簡析嵌入式系統

　　摘要：在當前數字信息技術和網絡技術高速發展的后PC(Post—PC)時代，嵌入式系統已經廣泛地滲透到科學研究、工程設計、軍事技術、各類產業和商業文化藝術以及人們的日常生活等方方面面中。隨著國內外各種嵌入式產品的進一步開發和推廣，嵌入式技術越來越和人們的生活緊密結合。本文基于集成電路微型計算機的發展，對嵌入式系統的發展、 定義、特征、組成等方面展開闡述。

　　關鍵詞：嵌入式系統;嵌入式處理器;嵌入式DSP處理器

　　隨著電子技術的快速發展，特別是大規模集成電路的產生和發展，使得現代科學研究得到了質的飛躍，而嵌入式微控制器技術的出現則是給現代工業控制領域帶來了一次新的技術革命。我們已經進入了網絡時代，不僅可以用PC上網，還可以用各種各樣的嵌入式設備上網。后PC時代出現了許多信息電器，我們周圍的嵌入式系統設備有很多，如掌上電腦、可視電話、傳真機、手機、個人數字助理(PDA)、電視會議、TV機頂盒、數碼相機等，嵌入式設備如果要上網就必需加上TCP/IP網絡協議，由于8/16位的單片機的速度還不夠快，內存也不夠大，不容易滿足嵌入式設備上網的要求。隨著集成電路的發展，32位的RISC處理器更是能得到青睞，領先的是ARM處理器位內核的生產芯片的公司居多。

　　電子數字計算機誕生于1946年，在其后漫長的歷史進程中，計算機始終是供養在特殊機房里，實現數據計算的大型昂貴設備。直到20世紀70年代，微處理器的出現，計算機才出現了歷史性的變化。以微處理器為核心的微處理器計算機以及小型、廉價、高可靠性特點，迅速走出機房;基于高速數據值解算能力的微型機，表現出的智能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對象系統中，實現對象體系的智能化控制。因此，嵌入式系統誕生于微型機時代，嵌入式系統的嵌入性本質是將一個計算機嵌入到一個對象體系中去，這些是理解嵌入式系統的基本出發點。

　　一、嵌入式系統的定義

　　根據IEEE9(國際電氣和電子工師協會)的定義，嵌入式系統定義為控制監視或者輔助設備機器和車間運行的裝置。由此可以看出嵌入式系統是軟件和硬件的綜合體，可以涵蓋機械等附屬裝置。可以從以下幾個方面來理解國內對嵌入式系統的定義：

　　1.嵌入式系統是面向用戶，面向產品，面向應用的，它必須與具體的應用相結合才有生命力，才會更有優勢。

　　2.嵌入式系統是將先進的計算機技術、半導體技術和電子技術以及各個行業的具體應用相結合的產物。這一點就決定了它必然是一個技術密集、資金密集、不斷創新的知識集成系統。

　　3.嵌入式系統必須能夠根據應用需求對軟件硬件進剪裁，滿足應用系統的功能、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，然后在其上開發出適應各種需求的系統，是一個較好的發展模式。

　　二、嵌入式系統的特征

　　根據嵌入式系統的應用具備以下特點：

　　1.嵌入式系統是將先進的計算機技術、半導體和電子技術與各個行業的具體應用相結合的產物。嵌入式系統是以應用為中心的芯片設計的面向應用的軟件產品開發。嵌入式系統產品的特征是面向用戶、面向產品、面向應用的。如果是獨立的自行發展則會失去市場，與通用計算機不同，嵌入式系統是針對具體應用的專用系統。

　　2.嵌入式系統軟件的特征

　　嵌入式系統的應用軟件是實現嵌入式系統功能的關鍵。對嵌入式系統處理器系統軟件和應用軟件的要求也和通用計算機有所不同。嵌入式系統軟件要求固化存儲;嵌入式系統軟件代碼高質量和可靠性;許多應用要求系統軟件具有實時處理能力;在嵌入式系統中，多任務操作系統是知識集成的平臺，也是走向工業化標準道路的基礎。

　　嵌入式系統開發需要的開發工具和環境。通用計算機具有完善的人機交互界面，增加了一些開發應用程序和環境即可進行對自身的開發，而嵌入式系統不具備自身開發的能力，設計完成后，用戶通用不能對其中的程序功能進行修改，嵌入式系統需要EOS(嵌入式系統操作系統)的開發平臺。這是因為對于嵌入式系統，應用程序可以沒有操作系統直接在芯片上運行，但是為了合理地調度多任務，利用系統資源、系統函數以及和專家庫函數接口，用戶必須自行配置EOS開發平臺，這樣才能保證程序執行的實時性，并減少開發時間，保證軟件質量。一個優秀的EOS是嵌入式系統成功的關鍵，EOS是相對一般操作系統的而言的，它具備了一般操作最基本的功能，如任務的調度、同步的調度、中斷處理、文件功能等，但是嵌入式系統僅具有這些功能是不夠的，為了適應不斷發展的嵌入式系統產品的要求，EOS需要具有以下特點：

　　1.更好的硬件實用性，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.提供強大的網絡功能，支持TCP/IP協議以及其他協議

　　5.友好的GUI用戶交互界面

　　6.有些應用要求EOS還必須具有實時性能

　　三、嵌入式系統的分類

　　根據不同的應用，嵌入式系統有不同的分類的方法。這里根據嵌入式系統的應用和結構功能上分類分成以下三種：

　　1.單個微處理器嵌入式系統。這類系統應用在小型設備中，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。這類系統在信號放大器、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。這類系統常見于開關裝置、控制器、電話交換機、數據采集系統、醫療監視診斷系統中常見。

　　四、嵌入式系統的組成

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

　　1.硬件環境是整個嵌入式系統和應用程序運行的硬件平臺，不同的應用具有不同的硬件環境。嵌入式系統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。

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