第一章 嵌入式系統的產生
1、始於微型機時代的嵌入式應用：
電子數字計算機誕生於1946年，在其後漫長的歷史程序中，計算機始終是供養在特殊的機房中，實現數值計算的大型昂貴裝置。直到20世紀70年代，微處理的出現，計算機才出現了歷史性的變化。以微處理為核心的微型計算機以其小型、價廉、高可靠性特點，迅速走出機房;基於高速數值解算能力的微型機，表現出的智慧化水平引起了控制專業人士的興趣，要求將微型機嵌入到一個物件體系中，實現物件體系的智慧化控制，例如，將微型計算機經電氣加固、機械加固，並配置各種外圍介面電路，安裝到大型艦船中構成自動駕駛儀或輪機狀態監測系統。這樣一來，計算機便失去了原來的形態與通用的計算機功能。為了區別於原有的通用計算機系統，把嵌入到物件體系中，實現物件體系智慧化控制的計算機，稱作嵌入式計算機系統。因此，嵌入式系統誕生於微型機時代，嵌入式系統的嵌入性本質是將一個計算機嵌入到一個物件體系中去，這些是理解嵌入式系統的基本出發點。
2、現代計算機技術的兩大分支
由於嵌入式計算機系統要嵌入到物件體系中，實現的是物件的智慧化控制，因此，它有著與通用計算機系統完全不同的技術要求與技術發展方向。
通用計算機系統的技術要求是高速、海量的數值計算;技術發展方向則是：匯流排速度的無限提升，儲存容量的無限擴大。 而嵌入式計算機系統的技術要求則是物件的智慧化控制能力;技術發展方向則是：與物件系統密切相關的嵌入效能、控制能力與控制的可靠性。
早期，人們勉為其難地，將通用計算機系統進行改裝，在大型裝置中實現嵌入式應用。然而，對於眾多的物件系統(如家用電器、儀器儀表、工控單元…)，無法嵌入通用計算機系統，況且嵌入式系統與通用計算機系統的技術發展方向完全不同，因此，必須獨立地發展通用計算機系統與嵌入式計算機系統，這就形成了現代計算機技術發展的兩大分支。
如果說微型機的出現，使計算機進入到現代計算機發展階段，那麼嵌入式計算機系統的誕生，則標誌了計算機進入了通用計算機系統與嵌入式計算機系統兩大分支並行發展時代，從而導致20世紀末，計算機的高速發展時期。
3、兩大分支發展的里程碑事件
通用計算機系統與嵌入式計算機系統的專業化分工發展，導致20世紀末、21世紀初，計算機技術的飛速發展。計算機專業領域集中精力發展通用計算機系統的軟、硬體技術，不必兼顧嵌入式應用要求，通用微處理器迅速從286、386、486到奔騰系列;作業系統則迅速擴張計算機基於高速海量的資料檔案處理能力，使通用計算機系統進入到盡善盡美階段。
嵌入式計算機系統則走上了一條完全不同的道路，這條獨立發展的道路就是單晶片化道路。它動員了原有的傳統電子系統領域的廠家與專業人士，接過起源於計算機領域的嵌入式系統，承擔起發展與普及嵌入式系統的歷史任務，迅速地將傳統的電子系統發展到智慧化的現代電子系統時代。
因此，現代計算機技術發展的兩大分支的里程碑意義在於：它不僅形成了計算機發展的專業化分工，而且將發展計算機技術的任務擴充套件到傳統的電子系統領域，使計算機成為進入人類社會全面智慧化時代的有力工具。
第二章 嵌入式系統的定義與組成
1、嵌入式系統的定義
有些人把嵌入式處理器當做嵌入式系統，但由於嵌入式系統是一個嵌入式計算機系統的的含義，因此，只有將嵌入式處理器構成一個計算機系統，並作為嵌入式應用時，這樣的計算機系統可稱作嵌入式系統。
嵌入式系統與物件系統密切相關，其主要技術發展方向是滿足嵌入式應用要求，不斷擴充套件物件系統要求的外圍電路(如ADC、DAC、PWM、、日曆時鐘、電源監測、程式執行監測電路等)，形成滿足物件系統要求的應用系統。因此，嵌入式系統作為一個專用計算機系統，要不斷向計算機應用系統發展。因此，可以把定義中的專用計算機系統引伸成，滿足物件系統要求的計算機應用系統。
如果我們瞭解了嵌入式(計算機)系統的由來與發展，對嵌入式系統就不會產生過多的誤解，而能歷史地、本質地、普遍適用地定義嵌入式系統。
(1) 嵌入式系統的定性
按照歷史性、本質性、普遍性要求，嵌入式系統應定義為：“嵌入到物件體系中的專用計算機系統”。“嵌入性”、“專用性”與“計算機系統”是嵌入式系統的三個基本要素。物件系統則是指嵌入式系統所嵌入的宿主系統。
(2) 嵌入式系統的特點
嵌入式系統的特點與定義不同，它是由定義中的三個基本要素衍生出來的。不同的嵌入式系統其特點會有所差異。
與“嵌入性”的相關特點：由於是嵌入到物件系統中，必須滿足物件系統的環境要求，如物理環境(小型)、電氣/氣氛環境(可靠)、成本(價廉)等要求的特點。
與“專用性”的相關特點：軟、硬體的裁剪性。滿足物件要求的最小軟、硬體配置等。
與“計算機系統”的相關特點：嵌入式系統必須是能滿足物件系統控制要求的計算機系統。與上兩個特點相呼應，這樣的計算機必須配置有與物件系統相適應的介面電路。
另外，在理解嵌入式系統定義時，不要與嵌入式裝置相混淆。嵌入式裝置是指內部有嵌入式系統的產品、裝置，例如，內含微控制器的家用電器、儀器儀表、工控單元、機器人、手機、PDA等。
(3)嵌入式系統的種類與發展
按照上述嵌入式系統的定義，只要滿足定義中三要素的計算機系統，都可稱為嵌入式系統。嵌入式系統按形態可分為裝置級(工控機)、板級(單板、模組)、晶片級(MCU、SoC)。
2、嵌入式系統的組成
嵌入式系通常由嵌入式處理器、外圍裝置、嵌入式作業系統和應用軟體等幾大部分組成。
1、嵌入式處理器
嵌入式處理器是嵌入式系統的核心部件。嵌入式處理器與通用處理器的最大不同點在於其大多工作在為特定使用者群設計的系統中。它通常把通用計算機中許多由板卡完成的任務整合在晶片內部，從而有有利於嵌入式系統設計趨於小型化，並具有高效率、高可靠性等特徵。大的硬體廠商會推出自己的嵌入式處理器，因而現今市面上有1000多種嵌入式處理器晶片，其中使用最為廣泛的有ARM 、MIPS、PowerPC、MC6800等。
2、外圍裝置
外圍裝置是指在一個嵌入式系統中，除了嵌入式處理器以外用於完成儲存、通訊、除錯、顯示等輔助功能的其它部件。根據外圍裝置的功能可以分為儲存器、介面和人機互動。
3、嵌入式作業系統
在大型嵌入式應用系統中，為了使嵌入式開發更方便、快捷，需要具備一種穩定、安全的軟體模組集合，用以管理儲存器分配、中斷處理、任務間通訊和定時器響應，以及提供多工處理等，即嵌入式作業系統。嵌入式作業系統的引入大大的提高了嵌入式系統的功能，方便了應用軟體的設計，但同時佔用了寶貴的嵌入式系統資源。一般在比較大型或需要多工的應用場合才考慮使用嵌入式系統。嵌入式系統常常需要有實時要求，所以嵌入式作業系統往往又是“ 實時作業系統 ”。早期的嵌入式系統幾乎都用於控制目的，從而或多或少都有些實時要求，所以從前“嵌入式作業系統”實際上是“實時作業系統”的代名詞。今年來由於手持式計算機和掌上電腦等裝置的出現，也有了不帶實時要求的嵌入式系統。另外一方面，由於CPU速度的提高，一些原先認為是“實時”的反應速度現在已經很普遍了。這樣，一些原先需要在“實時”作業系統上才能實現的應用，現在已不難在常的作業系統上實現。在這樣的背景下，“嵌入式作業系統”和“實時作業系統”就成了不同的概念名詞。
4、應用軟體
嵌入式系統的應用軟體是針對特定的實際專業領域，基於相應的嵌入式硬體平臺，並能完成使用者的預期任務的計算機軟體。使用者的任務可能有時間和精度的要求。有些應用軟體需要嵌入作業系統的支援，但在簡單的場合下不需要專門的作業系統。由於嵌入式應用軟體對成本十分敏感，因此，為減少系統成本，除了精簡每個硬體單元的成本外，應儘可能的減少應用軟體的資源消耗，儘可能的優化。
第三章 嵌入式系統的兩種應用模式
嵌入式系統的嵌入式應用特點，決定了它的多學科交叉特點。作為計算機的內含，要求計算機領域介入其體系結構、軟體技術、工程應用方法的發展。然而，瞭解物件系統的控制要求，實現系統控制模式必須具備物件領域的專業知識。因此，從嵌入式系統發展的歷史過程，以及嵌入式應用的多樣性中，可以瞭解到客觀上形成的兩種應用模式。
1、客觀存在的兩種應用模式
嵌入式計算機系統起源於微型機時代，但很快就進入到獨立發展的微控制器時代。在微控制器時代，嵌入式系統以器件形態迅速進入到傳統電子技術領域中，以電子技術應用工程師為主體，實現傳統電子系統的智慧化，而計算機專業隊伍並沒有真正進入微控制器應用領域。因此，電子技術應用工程師以自己習慣性的電子技術應用模式，從事微控制器的應用開發，這種應用模式最重要的特點是：軟、硬體的底層性、隨意性;物件系統專業技術的密切相關性;缺少計算機工程設計方法
雖然在微控制器時代，計算機專業淡出了嵌入式系統領域，但隨著後PC時代到來，網路、通訊技術的發展;同時，嵌入式系統軟、硬體技術有了很大的提升，為計算機專業人士介入嵌入式系統應用開闢了廣闊天地。計算機專業人士的介入，形成的計算機應用模式帶有明顯的計算機的工程應用特點：即基於嵌入式系統軟、硬體平臺，以網路、通訊為主的非嵌入式底層應用。
2、兩種應用模式的並存與互補
由於嵌入式系統最大、最廣、最底層的應用是傳統電子技術領域的智慧化改造。因此，以通曉物件專業的電子技術隊伍為主、用最少的嵌入式系統軟、硬體開銷，以8位機為主，帶有濃重的電子系統設計色彩的電子系統應用模式會長期存在下去。另外計算機專業人士會愈來愈多地介入嵌入式系統應用，但囿於物件專業知識的隔閡，其應用領域會集中在網路、通訊、多媒體、商務電子等方面，不可能替代原來電子工程師在控制、儀器儀表、機械電子等方面的嵌入式應用。因此，客觀存在的兩種應用模式會長期並存下去，在不同的領域中相互補充。電子系統設計模式應從計算機應用設計模式中，學習計算機工程方法和嵌入式系統軟體技術;計算機應用設計模式應從電子系統設計模式中，瞭解嵌入式系統應用的電路系統特性，基本的外圍電路設計方法和物件系統的基本要求等。
3、嵌入式系統應用的高低端
由於嵌入式系統有過很長的一段微控制器的獨立發展道路，大多是基於8位微控制器，實現最底層的嵌入式系統應用，帶有明顯的電子系統設計模式特點。大多數從事微控制器應用開發人員，都是物件系統領域中的電子系統工程師，加之微控制器的出現，立即脫離了計算機專業領域，以“智慧化”器件身份進入電子系統領域，沒有帶入“嵌入式系統”概念。因此，不少從事微控制器應用的人，不瞭解微控制器與嵌入式系統的關係，在談到“嵌入式系統”領域時，往往理解成計算機專業領域的，基於32位嵌入式處理器，從事網路、通訊、多媒體等的應用。這樣，“微控制器”與“嵌入式系統”形成了嵌入式系統中常見的兩個獨立的名詞。但由於“微控制器”是典型的，獨立發展起來的嵌入式系統，從學科建設的角度出發，應該把它的統一成“嵌入式系統”。考慮到原來微控制器的電子系統底層應用特點，可以把嵌入式系統應用分成高階與低端，把原來的微控制器應用理解成嵌入式系統的低端應用，含義為它的底層性以及與物件系統的緊耦合。
第四章 嵌入式系統的低端應用：8位微控制器
1、微控制器開創了嵌入式系統獨立發展道路
嵌入式系統雖然起源於微型計算機時代，然而，微型計算機的體積、價位、可靠性都無法滿足廣大物件系統的嵌入式應用要求，因此，嵌入式系統必須走獨立發展道路。這條道路就是晶片化道路。將計算機做在一個晶片上，從而開創了嵌入式系統獨立發展的微控制器時代。
在探索微控制器的發展道路時，有過兩種模式，即“Σ模式”與“創新模式”。“Σ模式”本質上是通用計算機直接晶片化的模式，它將通用計算機系統中的基本單元進行裁剪後，整合在一個晶片上，構成單片微型計算機;“創新模式”則完全按嵌入式應用要求設計全新的`，滿足嵌入式應用要求的體系結構、微處理器、指令系統、匯流排方式、管理模式等。Intel公司的MCS-48、MCS-51就是按照創新模式發展起來的單片形態的嵌入式系統(單片微型計算機)，MCS-51是在MCS-48探索基礎上，進行全面完善的嵌入式系統。歷史證明，“創新模式”是嵌入式系統獨立發展的正確道路，MCS-51的體系結構也因此成為單片嵌入式系統的典型結構體系。
2、微控制器的技術發展
微控制器誕生於20世紀70年代末，經歷SCM、MCU、SoC三大階段
SCM即單片微型計算機(Single Chip Microcomputer)階段，主要是尋求最佳的單片形態嵌入式系統的最佳體系結構。“創新模式”獲得成功，奠定了SCM與通用計算機完全不同的發展道路。在開創嵌入式系統獨立發展道路上，Intel公司功不可沒。
MCU即微控制器(MicroController Unit)階段，這階段主要的技術發展方向是：不斷