1. 嵌入式系统概述
嵌入式系统是以应用为中心、以计算机技术为基础，并将可配置与可裁剪的软、硬件集成于一体的专用计算机系统，需要满足应用对功能、可靠性、成本、体积和功耗等方面的严格要求；
从计算机角度看，嵌入式系统是嵌入各种设备及应用产品内部的计算机系统。它主要完成信号控制的功能，体积小、结构紧凑，可以作为一个部件埋藏于所控制的装置中；
一般嵌入式系统由嵌入式处理器、相关支撑硬件、支撑软件、嵌入式操作系统以及应用软件组成；
嵌入式系统初始化过程：片级初始化 -> 板级初始化 -> 系统级初始化
嵌入式系统主要组成部件：
嵌入式微处理器(MCU)、存储器(ROM/RAM)、内外总线逻辑、定时/计数器、看门狗电路(定时器溢出则中断，系统复位处理)、I/O接口(串口、网络、USB、JTAG接口-用来进行CPU调试的常用接口)、外部设备(UART、LED等)、其他部件；
2. 嵌入式软件开发
嵌入式软件开发和传统软件开发的差异，主要体现在以下几个方面：
1). 嵌入式软件开发是在宿主机上使用专门的嵌入式开发工具进行开发，生成二进制代码后，需要使用工具卸载到目标机或固化在目标机存储器上运行；
2). 嵌入式软件开发时更强调软/硬件协同工作的效率和稳定性；
3). 嵌入式软件开发的结果通常需要固化在目标系统的储存器或处理器内部储存器资源中；
4). 嵌入式软件的开发一般需要专门的开发工具、目标系统和测试设备；
5). 嵌入式软件对实时性要求更高；
6). 嵌入式软件对安全性和可靠性要求更高；
7). 嵌入式软件开发需要充分考虑代码规模；
8). 模块化设计即将一个较大的程序按功能划分成若干程序模块，每个模块实现特定的功能；
JTAG(Joint Test Action Group，联合测试工作组)是一种国际标准测试协议(IEEE 1149.1兼容)，主要用于芯片内部测试和调试；
嵌入式软件设计层面的功耗控制主要可以从以下几个方面展开：
1). 软硬件协同设计
2). 编译优化，采用低功耗优化的编译技术；
3). 减少系统的持续运行时间，可以从算法的角度进行优化；
4). 用"中断"替代“查询”；
5). 进行电源的有效管理；
3. 嵌入式硬件
嵌入式系统发展经历了五个阶段：
1). 第一阶段：单片微型计算机阶段(SCM)，即单片机时代；
2). 第二阶段：微控制器阶段(MCU)
3). 第三阶段：片上系统(SoC)
4). 第四阶段：以Internet为基础的嵌入式系统
5). 第五阶段：在智能化、云计算推动下的嵌入式系统
嵌入式微处理器：
根据使用场景的不同选择不同类型的嵌入式微处理器，处理器大致可以分为：MPU、MCU、DSP、GPU、SoC;
微处理器MPU：将微处理器装配在专门设计的电路板上，只保留与嵌入式应用有关的母板功能。微处理器一般以某一种微处理内核为核心，每一种衍生产品的处理器内核都是一样的，不同的是存储器和外设的配置和封装；
微控制器MCU：又称单片机，与MPU相比MCU的最大优点在于单片化，体积大大减小，从而使功耗和成本下降，可靠性提高；
信号处理器DSP：DSP处理器对系统结构和指令进行了特殊设计(DSP采用一种哈佛结构)，使其适合于执行DSP算法，编译效率高，指令执行速度也高；
图形处理器GPU：GPU是图形处理单元的缩写，是一种可执行渲染3D图形等图像的半导体芯片；GPU可用于个人电脑、工作站、游戏机和移动设备上做图像和图形相关运算工作的微处理器；GPU可以减少对CPU的依赖，进行部分CPU的工作，尤其在3D图形处理中，GPU采用了核心技术(硬件T&L、纹理压缩等)保证了3D加速渲染的能力；GPU中集成了同时运行在GHz的频率上的成千上万个core，提高处理图像数据，最新的GPU峰值性能可高达100TFlops以上；
片上系统SoC：是一个有专用目标的集成电路，其中包含完整系统并有嵌入软件的全部内容；SoC成功实现了软硬件的无缝结合，直接在微处理器片内嵌入操作系统的代码模块，减少了系统的体积和消耗，提高可靠性和设计生产效率；国外学术界一般倾向将SoC定义为微处理器、模拟IP核、数字IP核和存储器集成在单一芯片上，通常是客户定制的，面向特定用途的标准产品。
嵌入式硬件
人工智能芯片：从广义上讲，能够运行人工智能算法的芯片都叫作AI芯片。但是通常意义上的AI芯片指的是针对人工智能算法做了特殊加速设计的芯片，现阶段，人工智能算法以深度学习算法为主，也包括其他机器学习算法；
人工智能芯片四大类：GPU、FPGA(现场可编程门阵列)、ASIC(专用集成电路)、类脑芯片；
AI芯片的关键特征：
1). 新型的计算范式：AI计算既不脱离传统计算，也具有新的计算特征；
2). 训练和推断：AI系统通常涉及训练和推断过程；
3). 大数据处理能力：满足高性能机器学习的数据处理能力；
4). 数据精度：降低精度的设计；
5). 可重构能力：针对特定领域而不针对特定应用的设计，可以通过重新配置，适应新的AI算法、架构和任务；
6). 开发工具：AI芯片需要软件工具链的支持；
嵌入式微处理器体系结构
冯诺依曼结构：将程序指令存储器和数据存储器合并在一起的存储器结构，指令和数据都通过相同的数据总线传输；
哈佛结构：并行的体系结构，它的主要特点是将程序和数据存储在不同的存储空间中，即程序存储器和数据存储器是两个独立的存储器，每个存储器独立编址、独立访问；指令和数据分开存储，可以并行读取，有较高数据的吞吐率；有四条总线：指令和数据的数据总线和地址总线；DSP属于哈佛结构；
总线
总线是一组能为多个部件分时共享的信息传送线，用来连接多个部件并为之提供信息交换的通路；(总线通常为半双工的)
特点：
1). 挂接在总线上的多个部件只能分时向总线发送数据，但可以同时从总线接收数据；
2). 通过总线复用方式可以减少总线中信号线的数量，以较少的信号线传输更多的信息；
3). 从功能上，将总线划分为数据总线、地址总线和控制总线；
4). 从数据传输的方式可以划分为并行总线和串行总线；
并行总线：将数据字节的各位用多条数据线同时进行传送(短距离);
串行总线：数据是一位一位地进行传输的，传输中的每一位数据都占据一个固定的时间长度(长距离，传输波特率可调整，正确性依赖于校验码)；
嵌入式操作系统
嵌入式操作系统是一种用途广泛的系统软件，负责嵌入式系统的全部软、硬件资源分配、任务调度、控制、协调并行活动等工作。通常包括与硬件相关的底层驱动软件、系统内核、设备驱动接口、通信协议、图形界面、标准化浏览器等；
根据系统对时间的敏感程度可以将嵌入式系统划分为：
- 嵌入式非实时系统
- 嵌入式实时系统：能够在指定或确定时间内完成系统功能和外部或内部、同步或异步时间做出响应的系统；
浙公网安备 33010602011771号