户的程序代码从NANDFLASH存储器中复制到SDRAM中，最后再跳转到用户程序的入口[4]。

3嵌入式技术的应用领域

嵌入式技术无处不在，已经深入到了生活的各个领域，为我们的生活带来了很大的方便。

（1）无线通讯领域。特别是智能手机，全球95%的手机采用了ARM芯片，随着手机功能愈像电脑，手机更需要功能强大的嵌入式芯片。现在，全球售出的每一部手机中平均就有2.4块ARM芯片。

（2）工业控制领域。基于ARM核的32位微控制器芯片逐渐向低端微控制器应用领域扩展，在工业控制领域发挥了很大的作用。

（3）网络应用。网络宽带技术不断发展，基于ARM技术的ADSL芯片也逐步进入竞争范围，并取得一定优势。而且，语音及视频处理也应用了ARM技术，同时对DSP的应用领域提出了新的挑战。

（4）仪器仪表方面。有智能仪器、智能仪表、医疗器械、色谱仪、示波器等。

（5）民用方面。如电子玩具、电子字典、游戏机、录像机、复读机、投影仪、照相机、空调、冰箱、洗衣机、调制解调器、防盗控制器、激光驱动器、变速控制器、汽车点火控制器、避雷控制、农业节水控制系统、保安控制系统等方面。

（6）导航控制方面。如导弹控制、航天导航系统、电子干扰系统等。

（7）数据处理方面。如图文图表终端、复印机、硬盘驱动器等。

（8）农业交通方面。智能公路（汽车导航、流量控制、信息监测与汽车服务）、植物工厂（特种植物工厂、无土栽培技术、智能种子工程）、虚拟显示VR机器人、信息家电（家用电器的网络化）等等。

除此以外，众多领域都用到了基于ARM微处理器的嵌入式技术，在生活的各个领域得到了广泛的应用。

4结束语

基于嵌入式系统的具体产品应用是计算机工程史上的里程碑。深入到了各行各业，其已成为高科技领域中必不可少的工具。

参考文献：

[1]魏洪兴.嵌入式系统设计师教程[M].北京:清华大学出版社,2006.

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在当前数字信息技术和网络技术高速发展的后PC(Post-PC)时代，随着国内外各种嵌入式产品的进一步开发和推广，嵌入式技术越来越和人们的生活紧密结合。

1.嵌入式系统、设计方法和开发平台化的迫切要求

1.1嵌入式系统及其特性

嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统 [1] 。它一般由嵌入式CPU、外围硬件设备、嵌入式操作系统及应用程序等4个部分组成，用于实现对其它设备的控制、监视或管理等功能，该系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术结合后应用到各个具体行业的产物，IP级、芯片级、和模块级是嵌入式系统的三种主要的体系结构形式，其中，模块级的形式就是把已成熟的X86处理器构成的计算机系统模块嵌入到应用系统中，充分利用目前常用的PC架构的通用性和便利性。

嵌入式系统通常具有如下五种特性：通常是面向特定应用的，完成单一或一组紧密相关的特定功能；具有高性能和实时的要求；系统作为设备的一部分，其运行一般不需要人工干预；系统的电源要求具有较高的可靠性和安全性；处理器的选择是嵌入式系统设计的关键一步；

1.2嵌入式系统设计方法

各种硬件平台性能的提高、EDA综合开发工具的长足发展以及软件技术特别是嵌入式实时操作系统EOS的推出，为开发复杂嵌入式系统应用软件提供了底层支持和高效率开发平台，嵌入式系统设计方法可以划分为三个不同的层次：以PCB、CAD和ICE为主要工具的设计方法；以EDA工具软件和RTOS为开发平台的设计方法；以IP内核库为设计基础，用软硬件协统设计技术的设计方法。三个层次的设计方法各有其应用范围，并不会简单地用后者取代前者，相当长的一段时间内，多采用前两个层次的设计方法。

1.3嵌入式系统开发平台化的迫切要求

“后PC时代是嵌入式系统时代”嵌入式系统应用领域的广度和深度目前都呈爆炸式增长。传统单片机系统下的小作坊开发模式面面俱到、开发周期长、门槛高、项目对个别技术人员的依赖很大，而且很难保证程序质量，因此已经不能满足现今嵌入式世界的需求。

在现代社会化大生产方式下，平台化方式是现代电子产品进行产品开发唯一的正确模式，嵌入式系统设计模式应该从计算机软件工程设计模式中吸取有用元素，构建有自己特色的嵌入式开发系统平台，在进行嵌入式系统开发时，只有应用平台化思想开发模式，才能以最小的代价最大程度的满足应用的需求。

2.嵌入式系统的开发及其平台化

2.1嵌入式系统平台化开发模式

平台模式不是新概念，很多嵌入式产品开发人员的工作就是应用平台的雏形，但平台化开发模式与传统开发模式还是有所区别的。平台化开发模式下，所有个人的技术贡献完全融化在平台中，企业技术人员必须接受平台培训，并在平台的高起点上起步。这一模式下，技术人员能够迅速成长，通过平台培训快速掌握产品开发技术，平台的知识继承减少了企业对个别员工的依附性。

2.2嵌入式系统开发的技术要点

嵌入式系统开发平台化包括硬件开发平台化和软件开发平台化两个方面。从硬件方面说，平台化要求电路的设计尽量做到“模块化”，“拼图化”。。首先最大程度从半导体厂家索取芯片相关资料，减少产品设计中单片机资源应用的盲目性。其次，针对不同的应用，规划出优选的硬件结构。最后，产品的硬件主电路应该有良好的通用性和扩展性。。从软件方面说，可以借鉴计算机软件工程里面的一些思想和方法，具体实现上，在系统级上引入操作系统平台，借助于操作系统平台多任务编程思想来简化事务处理模式，缩短开发周期。在代码级建立独立于具体产品的函数库和驱动接口平台。

2.3嵌入式操作系统是实现平台化最有力的工具

以开发工具和技术咨询为基础，然后掌握处理器结构及其应用是进行嵌入式开发的正常程序，优秀的开发工具不仅能够开发出处理器的全部功能，而且其界面是用户友好的，当前，主流嵌入式系统得开发工具平台可以分为四类：实时在线仿真系统ICE（In-Circuit Emulator）；语言编译器（Compiler Tools）；源程序模拟器（Simulator）；嵌入式操作系统（Embedded Operation Systems）。其中，嵌入式操作系统与传统单片机运行模式相比具有显著优点，是目前实现平台化最有力的工具。传统的单片机没有操作系统，因此运行的应用程序只能是单进程。当实际操作需要有多个进程同时运行时，只能采用中断方法或者多个MCU（每个MCU运行一个进程）来完成。前者容易形成中断嵌套而溢出，后者则无疑增加了硬件成本，且MCU之间需要串口通信，实时性得不到保证。嵌入式芯片在程序存储容量上普遍达到了MBYTE级，在速度方面，普遍可以达到20M以上，这使得嵌入式操作系统调度进程的实时性得到了保证。因此之需要有一个精简的、足够小的os内核，就可以把它固化在Flash ROM，在加电引导后控制应用程序的多个任务并行运行。。由于嵌入式操作系统的上述优点，它所起到的作用也是很值得一提的。首先，嵌入式实时操作系统提高了系统的可靠性。其次，嵌入式实时操作系统充分发挥了32位CPU的多任务潜力。再次，嵌入式实时操作系统提高了开发效率，缩短了开发周期。当然，应用嵌入式实时操作系统开发也存在一些难点，主要有进程调度、启动加载、任务的划分三个方面。

2.4嵌入式系统的生命周期

与其他任务事物一样，嵌入式系统产品也有其自身的生命周期。首先得到对嵌入式系统的需求，然后才能开发出产品的概念模型，接着进一步进行产品的生产设计、生产以及扩展。影响系统生命周期的主要因素有以下四个，系统成本的获取、系统验证、维护与后勤、升级。

2.5嵌入式系统开发的一般过程和具体步骤

在嵌入式开发过程分为两个主要部分，选择宿主机和目标机以及调试目标机上的应用程序。宿主机执行编译、链接、定址；目标机是运行嵌入式软件的硬件平台。嵌入式调试试用交叉调试器，采用宿主机-目标机的调试方式，包括任务级、源码级和汇编级的调试。

结合相关理论和项目经验，将嵌入式平台化开发一般分为五个步骤：客户需求分析、确定选用的嵌入式处理器和嵌入式操作系统、硬件设计和软件设计、测试、文档整理。

客户需求分析

嵌入式系统的客户需求一般都明确清晰，但应考虑客户潜在的后续应用，在设计系统硬件时尽可能留出余量。

确定选用的嵌入式处理器和嵌入式操作系统

首先要确定所选作为整个系统硬件部分核心的嵌入式芯片类型，这一部直接决定了是否选择以及选择何种嵌入式操作系统。选择嵌入式处理器的基本原则是要满足具体功能性和非功能性指标需求的、市场应用反应良好的、硬件配置最少，另外，开发人员对此系列处理器的熟悉程度和它对嵌入式操作系统的支持程度也应属于考虑因素。其次，根据应用需要和已经选择的嵌入式处理器来决定是否选择以及选择何种嵌入式操作系统。嵌入式操作系统的性能评价指标、能支持何种处理器硬件平台和何种API以及是否支持该应用的服务等十考虑的重点方面。

硬件设计和软件设计

两者的关系串行或者并行均可，即可以先设计和调试硬件部分，再设计和调试软件部分，也可以同时进行硬件和软件的设计调试工作。常见的开发模式有串行的瀑布模式开发过程，属于并行模式的V模式开发过程和在此基础上进行改进的机遇硬件抽象层和操作系统移植层的系统设计三种。

无论串行还是并行，每一种方法都有各自的优点和缺点，要根据实际项目的需要选择系统设计模式。

测试

该步骤包括对硬件测试、软件测试、以及软硬件的综合测试，硬件测试多借助示波器、万能表、逻辑分析仪等工具，电磁兼容测试仪是新兴的测试工具。是软件测试过程的四个分步骤是单元测试、集成测试、确认测试、系统测试。软硬件联合测试一般非常重视实际的运行检验尤其是进行各种意外情况的检验以测试系统的健壮性。

文档整理

平台的技术文档必须有全面注释，技术交流内容必须以文字说明，全面注释应以无障碍移植为考核标准。文档整理主要包括文件命名管理、文件版本管理、文件色彩管理以及文件成果登记四个方面。

1 吴百锋, 彭澄廉, 孙晓光. 一种基于监测的嵌入式系统设计技术[J]. 计算机学报, 2003, 26(12): 1728-1733.

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1嵌入式ARM技术及应用

随着嵌入式系统处理器的不断发展，典型的32位RISC芯片——ARM处理器，不论是在PDA，STB，DVD等消费类电子产品中，还是在GPS，航空，勘探，测量等军方产品中都得到了广泛的应用。越来越多的芯片厂商早已看好ARM的前景，比如Intel， NS， Atmel， Philips， NEC， CirrusLogic等公司都有相应的产品。他们把更多的功能集成在ARM芯片中，使其成为了高集成度，低功耗的典型代表。

ARM将其技术授权给世界上许多著名的半导体、软件和OEM厂商，每个厂商得到的都是一套独一无二的ARM相关技术及服务。利用这种合伙关系，ARM很快成为许多全球性RISC标准的缔造者。

ARM架构是面向低预算市场设计的第一款RISC微处理器。

ARM提供一系列内核、体系扩展、微处理器和系统芯片方案。由于所有产品均采用一个通用的软件体系，所以相同的软件可在所有产品中运行（理论上如此）。典型的产品如下。

①CPU内核

——ARM7：小型、快速、低能耗、集成式RISC内核，用于移动通信。

——ARM7TDMI(Thumb):这是公司授权用户最多的一项产品，将ARM7指令集同Thumb扩展组合在一起，以减少内存容量和系统成本。同时，它还利用嵌入式ICE调试技术来简化系统设计，并用一个DSP增强扩展来改进性能。该产品的典型用途是数字蜂窝电话和硬盘驱动器。

——ARM9TDMI:采用5阶段管道化ARM9内核，同时配备Thumb扩展、调试和Harvard总线。在生产工艺相同的情况下，性能可达ARM7TDMI的两倍之多。常用于连网和顶置盒。

②体系扩展

——Thumb:以16位系统的成本，提供32位RISC性能，特别注意的是它所需的内存容量非常小。

③嵌入式ICE调试

由于集成了类似于ICE的CPU内核调试技术，所以原型设计和系统芯片的调试得到了极大的简化。

④微处理器

——ARM710系列，包括ARM710、ARM710T、ARM720T和ARM740T:低价、低能耗、封装式常规系统微型处理器，配有高速缓存（Cache）、内存管理、写缓冲和JTAG。广泛应用于手持式计算、数据通信和消费类多媒体。

——ARM940T、920T系列:低价、低能耗、高性能系统微处理器，配有Cache、内存管理和写缓冲。应用于高级引擎管理、保安系统、顶置盒、便携计算机和高档打印机。

——StrongARM:性能很高、同时满足常规应用需要的一种微处理器技术，与DEC联合研制，后来授权给Intel。SA110处理器、SA1100 PDA系统芯片和SA1500多媒体处理器芯片均采用了这一技术。

——ARM7500和ARM7500FE:高度集成的单芯片RISC计算机，基于一个缓存式ARM7 32位内核，拥有内存和I/O控制器、3个DMA通道、片上视频控制器和调色板以及立体声端口;ARM7500FE则增加了一个浮点运算单元以及对EDO DRAM的支持。特别适合电视顶置盒和网络计算机（NC）。

2嵌入式系统的特点

嵌入式计算机系统同通用型计算机系统相比具有以下特点：

21嵌入式系统通常是面向特定应用的。嵌入式CPU与通用型的最大不同就是嵌入式CPU大多工作在为特定用户群设计的系统中，它通常都具有低功耗、体积小、集成度高等特点，能够把通用CPU中许多由板卡完成的任务集成在芯片内部，从而有利于嵌入式系统设计趋于小型化，移动能力大大增强，跟网络的耦合也越来越紧密。

22嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合后的产物。这一点就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。

23嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计，量体裁衣、去除冗余，力争在同样的硅片面积上实现更高的性能，这样才能在具体应用中对处理器的选择更具有竞争力。 24嵌入式系统和具体应用有机地结合在一起，它的升级换代也是和具体产品同步进行，因此嵌入式系统产品一旦进入市场，具有较长的生命周期。

25为了提高执行速度和系统可靠性，嵌入式系统中的软件一般都固化在存储器芯片或单片机本身中，而不是存贮于磁盘等载体中。

26嵌入式系统本身不具备自举开发能力，即使设计完成以后用户通常也是不能对其中的程序功能进行修改的，必须有一套开发工具和环境才能进行开发。

3嵌入式的系统与分类

根据不同的分类标准嵌入式系统有不同的分类方法，这里根据嵌入式系统的复杂程度，可以将嵌入式系统分为以下四类：

31单个微处理器这类系统可以在小型设备中（如温度传感器、烟雾和气体探测器及断路器）找到。这类设备是供应商根据设备的用途来设计的。这类设备受Y2K影响的可能性不大。

32不带计时功能的微处理器装置。这类系统可在过程控制、信号放大器、位置传感器及阀门传动器等中找到。这类设备也不太可能受到Y2K的影响。但是，如果它依赖于一个内部操作时钟，那么这个时钟可能受Y2K问题的影响。

33带计时功能的组件。这类系统可见于开关装置、控制器、电话交换机、电梯、数据采集系统、医药监视系统、诊断及实时控制系统等。它们是一个大系统的局部组件，由它们的传感器收集数据并传递给该系统。这种组体可同PC机一起操作，并可包括某种数据库(如事件数据库)。

34在制造或过程控制中使用的计算机系统。对于这类系统，计算机与仪器、机械及设备相连来控制这些装置的工作。这类系统包括自动仓储系统和自动发货系统。在这些系统中，计算机用于总体控制和监视，而不是对单个设备直接控制。过程控制系统可与业务系统连接（如根据销售额和库存量来决定定单或产品量）。

4嵌入式系统发展趋势

以信息家电为代表的互联网时代嵌入式产品，不仅为嵌入式市场展现了美好前景，注入了新的生命；同时也对嵌入式系统技术，特别是软件技术提出新的挑战。这主要包括：支持日趋增长的功能密度、灵活的网络联接、轻便的移动应用和多媒体的信息处理，此外，当然还需对付更加激烈的市场竞争。

41嵌入式应用软件的开发需要强大的开发工具和操作系统的支持随着因特网技术的成熟、带宽的提高，ICP和ASP在网上提供的信息内容日趋丰富、应用项目多种多样，像电话手机、电话座机及电冰箱、微波炉等嵌入式电子设备的功能不再单一，电气结构也更为复杂。为了满足应用功能的升级，设计师们一方面采用更强大的嵌入式处理器如32位、64位RISC芯片或信号处理器DSP增强处理能力；同时还采用实时多任务编程技术和交叉开发工具技术来控制功能复杂性，简化应用程序设计、保障软件质量和缩短开发周期。

目前，国外商品化的嵌入式实时操作系统，已进入我国市场的有WindRiver、Microsoft、QNX和Nuclear等产品。我国自主开发的嵌入式系统软件产品如科银(CoreTek)公司的嵌入式软件开发平台DeltaSystem，它不仅包括DeltaCore嵌入式实时操作系统，而且还包括LamdaTools交叉开发工具套件、测试工具、应用组件等；此外，中科院也推出了Hopen嵌入式操作系统。

42联网成为必然趋势。为适应嵌入式分布处理结构和应用上网需求，面向21世纪的嵌入式系统要求配备标准的一种或多种网络通信接口。针对外部联网要求，嵌入设备必需配有通信接口，相应需要TCP/IP协议簇软件支持；由于家用电器相互关联(如防盗报警、灯光能源控制、影视设备和信息终端交换信息)及实验现场仪器的协调工作等要求，新一代嵌入式设备还需具备IEEE1394、USB、CAN、Bluetooth或IrDA通信接口，同时也需要提供相应的通信组网协议软件和物理层驱动软件。为了支持应用软件的特定编程模式，如Web或无线Web编程模式，还需要相应的浏览器，如HTML、WML等。

43支持小型电子设备实现小尺寸、微功耗和低成本。为满足这种特性，要求嵌入式产品设计者相应降低处理器的性能，限制内存容量和复用接口芯片。这就相应提高了对嵌入式软件设计技术要求。如，选用最佳的编程模型和不断改进算法，采用Java编程模式，优化编译器性能。因此，既要软件人员有丰富经验，更需要发展先进嵌入式软件技术，如Java、Web和WAP等。