專題1-嵌入式系統(tǒng)

嵌入式系統(tǒng)概述本章內(nèi)容簡(jiǎn)介1.嵌入式系統(tǒng)和嵌入式操作系統(tǒng)的概況2.講述嵌入式Linux操作系統(tǒng)的一些特征3.簡(jiǎn)單介紹了嵌入式Linux的特殊開(kāi)發(fā)環(huán)境，并說(shuō)明了嵌入式Linux系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的特點(diǎn)。

通過(guò)本章內(nèi)容的學(xué)習(xí)，應(yīng)該對(duì)嵌入式Linux系統(tǒng)有一個(gè)整體的認(rèn)識(shí)，并能理解嵌入式Linux開(kāi)發(fā)的要點(diǎn)，對(duì)后面內(nèi)容的學(xué)習(xí)有一個(gè)宏觀的思路。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展電子數(shù)字計(jì)算機(jī)誕生于1946年

20世紀(jì)70年代微處理器出現(xiàn)

將微型機(jī)嵌入到一個(gè)對(duì)象體系中

2004年“勇氣號(hào)”再次登陸火星

將微型計(jì)算機(jī)經(jīng)電氣加固、機(jī)械加固，并配置各種外圍接口電路，安裝到火星探測(cè)器中，負(fù)責(zé)控制探測(cè)器的飛行、狀態(tài)監(jiān)測(cè)等功能。

這樣一來(lái)，計(jì)算機(jī)便失去了原來(lái)的形態(tài)與通用的計(jì)算功能。為了區(qū)別于原有的通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，就把嵌入到對(duì)象體系中，實(shí)現(xiàn)對(duì)對(duì)象體系智能化控制的計(jì)算機(jī)，稱做嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。定義

嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，且軟硬件可裁減，對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)的三個(gè)基本要素①嵌入性：是指嵌入到對(duì)象系統(tǒng)中，滿足對(duì)象系統(tǒng)的環(huán)境要求，如物理環(huán)境(小型)、電氣環(huán)境(可靠)、成本(價(jià)廉)等要求。②專用性：嵌入式系統(tǒng)的軟、硬件可裁剪，滿足對(duì)象要求的最小軟、硬件配置等。③計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：嵌入式系統(tǒng)必須是能滿足對(duì)象系統(tǒng)控制要求的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，這樣的計(jì)算機(jī)必須配置有與對(duì)象系統(tǒng)相適應(yīng)的接口電路。嵌入式系統(tǒng)組成

本書(shū)所指的嵌入式系統(tǒng)是嵌入式系統(tǒng)的高端應(yīng)用，其組成包括硬件和軟件兩大部分，其結(jié)構(gòu)如圖所示。1.硬件層

硬件層由嵌入式處理器、存儲(chǔ)器系統(tǒng)、通用設(shè)備接口和I/O接口(如A/D、D/A、I/O等)組成。在一片嵌入式微處理器基礎(chǔ)上增加電源電路、時(shí)鐘電路和存儲(chǔ)器電路(ROM和SDRAM等)，就構(gòu)成了七個(gè)嵌入式核心控制模塊。其中，操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序都可以固化在ROM中。2.中間層

中間層也稱為硬件抽象層或板極支持包，它把系統(tǒng)軟件與底層硬件部分隔離。板極支持包對(duì)上具有操作系統(tǒng)相關(guān)性，對(duì)下具有硬件相關(guān)性。設(shè)計(jì)一個(gè)完整的中間層需要完成兩部分工作：

①嵌入式系統(tǒng)的初始化，它包括片級(jí)初始化、板級(jí)初始化和系統(tǒng)級(jí)初始化。②設(shè)計(jì)硬件相關(guān)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)。3.軟件層

軟件層由實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)(RTOS)、文件系統(tǒng)、圖形用戶接口(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)；是一段嵌入式目標(biāo)代碼中的程序，系統(tǒng)復(fù)位后首先執(zhí)行，相當(dāng)于用戶的主程序，用戶的其他應(yīng)用程序都建立在RTOS之上；是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)核，它將CPU時(shí)鐘、中斷、I/O、定時(shí)器等資源都封裝起來(lái)，留給用戶的是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的API函數(shù)接口。4.功能層與執(zhí)行裝置

功能層由基于RTOS開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序組成，用來(lái)完成對(duì)被控對(duì)象的控制功能。功能層是面向被控制對(duì)象和用戶的，為方便用戶操作，往往需要提供一個(gè)友好的人機(jī)界面。執(zhí)行裝置是指那些可以接受嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)發(fā)出控制命令，執(zhí)行所規(guī)定的操作或任務(wù)的設(shè)備和裝置。在不同應(yīng)用領(lǐng)域中，嵌入式系統(tǒng)的執(zhí)行裝置一般是不同的，應(yīng)該根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)合和系統(tǒng)所要求實(shí)現(xiàn)的功能選擇不同的設(shè)備和執(zhí)行裝置。

為了更好地理解嵌入式系統(tǒng)的組成，將其與PC機(jī)的組成進(jìn)行了比較，如表所示。

嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)

從上述嵌入式系統(tǒng)定義、組成及與PC機(jī)的比較可看出嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用有如下一些特點(diǎn)：1.專用性強(qiáng)

由于嵌入式系統(tǒng)通常是面向某個(gè)特定應(yīng)用的，因此嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件，尤其是軟件，都是為特定用戶群設(shè)計(jì)的，它通常都具有某種專用性的特點(diǎn)。2.實(shí)時(shí)性好

目前，嵌入式系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)過(guò)程控制、數(shù)據(jù)采集、傳輸通信等場(chǎng)合，因?yàn)橹饕脕?lái)對(duì)宿主對(duì)象進(jìn)行控制，所以都對(duì)嵌入式系統(tǒng)有或多或少的實(shí)時(shí)性要求。3.可裁剪性好

從嵌入式系統(tǒng)專用性的特點(diǎn)來(lái)看，作為嵌入式系統(tǒng)的供應(yīng)者，理應(yīng)提供各式各樣的硬件和軟件以供選用。但是這樣做勢(shì)必會(huì)提高產(chǎn)品的成本。為了既不提高成本，又滿足專用性的需要，嵌入式系統(tǒng)的供應(yīng)者必須采取相應(yīng)措施使產(chǎn)品在通用和專用之間進(jìn)行某種平衡。

目前的做法是，把嵌入式系統(tǒng)硬件和操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)成可裁剪的，以便使嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要來(lái)量體裁衣，去除冗余，從而使系統(tǒng)在滿足應(yīng)用要求的前提下達(dá)到最精簡(jiǎn)的配置。4.可靠性高

由于有些嵌入式系統(tǒng)所承擔(dān)的計(jì)算任務(wù)涉及產(chǎn)品質(zhì)量、人身設(shè)備安全、國(guó)家機(jī)密等重大事務(wù)，加之有些嵌入式系統(tǒng)的宿主對(duì)象要工作在無(wú)人值守的場(chǎng)合，例如危險(xiǎn)性高的工業(yè)環(huán)境中、內(nèi)嵌有嵌入式系統(tǒng)的儀器儀表中、人際罕至的氣象檢測(cè)系統(tǒng)中以及為偵察敵方行動(dòng)的小型智能裝置中等。因此與普通系統(tǒng)相比較，對(duì)嵌入式系統(tǒng)可靠性的要求極高。5.功耗低

由于有很多嵌入式系統(tǒng)的宿主對(duì)象都是一些小型應(yīng)用系統(tǒng)，例如移動(dòng)電話、PDA、MP3、飛機(jī)、艦船、數(shù)碼相機(jī)等，這些設(shè)備不可能配備容量較大的電源，因此低功耗一直是嵌入式系統(tǒng)追求的目標(biāo)。當(dāng)然，為了降低系統(tǒng)的功耗，嵌入式系統(tǒng)中的軟件一般不存儲(chǔ)在磁盤(pán)等載體中，而都固化在存儲(chǔ)器芯片或單片系統(tǒng)的存儲(chǔ)器之中。嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域嵌入式應(yīng)用信息家電智能玩具軍事電子通信設(shè)備移動(dòng)存貯工控設(shè)備智能儀表汽車電子網(wǎng)絡(luò)設(shè)備消費(fèi)電子軍事國(guó)防電子商務(wù)網(wǎng)絡(luò)工業(yè)控制goReaderInterneteBookSamsungAnyWebInternetScreenPhoneeRemoteIntelligentHomeControllerTektronixTDS7000DigitalOscilloscopesNixvueDigitalAlbumDigitalPhotoAlbum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。嵌入式視頻服務(wù)器現(xiàn)代化家庭嵌入式Internet應(yīng)用嵌入式系統(tǒng)在信息家電中的應(yīng)用信息家電(InformationAppliance）一般可認(rèn)為，那些低單價(jià)、操作簡(jiǎn)單、可通過(guò)因特網(wǎng)發(fā)送或獲取信息，將逐步分割或替代PC的某些功能，并能與其它信息產(chǎn)品交換資料或訊息的產(chǎn)品可統(tǒng)稱為信息家電。信息家電的分類及特點(diǎn)信息家電的分類網(wǎng)絡(luò)電視（NetTV）網(wǎng)上游戲機(jī)（Internetgamingdevice）智能掌上型設(shè)備(Internetsmarthandhelddevice)網(wǎng)絡(luò)電話（InternetscreenPhone）ConsumerNCclient等。信息家電技術(shù)特點(diǎn)處理器發(fā)展趨向低成本、高整合性與低耗能。整合數(shù)字與模擬處理的技術(shù)。較PC更強(qiáng)調(diào)通訊能力。利用軟件增加產(chǎn)品的差異性(高附加價(jià)值的關(guān)鍵)典型的信息家電產(chǎn)品信息家電定義代表性產(chǎn)品網(wǎng)絡(luò)電視具有機(jī)頂盒或內(nèi)建網(wǎng)絡(luò)連接的電視MicrosoftWebTV網(wǎng)絡(luò)可視電話具有集成網(wǎng)絡(luò)接入的屏幕電話InfoGeariPhone網(wǎng)絡(luò)游戲機(jī)具有集成網(wǎng)絡(luò)接入的游戲操縱臺(tái)SegaDreamcast網(wǎng)絡(luò)智能手持器件蜂窩電話、個(gè)人數(shù)據(jù)助理（PDA）和其它集成網(wǎng)絡(luò)接入的便攜式器件3ComPalmAT&TPocketNetPhoneNokia9000,9000I,9110,7110NC委托（clients）提供網(wǎng)絡(luò)接入以及能下載應(yīng)用軟件的器件IBMNetStationPC-中間器件通過(guò)PC接入網(wǎng)絡(luò)以下載內(nèi)容的器件DIAMONMultimediaRioPlayerNuvomediaRockete-BookAudibleMobilePlayerSource:IDC,Hambrecht&Quist信息家電——數(shù)字機(jī)頂盒汽車電子產(chǎn)品（18個(gè)嵌入式控制模塊）——CAN總線網(wǎng)絡(luò)VOLVOS80汽車的CAN總線網(wǎng)絡(luò)

嵌入式應(yīng)用——汽車電子智能玩具與機(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)阿富汗參加反恐作戰(zhàn)的“赫耳墨斯”價(jià)值4萬(wàn)美元，可攜帶2架攝像機(jī)，發(fā)揮了很好作用。軍事偵察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。反恐防暴微