嵌入式系統(tǒng)及應(yīng)用講座

嵌入式系統(tǒng)及應(yīng)用山東理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院李業(yè)德教授2014.10.13主要內(nèi)容什么是嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)的歷史與現(xiàn)狀嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展及應(yīng)用領(lǐng)域嵌入式系統(tǒng)的特征嵌入式系統(tǒng)的硬件組成嵌入式系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)1．嵌入式系統(tǒng)的基本定義IEEE定義根據(jù)IEEE（國(guó)際電氣和電子工程師協(xié)會(huì)）的定義：

嵌入式系統(tǒng)是“用于控制、監(jiān)視或者輔助操作機(jī)器和設(shè)備的裝置”（原文為devicesusedtocontrol,monitor,orassisttheoperationofequipment,machineryorplants）?？梢钥闯龃硕x是從應(yīng)用上考慮的，嵌入式系統(tǒng)是軟件和硬件的綜合體，還可以涵蓋機(jī)電等附屬裝置。Embeddedsystem個(gè)人電腦≠嵌入式系統(tǒng)簡(jiǎn)單的講，嵌入式系統(tǒng)是指操作系統(tǒng)和功能軟件集成于計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)之中。廣義的講，可以認(rèn)為凡是帶有微處理器的專用軟硬件系統(tǒng)都可以稱為嵌入式系統(tǒng)微機(jī)學(xué)會(huì)的定義

嵌入式系統(tǒng)是以嵌入式應(yīng)用為目的的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)?？煞譃橄到y(tǒng)級(jí)、板級(jí)、片級(jí)系統(tǒng)級(jí)：各種類型的工控器、PC104模塊板級(jí)：各種類型的帶CPU的主板及OEM產(chǎn)品片級(jí)：各種以單片機(jī)、DSP、微處理器為核心的產(chǎn)品《單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用》定義

嵌入式系統(tǒng)是嵌入到對(duì)象體系內(nèi)部的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)本身是一個(gè)相對(duì)模糊的定義。實(shí)際上，嵌入式系統(tǒng)本身是一個(gè)外延極廣的名詞，凡是與產(chǎn)品結(jié)合在一起的具有嵌入式特點(diǎn)的控制系統(tǒng)都可以叫嵌入式系統(tǒng)，而且有時(shí)很難以給它下一個(gè)準(zhǔn)確的定義?，F(xiàn)在人們講嵌入式系統(tǒng)時(shí)，某種程度上指具有操作系統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)。目前嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)滲透到我們生活中的每個(gè)角落，工業(yè)、服務(wù)業(yè)、消費(fèi)電子……，而恰恰由于這種范圍的擴(kuò)大，使得“嵌入式系統(tǒng)”更加難于明確定義。通用定義

“以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。”2．嵌入式系統(tǒng)的歷史與現(xiàn)狀嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展歷史

雖然嵌入式系統(tǒng)是近幾年才風(fēng)靡起來(lái)的，但是這個(gè)概念并非新近才出現(xiàn)。從20世紀(jì)七十年代單片機(jī)的出現(xiàn)到今天的嵌入式微處理器，微控制器的大規(guī)模應(yīng)用，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)有了近30年的發(fā)展歷史。作為一個(gè)系統(tǒng)，往往是在硬件和軟件交替發(fā)展的雙螺旋的支撐下逐漸趨于穩(wěn)定和成熟，嵌入式系統(tǒng)也不例外。嵌入式系統(tǒng)的出現(xiàn)最初是基于單片機(jī)的。使得汽車、家電、工業(yè)機(jī)器、通信裝置以及成千上萬(wàn)種產(chǎn)品可以通過(guò)內(nèi)嵌電子裝置來(lái)獲得更佳的使用性能：更容易使用、更快、更便宜。這些裝置已經(jīng)初步具備了嵌入式的應(yīng)用特點(diǎn)，但是這時(shí)的應(yīng)用只是使用８位的芯片，執(zhí)行一些單線程的程序，還談不上“系統(tǒng)”的概念。最早的單片機(jī)是Intel公司的8048。Motorola同時(shí)推出了68HC05，Zilog公司推出了Z80系列。之后在80年代初，Intel又進(jìn)一步完善了8048，在它的基礎(chǔ)上研制成功了8051，51系列的單片機(jī)仍然是最為成功的單片機(jī)芯片，在各種產(chǎn)品中有著非常廣泛的應(yīng)用。發(fā)展現(xiàn)狀

隨著信息化，智能化，網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)技術(shù)也將獲得廣闊的發(fā)展空間。美國(guó)著名未來(lái)學(xué)家尼葛洛龐帝99年1月訪華時(shí)預(yù)言，4～5年后嵌入式智能（電腦)工具將是PC和因特網(wǎng)之后最偉大的發(fā)明。進(jìn)入20世紀(jì)90年代，嵌入式技術(shù)全面展開(kāi)，目前已成為通信和消費(fèi)類產(chǎn)品的共同發(fā)展方向。歐洲的DVB（數(shù)字電視廣播）技術(shù)已在全球大多數(shù)國(guó)家推廣。數(shù)字音頻廣播（DAB）也已進(jìn)入商品化試播階段。目前對(duì)于企業(yè)專用解決方案，如物流管理、條碼掃描、移動(dòng)信息采集等，這種小型手持嵌入式系統(tǒng)將發(fā)揮巨大的作用。ATM機(jī)，自動(dòng)售貨機(jī)，工業(yè)控制等專用設(shè)備，移動(dòng)通訊設(shè)備、GPS、嵌入式系統(tǒng)同樣可以發(fā)揮巨大的作用。近期的ADSL產(chǎn)品，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)，控制，信息，這種智能化，網(wǎng)絡(luò)化將是家電發(fā)展的新趨勢(shì)。

硬件方面：不僅有各大公司的微處理器芯片，還有用于學(xué)習(xí)和研發(fā)的各種配套開(kāi)發(fā)包。目前低層系統(tǒng)和硬件平臺(tái)經(jīng)過(guò)若干年的研究，已經(jīng)相對(duì)比較成熟，實(shí)現(xiàn)各種功能的芯片應(yīng)有盡有。而且巨大的市場(chǎng)需求給我們提供了學(xué)習(xí)研發(fā)的資金和技術(shù)力量。

軟件方面講：也有相當(dāng)部分的成熟軟件系統(tǒng)。同時(shí)由于是研究熱點(diǎn)，所以我們可以在網(wǎng)上找到各種各樣的免費(fèi)資源，從各大廠商的開(kāi)發(fā)文檔，到各種驅(qū)動(dòng)，程序源代碼，甚至很多廠商還提供微處理器的樣片。這對(duì)于我們從事這方面的研發(fā)，無(wú)疑是個(gè)資源寶庫(kù)。今天嵌入式系統(tǒng)帶來(lái)的工業(yè)年產(chǎn)值已超過(guò)了1萬(wàn)億美元，1997年來(lái)自美國(guó)嵌入式系統(tǒng)大會(huì)(EmbeddedSystemConference)的報(bào)告指出，未來(lái)5年僅基于嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的全數(shù)字電視產(chǎn)品，就將在美國(guó)產(chǎn)生一個(gè)每年1500億美元的新市場(chǎng)。福特公司的高級(jí)經(jīng)理也曾宣稱，“福特出售的‘計(jì)算能力’已超過(guò)了IBM”，由此可以想見(jiàn)嵌入式計(jì)算機(jī)工業(yè)的規(guī)模和廣度。1998年11月在美國(guó)加州舉行的嵌入式系統(tǒng)大會(huì)上，基于RTOS的EmbeddedInternet成為一個(gè)技術(shù)新熱點(diǎn)。

由此可見(jiàn)，嵌入式系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的空間真是無(wú)比廣大。

3．嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展及應(yīng)用領(lǐng)域嵌入式技術(shù)是后PC時(shí)代的技術(shù)春天

事實(shí)上，嵌入式技術(shù)無(wú)處不在,計(jì)算機(jī)技術(shù)也開(kāi)始進(jìn)入一個(gè)被稱為后PC技術(shù)的春天，美國(guó)正在啟動(dòng)一項(xiàng)計(jì)劃，網(wǎng)絡(luò)無(wú)線介入平臺(tái)。我們不僅擁有那種放在桌上處理文檔、進(jìn)行工作管理和生產(chǎn)控制的計(jì)算機(jī)“機(jī)器”，而且一個(gè)普通人也可能擁有從大到小的各種使用嵌入式技術(shù)的電子產(chǎn)品：MP3、PDA、手機(jī)、智能玩具等；電子病歷，德國(guó)血壓儀，無(wú)線收費(fèi)超市,RF物流，網(wǎng)絡(luò)家電等；智能車載電子設(shè)備，安全監(jiān)控、GPS、倒車?yán)走_(dá)等。高級(jí)酒店，電話、TV、INTERNET、PLAY、EMAIL、KEY、無(wú)線集成；在工業(yè)和服務(wù)領(lǐng)域中，大量嵌入式技術(shù)也已經(jīng)應(yīng)用于工業(yè)控制、數(shù)控機(jī)床、智能工具、工業(yè)機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人等各個(gè)行業(yè)，正在逐漸改變著傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)和服務(wù)方式。飛機(jī)的電子設(shè)備，巴黎、東京、漢城等城市地鐵買(mǎi)票系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域一些典型的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用家用方面：數(shù)字電視、信息家電、智能玩具、手持通訊、存儲(chǔ)設(shè)備的核心。家庭智能管理系統(tǒng)社區(qū)建筑的水、電、煤氣表的遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表，安全防火、防盜系統(tǒng)，遠(yuǎn)程點(diǎn)菜器等。

社會(huì)發(fā)展方面：嵌入式Internet應(yīng)用嵌入式應(yīng)用——汽車電子汽車電子產(chǎn)品（18個(gè)嵌入式控制模塊）——CAN總線網(wǎng)絡(luò)ECM:enginecontrolmodule的縮寫(xiě)TCM:transmissioncontrolmodule的縮寫(xiě)(汽車變速箱系統(tǒng)控制模塊的簡(jiǎn)稱)ETM:自動(dòng)跟蹤變速箱SAS:汽車安全預(yù)警系統(tǒng)ABC車身主動(dòng)控制系統(tǒng)DD缸內(nèi)直噴式柴油發(fā)動(dòng)機(jī)

DSC車身穩(wěn)定控制系統(tǒng)SDi自然吸氣式超柴油發(fā)動(dòng)機(jī)

VSC車身穩(wěn)定控制系統(tǒng)TA-Turbo（渦輪增壓）

TRC牽引力控制系統(tǒng)NOS氧化氮?dú)庠鰤合到y(tǒng)

TCS牽引力控制系統(tǒng)MA機(jī)械增壓

ABS防抱死制動(dòng)系統(tǒng)FF前輪驅(qū)動(dòng)

ASR加速防滑系統(tǒng)FR后輪驅(qū)動(dòng)

LCD限滑差速器Ap恒時(shí)全輪驅(qū)動(dòng)

BAS制動(dòng)輔助系統(tǒng)Az接通式全輪驅(qū)動(dòng)DCS車身動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng)ASM動(dòng)態(tài)穩(wěn)定系統(tǒng)

EBA緊急制動(dòng)輔助系統(tǒng)AYC主動(dòng)偏行系統(tǒng)

EBD電子制動(dòng)力分配系統(tǒng)ST無(wú)級(jí)自動(dòng)變速器

EDS電子差速鎖AS轉(zhuǎn)向臂

ESP電子穩(wěn)定程序系統(tǒng)QL橫向擺臂

HBA液壓剎車輔助系統(tǒng)DQL雙橫向擺臂

HDC坡道控制系統(tǒng)LL縱向擺臂

HAC坡道起車控制系統(tǒng)SL斜置擺臂

DAC下坡行車輔助控制系統(tǒng)ML多導(dǎo)向軸

A-TRC車身主動(dòng)循跡控制系統(tǒng)SA整體式車橋

SRS雙安全氣囊DD德迪戎式獨(dú)立懸架后橋

SAHR主動(dòng)性頭枕VL復(fù)合穩(wěn)定桿式懸架后橋

GPS車載衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)FB彈性支柱

i-Drive智能集成化操作系統(tǒng)DB減震器支柱智能玩具與機(jī)器人嵌入式技術(shù)應(yīng)用——工業(yè)控制

工業(yè)方面：機(jī)床、冶金、電子、交通、航空航天等行業(yè)技術(shù)升級(jí)的重要基礎(chǔ)；軍事偵察反恐防暴2002年11月28日，以色列一選舉投票點(diǎn)，發(fā)生槍擊事件，造成至少7人死亡，數(shù)十人受傷。以警方用機(jī)器人在檢查一具巴勒斯坦槍手的尸體空中飛行器微型飛行器---“黑寡婦”嵌入式系統(tǒng)與機(jī)器人技術(shù)圖:卡耐基梅隆大學(xué)和瑞士EPFL研制的機(jī)器人控制器（采用卡西歐PDA和WindowsCE）基于WinCE的移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)

基于RTLinux的仿人機(jī)器人基于VXworks的火星探路者2004年“勇氣號(hào)”再次登陸火星4.嵌入式系統(tǒng)的幾個(gè)重要特征（1）系統(tǒng)內(nèi)核小

由于嵌入式系統(tǒng)一般是應(yīng)用于小型電子裝置的，系統(tǒng)資源相對(duì)有限，所以內(nèi)核較之傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)要小得多。 比如ENEA公司的OSE分布式系統(tǒng)，內(nèi)核只有5K，而Windows的內(nèi)核則要大得多。嵌入式系統(tǒng)的幾個(gè)重要特征（２）專用性強(qiáng)

嵌入式系統(tǒng)的個(gè)性化很強(qiáng)，其中的軟件系統(tǒng)和硬件的結(jié)合非常緊密，一般要針對(duì)硬件進(jìn)行系統(tǒng)的移植。 即使在同一品牌、同一系列的產(chǎn)品中也需要根據(jù)系統(tǒng)硬件的變化和增減不斷進(jìn)行修改。 同時(shí)針對(duì)不同的任務(wù)，往往需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行較大更改，程序的編譯下載要和系統(tǒng)相結(jié)合，這種修改和通用軟件的“升級(jí)”是完全不同的概念。嵌入式系統(tǒng)的幾個(gè)重要特征（３）系統(tǒng)精簡(jiǎn)

嵌入式系統(tǒng)一般沒(méi)有系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的明顯區(qū)分，不要求其功能設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)上過(guò)于復(fù)雜，這樣一方面利于控制系統(tǒng)成本，同時(shí)也利于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)安全。嵌入式系統(tǒng)的幾個(gè)重要特征（４）高實(shí)時(shí)性O(shè)S

這是嵌入式軟件的基本要求，而且軟件要求固態(tài)存儲(chǔ)，以提高速度。軟件代碼要求高質(zhì)量和高可靠性、實(shí)時(shí)性。嵌入式系統(tǒng)的幾個(gè)重要特征（5）嵌入式軟件開(kāi)發(fā)走向標(biāo)準(zhǔn)化

嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用程序可以沒(méi)有操作系統(tǒng)直接在芯片上運(yùn)行。 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，用戶必須自行選配RTOS（Real－TimeOperatingSystem）開(kāi)發(fā)平臺(tái)，這樣才能保證程序執(zhí)行的實(shí)時(shí)性、可靠性，并減少開(kāi)發(fā)時(shí)間，保障軟件質(zhì)量。嵌入式系統(tǒng)的幾個(gè)重要特征（6）嵌入式系統(tǒng)需要開(kāi)發(fā)工具和環(huán)境 由于其本身不具備自主開(kāi)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，必須有一套開(kāi)發(fā)工具和環(huán)境才能進(jìn)行開(kāi)發(fā)。 這些工具和環(huán)境一般是基于通用計(jì)算機(jī)上的軟硬件設(shè)備以及各種邏輯分析儀、混合信號(hào)示波器等。開(kāi)發(fā)時(shí)往往有主機(jī)和目標(biāo)機(jī)的概念，主機(jī)用于程序的開(kāi)發(fā)，目標(biāo)機(jī)作為最后的執(zhí)行機(jī)，開(kāi)發(fā)時(shí)需要交替結(jié)合進(jìn)行。嵌入式系統(tǒng)的幾個(gè)重要特點(diǎn)

應(yīng)用的特定性和廣泛性技術(shù)、知識(shí)的密集性高效性較長(zhǎng)的生命周期高可靠性軟硬一體，軟件為主無(wú)自舉開(kāi)發(fā)能力5.嵌入式系統(tǒng)的架構(gòu)馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)模型哈佛體系結(jié)構(gòu)CISC與RISC的數(shù)據(jù)通道CISC與RISC的對(duì)比CISC和RISCCISC：復(fù)雜指令集（ComplexInstructionSetComputer）具有大量的指令和尋址方式8/2原則：80%的程序只使用20%的指令大多數(shù)程序只使用少量的指令就能夠運(yùn)行。RISC：精簡(jiǎn)指令集（ReducedInstructionSetComputer)在通道中只包含最有用的指令確保數(shù)據(jù)通道快速執(zhí)行每一條指令使CPU硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變得更為簡(jiǎn)單從硬件方面來(lái)講，各式各樣的嵌入式處理器是嵌入式系統(tǒng)硬件中的最核心的部分，而目前世界上具有嵌入式功能特點(diǎn)的處理器已經(jīng)超過(guò)1000種，流行體系結(jié)構(gòu)包括MCU，MPU等30多個(gè)系列。其中從單片機(jī)、DSP、FPGA到ARM有著各式各樣的品種，速度越來(lái)越快，性能越來(lái)越強(qiáng)，價(jià)格也越來(lái)越低。目前嵌入式處理器的尋址空間可以從64kB到16MB，處理速度最快可以達(dá)到2000MIPS，封裝從8個(gè)引腳到144個(gè)引腳不等。

6.嵌入式系統(tǒng)的分類嵌入式處理器

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)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)核的執(zhí)行時(shí)間減少到最低限度。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?？蓴U(kuò)展的處理器結(jié)構(gòu)，以能最迅速地開(kāi)發(fā)出滿足應(yīng)用的最高性能的嵌入式微處理器。嵌入式微處理器必須功耗很低，尤其是用于便攜式的無(wú)線及移動(dòng)的計(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μW級(jí)。嵌入式微處理器分類（1）嵌入式微控制器（CPU）嵌入式微控制器的典型代表是單片機(jī)，這種８位的電子器件目前在嵌入式設(shè)備中仍然有著極其廣泛的應(yīng)用。單片機(jī)芯片內(nèi)部集成ROM/EPROM、RAM、總線、總線邏輯、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、看門(mén)狗、I/O、串行口、脈寬調(diào)制輸出、A/D、D/A、FlashRAM、EEPROM等各種必要功能和外設(shè)。微控制器的最大特點(diǎn)是單片化，體積大大減小，從而使功耗和成本下降、可靠性提高。微控制器是目前嵌入式系統(tǒng)工業(yè)的主流。微控制器的片上外設(shè)資源一般比較豐富，適合于控制，因此稱為微控制器。嵌入式微處理器分類（2）嵌入式DSP處理器DSP處理器是專門(mén)用于信號(hào)處理方面的處理器，其在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令算法方面進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)，在數(shù)字濾波、FFT、譜分析等各種儀器上DSP獲得了大規(guī)模的應(yīng)用。DSP的理論算法在70年代就已經(jīng)出現(xiàn)，但是由于專門(mén)的DSP處理器還未出現(xiàn)，所以這種理論算法只能通過(guò)MPU等由分立元件實(shí)現(xiàn)。1982年世界上誕生了首枚DSP芯片。在語(yǔ)音合成和編碼解碼器中得到了廣泛應(yīng)用。DSP的運(yùn)算速度進(jìn)一步提高，應(yīng)用領(lǐng)域也從上述范圍擴(kuò)大到了通信和計(jì)算機(jī)方面。目前最為廣泛應(yīng)用的嵌入式DSP處理器是TI的TMS320C2000/C5000系列，另外如Intel的MCS-296和Siemens的TriCore也有各自的應(yīng)用范圍。嵌入式微處理器分類（3）嵌入式微處理器（MicroProcessorUnit)MPU嵌入式微處理器是由通用計(jì)算機(jī)中的CPU演變而來(lái)的。與計(jì)算機(jī)處理器不同的是，在實(shí)際嵌入式應(yīng)用中，只保留和嵌入式應(yīng)用緊密相關(guān)的功能硬件，去除其他的冗余功能部分，這樣就以最低的功耗和資源實(shí)現(xiàn)嵌入式應(yīng)用的特殊要求。和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)相比，嵌入式微處理器具有體積小、重量輕、成本低、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。目前主要的嵌入式處理器類型有Am186/88、386EX、SC-400、PowerPC、68000、MIPS、ARM系列等嵌入式微處理器分類（4）嵌入式片上系統(tǒng)(SystemOnChip)SoC就是SystemonChip，SoC嵌入式系統(tǒng)微處理器就是一種電路系統(tǒng)。它結(jié)合了許多功能區(qū)塊，將功能做在一個(gè)芯片上，像是ARMRISC、MIPSRISC、DSP或是其他的微處理器核心，加上通信的接口單元，像是通用串行端口（USB）、TCP/IP通信單元、GPRS通信接口、GSM通信接口、IEEE1394、藍(lán)牙模塊接口等等，這些單元以往都是依照各單元的功能做成一個(gè)個(gè)獨(dú)立的處理芯片。新的發(fā)展方向：SOC基于軟件系統(tǒng)的分類從軟件方面劃分，主要可以依據(jù)操作系統(tǒng)的類型。目前嵌入式系統(tǒng)的軟件主要有兩大類：實(shí)時(shí)系統(tǒng)和分時(shí)系統(tǒng)。其中實(shí)時(shí)系統(tǒng)又分為兩類：硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)和軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)。實(shí)時(shí)嵌入系統(tǒng)是為執(zhí)行特定功能而設(shè)計(jì)的，可以嚴(yán)格的按時(shí)序執(zhí)行功能。其最大的特征就是程序的執(zhí)行具有確定性。在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，如果系統(tǒng)在指定的時(shí)間內(nèi)未能實(shí)現(xiàn)某個(gè)確定的任務(wù)，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的全面失敗，則系統(tǒng)被稱為硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)。而在軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，雖然響應(yīng)時(shí)間同樣重要，但是超時(shí)卻不會(huì)導(dǎo)致致命錯(cuò)誤。一個(gè)硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)往往在硬件上需要添加專門(mén)用于時(shí)間和優(yōu)先級(jí)管理的控制芯片，而軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)則主要在軟件方面通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)時(shí)限的管理。比如WindowsCE就是一個(gè)多任務(wù)分時(shí)系統(tǒng)，而Ucos-II則是典型的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。7.嵌入式系統(tǒng)與單片機(jī)、PC相比的優(yōu)勢(shì)

性能方面：采用32位RISC結(jié)構(gòu)微處理器，主頻從30MHz到200MHz以上，處理能力大大超出單片機(jī)系統(tǒng)，接近PC機(jī)的水平，但體積更小，能夠真正地“嵌入”到設(shè)備中；

實(shí)性性方面：嵌入式機(jī)控制器內(nèi)嵌實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS），能夠完全保證控制系統(tǒng)的強(qiáng)實(shí)時(shí)性；

人機(jī)交互方面：嵌入式控制器可支持大屏幕的液晶顯示器，提供功能強(qiáng)大的圖形用戶界面，這方面與PC機(jī)相比毫不遜色；

系統(tǒng)升級(jí)方面：嵌入式控制器可為控制系統(tǒng)專門(mén)設(shè)計(jì)，其功能專一，成本較低，而且開(kāi)放的用戶程序接口（API）保證了系統(tǒng)能夠快速升級(jí)和更新。嵌入式系統(tǒng)與單片機(jī)、PC機(jī)的區(qū)別

嵌入式系統(tǒng)≠單片機(jī)系統(tǒng) 目前嵌入式系統(tǒng)的主流是以32位嵌入式微處理器為核心的硬件設(shè)計(jì)和基于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）的軟件設(shè)計(jì) 單片機(jī)系統(tǒng)多為4位、8位、16位機(jī)，不適合運(yùn)行操作系統(tǒng)，難以進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)算及處理功能嵌入式系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)基于平臺(tái)的設(shè)計(jì)、軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)，單片機(jī)大多采用軟硬件流水設(shè)計(jì) 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心是軟件設(shè)計(jì)（占70%左右的工作量），單片機(jī)系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)所占比例基本相同嵌入式系統(tǒng)與單片機(jī)、PC機(jī)的區(qū)別嵌入式系統(tǒng)≠PC機(jī)嵌入式系統(tǒng)一般是專用系統(tǒng)，而PC是通用計(jì)算平臺(tái)嵌入式系統(tǒng)的資源比PC少得多嵌入式系統(tǒng)軟件故障帶來(lái)的后果比PC機(jī)大得多嵌入式系統(tǒng)一般采用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)大都有成本、功耗的要求嵌入式系統(tǒng)得到多種微處理體系的支持嵌入式系統(tǒng)需要專用的開(kāi)發(fā)工具8.嵌入式系統(tǒng)組成一個(gè)嵌入式系統(tǒng)裝置一般都由嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和執(zhí)行裝置組成。嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是整個(gè)嵌入式系統(tǒng)的核心，由硬件層、中間層、系統(tǒng)軟件層和應(yīng)用軟件層組成。執(zhí)行裝置也稱為被控對(duì)象，它可以接受嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)發(fā)出的控制命令，執(zhí)行所規(guī)定的操作或任務(wù)。執(zhí)行裝置可以很簡(jiǎn)單，如手機(jī)上的一個(gè)微小型的震動(dòng)電機(jī)；也可以很復(fù)雜，如SONY智能機(jī)器狗，上面集成了多個(gè)微小型控制電機(jī)和多種傳感器。嵌入式系統(tǒng)的基本框架嵌入式系統(tǒng)的軟/硬件框架嵌入式系統(tǒng)組成-硬件層硬件層中包含嵌入式微處理器、存儲(chǔ)器（SDRAM、ROM、Flash等）、通用設(shè)備接口和I/O接口（A/D、D/A、I/O等）。在一片嵌入式處理器基礎(chǔ)上添加電源電路、時(shí)鐘電路和存儲(chǔ)器電路，就構(gòu)成了一個(gè)嵌入式核心控制模塊。

（1）嵌入式微處理器

嵌入式系統(tǒng)硬件層的核心是嵌入式微處理器，嵌入式微處理器與通用CPU最大的不同在于嵌入式微處理器大多工作在為特定用戶群所專用設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，它將通用CPU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)在設(shè)計(jì)時(shí)趨于小型化，同時(shí)還具有很高的效率和可靠性。嵌入式微處理器的體系結(jié)構(gòu)可以采用馮·諾依曼體系或哈佛體系結(jié)構(gòu)；指令系統(tǒng)可以選用精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)（ReducedInstructionSetComputer，RISC）和復(fù)雜指令系統(tǒng)CISC（ComplexInstructionSetComputer，CISC）。RISC計(jì)算機(jī)在通道中只包含最有用的指令，確保數(shù)據(jù)通道快速執(zhí)行每一條指令，從而提高了執(zhí)行效率并使CPU硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變得更為簡(jiǎn)單。

嵌入式微處理器有各種不同的體系，即使在同一體系中也可能具有不同的時(shí)鐘頻率和數(shù)據(jù)總線寬度，或集成了不同的外設(shè)和接口。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前全世界嵌入式微處理器已經(jīng)超過(guò)1000多種，體系結(jié)構(gòu)有30多個(gè)系列，其中主流的體系有ARM、MIPS、PowerPC、X86和SH等。但與全球PC市場(chǎng)不同的是，沒(méi)有一種嵌入式微處理器可以主導(dǎo)市場(chǎng)，僅以32位的產(chǎn)品而言，就有100種以上的嵌入式微處理器。嵌入式微處理器的選擇是根據(jù)具體的應(yīng)用而決定的。（2）存儲(chǔ)器

嵌入式系統(tǒng)需要存儲(chǔ)器來(lái)存放和執(zhí)行代碼。嵌入式系統(tǒng)的存儲(chǔ)器包含：Cache主存輔助存儲(chǔ)器。

Cache

Cache是一種容量小、速度快的存儲(chǔ)器陣列它位于主存和嵌入式微處理器內(nèi)核之間，存放的是最近一段時(shí)間微處理器使用最多的程序代碼和數(shù)據(jù)。在需要進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取操作時(shí)，微處理器盡可能的從Cache中讀取數(shù)據(jù)，而不是從主存中讀取，這樣就大大改善了系統(tǒng)的性能，提高了微處理器和主存之間的數(shù)據(jù)傳輸速率。Cache的主要目標(biāo)就是：減小存儲(chǔ)器（如主存和輔助存儲(chǔ)器）給微處理器內(nèi)核造成的存儲(chǔ)器訪問(wèn)瓶頸，使處理速度更快，實(shí)時(shí)性更強(qiáng)。在嵌入式系統(tǒng)中Cache全部集成在嵌入式微處理器內(nèi)，可分為數(shù)據(jù)Cache、指令Cache或混合Cache，Cache的大小依不同處理器而定。一般中高檔的嵌入式微處理器才會(huì)把Cache集成進(jìn)去。主存

主存是嵌入式微處理器能直接訪問(wèn)的寄存器，用來(lái)存放系統(tǒng)和用戶的程序及數(shù)據(jù)。它可以位于微處理器的內(nèi)部或外部，其容量為256KB-1GB，根據(jù)具體的應(yīng)用而定，一般片內(nèi)存儲(chǔ)器容量小，速度快，片外存儲(chǔ)器容量大。

常用作主存的存儲(chǔ)器有：

ROM類：NORFlash、EPROM和PROM等。RAM類：SRAM、DRAM和SDRAM等。其中NORFlash憑借其可擦寫(xiě)次數(shù)多、存儲(chǔ)速度快、存儲(chǔ)容量大、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，在嵌入式領(lǐng)域內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。輔助存儲(chǔ)器

輔助存儲(chǔ)器用來(lái)存放大數(shù)據(jù)量的程序代碼或信息，它的容量大、但讀取速度與主存相比就慢的很多，用來(lái)長(zhǎng)期保存用戶的信息。嵌入式系統(tǒng)中常用的外存有：硬盤(pán)、NANDFlash、CF卡、MMC和SD卡等。NORFlash的特點(diǎn)是芯片內(nèi)執(zhí)行（XIP，eXecuteInPlace），這樣應(yīng)用程序可以直接在Flash閃存內(nèi)運(yùn)行，不必再把代碼讀到系統(tǒng)RAM中。Nand-flash內(nèi)存其內(nèi)部采用非線性宏單元模式，為固態(tài)大容量?jī)?nèi)存的實(shí)現(xiàn)提供了廉價(jià)有效的解決方案。Nand-flash存儲(chǔ)器具有容量較大，改寫(xiě)速度快等優(yōu)點(diǎn)，適用于大量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)

（3）通用設(shè)備接口和I/O接口

嵌入式系統(tǒng)和外界交互需要一定形式的通用設(shè)備接口，如A/D、D/A、I/O等，外設(shè)通過(guò)和片外其他設(shè)備的或傳感器的連接來(lái)實(shí)現(xiàn)微處理器的輸入/輸出功能。每個(gè)外設(shè)通常都只有單一的功能，它可以在芯片外也可以內(nèi)置芯片中。外設(shè)的種類很多，可從一個(gè)簡(jiǎn)單的串行通信設(shè)備到非常復(fù)雜的802.11無(wú)線設(shè)備。目前嵌入式系統(tǒng)中常用的通用設(shè)備接口有A/D（模/數(shù)轉(zhuǎn)換接口）、D/A（數(shù)/模轉(zhuǎn)換接口），I/O接口有RS-232接口（串行通信接口）、Ethernet（以太網(wǎng)接口）、USB（通用串行總線接口）、音頻接口、VGA視頻輸出接口、I2C（現(xiàn)場(chǎng)總線）、SPI（串行外圍設(shè)備接口）和IrDA（紅外線接口）等。嵌入式系統(tǒng)組成-中間層

硬件層與軟件層之間為中間層，也稱為硬件抽象層（HardwareAbstractLayer，HAL）或板級(jí)支持包（BoardSupportPackage，BSP），它將系統(tǒng)上層軟件與底層硬件分離開(kāi)來(lái)，使系統(tǒng)的底層驅(qū)動(dòng)程序與硬件無(wú)關(guān)，上層軟件開(kāi)發(fā)人員無(wú)需關(guān)心底層硬件的具體情況，根據(jù)BSP層提供的接口即可進(jìn)行開(kāi)發(fā)。該層一般包含相關(guān)底層硬件的初始化、數(shù)據(jù)的輸入/輸出操作和硬件設(shè)備的配置功能。

硬件相關(guān)性：因?yàn)榍度胧綄?shí)時(shí)系統(tǒng)的硬件環(huán)境具有應(yīng)用相關(guān)性，而作為上層軟件與硬件平臺(tái)之間的接口，BSP需要為操作系統(tǒng)提供操作和控制具體硬件的方法。操作系統(tǒng)相關(guān)性：不同的操作系統(tǒng)具有各自的軟件層次結(jié)構(gòu)，因此，不同的操作系統(tǒng)具有特定的硬件接口形式。實(shí)際上，BSP是一個(gè)介于操作系統(tǒng)和底層硬件之間的軟件層次，包括了系統(tǒng)中大部分與硬件聯(lián)系緊密的軟件模塊。設(shè)計(jì)一個(gè)完整的BSP需要完成兩部分工作：嵌入式系統(tǒng)的硬件初始化以及BSP功能，設(shè)計(jì)硬件相關(guān)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)。

（1）嵌入式系統(tǒng)硬件初始化-BIOS

系統(tǒng)初始化過(guò)程可以分為3個(gè)主要環(huán)節(jié)，按照自底向上、從硬件到軟件的次序依次為：片級(jí)初始化、板級(jí)初始化和系統(tǒng)級(jí)初始化。片級(jí)初始化：完成嵌入式微處理器的初始化，包括設(shè)置嵌入式微處理器的核心寄存器和控制寄存器、嵌入式微處理器核心工作模式和嵌入式微處理器的局部總線模式等。板級(jí)初始化：完成嵌入式微處理器以外的其他硬件設(shè)備的初始化。另外，還需設(shè)置某些軟件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和參數(shù)，為隨后的系統(tǒng)級(jí)初始化和應(yīng)用程序的運(yùn)行建立硬件和軟件環(huán)境。系統(tǒng)初始化：該初始化過(guò)程以軟件初始化為主，主要進(jìn)行操作系統(tǒng)的初始化。BSP將對(duì)嵌入式微處理器的控制權(quán)轉(zhuǎn)交給嵌入式操作系統(tǒng)，由操作系統(tǒng)完成余下的初始化操作，包含加載和初始化與硬件無(wú)關(guān)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，建立系統(tǒng)內(nèi)存區(qū)，加載并初始化其他系統(tǒng)軟件模塊，如網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、文件系統(tǒng)等。最后，操作系統(tǒng)創(chuàng)建應(yīng)用程序環(huán)境，并將控制權(quán)交給應(yīng)用程序的入口。（2）硬件相關(guān)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序

BSP的另一個(gè)主要功能是硬件相關(guān)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)。硬件相關(guān)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的初始化通常是一個(gè)從高到低的過(guò)程。盡管BSP中包含硬件相關(guān)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，但是這些設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序通常不直接由BSP使用，而是在系統(tǒng)初始化過(guò)程中由BSP將他們與操作系統(tǒng)中通用的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序關(guān)聯(lián)起來(lái)，并在隨后的應(yīng)用中由通用的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序調(diào)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件設(shè)備的操作。與硬件相關(guān)的驅(qū)動(dòng)程序是BSP設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)中另一個(gè)非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。

嵌入式系統(tǒng)組成-系統(tǒng)軟件層系統(tǒng)軟件層由實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)（Real-timeOperationSystem，RTOS）、文件系統(tǒng)、圖形用戶接口（GraphicUserInterface，GUI）、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及通用組件模塊組成。RTOS是嵌入式應(yīng)用軟件的基礎(chǔ)和開(kāi)發(fā)平臺(tái)。

RTOS是32位嵌入式CPU的軟件基礎(chǔ)RTOS內(nèi)核提供CPU的管理硬件初時(shí)化，MMU，定時(shí)器，中斷RTOS內(nèi)核提供任務(wù)，內(nèi)存管理RTOS提供設(shè)備管理，文件和網(wǎng)絡(luò)的支持RTOS提供C/C++，JAVA，圖形模塊等編程接口常見(jiàn)的嵌入式操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)的種類繁多，大體上可分為兩種，商用型和免費(fèi)型。商用型的實(shí)操作系統(tǒng)功能穩(wěn)定、可靠，有完善的技術(shù)支持和售后服務(wù)，但往往價(jià)格昂貴。免費(fèi)型的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)在價(jià)格方面具有優(yōu)勢(shì)，目前主要有Linux和μC/OS，穩(wěn)定性與服務(wù)性存在挑戰(zhàn)。

9.常見(jiàn)的嵌入式操作系統(tǒng)

WindowsCE

WindowsCE：一種針對(duì)小容量、移動(dòng)式、智能化、32位、連接設(shè)備的模塊化實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)。針對(duì)掌上設(shè)備、無(wú)線設(shè)備的動(dòng)態(tài)應(yīng)用程序和服務(wù)提供了一種功能豐富的操作系統(tǒng)平臺(tái)，WindowsCE嵌入但不夠?qū)崟r(shí)，屬于軟實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，由于其Windows背景，界面比較統(tǒng)一認(rèn)可。

常見(jiàn)的嵌入式操作系統(tǒng)

QNX---加拿大QNX公司的產(chǎn)品

QNX是一個(gè)實(shí)時(shí)的、可擴(kuò)充的操作系統(tǒng)，它部分遵循POSIX相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，由于QNX具有強(qiáng)大的圖形界面功能，因此很適合作為機(jī)頂盒、手持設(shè)備（手掌電腦、手機(jī)）、GPS設(shè)備的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)使用。嵌入式Linux

Linux是開(kāi)放源碼的，內(nèi)核小、功能強(qiáng)大、運(yùn)行穩(wěn)定、系統(tǒng)健壯、效率高，易于定制剪裁，在價(jià)格上極具競(jìng)爭(zhēng)力。Linux不僅支持x86CPU，還可以支持其他數(shù)十種CPU芯片。嵌入式Linux及應(yīng)用

嵌入式Linux(EmbeddedLinux)是指對(duì)Linux經(jīng)過(guò)小型化裁剪后，能夠固化在容量只有幾百K字節(jié)或幾兆字節(jié)的存儲(chǔ)器芯片或單片機(jī)中，應(yīng)用于特定嵌入式場(chǎng)合的專用Linux操作系統(tǒng)。嵌入式Linux的開(kāi)發(fā)和研究是目前操作系統(tǒng)領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)。主要有RTLinux和μCLinux

Linux在嵌入式領(lǐng)域異軍突起不過(guò)是近幾年的事情，在未來(lái)可能會(huì)大量使用Linux作為嵌入式操作系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)原型。μC/OS及μC/OS-II

μC/OS——MicroControllerOS，微控制器操作系統(tǒng), 應(yīng)用面覆蓋了諸多領(lǐng)域，如照相機(jī)、醫(yī)療器械、音響設(shè)備、發(fā)動(dòng)機(jī)控制、高速公路電話系統(tǒng)、自動(dòng)提款機(jī)等. 1998年μC/OS-II，目前的版本μC/OS-IIV2.61，2.72. 2000年，得到美國(guó)航空管理局（FAA）的認(rèn)證，可以用于飛行器中.Android系統(tǒng)Android，中文稱安卓，是一個(gè)以Linux為基礎(chǔ)的半開(kāi)放原始碼作業(yè)系統(tǒng)，主要用于移動(dòng)設(shè)備，由Google成立的OpenHandsetAlliance（OHA，開(kāi)放手持設(shè)備聯(lián)盟）持續(xù)領(lǐng)導(dǎo)與開(kāi)發(fā)中。Android系統(tǒng)最初由安迪·魯賓（AndyRubin）開(kāi)發(fā)制作，并于2005年8月被Google收購(gòu)。2007年11月，Google與84家硬件制造商、軟件開(kāi)發(fā)商及電信營(yíng)運(yùn)商成立OHA來(lái)共同研發(fā)改良Android系統(tǒng)。隨后，Google以Apache免費(fèi)開(kāi)源許可證的授權(quán)方式，發(fā)布了Android的源代碼。5.0版本

Android分為四個(gè)層，從高層到低層分別是應(yīng)用程序?qū)?、?yīng)用程序框架層、系統(tǒng)運(yùn)行庫(kù)層和Linux內(nèi)核層。Android平臺(tái)優(yōu)勢(shì)

1.開(kāi)放性：在優(yōu)勢(shì)方面，Android平臺(tái)首先就是其開(kāi)發(fā)性，開(kāi)發(fā)的平臺(tái)允許任何移動(dòng)終端廠商加入到Android聯(lián)盟中來(lái)。2.豐富的硬件：由于Android的開(kāi)放性，眾多的廠商會(huì)推出千奇百怪，功能特色各具的多種產(chǎn)品。功能上的差異和特色，卻不會(huì)影響到數(shù)據(jù)同步、甚至軟件的兼容，如同從諾基亞Symbian風(fēng)格手機(jī)一下改用蘋(píng)果iPhone，同時(shí)還可將Symbian中優(yōu)秀的軟件帶到iPhone上使用、聯(lián)系人等資料更是可以方便地轉(zhuǎn)移。3.方便開(kāi)發(fā)：Android平臺(tái)提供給第三方開(kāi)發(fā)商一個(gè)十分寬泛、自由的環(huán)境，不會(huì)受到各種條條框框的阻擾，可想而知，會(huì)有多少新穎別致的軟件會(huì)誕生。但也有其兩面性，血腥、暴力、情色方面的程序和游戲如何控制正是留給Android難題之一

蘋(píng)果iOS系統(tǒng)蘋(píng)果iOS是由蘋(píng)果公司開(kāi)發(fā)的手持設(shè)備操作系統(tǒng)。蘋(píng)果公司最早于2007年1月9日的Macworld大會(huì)上公布這個(gè)系統(tǒng)，最初是設(shè)計(jì)給iPhone使用的，后來(lái)陸續(xù)套用到iPodtouch、iPad以及AppleTV等蘋(píng)果產(chǎn)品上。iOS與蘋(píng)果的MacOSX操作系統(tǒng)一樣，它也是以Darwin為基礎(chǔ)的，因此同樣屬于類Unix的商業(yè)操作系統(tǒng)。原本這個(gè)系統(tǒng)名為iPhoneOS，直到2010年6月7日WWDC大會(huì)上宣布改名為iOS。截止至2011年11月，根據(jù)Canalys的數(shù)據(jù)顯示，iOS已經(jīng)占據(jù)了全球智能手機(jī)系統(tǒng)市場(chǎng)份額的30%，在美國(guó)的市場(chǎng)占有率為43%。目前最新為6.12版本。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

iOS的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為以下四個(gè)層次：

核心操作系統(tǒng)（theCoreOSlayer）；核心服務(wù)層（theCoreServiceslayer）；媒體層（theMedialayer）；Cocoa觸摸框架層（theCocoaTouchlayer）。

10.嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)（1）．嵌入式開(kāi)發(fā)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，因此要求嵌入式系統(tǒng)廠商不僅要提供嵌入式軟硬件系統(tǒng)本身，同時(shí)還需要提供強(qiáng)大的硬件開(kāi)發(fā)工具和軟件包支持。（2）．網(wǎng)絡(luò)化、信息化的要求隨著因特網(wǎng)技術(shù)的成熟、帶寬的提高日益提高，使得以往單一功能的設(shè)備如電話、手機(jī)、冰箱、微波爐等功能不再單一，結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。（3）．網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)成為必然趨勢(shì)

未來(lái)的嵌入式設(shè)備為了適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的要求，必然要求硬件上提供各種網(wǎng)絡(luò)通信接口。傳統(tǒng)的單片機(jī)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)支持不足，而新一代的嵌入式處理器已經(jīng)開(kāi)始內(nèi)嵌網(wǎng)絡(luò)接口，除了支持TCP／IP協(xié)議，還有的支持IEEE1394、USB、CAN、Bluetooth或IrDA通信接口中的一種或者幾種，同時(shí)也需要提供相應(yīng)的通信組網(wǎng)協(xié)議軟件和物理層驅(qū)動(dòng)軟件。軟件方面系統(tǒng)系統(tǒng)內(nèi)核支持網(wǎng)絡(luò)模塊，甚至可以在設(shè)備上嵌入Web瀏覽器，真正實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地用各種設(shè)備上網(wǎng)。（4）．精簡(jiǎn)系統(tǒng)內(nèi)核、算法，降低功耗和軟硬件成本

未來(lái)的嵌入式產(chǎn)品是軟硬件緊密結(jié)合的設(shè)備，為了減低功耗和成本，需要設(shè)計(jì)者盡量精簡(jiǎn)系統(tǒng)內(nèi)核，只保留和系統(tǒng)功能緊密相關(guān)的軟硬件，利用最低的資源實(shí)現(xiàn)最適當(dāng)?shù)墓δ?，這就要求設(shè)計(jì)者選用最佳的編程模型和不斷改進(jìn)算法，優(yōu)化編譯器性能。因此，既要軟件人員有豐富的硬件知識(shí)，又需要發(fā)展先進(jìn)嵌入式軟件技術(shù)，如Java、Web和WAP等。（5）．提供友好的多媒體人機(jī)界面

嵌入式設(shè)備能與用戶親密接觸，最重要的因素就是它能提供非常友好的用戶界面。圖像界面，靈活的控制方式，使得人們感覺(jué)嵌入式設(shè)備就象是一個(gè)熟悉的老朋友。這方面的要求使得嵌入式軟件設(shè)計(jì)者要在圖形界面，多媒體技術(shù)上痛下苦功。手寫(xiě)文字輸入、語(yǔ)音撥號(hào)上網(wǎng)、收發(fā)電子郵件以及彩色圖形、圖像都會(huì)使使用者獲得自由的感受。目前一些先進(jìn)的PDA在顯示屏幕上已實(shí)現(xiàn)漢字寫(xiě)入、短消息語(yǔ)音發(fā)布，但一般的嵌入式設(shè)備距離這個(gè)要求還有很長(zhǎng)的路要走。11.嵌入式系統(tǒng)的學(xué)習(xí)市場(chǎng)需求－中國(guó)具有世界最大嵌入式技術(shù)市場(chǎng)，將成為世界第一，手持儀器設(shè)備、信息家電、城市建設(shè)、工業(yè)控制、軍事應(yīng)用，……，嵌入式技術(shù)無(wú)處不在。企業(yè)人才需求－軟硬件設(shè)計(jì)人才，應(yīng)用開(kāi)發(fā)人才，綜合性人才，……技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)要求－8位、16位、32位，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)目前國(guó)內(nèi)外這方面的人都很稀缺

與企業(yè)計(jì)算等應(yīng)用軟件不同，嵌入式領(lǐng)域人才的工作強(qiáng)度通常低一些（但收入不低）

目前嵌入式人才培養(yǎng)模式當(dāng)前嵌入式系統(tǒng)學(xué)習(xí)模式嵌入式系統(tǒng)課程體系常見(jiàn)嵌入式處理器

嵌入式處理器是面向應(yīng)用、面向用戶的嵌入式系統(tǒng)的核心，由于面向應(yīng)用、面向行業(yè)的特點(diǎn)，針對(duì)不同應(yīng)用和不同半導(dǎo)體工藝，目前各類嵌入式處理器的變種計(jì)有1000余種，大致可分為：·嵌入式微處理器：ARM,PowerPC,68000,MIPS,386EX；·嵌入式微控制器：8051,MC68HC05,MC68HC11,68300,Am186,TMS320C2X；·嵌入式DSP處理器：TMS320系列,DSP56000系列；·嵌入式SOC（片上系統(tǒng)）：OMAP,M-Core；

2014年最新的手機(jī)處理器性能排名

NO.1-NO.10

蘋(píng)果A8四核2.0ghz（iPhone6、iPad6）等

高通805（8084）四核2.5ghz（諾基亞Lumia1820、三星S6）等

高通801（8974AC）四核2.5ghz（三星S5）等

高通800（8974AB）四核2.2ghz（諾基亞Lumia1520、三星S4）等

獵戶座5420八核1.8ghz（三星S4、三星noto3）等

英偉達(dá)tegra4四核1.8ghz（HTCOnex）等

蘋(píng)果A7雙核1.3ghz（iPhone5S、iPadAir）等

獵戶座5410八核1.6ghz（三星S4）等

高通615（8936）八核1.7ghz（三星S6）等

聯(lián)發(fā)科6592turbo八核2.0ghz（華為3X）等

高通600（8064T）四核1.7ghz。（小米2S）等

ARM公司和ARM處理器1）ARM是一個(gè)CPU內(nèi)核。ARM公司自己并不生產(chǎn)或銷售芯片，它采用技術(shù)授權(quán)模式，通過(guò)出售芯片技術(shù)授權(quán)，收取授權(quán)費(fèi)和技術(shù)轉(zhuǎn)讓費(fèi)。2）基于ARM內(nèi)核的處理器是目前消費(fèi)類電子市場(chǎng)中占有量第一的處理器，尤其是手機(jī)行業(yè)。3）ARM是“AdvancedRISCMachine” 的縮寫(xiě)，最早的ARM處理器誕生于80年代的英國(guó)。ARM處理器的特點(diǎn)RISC指令集Load/Store體系結(jié)構(gòu)固定的32位指令大多數(shù)指令單周期完成Thumb\DSP\jazeller功能擴(kuò)展低功耗ARM11FamilyCache內(nèi)存管理流水線級(jí)ThumbDSPJazelle浮點(diǎn)運(yùn)算ARM1136J-S4-64kMMU8有有有無(wú)ARM1136JF-S4-64kMMU8有有有有ARM1156T2-S可配置9Thumb-2有無(wú)無(wú)ARM1156T2F-S可配置9Thumb-2有無(wú)有注：Thumb是ARM體系結(jié)構(gòu)中一種16位的指令集

Jazelle是ARM體系結(jié)構(gòu)的一種相關(guān)技術(shù)，用于在處理器指令層次對(duì)JAVA加速M(fèi)MU是MemoryManagementUnit的縮寫(xiě)，中文名是內(nèi)存管理單元，它是中央處理器(CPU)中用來(lái)管理虛擬存儲(chǔ)器、物理存儲(chǔ)器的控制線路，同時(shí)也負(fù)責(zé)虛擬地址

主流的CPU架構(gòu)

目前主流的還是基于ARM11,CortexA8和CortexA9的處理器。下面簡(jiǎn)單介紹一些這幾個(gè)架構(gòu)。ARM11系列微處理器是ARM公司近年推出的新一代RISC處理器，它是ARM新指令架構(gòu)——ARMv6的第一代設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，該處理器相對(duì)而言處于中低端。ARM公司在經(jīng)典處理器ARM11以后的產(chǎn)品改用Cortex命名，Cortex系列屬于ARMv7架構(gòu)，這是ARM公司最新的指令集架構(gòu)。ARM系列目前最新最先進(jìn)的指令集，對(duì)應(yīng)的就是ARMCortex-A8/A9系列（A9應(yīng)該算是改進(jìn)型ARMV7指令集）。相比較：Cortex-A8：指令集ARMv7-A，13級(jí)整數(shù)流水線，超標(biāo)量雙發(fā)射，2.0DMIPS/MHz，標(biāo)配Neon，不支持多核Cortex-A9：指令集ARMv7-A，8級(jí)整數(shù)流水線，超標(biāo)量雙發(fā)射，亂序執(zhí)行，2.5DMIPS/MHz，可選配Neon/VFPv3，支持多核主流的智能手機(jī)CPU

德州儀器（TI）德州儀器

(TI)?公司的開(kāi)放式多媒體應(yīng)用平臺(tái)OMAP(OpenMultimediaApplicationPlatform)是一種為滿足移動(dòng)多媒體信息處理及無(wú)線通信應(yīng)用開(kāi)發(fā)出來(lái)的高性能、高集成度嵌入式處理器。目前市場(chǎng)上手機(jī)主要有德州儀器的OMAP3XXX、OMAP4XXX和OMAP5XXX三個(gè)系列型號(hào)工藝頻率CPUDSPGPUIVA?分辨率OMAP341065nm600MHzARMCortex-A8TMS320C64x無(wú)IVA2QVGAOMAP342065nm600MHzARMCortex-A8TMS320C64xPowerVRSGX530IVA2VGAOMAP343065nm600MHzARMCortex-A8TMS320C64xPowerVRSGX530IVA2+XGAOMAP344065nm800MHzARMCortex-A8TMS320C64xPowerVRSGX530IVA2+XGAOMAP361045nm720MHzARMCortex-A8TMS320C64x無(wú)IVA2XGA/WXGAOMAP362045nm720MHzARMCortex-A8TMS320C64xPowerVRSGX530IVA2XGA/WXGAOMAP363045nm720MHzARMCortex-A8TMS320C64xPowerVRSGX530IVA2+XGA/WXGAOMAP364045nm1.0GHzARMCortex-A8TMS320C64xPowerVRSGX530IVA2+XGA/WXGA摩托羅拉DroidX、Droid2/里程碑2、Defy/ME525、Defy+，ARCHOS7，諾基亞N9等處理器型號(hào)制造工藝最大頻率CPUGPU視頻性能(3D)OMAP443045nm1.0GHzDual-CoreARMCortex-A9PowerVRSGX540@304MHz720p立體3DOMAP446045nm1.5GHzDual-CoreARMCortex-A9PowerVRSGX540@384MHz1080p立體3DOMAP447045nm1.8GHzDual-CoreARMCortex-A9PowerVRSGX544@384MHz1080p立體3DOMAP4460的代表產(chǎn)品有摩托羅拉

DroidRAZR，GALAXYNexus，華為AscendP1S，夏普Aquos104SH，智器T20等處理器型號(hào)制造工藝最大頻率CPUGPU內(nèi)存支持OMAP543028nm2.0GHz雙核ARMCortex-A15MPPOWERVR?SGX544-MPx2xLPDDR2OMAP543228nm2.0GHz雙核ARMCortex-A15MPPOWERVR?SGX544-MPx2xDDR3/DDR3L高通美國(guó)高通公司以其CDMA（碼分多址）數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，開(kāi)發(fā)并提供富于創(chuàng)意的數(shù)字無(wú)線通信產(chǎn)品和服務(wù)。Snapdragon（中文品牌驍龍）是高通公司推出的面向移動(dòng)市場(chǎng)的高度集成化的處理器系列平臺(tái)，覆蓋高中低各層次終端產(chǎn)品，全球大多數(shù)知名移動(dòng)終端廠商都是“驍龍”的客戶,目前市場(chǎng)上常見(jiàn)的手機(jī)CPU有高通驍龍S1、S2、S3和S4的四個(gè)系列。處理器型號(hào)工藝CPUGPUModemDSPMSM8960Pro28nm1.5~1.7GHzDualKraitAdreno320WorldModeHexagonQDSP6500MHzAPQ806428nm1.5~1.7GHzDualKraitAdreno320NoModemHexagonQDSP6500MHzMPQ806428nm1.5GHzQuadKraitAdreno225NoModemHexagonQDSP6500MHzMSM896028nm1.5~1.7GHzDualKraitAdreno225WorldModeHexagonQDSP6500MHzMSM8660A28nm1.5~1.7GHzDualKraitAdreno225CMDA/UMTSHexagonQDSP6500MHzMSM8260A28nm1.5~1.7GHzDualKraitAdreno225UMTSHexagonQDSP6500MHzAPQ8060A28nm1.5~1.7GHzDualKraitAdreno225NoModemHexagonQDSP6500MHzMSM893028nm1.2GHzDualKraitAdreno305WorldModeHexagonQDSP6500MHzMSM863028nm1.2GHzDualKraitAdreno305CDMA/UMTSHexagonQDSP6500MHzMSM823028nm1.2GHzDualKraitAdreno305UMTSHexagonQDSP6500MHzAPQ803028nm1.2GHzDualKraitAdreno305NoModemHexagonQDSP6500MHzMSM862728nm1GHzDualKraitAdreno305CDMA/UMTSHexagonQDSP6500MHzMSM822728nm1GHzDualKraitAdreno305UMTSHexagonQDSP6500MHzMSM86251GHzDualARMCortex-A5Adreno203CDMA/UMTSHexagonQDSP5350MHzMSM82251GHzDualARMCortex-A5Adreno203UMTSHexagonQDSP5350MHz使用SnapdragonS4處理器的代表產(chǎn)品有索尼LT29i，HTCOneS等三星Exynos2011年2月，三星電子正式將自家基于ARM構(gòu)架處理器品牌命名為Exynos三星其實(shí)很久以前就開(kāi)始為自家的設(shè)備研發(fā)處理器，一些芯片也用在其它品牌的設(shè)備上，例如蘋(píng)果前三代iPhone。

代表產(chǎn)品有三星GalaxyTab7.7、Galaxy