最新嵌入式系统研究与应用

嵌入式系统研究与应用嵌入式系统研究与应用进展姓名：陈木生班级：08自动化1 学号：200830460103摘要: 嵌入式系统是嵌入到对象体系中的专用计算机系统, 它具有自己的特点和优势。

该文介绍了嵌入式系统的应用、特点和体系结构, 论述了嵌入式系统的发展, 最后阐述了嵌入式系统的发展趋势以及已经应用实际的一些具体例子。

关键词: 嵌入式系统、发展、应用实例从计算机到1嵌入式系统的发展概述信息技术的使用和纳米微电子技术的突破，正有力推动着21 世纪工业生产、商业活动、科学实验和家庭生活等领域的自动化和信息化进程。

全过程自动化产品制造、大范围电子商务活动、高度协同科学实验以及现代化家庭起居，这就为计算机的发展带来前所未有的机遇。

以微处理器为核心的微型计算机以其小型、价廉、高可靠性特点, 迅速走向普及。

基于高速数值解算能力的微型机, 表现出的智能化水平引起了控制专业人士的兴趣, 要求将微型机嵌入到一个对象体系中, 实现对象体系的智能化控制。

这样一来, 计算机便失去了原来的形态及通用的计算机功能。

为了区别于原有的通用计算机系统, 把嵌入到对象体系中, 实现对象体系智能化控制的计算机, 称作嵌入式系统。

因此, 嵌入式系统诞生于微型机时代, 嵌入式系统的嵌入性本质是将一个计算机嵌入到一个对象体系中去。

由于嵌入式系统要嵌入到对象体系中, 实现的是对象的智能化控制, 因此, 它有着与通用计算机系统完全不同的技术要求与技术发展方向, 它是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术和各行业的具体运用相结合的产物。

随着以计算机和软件为核心的数字化技术的迅速发展, 多媒体技术与互联网Internet的应用迅速普及。

计算机﹑通讯﹑消费电子一体化的趋势日趋明显。

作为新型智能3C合一的嵌入式系统与技术进入智能化﹑网络化的发展阶段。

目前, 嵌入式系统在工业、农业、家庭等各个领域中的应用已越来越广。

2嵌入式系统的定义以及组成定义嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能，对可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。

它是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术和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。

嵌入式系统的组成和结构一个嵌入式系统装置一般都由嵌入式计算机系统和执行装置组成，如图1所示，嵌入式计算机系统是整个嵌入式系统的核心，由硬件层、中间层、系统软件层和应用软件层组成。

执行装置也称为被控对象，它可以接受嵌入式计算机系统发出的控制命令，执行所规定的操作或任务。

硬件层包含嵌入式微处理器、存储器、通用设备接口和I/O 接口（A/D、D/A、I/O等）。

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。

其中操作系统和应用程序都可以固化在ROM中。

硬件层与软件层之间为中间层，也称为硬件抽象层或板级支持包，将系统上层件与底层硬件分离开来，使系统的底层驱动程序与硬件无关，上层软件开发人员无需关心底层硬件的具体情况，根据中间层提供的接口即可进行开发。

该层一般包含相关底层硬件的初始化、数据的输入/输出操作和硬件设备的配置功能。

系统软件层由实时多任务操作系统、文件系统、图形用户接口、网络系统及通用组件模块组成。

嵌入式操作系统负责嵌入式系统的软件、硬件的资源分配、任务调度、控制协调。

应用软件层用来实现对被控对象的控制功能，由所开发的应用程序组成。

为方便用户操作，通常需要提供一个友好的人机界面。

嵌入式系统的嵌入性本质是将一个计算机嵌入到一个对象体系中去，这些是理解嵌入式系统的基本出发点。

由分立器件构成嵌入式系统设计使用各种独立的集成电路块（如处理器、RAM、ROM、译码逻辑、接口芯片、专用芯片等），通过印刷电路板上的走线相互连接，构成一个系统。

3嵌入式硬件系统嵌入式系统的硬件部分，包括处理器／微处理器、存储器及外设器件和1/0端口、图形控制器等。

嵌入式系统有别于一般的计算机处理系统，它不具备像硬盘那样大容量的存储介质，而大多使用EPROM、EEPROM或闪存(Flash Memory)作为存储介质。

软件部分包括操作系统软件（要求实时和多任务操作）和应用程序编程。

应用程序控制着系统的运作和行为；而操作系统控制着应用程序编程与硬件的交互作用。

3.1嵌入式处理器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具备4个特点：一是对实时和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操作系统的执行时间减少到最低限度；二是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；三是可扩展的处理器结构，以能迅速地扩展出满足应用的高性能的嵌入式微处理器：四是嵌入式微处理器的功耗必须很低，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，功耗只能为mW甚至μW 级。

3.2总线总线是指一组进行互连和传输信息（指令、数据和地址）的信号线，是连接系统各个部件的桥梁。

采用总线结构便于部件和设备的扩充，尤其是制定了统一的总线标准后更容易使不同的设备之间实现互连。

嵌入式系统的总线一般分为片内总线和片外总线。

片内总线就是嵌入式微处理器内的CPU与片内其他部件连接的总线：片外总线集成在嵌入式为处理器内或外接芯片扩展上，用于连接外部设备。

现在ARM的片内总线AMBA和片外总线PCI总线近几年已在嵌入式系统广泛应用。

3.3存储器嵌入式系统的存储器分三种：高速缓存Cache、主存（片内和片外）和外存。

高速缓冲存储器中存放的是当前使用最多的程序代码和数据，即主存中部分内容的副本。

主存是处理器能直接访问的存储器，用来存放系统和用户的程序和数据。

嵌入式系统的主存可位于处理器内和处理器外。

片内存储器存储容容量小、速度快；片外存储器容量大。

外存是处理器不能直接访问的存储器，用来存放用户的各种信息，容量大，存取速度相对于主存要慢的多，但它可以用来长期保存用户信息。

3.4输入，输出接口和设备嵌入式是面向应用的，不同的应用所需的接口和外设不同。

在嵌入式系统中通常大多数接口和部分外设已经集成到嵌入式处理器上，如Timer，RTC，UART，USB，A/D，D/A，DMA控制器和终端控制器等等。

4嵌入式软件系统嵌入式软件就是嵌入在硬件中的操作系统和开发工具软件，它在产业中的关联关系体现为：芯片设计制造一嵌入式系统软件一嵌入式电子设备开发、制造。

嵌入式软件与嵌入式系统是密不可分的，嵌入式系统是“控制、监视或者辅助设备、机器和车间运行的装置”，就是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。

它一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等四个部分组成，用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。

而嵌入式软件就是基于嵌入式系统设计的软件，它也是计算机软件的一种，同样由程序及其文档组成，可细分成系统软件、支撑软件、应用软件三类，是嵌入式系统的重要组成部分。

嵌入式软件是计算机软件的一种。

它有以下特点：规模小，开发难度大；快速启动，直接运行；实时性和可靠性高；程序一体化；开发平台和运行平台各不相同。

4.1嵌入式软件分类1)嵌入式操作系统：嵌入式操作系统EOS (Embedded Operating System)是一种用途广泛的系统软件，过去它主要应用于工业控制和国防系统领域。

现在国际上有名的嵌入式操作系统有Windows CE、Palm OS、Linux、VxWorks、pSOS、QNX、OS-9、LynxOS等，已进入我国市场的国外产品有WindRiver、Microsoft、QNX和Nuclear 等。

2)嵌入式支撑软件：支撑软件是用于帮助和支持软件开发的软件，通常包括数据库和开发工具，其中以数据库最为重要。

国际上主要的嵌入式移动数据库系统有Sybase、Oracle等。

3)嵌入式应用软件：嵌入式应用软件是针对特定应用领域，基于某一固定的硬件平台，用来达到用户预期目标的计算机软件。

4.2嵌入式软件的特点1)嵌入式软件具有独特的实用性。

嵌入式软件是为嵌入式系统服务的，这就要求它与外部硬件和设备联系紧密。

嵌入式系统以应用为中心，嵌入式软件是应用系统，根据应用需求定向开发，面向产业、面向市场，需要特定的行业经验。

每种嵌入式软件都有自己独特的应用环境和实用价值。

2）嵌入式软件应有灵活的适用性。

嵌入式软件通常可以认为是一种模块化软件，它应该能非常方便灵活的运用到各种嵌入式系统中，而不能破坏或更改原有的系统特性和功能。

首先它要小巧，不能占用大量资源；其次要使用灵活，应尽量优化配置，减小对系统的整体继承性，升级更换灵活方便。

3）嵌入式软件发展趋势进入20世纪90年代以来，以计算机技术、通信技术和软件技术为核心的信息技术取得了更加迅猛的发展，各种装备与设备上嵌入式计算与系统的广泛应用大大地推动了行业的渗透性应用。

嵌入式系统被描述为：“以应用为中心、软件硬件可裁剪的、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格综合性要求的专用计算机系统”，由嵌入式硬件和嵌入式软件两部分组成。

硬件是支撑，软件是灵魂，几乎所有的嵌入式产品中都需要嵌入式软件来提供灵活多样、而且应用特制的功能。

由于嵌入式系统应用广泛，嵌入式软件在整个软件产业中占据了重要地位，并受到世界各国的广泛关注；如今已成为信息产业中最为耀眼的“明星”之一。

5嵌入式系统的特点系统内核小。

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。

比如Enea公司的OSE分布式系统，内核只有5K。

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非常紧密，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根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改。

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，这样一方面利于控制系统成本，同时也利于实现系统安全。

高实时性的系统软件是嵌入式软件的基本要求。

而且软件要求固态存储，以提高速度；软件代码要求高质量和高可靠性。

嵌入式软件开发标准化。

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；但是为了合理地调度多任务、利用系统资源、系统函数和专家库函数接口，用户必须自行选配RTOS（Real－Time Operating System）开发平台，这样才能保证程序执行的实时性、可靠性，并减少开发时间，保障软件质量。