簡析嵌入式系統(tǒng)

　　摘要：在當(dāng)前數(shù)字信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)高速發(fā)展的后PC(Post—PC)時代，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)廣泛地滲透到科學(xué)研究、工程設(shè)計、軍事技術(shù)、各類產(chǎn)業(yè)和商業(yè)文化藝術(shù)以及人們的日常生活等方方面面中。隨著國內(nèi)外各種嵌入式產(chǎn)品的進(jìn)一步開發(fā)和推廣，嵌入式技術(shù)越來越和人們的生活緊密結(jié)合。本文基于集成電路微型計算機(jī)的發(fā)展，對嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展、 定義、特征、組成等方面展開闡述。

　　關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng);嵌入式處理器;嵌入式DSP處理器

　　隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，特別是大規(guī)模集成電路的產(chǎn)生和發(fā)展，使得現(xiàn)代科學(xué)研究得到了質(zhì)的飛躍，而嵌入式微控制器技術(shù)的出現(xiàn)則是給現(xiàn)代工業(yè)控制領(lǐng)域帶來了一次新的技術(shù)革命。我們已經(jīng)進(jìn)入了網(wǎng)絡(luò)時代，不僅可以用PC上網(wǎng)，還可以用各種各樣的嵌入式設(shè)備上網(wǎng)。后PC時代出現(xiàn)了許多信息電器，我們周圍的嵌入式系統(tǒng)設(shè)備有很多，如掌上電腦、可視電話、傳真機(jī)、手機(jī)、個人數(shù)字助理(PDA)、電視會議、TV機(jī)頂盒、數(shù)碼相機(jī)等，嵌入式設(shè)備如果要上網(wǎng)就必需加上TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，由于8/16位的單片機(jī)的速度還不夠快，內(nèi)存也不夠大，不容易滿足嵌入式設(shè)備上網(wǎng)的要求。隨著集成電路的發(fā)展，32位的RISC處理器更是能得到青睞，領(lǐng)先的是ARM處理器位內(nèi)核的生產(chǎn)芯片的公司居多。

　　電子數(shù)字計算機(jī)誕生于1946年，在其后漫長的歷史進(jìn)程中，計算機(jī)始終是供養(yǎng)在特殊機(jī)房里，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)計算的大型昂貴設(shè)備。直到20世紀(jì)70年代，微處理器的出現(xiàn)，計算機(jī)才出現(xiàn)了歷史性的變化。以微處理器為核心的微處理器計算機(jī)以及小型、廉價、高可靠性特點(diǎn)，迅速走出機(jī)房;基于高速數(shù)據(jù)值解算能力的微型機(jī)，表現(xiàn)出的智能化水平引起了控制專業(yè)人士的興趣，要求將微型機(jī)嵌入到一個對象系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)對象體系的智能化控制。因此，嵌入式系統(tǒng)誕生于微型機(jī)時代，嵌入式系統(tǒng)的嵌入性本質(zhì)是將一個計算機(jī)嵌入到一個對象體系中去，這些是理解嵌入式系統(tǒng)的基本出發(fā)點(diǎn)。

　　一、嵌入式系統(tǒng)的定義

　　根據(jù)IEEE9(國際電氣和電子工師協(xié)會)的定義，嵌入式系統(tǒng)定義為控制監(jiān)視或者輔助設(shè)備機(jī)器和車間運(yùn)行的裝置。由此可以看出嵌入式系統(tǒng)是軟件和硬件的綜合體，可以涵蓋機(jī)械等附屬裝置。可以從以下幾個方面來理解國內(nèi)對嵌入式系統(tǒng)的定義：

　　1.嵌入式系統(tǒng)是面向用戶，面向產(chǎn)品，面向應(yīng)用的，它必須與具體的應(yīng)用相結(jié)合才有生命力，才會更有優(yōu)勢。

　　2.嵌入式系統(tǒng)是將先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和電子技術(shù)以及各個行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合的產(chǎn)物。這一點(diǎn)就決定了它必然是一個技術(shù)密集、資金密集、不斷創(chuàng)新的知識集成系統(tǒng)。

　　3.嵌入式系統(tǒng)必須能夠根據(jù)應(yīng)用需求對軟件硬件進(jìn)剪裁，滿足應(yīng)用系統(tǒng)的功能、可靠性、成本、體積等需求。所以，如果能建立相對通用的軟硬件基礎(chǔ)，然后在其上開發(fā)出適應(yīng)各種需求的系統(tǒng)，是一個較好的發(fā)展模式。

　　二、嵌入式系統(tǒng)的特征

　　根據(jù)嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用具備以下特點(diǎn)：

　　1.嵌入式系統(tǒng)是將先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體和電子技術(shù)與各個行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合的產(chǎn)物。嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心的芯片設(shè)計的面向應(yīng)用的軟件產(chǎn)品開發(fā)。嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品的特征是面向用戶、面向產(chǎn)品、面向應(yīng)用的。如果是獨(dú)立的自行發(fā)展則會失去市場，與通用計算機(jī)不同，嵌入式系統(tǒng)是針對具體應(yīng)用的專用系統(tǒng)。

　　2.嵌入式系統(tǒng)軟件的特征

　　嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用軟件是實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)功能的關(guān)鍵。對嵌入式系統(tǒng)處理器系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的要求也和通用計算機(jī)有所不同。嵌入式系統(tǒng)軟件要求固化存儲;嵌入式系統(tǒng)軟件代碼高質(zhì)量和可靠性;許多應(yīng)用要求系統(tǒng)軟件具有實(shí)時處理能力;在嵌入式系統(tǒng)中，多任務(wù)操作系統(tǒng)是知識集成的平臺，也是走向工業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)道路的基礎(chǔ)。

　　嵌入式系統(tǒng)開發(fā)需要的開發(fā)工具和環(huán)境。通用計算機(jī)具有完善的人機(jī)交互界面，增加了一些開發(fā)應(yīng)用程序和環(huán)境即可進(jìn)行對自身的開發(fā)，而嵌入式系統(tǒng)不具備自身開發(fā)的能力，設(shè)計完成后，用戶通用不能對其中的程序功能進(jìn)行修改，嵌入式系統(tǒng)需要EOS(嵌入式系統(tǒng)操作系統(tǒng))的開發(fā)平臺。這是因?yàn)閷τ谇度胧较到y(tǒng)，應(yīng)用程序可以沒有操作系統(tǒng)直接在芯片上運(yùn)行，但是為了合理地調(diào)度多任務(wù)，利用系統(tǒng)資源、系統(tǒng)函數(shù)以及和專家?guī)旌瘮?shù)接口，用戶必須自行配置EOS開發(fā)平臺，這樣才能保證程序執(zhí)行的實(shí)時性，并減少開發(fā)時間，保證軟件質(zhì)量。一個優(yōu)秀的EOS是嵌入式系統(tǒng)成功的關(guān)鍵，EOS是相對一般操作系統(tǒng)的而言的，它具備了一般操作最基本的功能，如任務(wù)的調(diào)度、同步的調(diào)度、中斷處理、文件功能等，但是嵌入式系統(tǒng)僅具有這些功能是不夠的，為了適應(yīng)不斷發(fā)展的嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品的要求，EOS需要具有以下特點(diǎn)：

　　1.更好的硬件實(shí)用性，也就是良好的移植性。

　　2.占有更少的硬件資源

　　3.高可靠性

　　4.提供強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能，支持TCP/IP協(xié)議以及其他協(xié)議

　　5.友好的GUI用戶交互界面

　　6.有些應(yīng)用要求EOS還必須具有實(shí)時性能

　　三、嵌入式系統(tǒng)的分類

　　根據(jù)不同的應(yīng)用，嵌入式系統(tǒng)有不同的分類的方法。這里根據(jù)嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用和結(jié)構(gòu)功能上分類分成以下三種：

　　1.單個微處理器嵌入式系統(tǒng)。這類系統(tǒng)應(yīng)用在小型設(shè)備中，如溫度傳感器、感光傳感器等用途。

　　2.不帶計時功能的微處理器嵌入式系統(tǒng)。這類系統(tǒng)在信號放大器、位置定位器中常見。

　　3.帶計時功能的組件裝置的嵌入式系統(tǒng)。這類系統(tǒng)常見于開關(guān)裝置、控制器、電話交換機(jī)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、醫(yī)療監(jiān)視診斷系統(tǒng)中常見。

　　四、嵌入式系統(tǒng)的組成

　　嵌入式系統(tǒng)作為一類特殊的計算機(jī)系統(tǒng)，自底向上包含以下3個部分：硬件平臺、嵌入式操作系統(tǒng)、嵌入式應(yīng)用程序。

　　1.硬件環(huán)境是整個嵌入式系統(tǒng)和應(yīng)用程序運(yùn)行的硬件平臺，不同的應(yīng)用具有不同的硬件環(huán)境。嵌入式系統(tǒng)主要是由硬件和軟件兩大部分組成。從硬件方面來講，嵌入式系統(tǒng)的核心部件是嵌入式處理器，一般可以將嵌入式處理器分成4類：嵌入式微處理器、嵌入式微控制器、嵌入式DSP處理器和嵌入式片上系統(tǒng)。

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