2022年嵌入式系统.docx

精品学习资源嵌入式系统* 学院 *专业 *级* 班 *学号 *摘要： 虽然嵌入式系统是近几年才风行起来的，但是这个概念并非新近才显现；嵌入式系统产生于微型机时代，经受了漫长的进展道路；给嵌入式系统寻求科学的定义，必需明白嵌入式系统的组成及进展；信息时代，数字时代使得嵌入式产品获得了庞大的进展契机，为嵌入式市场呈现了美好的前景，同时也对嵌入式生产厂商提出了新的挑战；关键词： 嵌入式系统，实时操作系统，嵌入式微处理器，单片机1 引言目前，在嵌入式系统应用领域中，不少人对什么是嵌入式系统不甚明白；有些人搞了十多年的单片机应用，不知道单片机就是一个最典型的嵌入式系统；也有些人在说明什么是嵌入式系统时，不是从定义动身，而是列举了嵌入式系统的一些特点，往往不知所云；因此，有必要从现代运算的进展历史，明白嵌入式系统的由来，从学科建设的角度来探讨嵌入式系统较为精确的定义；2 嵌入式系统的简介IEEE国际电气和电子工程师协会对嵌入式系统的定义：嵌入式系统是“掌握、监视或者帮助装置、机器和设备运行的装置” ；这主要是从应用对象上加以定义，从中可以看出嵌入式系统是软件和硬件的综合体，仍可以涵盖机械等附属装置；国内普遍认同的嵌入式系统定义：以应用为中心，以电脑技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、牢靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用电脑系统；广义上讲，但凡带有微处理器的专用软硬件系统都可称为嵌入式系统；如各类单片机和 DSP系统；这些系统在完成较为单一的专业功能时具有简洁高效的特点；但由于他们没有操作系统，治理系统硬件和软件的才能有限，在实现复杂多任务功能时，往往困难重重，甚至无法实现；从狭义上讲，那些使用嵌入式微处理器构成独立系统，具有自己操作系统，具有特定功能，用于特定场合的专用软硬件系统称为嵌入式系统；3 嵌入式系统的几个重要特点1系统内核小：由于嵌入式系统一般是应用于小型电子装置的，系统资源相对有限，所以内核较之传统的操作系统要小得多；2专用性强：嵌入式系统的个性化很强，其中的软件系统和硬件的结合特别紧密，一般要针对硬件进行系统的移植；即使在同一品牌、同一系列的产品中也需要依据系统硬件的变化和增减不断进行修改；同时针对不同的任务，往往需要对系统进行较大更换，程序的编译欢迎下载精品学习资源下载要和系统相结合，这种修改和通用软件的“升级”是完全不同的概念；3系统精简：嵌入式系统一般没有系统软件和应用软件的明显区分，不要求其功能设计及实现上过于复杂，这样一方面利于掌握系统成本，同时也利于实现系统安全；4高实时性 OS：这是嵌入式软件的基本要求，而且软件要求固态储备，以提高速度；软件代码要求高质量和高牢靠性、实时性；5嵌入式软件开发走向标准化：嵌入式系统的应用程序可以没有操作系统直接在芯片上运行；为了合理地调度多任务、利用系统资源、系统函数以及和专家库函数接口，用户必需自行选配开发平台，这 样才能保证程序执行的实时性、牢靠性，并削减开发时间，保证软件质量；6嵌入式系统需要开发工具和环境：由于其本身不具备自主开发才能，即使设计完成以后，用户通常也是不能对其中的程序功能进行修改，必需有一套开发工具和环境才能进行开发；这些工具和环境一般是基于通用电脑上的软硬件设备以及各种规律分析仪、混合信号示波器等；开发时往往有主机和目标机的概念，主机用于程序的开发，目标机作为最终的执行机，开发时需要交替结合进行；4 嵌入式系统的组成嵌入式系统由嵌入式硬件与嵌入式软件组成；嵌入式硬件以芯片、模板、组件、掌握器形式埋藏于设备内部；嵌入式软件是实时多任务操作系统和各种专用软件，一般固化在ROM或闪存中；嵌入式系统软硬兼施，融为一体，成为产品，但在开发过程中需要一些开发工具进行帮助开发；欢迎下载精品学习资源功能层软件层文件系统应用程序图形用户接口任务治理欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源中间层实时操作系统 RTOS BSP/HAL硬件抽象层 / 板极支持包欢迎下载精品学习资源硬件层D/A A/D I/O嵌入式微处理器人机交互接口嵌入式运算机系统通用接口ROM SDRAM欢迎下载精品学习资源图 1 嵌入式系统的整体架构欢迎下载精品学习资源5 嵌入式系统的关联概念嵌入式系统中有很多特别重要的概念： 实时操作系统实时操作系统是嵌入式系统目前最主要的组成部分；依据操作系统的工作特性，实 时是指物理进程的真实时间；实时操作系统具有实时性，能从硬件方面支持实时掌握系 统工作的操作系统；其中实时性是第一要求，需要调度一切可利用的资源完成实时掌握 任务，其次才着眼于提高电脑系统的使用效率， 重要特点是要满意对时间的限制和要求；嵌入式处理器嵌入式处理器是嵌入式系统的核心，是掌握、帮助系统运行的硬件单元；范畴极其 宽阔，从最初的 4 位处理器，目前仍在大规模应用的8 位单片机，到最新的受到广泛青睐的 32 位， 64 位嵌入式 CPU；嵌入式微掌握器（ MCU ）嵌入式 DSP处理器DSP嵌入式处理器嵌入式微处理器MPU嵌入式片上可编程系统SOPC欢迎下载精品学习资源嵌入式微处理器图 2 嵌入式处理器欢迎下载精品学习资源嵌入式微处理器就是和通用电脑的微处理器对应的CPU；在应用中，一般是将微处理器装配在特地设计的电路板上，在母板上只保留和嵌入式相关的功能即可，这样可以 满意嵌入式系统体积小和功耗低的要求；分时操作系统对于分时操作系统，软件的执行在时间上的要求，并不严格，时间上的错误，一般不会造成灾难性的后果；目前分时系统的强项在于多任务的治理，而实时操作系统的重要特点是具有系统的可确定性， 即系统能对运行情形的最好和最坏等的情形能做出精确的估量；多任务操作系统欢迎下载精品学习资源多任务操作系统支持多任务治理和任务间的同步和通信，传统的单片机系统和DOS 系统等对多任务支持的功能很弱，而目前的Windows是典型的多任务操作系统；在嵌入 式应用领域中，多任务是一个普遍的要求；6 进展趋势信息时代，数字时代使得嵌入式产品获得了庞大的进展契机，为嵌入式市场呈现了美好的前景，同时也对嵌入式生产厂商提出了新的挑战，从中我们可以看出将来嵌入式系统的几大进展趋势：1嵌入式开发是一项系统工程，因此要求嵌入式系统厂商不仅要供应嵌入式软硬件系统本身，同时仍需要供应强大的硬件开发工具和软件包支持；目前很多厂商已经充分考虑到这一点，在主推系统的同时，将开发环境也作为重点推广；比方三星在推广 Arm7，Arm9芯片的同时仍供应开发板及支持包 BSP，而 WindowCE在主推系统时也供应Embedded VC+作+ 为开发工具，仍有 Vxworks 的 Tonado 开发环境， DeltaOS 的 Limda 编译环境等等都是这一趋势的典型表达；当然，这也是市场竞争的结果；2网络化、信息化的要求随着因特网技术的成熟、带宽的提高日益提高，使得以往单一功能的设备如、冰箱、微波炉等功能不再单一，结构更加复杂；这就要求芯片设计厂商在芯片上集成更多的功能，为了满意应用功能的升级，设计师们一方面采纳更强大的嵌入式处理器如32 位、64 位 RISC芯片或信号处理器 DSP增强处理才能，同时增加功能接口，如USB，扩展总线类型，如 CAN BU，S 加强对多媒体、图形等的处理，逐步实施片上系统SOC的概念；软件方面采纳实时多任务编程技术 和交叉开发工具技术来掌握功能复杂性，简化应用程序设计、保证软件质量和缩短开发周期；3网络互联成为必定趋势；将来的嵌入式设备为了适应网络进展的要求， 必定要求硬件上供应各种网络通信接口；传统的单片机对于网络支持不足， 而新一代的嵌入式处理器已经开头内嵌网络接口， 除了支持 TCP/IP 协议，仍有的支持 IEEE1394、USB、CAN、Bluetooth或 IrDA 通信接口中的一种或者几种，同时也需要供应相应的通信组网协议软件和物理层驱动软件；软件方面系统内核支持网络模块，甚至可以在设备上嵌入Web浏览器，真正实现随时随地用各种设备上网；4精简系统内核、算法，降低功耗和软硬件成本；将来的嵌入式产品是软硬件紧密结合的设备，为了减低功耗和成本，需要设计者尽量精简系统内核，只保留和系统功能紧密相关的软硬件，利用最低的资源实现最适当的功能，这就要求设计者选用最正确的编程模型和不断改良算法，优化编译器性能；因此， 既要软件人员有丰富的硬件学问， 又需要进展先进嵌入式软件技术， 如 Java、Web和 WAP 等；5供应友好的多媒体人机界面嵌入式设备能与用户亲热接触，最重要的因素就是它能供应特别友好的用户界面；图像界面，敏捷的掌握方式，使得人们感觉嵌入式设备就象是一个熟识的老伴侣；这方欢迎下载精品学习资源面的要求使得嵌入式软件设计者要在图形界面， 多媒体技术上痛下苦功； 手写文字输入、语音拨号上网、收发电子邮件以及彩色图形、图像都会使使用者获得自由的感受；目前一些先进的 PDA在显示屏幕上已实现汉字写入、短消息语音发布，但一般的嵌入式设备距离这个要求仍有很长的路要走；7 小结随着信息化，智能化，网络化的进展，嵌入式系统技术也将获得宽阔的进展空间；今日嵌入式系统带来的工业年产值已超过了1 万亿美元，在国内，虽然嵌入式应用、开发很广，但该领域却几乎仍是空白，只有三两家公司和极少数人员在从事这方面工作；由此可见，嵌入式系统技术进展的空间是无比宽阔的；信息时代，数字时代使得嵌入式产品获得了庞大的进展契机，为嵌入式市场呈现了美好的前景， 同时也对嵌入式生产厂商提出了新的挑战.但我们信任， 在不久的将来， 嵌入式系统肯定会得到更广泛更有效的应用；参考文献嵌入式处理器分类与现状吕京建 肖海桥DSP进展应用纵横谈戴 敏百度文库欢迎下载