浅谈对嵌入式系统的理解

嵌入式系统设计的基础知识嵌入式系统是指嵌入到其他设备中，完成特定功能的计算机系统。

常见的嵌入式系统包括智能手机、数字电视机顶盒、汽车电子、工业自动化等领域。

因为嵌入式系统通常空间、能耗、成本要求都非常严苛，所以它们和通用计算机相比有很多不同之处。

本文将从嵌入式系统设计的角度，介绍嵌入式系统设计的基础知识。

一、嵌入式系统的硬件设计基础知识嵌入式系统的硬件设计是指对嵌入式系统的各个硬件组成部分进行设计、选型、集成、排布的过程。

嵌入式系统的硬件设计必须考虑以下几个方面。

1.芯片选型单片机（MCU）是嵌入式系统常用的芯片，由于嵌入式系统对芯片的集成度要求很高，常用的MCU都集成了很多模拟和数字外设如模数转换器（ADC）、通用异步收发器（UART）、同步串行收发器（SPI）、I2C接口等，可以很方便地与外部设备进行通讯。

当然，其他器件如FPGA、DSP等也可以作为嵌入式系统的芯片。

2.电源选择嵌入式系统的电源选择不仅要考虑芯片的输入电压特性，还要考虑嵌入式系统的整体功耗和稳定性，特别是对于多电压需求的系统更要注意电源的设计。

3.尺寸和布局嵌入式系统的尺寸和布局既要考虑外部尺寸限制，又要考虑内部线路的布局和信号的传输特性。

因为一旦系统原型被制作出来，改动就会变得十分困难，这就要求硬件设计人员对布局的精确把握和对参数的准确计算。

4.时钟电路嵌入式系统内的各个部件需要同步，通常需要一个精确的时钟电路驱动。

在时钟电路的设计中，要考虑功耗、抗干扰性等因素。

二、嵌入式系统的软件设计基础知识嵌入式系统的软件设计是指嵌入式系统的固件设计、操作系统选择和软件架构的设计等多个方面。

在开发嵌入式系统时，软件设计是非常重要的一个环节。

1.固件设计在开发嵌入式系统时，需要编写固件程序，这是嵌入式系统的基础软件。

固件程序通常被编写在C语言或某些汇编语言中。

编写固件程序时，需要考虑程序的规模、执行速度、可维护性、代码安全性等多重因素。

嵌入式工作原理
嵌入式系统是一种专门设计用于执行特定任务的计算机系统。

它通常被嵌入到其他设备或系统中，以控制和监测其操作。

嵌入式系统的工作原理主要包括以下几个方面：
1. 硬件设计：嵌入式系统的硬件设计是基于特定需求和功能进行的。

它通常包括中央处理器（CPU）、存储器、输入输出接口、传感器等组件。

硬件设计的目标是满足系统的性能、功耗和成本等要求。

2. 软件开发：嵌入式系统的软件开发包括编写应用程序和驱动程序。

应用程序是实现特定功能的代码，驱动程序用于控制硬件设备和与外部设备的通信。

软件开发的过程中需要考虑系统的实时性、稳定性和资源利用效率。

3. 实时操作系统（RTOS）：嵌入式系统通常需要实时响应外
部事件，并及时采取相应的措施。

为了满足这一要求，常使用实时操作系统来管理系统资源和任务调度。

实时操作系统在多任务环境下，通过任务优先级、中断处理和时间片轮转等方式，确保任务能够按时完成。

4. 通信与接口：嵌入式系统通常需要与外部设备或其他系统进行通信。

这可以通过串口、以太网、无线通信等方式实现。

接口的设计需要考虑通信协议、数据传输速率、数据完整性等因素。

5. 电源管理：嵌入式系统通常需要工作在低功耗状态下，以延长电池寿命或降低能耗。

因此，电源管理是嵌入式系统设计中的重要考虑因素。

电源管理技术包括动态电压调整、功耗优化和睡眠模式等方法。

总体而言，嵌入式系统的工作原理是硬件和软件之间密切配合，根据特定需求和功能设计，通过实时操作系统控制和调度任务，与外部设备或系统进行通信，并采用电源管理技术降低能耗。

来，嵌入式系统的发展在国内可谓如火如荼，很多公司都急需嵌入式系统方面的开发人员。

然而，在高校中，嵌入式系统的教学却较为滞后，很多高年级的本科生和刚入学的研究生都苦于不知从何学起。

在本文中，笔者将根据自己的嵌入式系统开发和教学经验，简要介绍嵌入式系统的学习方法，力求能帮助初学者找到一条入门之路。

什么是嵌入式系统?学习嵌入式系统，首先应该明确什么是嵌入式系统，否则费力去学，却不知所学为何物，岂不惘然？嵌入式系统的定义很多，这也是困扰嵌入式系统学习的一个因素。

笔者根据自己开发和教学过程中的理解，以及对各种嵌入式系统的应用进行总结，提出了嵌入式系统的简单定义：嵌入式系统是嵌入式计算机系统的简称，这个定义突出嵌入式计算机系统和普通计算机系统的共性。

下表列出了嵌入式系统的一些典型的应用：智能机器人（S D R 4，火星登陆车）娱乐和消费电子（Gameboy Advance，Sony PSP）网络通信产品（Smartphone）军用设备（军用PDA ）汽车（车载导航，自动驾驶，娱乐系统）智能仪器（虚拟仪器）安全防护（防火，防盗）环境保护（探空气球）银行和商业消费（ATM）以火星登陆车为例来分析一下嵌入式系统的定义。

火星登陆车虽然听起来感觉在技术上有些高不可测，但是本质就是嵌入式计算机系统的应用，其核心就是一个计算机系统，而这个计算机系统的组成同传统的计算机系统在本质上没有什么差别。

两者的显著不同之处就在于，用于火星登陆车的计算机系统被安装到了火星登陆车上。

当然，一个计算机系统能够被安装在火星登陆车上，是需要进行很多特殊设计的。

但是从本质上讲，嵌入式系统的核心概念还在计算机系统。

嵌入式系统学习的重点也在计算机系统上。

一方面，学习者需要牢固掌握计算机系统本身的概念，更重要的是学习嵌入系统的开发过程同传统计算机系统开发过程的差别。

这里需要指出的是，很多学习者本来就没有从事过完整计算机系统的开发，高校的教学是以程序设计为中心的，计算机系统的构成，操作系统的原理，编程语言等课程都是为了能够让学生更好的使用计算机系统进行程序设计，在现有的计算平台上来设计实现各种应用，学生一般没有机会学习一个完整的计算机系统是如何构建，并亲身参与到构建的每一个过程。

嵌入式系统应用技术的研究与开发嵌入式系统是一种电子计算机系统，它是特别设计用于执行特定功能的计算机系统。

这种系统常用于控制和监视系统，如智能手机、数字相机、车载音频系统等。

为了实现嵌入式系统的工作，需要使用一系列技术和工具来进行开发和应用。

本文将探讨嵌入式系统应用技术的研究与开发，包括嵌入式系统基本原理和常用技术，以及嵌入式系统应用开发的方法和工具。

一、嵌入式系统基本原理嵌入式系统本质上是一个计算机系统，它具有计算、存储、控制和通信等功能。

由于嵌入式系统的特殊应用环境，它的体积、功耗、成本和性能等方面都有较高的要求。

嵌入式系统通常由下列组成部分组成：1. 主处理器/控制器主处理器/控制器是嵌入式系统的核心，负责计算、控制和管理系统的硬件和软件资源。

主处理器/控制器的类型和性能直接决定了系统的功能和性能。

常见的主处理器/控制器有ARM Cortex系列、Intel x86系列、MIPS系列等。

2. 存储器存储器用于存储系统程序和数据。

由于嵌入式系统的体积和功耗都有限制，因此存储器通常采用闪存、EEPROM、SRAM等低功耗、小体积的型号。

3. 输入/输出设备输入/输出设备用于与外界进行数据交换，如键盘、鼠标、显示屏、声卡、网卡等。

嵌入式系统通常使用专用的输入/输出设备，以满足应用需求和耗能要求。

4. 网络设备网络设备负责系统与外部网络通信，如以太网卡、无线网卡、蓝牙模块等。

网络设备的选择和配置决定了系统的通信速度和稳定性。

二、嵌入式系统常用技术1. 硬件设计嵌入式系统的硬件设计主要涉及主处理器/控制器的选择、连通性设计、电源管理等方面。

硬件设计的质量和性能直接决定了嵌入式系统的稳定性和能耗水平。

2. 软件开发嵌入式系统的软件开发主要涉及核心程序设计、驱动程序编写、通信协议实现等方面。

软件开发的质量和可靠性直接决定了嵌入式系统功能的实现和应用效果的稳定性。

3. 中间件中间件是嵌入式系统开发中常用的技术。

嵌入式课后答案第一章1. 什么是嵌入式系统？请列举几个常见的嵌入式系统。

答：根据国际电气和电子工程师协会（IEEE）的定义，嵌入式系统是控制、监视或者辅助设备、机器和生产线运行的装置（Devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants)。

这主要是从产品的应用角度加以定义的，由此可以看出嵌入式系统是软件和硬件的综合体，可以涵盖机械等附属装置。

目前被我国科学家普遍认同的定义是：嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁减，对功能、可靠性、成本、体积、功耗要求严格的专用计算机系统。

常见的嵌入式系统：手机，DVD，路由器，核磁共振仪，全自动洗衣机。

2.嵌入式系统与通用计算机有哪些区别？答：(1) 以应用为中心；(2) 以计算机技术为基础(3) 软件和硬件可裁减(4) 对系统性能要求严格（5）软件的固件化（6）需要专用的开发工具3.嵌入式系统的发展分为哪几个阶段？答：第一阶段：无操作系统的嵌入算法阶段。

第二阶段：以嵌入式CPU为基础，以简单操作系统为核心的嵌入式系统。

第三阶段：以嵌入式操作系统为标志的嵌入式系统。

第四阶段：以基于Internet为标志的嵌入式系统。

4.请列举嵌入式系统的主要应用领域。

答：（1）工业控制领域（2）交通运输领域（3）消费电子产品（4）家电领域（5）通信领域（6）商业和金融领域（7）环境监测领域（8）医疗领域（9）建筑领域（10）军事国防领域（11）航天航空领域第二章1. 简述简单嵌入式系统与复杂嵌入式系统的主要区别。

答：简单嵌入式系统很早就已经存在，这类嵌入式系统因为软硬件复杂度都很低，一般不使用操作系统，例如常用的单片机系统。

对于复杂的嵌入式系统，它的开发模式发生了极大的改变。

一个复杂的嵌入式系统不仅硬件系统的开发比单片机复杂了许多，更重要的是在该系统中采用了嵌入式操作系统，其应用软件的开发转变为使用操作系统标准接口的计算机工程领域的应用软件开发。