嵌入式系統(tǒng)的分類及應用

1、NlNGXIA UNIVERSITY課程設計（2011 屆）題目嵌入式系統(tǒng)的分類及應用學院數學計算機學院專 業(yè)軟件工程年 級 2007 級學生學號 12007242575學生姓名 劉 慧 玲 指導教師 門 光 福2010年12月12日嵌入式系統(tǒng)的分類及應用【摘 要】：嵌入式計算機系統(tǒng)作為計算機應用的一個重要領域,已深入到社會的各個方面。本文首先介紹了嵌入式系統(tǒng)的分類，然后對嵌入式系統(tǒng)的應用進行了闡述。關鍵詞：嵌入式計算機；嵌入式系統(tǒng)；嵌入式分類；嵌入式應用、引言嵌入式系統(tǒng)是計算機的一種應用形式， 此類計算機一般不被設備使用者在意， 亦稱埋藏 式計算機，典型機種如微控制器、微處理器和DSP等。嵌

2、入式系統(tǒng)是指作為某種技術過程 的一核心處理環(huán)節(jié)，能直接與現實環(huán)境接口或交互的信息處理系統(tǒng)。在這種應用環(huán)境中，信息處理系統(tǒng)處于嵌入式工作狀態(tài)，即實時就緒與環(huán)互動，即實時工作方式，其典型例子如 PC 在工業(yè)過程控制或實驗監(jiān)測中的應用。二、嵌入式系統(tǒng)的分類嵌人式系統(tǒng)(Embedded Systems)被定義為：以應用為中心、 以計算機技術為基礎、軟件硬件可裁剪、 適應應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、 體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。目前，嵌入式系統(tǒng)根據不同領域分為不同的嵌入式系統(tǒng)：1. 按嵌入式處理器的位數分類1)4位嵌入式系統(tǒng)：目前已大量應用2)8位嵌入式系統(tǒng)：目前已大量應用3)16位嵌入式系統(tǒng)

3、目前已大量應用4)32位嵌入式系統(tǒng)正成為主流發(fā)展趨勢5)64位嵌入式系統(tǒng)高度復雜的、高速的嵌入式系統(tǒng)已開始采用2.按應用分類可以分為：信息家電類、移動終端類、通信類、汽車類和工業(yè)控制類。如圖所示:圖一嵌入式按應用分類3. 按速度分類1）強實時系統(tǒng)，其系統(tǒng)響應時間在毫秒或微秒級。2）一般實時系統(tǒng)，其系統(tǒng)響應時間在幾秒的數量級上，其實時性的要求比強實時 系統(tǒng)要差一些。3）弱實時系統(tǒng)，其系統(tǒng)響應時間約為數十秒或更長。這種系統(tǒng)的響應時間可能隨 系統(tǒng)負載的輕重而變化。4. 按確定性分類根據確定性的強弱，可將嵌入式系統(tǒng)分為硬實時、軟實時系統(tǒng)：1）硬實時：系統(tǒng)對系統(tǒng)響應時間有嚴格的要求，如果系統(tǒng)響應時間不能

4、滿足，就 要引起系統(tǒng)崩潰或致命的錯誤。2）軟實時：系統(tǒng)對系統(tǒng)響應時間有要求，但是如果系統(tǒng)響應時間不能滿足，不會 導致系統(tǒng)出現致命的錯誤或崩潰。5. 按嵌入式系統(tǒng)軟件復雜程度分類1）循環(huán)輪詢系統(tǒng)優(yōu)點：對于簡單的系統(tǒng)而言，便于編程和理解；沒有中斷的機制，程序運行良 好，不會出現隨機的問題。缺點：有限的應用領域；對于大量的I/O服務的應用，不容易實現；大的程序 不便于調試。應用領域：適合于慢速和非?？焖俚暮唵蜗到y(tǒng)2）前后臺系統(tǒng)前后臺系統(tǒng)是中斷驅動系統(tǒng)的一種：后臺是一個循環(huán)輪詢系統(tǒng)一直在運行；前 臺是由一些中斷處理過程組成的；當有一前臺事件 （外部事件）發(fā)生時，引起中斷，進 行前臺處理，處理完成后又回

5、到后臺（通常又稱主程序）。需要考慮的是中斷的現場保護和恢復，中斷嵌套，中斷處理過程與主程序的協(xié)調（共享資源）冋題。系統(tǒng)的性能主要由中斷延遲時間（Interrupt latency time）,響應時間（response time） 和恢復時間（recovery time）來刻畫。3）單處理器多任務系統(tǒng)在什么情況下采用？對于一個復雜的嵌入式實時系統(tǒng)來說：（1）當采用中斷處理程序加一個后臺主程 序這種軟件結構難以實時的、準確的、可靠的完成時；（2）存在一些互不相關的過程需要在一個計算機中同時處理時，需要采用實時多任務系統(tǒng)。結構由多個任務，多個中斷處理過程，實時操作系統(tǒng)組成的有機的整體。每個任務是順

6、序執(zhí)行的，并行性通過操作系統(tǒng)來完成，任務間的相互通信和同 步也需要操作系統(tǒng)的支持。多任務系統(tǒng)：多個順序執(zhí)行的程序并行運行。宏觀上看，所有的程序同時運行， 每個程序運行在自己獨立的 CPU上。實際上，不同的程序是共享同一個 CPU和其 它硬件。因此，需要 RTOS來對這些共享的設備和數據進行管理。每個程序都被編 制成無限循環(huán)的程序，等待特定的輸入，執(zhí)行相應的任務等。這種程序模型將系統(tǒng) 分成相對簡單的，相互合作的模塊。優(yōu)點a將復雜的系統(tǒng)分解為相對獨立的多個線程，達到分而制之”的目的，從而降低系統(tǒng)的復雜性。b保證系統(tǒng)的實時性。c系統(tǒng)的模塊化好，提高系統(tǒng)的可維護性。缺點a需要采用一些新的軟件設計方法。

7、b需要增加功能：線程間的協(xié)調，同步和通信功能。c需要對每一個共享資源互斥。d導致線程間的競爭。e需要使用RTOS，RTOS要增加系統(tǒng)的開銷。4）多處理器多任務系統(tǒng)多任務可運行在多個處理器上，由操作系統(tǒng)統(tǒng)一調度，處理。宏觀上看是并發(fā) 的，微觀上看也是并發(fā)的。多處理機系統(tǒng)分為緊耦合系統(tǒng)（tightly-coupled system）和松耦合系統(tǒng) （loosely-coupled system）兩種。多處理多任務系統(tǒng)目前還不成熟。三、嵌入式系統(tǒng)的應用領域常說的嵌入式應用就是將這類系統(tǒng)嵌入各種設備及應用產品內部的計算機應用，相應的設備（產品）稱之為嵌入式設備（產品）。嵌入式計算機在應用數量上遠遠超過了

8、各種通用計算機 ，一臺通用計算機的外部設備中 就包含了 5-10個嵌入式微處理器，嵌入式系統(tǒng)廣泛地應用于消費電子、通信、汽車、國防、 航空航天、工業(yè)控制、儀表、辦公自動化等領域。圖二所示。據歐盟的統(tǒng)計：-2003年全球大概有80億片嵌入式微處理器，到 2010年，預計會達到160億片，地 球上的人平均擁有3個嵌入式微處理器；-在航空電子中，嵌入式軟件的開發(fā)成本占整個飛機研制成本的50%;對于汽車工業(yè)，汽車電子在整車價值中的比例逐年提高，將從1997年的20%提升到2010年的33-40%;-消費電子數量越來越大，據預測，到2010年，僅數字家庭在美國的銷售額就將達到2000億歐元。無處不在的計

9、算機是計 算機與使用者的比率達 到和超過100: 1的階段無處不在的計算機包括 通用計算機和嵌入式計 算機系統(tǒng)在100: 1比例中95%以上 都是嵌入式計算機系 統(tǒng)，并非通用計算機嵌入式設備無處不在、 但桌面系統(tǒng)還依然有用圖二嵌入式設備無處不在1.消費電子領域隨著技術的發(fā)展，消費電子產品正向數字化和網絡化方向發(fā)展：高清晰度數字電視將代替?zhèn)鹘y(tǒng)的模擬電視，數碼相機將代替?zhèn)鹘y(tǒng)的膠片相機，固定電話今后會被ip電話所替代，各種家用電器（電視機、冰箱、微波爐、電話等）將通過家庭通信、控制中心與In ternet 連接，實現遠程控制、信息交互、網上娛樂、遠程醫(yī)療和遠程教育等，轉變?yōu)橹悄芫W絡 家電。2. 通信

10、領域通信領域大量應用嵌入式系統(tǒng)，主要包括程控交換機、路由器、IP交換機、傳輸設備等。據預測，由于互聯(lián)的需要，特別是寬帶網絡的發(fā)展，出現各種網絡設備如：ADSLModem/Router等，其數量將遠遠高于傳統(tǒng)的網絡設備。它們基于32位的嵌入式系統(tǒng)、價格低廉，將為企業(yè)、家庭提供更為廉價的、方便的、多樣的網絡方案。就寬帶上網的 網絡設備ADSL Router而言，國外現在每月需要600K的數量。3. 工控、汽車電子、仿真、醫(yī)療儀器等領域隨著工業(yè)、汽車、醫(yī)療衛(wèi)生等各部門對智能控制需求的不斷增長，需要對設備進行 智能化、數字化改造，為嵌入式系統(tǒng)提供了很大的市場。就汽車電子系統(tǒng)而言，目前的大多數高檔轎車每輛擁有約 50個嵌入式微處理器。如 BMW 7系列轎車，則平均安裝有 63個嵌入式微處理器。據預測，21世紀初美國接入 In ternet的汽車將有一億輛，屆時這些系統(tǒng)將成為所有新型轎車的標準設備。4. 國防、航空航天領域雷達、電子對抗、坦克、戰(zhàn)艦；航天器（火箭、衛(wèi)星、航天飛機等）；飛機（民用和軍用飛機）。四、結束語隨著計算機技術、 微電子技術和網絡技術的不斷發(fā)展，人類社會正逐步進入后 PC時 代，嵌入式系統(tǒng)根據不同領域可以分層不同類的嵌入式系統(tǒng)，以及嵌入式系統(tǒng)軟件在軍事、 民用等方面有著廣泛的應用。嵌入式系統(tǒng)在不斷解決現有問題的同時，也在向更深的方向發(fā)展和應用，而且，以其越