课程简介：

本课程是计算机科学与技术、物联网工程、电子信息等专业的重要技术类课程。嵌入式计算机系统简称为嵌入式系统，其概念最初源于传统测控系统对计算机的需求，是不以计算机面目出现的“计算机”，这个计算机系统隐含在各类具体的产品之中，在这些产品中，计算机程序起到了重要作用。其应用范围可以粗略分为两大类：一类是电子系统智能化（如工业控制、汽车电子、家用电器、物联网应用、嵌入式人工智能等），这类应用也被称为微控制器MCU领域，从形态上看，更类似于早期的电子系统，但内部计算程序起核心控制作用。另一类是计算机应用的延伸（如平板电脑、手机等），这类应用也被称为应用处理器MAP领域。

从学习与开发角度，微控制器MCU是学习嵌入式系统的入门环节，且为重要的一环，它注重软件硬件协同，注重底层硬件接口、驱动及软硬件密切结合的开发调试技能等。应用处理器MAP更接近通用计算机系统，学习与开发方式也类似于通用计算机。从学习规律角度看，若是要全面学习掌握嵌入式系统，应该先学习掌握微控制器，然后在此基础上，进一步学习实时操作系统、嵌入式操作系统、应用处理器软件开发等，而不要倒过来学习。

微控制器是嵌入式人工智能、工业物联网的“大脑”，是嵌入式系统的技术核心。本课程按照“入门时间较快、硬件成本较少，软硬件资料规范、知识要素较多，学习难度较低”的基本原则，选择流行的32位ARM Cortex-M系列微处理器为蓝本，以嵌入式硬件构件及底层软件构件设计为主线，基于嵌入式软件工程的思想，按照“通用知识—驱动构件使用方法—测试实例—芯片编程结构—构件的设计方法”的线条，逐步阐述电子系统智能化嵌入式应用的软件与硬件设计。使读者逐步掌握嵌入式系统的基本知识要素、基本原理与设计方法，获得嵌入式系统的基本脉络，打好软硬设计基础，逐步学会电子系统智能化嵌入式应用的软硬件设计，强化实践训练。

本课程教学用书《嵌入式技术基础与实践（第6版）—基于STM32L431微控制器》，该教材历经十多年凝练，仔细梳理了嵌入式系统的通用基础知识要素，注重把握通用知识与芯片相关知识之间的平衡、把握硬件与软件的关系、对底层驱动进行构件化封装、设计合理的测试用例，教材内含简明实验套件，结合网上电子资源，方便读者进行实践与应用。

《嵌入式技术基础与实践（第 6 版）》（王宜怀主编）

【书内含通用嵌入式计算机GEC,型号：AHL-STM32L431，可完成书中基本实验】

教材内含开发套件图片：

教材可在 当当、京东等网络销售平台上购买。

电子资源下载地址及路径：

“https://sumcu.suda.edu.cn/” →“金葫芦专区”→“嵌入式书6版”，右边为下载索引

本课程教学目的在于通过“通用知识—驱动构件使用方法—测试实例—芯片编程结构—构件的设计方法”的线条，使学生逐步掌握嵌入式系统的基本概念、基本原理与设计方法，获得嵌入式系统的基本脉络，打好嵌入式系统软硬设计的基础，逐步学会电子系统智能化嵌入式应用的软件与硬件设计，强化实践训练。

必须具备以下知识：

1.计算机硬件基础（或模拟电路与数字电路、计算机组成、汇编语言、微机原理）

2. 高级程序语言设计等（如C语言）

学生通过学习上述课程，基本掌握构成计算机的基本部件原理，掌握计算机高级程序设计方法，为从寄存器级理解软件干预硬件提供基础。

[1] Free Software Foundation Inc.Using as The GNU Assembler [Z]. Version2.11.90.[S.1]: [s.n.]，2012.

[2] NATO Communications and Information Systems Agency. NATO Standard for Development of Reusable Software Components[S].[S.1.]: [s.n.]，1991.

[3] Arm. Armv7-M Architecture Reference Manual[Z].[S.1.]: [s.n.]，2014.

[4] Arm. Arm Cortex‑M4 Processor Technical Reference Manual Revision r0p1[Z].[S.1.]: [s.n.]，2015.

[5] Arm. Cortex-M4 Devices Generic User Guide[Z].[S.1.]: [s.n.]，2010.

[6] Randal E.Bryant and David R.O’Hallaron. Computer systems: a programmer’s perspective(Third edition)[M]. Carnegie Mellon. University. 2016.

[7] ST. STM32L431xx Datasheet Rev.3[Z].[S.1.]: [s.n.]，2018.

[8] ST. STM32L4xx Reference manual Rev.4[Z].[S.1.]: [s.n.]，2018.

[9] Joseph Yiu. Arm Cortex-M3与Cortex-M4权威指南[M]. 吴常玉，曹孟娟，王丽红，译.3版. 北京：清华大学出版社，2015.

[10] 王宜怀，吴瑾，文瑾．嵌入式技术基础与实践—ARM Cortex-M0+KL系列微控制器[M].4版. 北京：清华大学出版社，2017.

[11] 王宜怀，许粲昊，曹国平. 嵌入式技术基础与实践—基于Arm-Cortex-M4F内核的MSP432系列微控制器[M].5版. 北京：清华大学出版社，2019.

[12] 王宜怀，张建，刘辉. 窄带物联网NB-IoT应用开发共性技术[M]. 北京：电子工业出版社，2019.

[13] 王宜怀，李跃华．汽车电子KEA系列微控制器[M]. 北京：电子工业出版社，2015．

[14] Jack Ganssle．The Art of Designing Embedded Systems[M].2版．北京：人民邮电出版社，2009.

[15] 上海睿赛德电子科技有限公司. RT-THREAD 编程指南[Z].[S.1.]: [s.n.]，2019.

[16] 王宜怀，刘长勇，帅辉明. 窄带物联网技术基础与应用[M]. 北京：人民邮电出版社，2020.

1.学习本课程有什么用？

   本课程为软硬件结合，理论紧密联系实践的一门程序开发课程，学习本课程有利于加强软硬件相结合开发的学习，有利于提高动手编程的能力。本课程力图利用构件阐述嵌入式通用基础，为嵌入式人工智能打好底层软件基础。

2.学习本课程需要什么基础？

   学习本课程需要具备C语言，计算机基础操作，具备一定的电子线路知识。

3.本课程主要学习什么内容？

   本课程以MCU为核心的嵌入式技术基础与实践。要完成一个以MCU为核心的嵌入式系统应用产品设计，需要有硬件、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/输出外围电路、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。

概括地说，学习以MCU为核心的嵌入式系统，需要以下软件硬件基础知识与实践训练：

（1）硬件最小系统（包括电源、晶振、复位、写入调试器接口等）；

（2）通用I/O（开关量输入/输出，涉及各种二值量检测与控制）；

（3）模数转换A/D（各种传感器信号的采集与处理，如红外、温度、光敏、超声波、方向等）；

（4）数模转换D/A（对模拟量设备利用数字进行控制）；

（5）通信（串行通信接口UART、串行外设接口SPI、集成电路互联总线I2C等）；

（6）显示（LED、LCD、触摸屏等）；

（7）控制（控制各种设备，包括PWM等控制技术）；

（8）数据处理（图形、图像、语音、视频等处理或识别）；

（9）各种具体应用。

4.嵌入式系统学习困惑1－选择操作系统：NOS，RTOS或EOS

   首先把嵌入式系统软件与硬件基础打好了，再根据实际应用需要，选择一种实时操作系统（RTOS）进行实践。RTOS是开发某些嵌入式产品的辅助工具，是手段，不是目的。况且一些小型微型嵌入式产品并不需要RTOS。所以，一开始就学习RTOS，并不符合“由浅入深、循序渐进”的学习规律。

5.嵌入式系统学习困惑2－选择入门芯片：是微控制器还是微处理器？

   选择一个较典型的微控制器作为入门芯片，且从不带操作系统（No Operating System，NOS）学起，由浅入深，逐步推进。

6.嵌入式系统学习困惑3－硬件与软件：如何平衡？

    嵌入式系统设计是一个软件、硬件协同设计工程，不能像通用计算机那样，软件、硬件完全分开来看，要在一个大的框架内协调工作。

    要想成为一名真正的嵌入式系统设计师，在初学阶段，必须重视打好嵌入式系统的硬件与软件基础。嵌入式系统与硬件紧密相关，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，同样没有对软件的理解也不可能设计好嵌入式硬件。