简析嵌入式系统

简析嵌入式系统

　　摘要：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，嵌入式系统已经广泛地渗透到科学研究、工程设计、军事技术、各类产业和商业文化艺术以及人们的日常生活等方方面面中。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。本文基于集成电路微型计算机的发展，对嵌入式系统的发展、 定义、特征、组成等方面展开阐述。

　　关键词：嵌入式系统;嵌入式处理器;嵌入式DSP处理器

　　随着电子技术的快速发展，特别是大规模集成电路的产生和发展，使得现代科学研究得到了质的飞跃，而嵌入式微控制器技术的出现则是给现代工业控制领域带来了一次新的技术革命。我们已经进入了网络时代，不仅可以用PC上网，还可以用各种各样的嵌入式设备上网。后PC时代出现了许多信息电器，我们周围的嵌入式系统设备有很多，如掌上电脑、可视电话、传真机、手机、个人数字助理(PDA)、电视会议、TV机顶盒、数码相机等，嵌入式设备如果要上网就必需加上TCP/IP网络协议，由于8/16位的单片机的速度还不够快，内存也不够大，不容易满足嵌入式设备上网的要求。随着集成电路的发展，32位的RISC处理器更是能得到青睐，领先的是ARM处理器位内核的生产芯片的公司居多。

　　电子数字计算机诞生于1946年，在其后漫长的历史进程中，计算机始终是供养在特殊机房里，实现数据计算的大型昂贵设备。直到20世纪70年代，微处理器的出现，计算机才出现了历史性的变化。以微处理器为核心的微处理器计算机以及小型、廉价、高可靠性特点，迅速走出机房;基于高速数据值解算能力的微型机，表现出的智能化水平引起了控制专业人士的兴趣，要求将微型机嵌入到一个对象系统中，实现对象体系的智能化控制。因此，嵌入式系统诞生于微型机时代，嵌入式系统的嵌入性本质是将一个计算机嵌入到一个对象体系中去，这些是理解嵌入式系统的基本出发点。

　　一、嵌入式系统的定义

　　根据IEEE9(国际电气和电子工师协会)的定义，嵌入式系统定义为控制监视或者辅助设备机器和车间运行的装置。由此可以看出嵌入式系统是软件和硬件的综合体，可以涵盖机械等附属装置。可以从以下几个方面来理解国内对嵌入式系统的定义：

　　1.嵌入式系统是面向用户，面向产品，面向应用的，它必须与具体的应用相结合才有生命力，才会更有优势。

　　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以及各个行业的具体应用相结合的产物。这一点就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、不断创新的知识集成系统。

　　3.嵌入式系统必须能够根据应用需求对软件硬件进剪裁，满足应用系统的功能、可靠性、成本、体积等需求。所以，如果能建立相对通用的软硬件基础，然后在其上开发出适应各种需求的系统，是一个较好的发展模式。

　　二、嵌入式系统的特征

　　根据嵌入式系统的应用具备以下特点：

　　1.嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体和电子技术与各个行业的具体应用相结合的产物。嵌入式系统是以应用为中心的芯片设计的面向应用的软件产品开发。嵌入式系统产品的特征是面向用户、面向产品、面向应用的。如果是独立的自行发展则会失去市场，与通用计算机不同，嵌入式系统是针对具体应用的专用系统。

　　2.嵌入式系统软件的特征

　　嵌入式系统的应用软件是实现嵌入式系统功能的关键。对嵌入式系统处理器系统软件和应用软件的要求也和通用计算机有所不同。嵌入式系统软件要求固化存储;嵌入式系统软件代码高质量和可靠性;许多应用要求系统软件具有实时处理能力;在嵌入式系统中，多任务操作系统是知识集成的平台，也是走向工业化标准道路的基础。

　　嵌入式系统开发需要的开发工具和环境。通用计算机具有完善的人机交互界面，增加了一些开发应用程序和环境即可进行对自身的开发，而嵌入式系统不具备自身开发的能力，设计完成后，用户通用不能对其中的程序功能进行修改，嵌入式系统需要EOS(嵌入式系统操作系统)的开发平台。这是因为对于嵌入式系统，应用程序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、系统函数以及和专家库函数接口，用户必须自行配置EOS开发平台，这样才能保证程序执行的实时性，并减少开发时间，保证软件质量。一个优秀的EOS是嵌入式系统成功的关键，EOS是相对一般操作系统的而言的，它具备了一般操作最基本的功能，如任务的调度、同步的调度、中断处理、文件功能等，但是嵌入式系统仅具有这些功能是不够的，为了适应不断发展的嵌入式系统产品的要求，EOS需要具有以下特点：

　　1.更好的硬件实用性，也就是良好的移植性。

　　2.占有更少的硬件资源

　　3.高可靠性

　　4.提供强大的网络功能，支持TCP/IP协议以及其他协议

　　5.友好的GUI用户交互界面

　　6.有些应用要求EOS还必须具有实时性能

　　三、嵌入式系统的分类

　　根据不同的应用，嵌入式系统有不同的分类的方法。这里根据嵌入式系统的应用和结构功能上分类分成以下三种：

　　1.单个微处理器嵌入式系统。这类系统应用在小型设备中，如温度传感器、感光传感器等用途。

　　2.不带计时功能的微处理器嵌入式系统。这类系统在信号放大器、位置定位器中常见。

　　3.带计时功能的组件装置的嵌入式系统。这类系统常见于开关装置、控制器、电话交换机、数据采集系统、医疗监视诊断系统中常见。

　　四、嵌入式系统的组成

　　嵌入式系统作为一类特殊的计算机系统，自底向上包含以下3个部分：硬件平台、嵌入式操作系统、嵌入式应用程序。

　　1.硬件环境是整个嵌入式系统和应用程序运行的硬件平台，不同的应用具有不同的硬件环境。嵌入式系统主要是由硬件和软件两大部分组成。从硬件方面来讲，嵌入式系统的核心部件是嵌入式处理器，一般可以将嵌入式处理器分成4类：嵌入式微处理器、嵌入式微控制器、嵌入式DSP处理器和嵌入式片上系统。

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