嵌入式系统概述

嵌入式系统概述嵌入式系统是一种专门设计用于控制某个特定任务的计算机系统。

它通常以微处理器为核心，集成了软件和硬件组件，用于实时控制、监测和交互。

由于嵌入式系统直接嵌入在所控制的设备中，因此它们的体积小、功耗低，并且具有高度的可靠性和实时性。

本文将从嵌入式系统的定义、应用领域以及未来发展的趋势等几个方面对嵌入式系统进行概述和介绍。

1. 嵌入式系统的定义嵌入式系统是一种被嵌入在目标设备中的计算机系统，其目的是实现特定任务或控制设备的功能。

与传统计算机系统相比，嵌入式系统往往具有更小的体积、更低的功耗和更高的可靠性。

它们用于各种领域，包括消费电子、医疗设备、汽车、航空航天和工业控制等。

2. 嵌入式系统的应用领域嵌入式系统广泛应用于各个领域，以下是几个典型的应用领域：2.1 消费电子嵌入式系统在消费电子产品中发挥着重要作用，如智能手机、平板电脑和智能家居设备等。

这些设备需要处理复杂的任务，如多媒体播放、图形处理和无线通信等。

2.2 医疗设备医疗设备中的嵌入式系统用于监测和控制患者的生命体征，并协助医生进行诊断和治疗。

这些设备对实时性和可靠性的要求非常高，如心电图仪、血压仪和呼吸机等。

2.3 汽车现代汽车中的嵌入式系统功不可没，它们控制着车辆的引擎、安全系统和娱乐系统等。

嵌入式系统在实时监测车辆性能、提升安全性能和提供导航服务等方面发挥着重要作用。

2.4 航空航天航空航天领域依赖于高度可靠的嵌入式系统来驱动和控制飞机、卫星和导弹等。

这些系统必须具有高度的安全性和实时性，以确保飞行器的稳定性和准确性。

2.5 工业控制工业控制中的嵌入式系统用于监控和控制生产过程。

它们可以实现自动化的生产线，并提高效率和质量。

嵌入式系统在工业领域中的应用非常广泛，如机器人、传感器和自动化仪表等。

3. 嵌入式系统的未来发展趋势随着科技的不断发展，嵌入式系统也在不断演进和改进。

以下是嵌入式系统未来的发展趋势：3.1 物联网物联网是未来嵌入式系统的一个重要方向。

第一章嵌入式系统概述1.嵌入式系统的概念从技术的角度概念：以应用为中心、以运算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、靠得住性、本钱、体积、功耗严格要求的专用运算机系统。

从系统的角度概念：嵌入式系统是设计完成复杂功能的硬件和软件，并使其紧密耦合在一路的运算机系统。

术语嵌入式反映了这些系统一般是更大系统中的一个完整的部份，称为嵌入的系统。

嵌入的系统中能够共存多个嵌入式系统。

2.嵌入式处置器的分类①嵌入式微处置器；②嵌入式微控制器；③嵌入式DSP处置器；④嵌入式片上系统（SOC）3.嵌入式操作系统的大体概念及特点一般实时操作系统应用于实时处置系统的上位机和实时查询系统等实时性较弱的实时系统，而且提供了开发、调试、运用一致的环境。

嵌入式实时操作系统应用于实时性要求高的实时控制系统，而且应用程序的开发进程是通过交叉开发来完成的，即开发环境与运行环境是不一致。

嵌入式实时操作系统具有规模小(一般在几K～几十K 内)、可固化利用实时性强(在毫秒或微秒数量级上)的特点4.实时操作系统的大体概念及特点总的来讲实时操作系统是事件驱动的，能对来自外界的作用和信号在限定的时刻范围内作出响应。

它强调的是实时性、靠得住性和灵活性, 与实时应用软件相结合成为有机的整体起着核心作用, 由它来管理和协调各项工作,为应用软件提供良好的运行软件环境及开发环境。

从实时系统的应用特点来看实时操作系统能够分为两种：一般实时操作系统和嵌入式实时操作系统IEEE 的实时UNIX分委会以为实时操作系统应具有以下的几点:异步的事件响应；切换时刻和中断延迟时刻肯定；优先级中断和调度；抢占式调度；内存锁定；持续文件；同步；5.操作系统的内核有哪两种，各自的特点①非占先式内核：非占先式内核要求每一个任务自我舍弃CPU 的所有权。

非占先式调度法也称作合作型多任务，各个任务彼此合作共享一个CPU。

异步事件仍是由中断服务来处置。

中断服务能够使一个高优先级的任务由挂起状态变成就绪状态。

嵌入式系统的概念、特点、组成与应用场合一、嵌入式系统的概念嵌入式系统是一种以特定功能为目的，嵌入在具有其他功能的系统中的计算机系统。

它是由软件和硬件组成的，并提供特定的功能。

嵌入式系统通常具有较小的体积、较低的功耗、高可靠性和实时性。

二、嵌入式系统的特点1. 实时性：嵌入式系统能够在规定的时间内完成任务，具有高实时性要求。

2. 可靠性：嵌入式系统必须具有高可靠性，以保证系统在各种环境下运行正常。

3. 高效性：嵌入式系统的硬件和软件一般都是专门为实现特定功能而设计的，能够在有限的资源下实现高效率的工作。

4. 稳定性：嵌入式系统要求具有稳定的运行环境，不受外界干扰。

5. 硬件与软件结合：嵌入式系统由硬件和软件两部分组成，两者相互结合，形成一个整体。

三、嵌入式系统的组成1. 微处理器/微控制器：是嵌入式系统的核心，负责控制和处理系统的各种任务。

2. 存储器：包括闪存、RAM、ROM等，用于存储程序代码和数据。

3. 输入/输出设备：包括键盘、鼠标、显示器、打印机等，用于人机交互。

4. 通信接口：通信接口是嵌入式系统与其他设备通信的接口，包括串口、并口、USB、以太网等。

5. 电源系统：提供系统所需的电能，包括直流电源、充电电路、电池等。

四、嵌入式系统的应用场合1. 工业自动化：用于控制生产线和机器人等自动化设备。

2. 汽车电子：用于汽车电子控制单元（ECU）等系统中，包括发动机管理、车身控制、安全系统等。

3. 医疗设备：用于病人监护、诊断和治疗等方面。

4. 家庭电器：如电视、洗衣机、冰箱、电烤箱、热水器等。

5. 智能手机和平板电脑：用于智能手机和平板电脑中的各种功能，如拍照、视频、通话、应用程序等。

6. 空间探测器：用于测量和探测星球、行星等宇宙环境。

7. 军事设施：用于导弹控制、雷达目标跟踪、GPS等。

总之，嵌入式系统是一种以特定功能为目的，嵌入在具有其他功能的系统中的计算机系统。

它具有实时性、可靠性、高效性、稳定性等特点，由微处理器/微控制器、存储器、输入/输出设备、通信接口、电源系统等组成，广泛应用于工业自动化、汽车电子、医疗设备、家庭电器、智能手机和平板电脑、空间探测器、军事设施等领域。

什么是嵌入式系统嵌入式系统（Embedded System）是指集成计算机科学和电子工程技术于一体的计算机系统，用于控制电子设备、仪器仪表、机械设备等。

它不同于个人电脑或服务器这样的通用计算机系统，而是被特定应用领域专用的计算机系统。

嵌入式系统通常由硬件和软件两部分组成。

硬件部分由处理器、存储器、输入输出接口、传感器等组成，而软件部分则由操作系统、驱动程序和应用软件等组成。

嵌入式系统的核心特点是具有实时性、可靠性和稳定性。

嵌入式系统的应用领域非常广泛。

从家用电器、车辆、通信设备到工业控制、医疗器械、航空航天等，几乎所有需要自动化控制或数据处理的领域都离不开嵌入式系统。

例如，智能手机就是一种嵌入式系统，它集成了处理器、存储器、传感器和操作系统等多种组件，能够实现通信、计算、娱乐等多种功能。

嵌入式系统与通用计算机系统相比，最大的区别在于其应用对象和环境的特殊性。

嵌入式系统通常被嵌入到其他设备中，与特定的硬件和软件进行紧密的集成，从而实现特定的任务。

同时，嵌入式系统在设计上需要考虑功耗、体积、成本等方面的限制，因为嵌入式系统往往需要长时间运行，所以更注重稳定性和可靠性。

嵌入式系统的开发过程包含硬件设计、软件开发和系统集成等多个环节。

硬件设计包括电路设计、电路板布线等工作，需要考虑电磁兼容、抗干扰等因素。

软件开发包括底层驱动程序的编写、应用程序的开发和系统的调试等工作，需要熟悉嵌入式系统的体系结构和相关开发工具。

系统集成则是将硬件和软件进行整合，进行功能测试和性能优化。

除了以上的技术挑战，嵌入式系统还面临着安全和隐私的问题。

由于嵌入式系统通常涉及到用户的个人数据和敏感信息，确保嵌入式系统的安全性和隐私保护成为一个重要的要求。

通过加密、认证、访问控制等技术手段，可以对嵌入式系统进行安全性评估和防护策略的制定。

值得一提的是，随着物联网的快速发展，嵌入式系统的重要性进一步凸显。

物联网将各种设备和物品通过互联网进行连接和交互，实现信息的传递和共享。

目录第1章嵌入式系统概述 (2)1.1 嵌入式系统概述 (2).嵌入式系统的定义 (2).嵌入式系统应用领域 (2).嵌入式系统特点 (3).嵌入式处理器——概述 (3)1.2 嵌入式处理器 (3).分类 (3).嵌入式处理器——嵌入式微处理器 (4).嵌入式处理器——嵌入式微控制器 (4).嵌入式处理器——嵌入式DSP处理器 (5).嵌入式处理器——嵌入式片上系统(SOC) (5)1.3 嵌入式操作系统 (5).概述 (5).嵌入式实时操作系统 (6).使用实时操作系统的必要性 (6).常见的嵌入式操作系统——嵌入式Linux (7)嵌入式系统概述嵌入式系统概述嵌入式系统的定义嵌入式系统是以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可剪裁、适应于对系统功能、可靠性、成本、体积、功耗等有严格要求的专用计算机系统。

这个定义主要包含两个信息，一是嵌入式系统是专用计算机系统，因此必须要有处理器，具备计算机系统的基本特征。

二是嵌入式系统的功能是有严格要求并按照指定的应用而设计的。

嵌入式系统应用领域根据嵌入式系统的应用领域有交通管理、工控设备、智能仪器、汽车电子、环境监测、电子商务、医疗仪器、移动计算、网络设备、通信设备、军事电子、机器人、智能玩具、信息家电等等。

主要的产品：网络设备：交换机、路由器、MODEM等。

·消费电子：手机、MP3、PDA 、可视电话、电视机顶盒、数字电视、数码照相机、数码摄像机、信息家电等。

·办公设备：打印机、传真机、扫描仪等。

·汽车电子：ABS防死锁刹车系统、车载GPS等。

·工业控制：各种自动控制设备。

·嵌入式系统的组成嵌入式系统一般由硬件层、中间层和软件层组成。

·硬件层硬件层包括嵌入式微处理器、存储器、通用设备接口和I/O接口。

在一片嵌入式处理器基础上添加电源电路、时钟电路和存储器电路，就构成了一个嵌入式核心控制模块。

嵌入式系统（Embedded System），一般指非桌面计算机系统（即非PC、服务器、大中小型机等），有计算机功能且可以“嵌入”到专用设备并发挥专用功能的计算机设备或器材。

它是以应用为中心，软硬件可裁减的，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等综合性严格要求的专用计算机系统。

简单地说，这种计算机通过和设备的电气连接，并通过在计算机上运行的专用程序对接口进行通讯和控制，使设备成为智能化的设备，比如：基于网络的工业控制器、带彩色显示的智能终端等。

嵌入式系统主要由嵌入式处理器为核心的硬件系统、嵌入式操作系统及应用软件系统等组成，它是可独立工作的“器件”。

一、嵌入式处理器为核心的硬件系统嵌入式系统的核心是嵌入式微处理器。

嵌入式微处理器一般就具备以下4个特点：1）对实时多任务有很强的支持能力，能完成多任务并且有较短的中断响应时间，从而使内部的代码和实时内核心的执行时间减少到最低限度。

2）具有功能很强的存储区保护功能。

这是由于嵌入式系统的软件结构已模块化，而为了避免在软件模块之间出现错误的交叉作用，需要设计强大的存储区保护功能，同时也有利于软件诊断。

3）可扩展的处理器结构，以能最迅速地开展出满足应用的最高性能的嵌入式微处理器。

4）嵌入式微处理器必须功耗很低，尤其是用于便携式的无线及移动的计算和通信设备中靠电池供电的嵌入式系统更是如此，如需要功耗只有mW甚至μW级。

嵌入式计算机系统同通用型计算机系统相比具有以下特点：1.嵌入式系统通常是面向特定应用的嵌入式CPU与通用型的最大不同就是嵌入式CPU大多工作在为特定用户群设计的系统中，它通常都具有低功耗、体积小、集成度高等特点，能够把通用CPU中许多由板卡完成的任务集成在芯片内部，从而有利于嵌入式系统设计趋于小型化，移动能力大大增强，跟网络的耦合也越来越紧密。

2.嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合后的产物。

这一点就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。