什么是嵌入式系統(tǒng)

1、什么是嵌入式系統(tǒng)什么是嵌入式系統(tǒng)雙擊自動(dòng)滾屏發(fā)布者：每日一學(xué)發(fā)布時(shí)間：2010-6-1總閱讀：372次嵌入式系統(tǒng)（EmbeddedSystem）,般指非桌面計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（即非PC、服務(wù)器、大中小型機(jī)等），有計(jì)算機(jī)功能且可以“嵌入”到專用設(shè)備并發(fā)揮專用功能的計(jì)算機(jī)設(shè)備或器材。它是以應(yīng)用為中心,軟硬件可裁減的,適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗等綜合性嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。簡(jiǎn)單地說,這種計(jì)算機(jī)通過和設(shè)備的電氣連接,并通過在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的專用程序?qū)涌谶M(jìn)行通訊和控制,使設(shè)備成為智能化的設(shè)備,比如：基于網(wǎng)絡(luò)的工業(yè)控制器、帶彩色顯示的智能終端等。嵌入式系統(tǒng)主要由嵌入式處理器為核心的硬件系統(tǒng)、

2、嵌入式操作系統(tǒng)及應(yīng)用軟件系統(tǒng)等組成,它是可獨(dú)立工作的“器件”。一、嵌入式處理器為核心的硬件系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)的核心是嵌入式微處理器。嵌入式微處理器一般就具備以下4個(gè)特點(diǎn)：1）對(duì)實(shí)時(shí)多任務(wù)有很強(qiáng)的支持能力,能完成多任務(wù)并且有較短的中斷響應(yīng)時(shí)間,從而使內(nèi)部的代碼和實(shí)時(shí)內(nèi)核心的執(zhí)行時(shí)間減少到最低限度。2）具有功能很強(qiáng)的存儲(chǔ)區(qū)保護(hù)功能。這是由于嵌入式系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)已模塊化,而為了避免在軟件模塊之間出現(xiàn)錯(cuò)誤的交叉作用,需要設(shè)計(jì)強(qiáng)大的存儲(chǔ)區(qū)保護(hù)功能,同時(shí)也有利于軟件診斷。3）可擴(kuò)展的處理器結(jié)構(gòu),以能最迅速地開展出滿足應(yīng)用的最高性能的嵌入式微處理器。4）嵌入式微處理器必須功耗很低，尤其是用于便攜式的無線及移動(dòng)的

3、計(jì)算和通信設(shè)備中靠電池供電的嵌入式系統(tǒng)更是如此，如需要功耗只有mW甚至W級(jí)。嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)同通用型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相比具有以下特點(diǎn)：1嵌入式系統(tǒng)通常是面向特定應(yīng)用的嵌入式CPU與通用型的最大不同就是嵌入式CPU大多工作在為特定用戶群設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，它通常都具有低功耗、體積小、集成度高等特點(diǎn)，能夠把通用CPU中許多由板卡完成的任務(wù)集成在芯片內(nèi)部，從而有利于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)趨于小型化，移動(dòng)能力大大增強(qiáng)，跟網(wǎng)絡(luò)的耦合也越來越緊密。嵌入式系統(tǒng)是將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和電子技術(shù)與各個(gè)行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合后的產(chǎn)物。這一點(diǎn)就決定了它必然是一個(gè)技術(shù)密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識(shí)集成系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)的

4、硬件和軟件都必須高效率地設(shè)計(jì)，量體裁衣、去除冗余，力爭(zhēng)在同樣的硅片面積上實(shí)現(xiàn)更高的性能，這樣才能在具體應(yīng)用中對(duì)處理器的選擇更具有競(jìng)爭(zhēng)力嵌入式系統(tǒng)和具體應(yīng)用有機(jī)地結(jié)合在一起，它的升級(jí)換代也是和具體產(chǎn)品同步進(jìn)行，因此嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品一旦進(jìn)入市場(chǎng)，具有較長的生命周期。為了提高執(zhí)行速度和系統(tǒng)可靠性，嵌入式系統(tǒng)中的軟件一般都固化在存儲(chǔ)器芯片或單片機(jī)本身中，而不是存貯于磁盤等載體中。嵌入式系統(tǒng)本身不具備自舉開發(fā)能力，即使設(shè)計(jì)完成以后用戶通常也是不能對(duì)其中的程序功能進(jìn)行修改的，必須有一套開發(fā)工具和環(huán)境才能進(jìn)行開發(fā)。在傳統(tǒng)的劃分中，很多人士把諸如8051等8位或16位單片機(jī)也歸入嵌入式系統(tǒng)。理由是單片機(jī)可以“嵌

5、入”設(shè)備且可以通過編程進(jìn)行通訊和控制，符合嵌入式系統(tǒng)的功能定義。但是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)設(shè)備的通訊和控制也逐漸復(fù)雜，單片機(jī)由于一般不帶操作系統(tǒng)，或僅僅使用一些初級(jí)的操作系統(tǒng)，往往只能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的控制，對(duì)于諸如文件系統(tǒng)、通訊協(xié)議棧、以及GUI這些復(fù)雜的應(yīng)用往往無能為力。在很多新的劃分中，往往把不能支持嵌入式操作系統(tǒng)的單片機(jī)排除在嵌入式系統(tǒng)之外。目前常見的嵌入式處理器目前主要有X86系列（如Am186/188、RDC1610C、386EX等）、PowerPC系列、68000系列、MIPS系列、ARM系列（包括ARM7、ARM9、ARM11系列）等。其中X86系列由于和PC體系軟硬件兼容，基于傳統(tǒng)

6、，很多工業(yè)控制場(chǎng)合都廣泛使用；而ARM系列，特別是ARM9系列，由于其成熟可靠的體系結(jié)構(gòu)、日益低廉的成本、廣泛配套的軟件體系，在近年來發(fā)展迅猛，儼然有形成主流嵌入式體系之勢(shì)。光有核心處理器，是不能夠構(gòu)成一個(gè)嵌入式系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)的。在處理器核心的基礎(chǔ)上進(jìn)行外圍電路擴(kuò)展，擴(kuò)展出存儲(chǔ)器、總線、串口、網(wǎng)絡(luò)乃至IO等，這樣才能形成一個(gè)完整的可以對(duì)外界進(jìn)行通訊和控制的計(jì)算機(jī)體系。隨著IT業(yè)分工的細(xì)化，設(shè)計(jì)生產(chǎn)這樣一個(gè)完整的嵌入式系統(tǒng)硬件單元不再是由整機(jī)設(shè)備廠商自己來完成，而是由一些專業(yè)化的嵌入式計(jì)算機(jī)公司來提供，這些公司將這些必要的硬件集成在一張電路板上，就形成了一個(gè)要素、接口功能完備的嵌入式單板計(jì)算機(jī)。

7、針對(duì)用戶的應(yīng)用，嵌入式主板充分考慮了用戶在各種場(chǎng)合需要使用的存儲(chǔ)空間、接口、成本等各方面的因素，較好地實(shí)現(xiàn)了性價(jià)比的平衡，成為了終端整機(jī)用戶的良好選擇。二、嵌入式操作系統(tǒng)在傳統(tǒng)的劃分方式下，嵌入式操作系統(tǒng)可以分為兩類：一類是面向控制、通信等領(lǐng)域的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，如WindRiver公司的VxWorks、ISI的pSOS、QNX系統(tǒng)軟件公司的QNX、ATI的Nucleus等；另一類是非實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，如WindowsCE、Linux，這類產(chǎn)品很多面向消費(fèi)電子產(chǎn)品，如PDA、移動(dòng)電話、機(jī)頂盒、電子書等。但是隨著嵌入式產(chǎn)品市場(chǎng)的快速發(fā)展，以及嵌入式處理器的處理速度和能力大大提高，WindowsCE、Li

8、nux等過去所謂的非實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，在實(shí)時(shí)性方面都進(jìn)行了重大改進(jìn)，如WindowsCE5.0，驅(qū)動(dòng)程序?qū)τ布袛嗟捻憫?yīng)延時(shí)已小于50us,同時(shí)保留了Windows系統(tǒng)一貫良好的開發(fā)環(huán)境和界面以及低廉的開發(fā)成本，這些因素使WindowsCE和Linux這樣的所謂非實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)已經(jīng)被工業(yè)控制、通信等等行業(yè)廣泛采用，得到蓬勃的發(fā)展。這里，需要特殊提到的就是傳統(tǒng)的單任務(wù)操作系統(tǒng)DOS，由于傳統(tǒng)工控機(jī)長期使用DOS的原因，在很多工業(yè)控制場(chǎng)合，DOS依然在廣泛使用和運(yùn)行，因此，很多X86的嵌入式單板計(jì)算機(jī)依然運(yùn)行DOS操作系統(tǒng)。還是以嵌入式單板計(jì)算機(jī)為例，X86系列嵌入式主板采用傳統(tǒng)的DOS操作系統(tǒng)，并采用

9、BC進(jìn)行在線開發(fā)和調(diào)試；而ARM9系列主板，采用WindowsCE操作系統(tǒng)，采用微軟的優(yōu)秀開發(fā)工具eVC或VS2005進(jìn)行開發(fā)調(diào)試。三、應(yīng)用軟件系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用軟件，是指采用相關(guān)軟件開發(fā)工具，針對(duì)客戶需要嵌入式系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的通訊或控制需求，進(jìn)行開發(fā)編譯后，在相關(guān)硬件平臺(tái)和嵌入式操作系統(tǒng)上運(yùn)行的應(yīng)用軟件。應(yīng)用軟件在針對(duì)最終用戶的需求，往往需要實(shí)現(xiàn)如下全部或部分功能：接口通訊：包括以太網(wǎng)絡(luò)通訊、串口通訊、CAN接口通訊、GPRS/CDMA無線通訊等等接口控制：如IO控制、總線控制等等數(shù)據(jù)采集和處理：數(shù)據(jù)從哪里來，存儲(chǔ)到哪里，如何處理，傳輸?shù)侥睦锏鹊葓D形用戶界面GUI：結(jié)果如何以圖形或文字界面顯示給

10、用戶，并接受用戶的指令而用戶在設(shè)計(jì)應(yīng)用軟件，所面臨的最大難題是往往要面對(duì)諸如協(xié)議棧、圖形底層處理、硬件接口控制等等諸多難題，如果從頭做起，無論是技術(shù)復(fù)雜性和所需要花費(fèi)的時(shí)間和資金成本，都是難以承受的。所以很多嵌入式整體方案提供商，不僅提供嵌入式系統(tǒng)硬件已經(jīng)預(yù)裝好的操作系統(tǒng)，還提供全方位的底層驅(qū)動(dòng)函數(shù)，如可以運(yùn)行在DOS上的商業(yè)化TCP/IP協(xié)議棧、CAN通訊協(xié)議、總線控制函數(shù)等等，這樣，客戶只需要關(guān)注其應(yīng)用軟件本身，可以快速地完成產(chǎn)品開發(fā)形成最終產(chǎn)品。這里需要特別推薦一下基于ARM9+WinCE平臺(tái)的應(yīng)用軟件開發(fā)。由于WindowsCE系統(tǒng)與桌面PC使用的Windows系統(tǒng)內(nèi)部的一致性，使其可以使用eVC和VS2005這樣的優(yōu)秀軟件平臺(tái)進(jìn)行應(yīng)用開發(fā)，任何使用過微軟軟件進(jìn)行開發(fā)的工程師都可以輕松上手；使用可視化設(shè)計(jì)界面（如MFC），可以輕松實(shí)現(xiàn)GUI界面，而諸如串口通訊、以太網(wǎng)通訊這樣的功能可以直接使用封裝好的類或者函數(shù)實(shí)現(xiàn)