嵌入式系統(tǒng)的定義和結(jié)構(gòu)介紹

計(jì)算機(jī)作為20世紀(jì)人類社會(huì)最偉大的發(fā)明之一，近期也逐步邁入后PC時(shí)代。后PC時(shí)代的到來也標(biāo)志著嵌入式產(chǎn)品的誕生，如手機(jī)、PDA、數(shù)控機(jī)床等。

中國擁有世界上最大的消費(fèi)電子產(chǎn)品市場(chǎng)，手機(jī)、彩電、VCD、家用電器等的擁有量都居世界第一。隨著經(jīng)濟(jì)水平的提高和消費(fèi)結(jié)構(gòu)的改變，人們對(duì)消費(fèi)電子產(chǎn)品的要求越來越高，如產(chǎn)品的靈活性、可控性、耐用性、高性價(jià)比等，這些都可以通過合理、有效的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)和優(yōu)化來實(shí)現(xiàn)。另外，在現(xiàn)代化的醫(yī)療、測(cè)控儀器和機(jī)電產(chǎn)品中對(duì)系統(tǒng)的可靠性、實(shí)時(shí)性要求較高，更需要有專用的嵌入式系統(tǒng)的支持，這些需求都極大地刺激了嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程。嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展將會(huì)更加完善信息產(chǎn)業(yè)的框架，成為信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的加速器。隨著嵌入式系統(tǒng)復(fù)雜度的提高，軟硬件的協(xié)同是嵌入式系統(tǒng)的關(guān)鍵。

嵌入式系統(tǒng)的定義

從產(chǎn)品的應(yīng)用角度來說，嵌入式系統(tǒng)是控制、監(jiān)視或者輔助設(shè)備機(jī)器和車間運(yùn)行的裝置。而眾多不同專業(yè)的人士從各自不同的角度思考和定位嵌入式系統(tǒng)，所以目前對(duì)嵌入式系統(tǒng)的定義非常多。

嵌入式系統(tǒng)按照目前業(yè)界和學(xué)術(shù)界對(duì)嵌入式系統(tǒng)的普遍看法，是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

嵌入式硬件系統(tǒng)

大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)的硬件平臺(tái)。它包括兩部分：

1、以通用處理器為中心的協(xié)議處理模塊，用于網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議的處理;

2、以數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)為中心的信號(hào)處理模塊，用于調(diào)制、解調(diào)和數(shù)/模信號(hào)轉(zhuǎn)換。

硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

嵌入式系統(tǒng)的核心部件是各種類型的嵌入式處理器，目前據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，當(dāng)前全世界嵌入式處理器的品種總量已經(jīng)超過1000多種，流行體系結(jié)構(gòu)有30幾個(gè)系列。由于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的差異性極大，因此選擇是多樣化的。

嵌入式處理器的功耗、體積、成本、可靠性、速度、處理能力、電磁兼容性等均受到應(yīng)用要求的制約。在選擇處理器時(shí)要考慮的主要因素在于調(diào)查上市的CPU供應(yīng)商、處理器的處理速度、技術(shù)指標(biāo)、處理器的低工耗、處理器的軟件支持工具、處理器是否內(nèi)置調(diào)試工具、處理器供應(yīng)商是否提供評(píng)估板等。

嵌入式軟件系統(tǒng)

盡管嵌入式系統(tǒng)有著無比廣闊的市場(chǎng)需求和發(fā)展前景，但嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展多年來卻經(jīng)歷了一個(gè)曲折和痛苦的歷程。隨著微處理器的產(chǎn)生，價(jià)格低廉、結(jié)構(gòu)小巧的CPU和外設(shè)連接提供了穩(wěn)定可靠的硬件架構(gòu)，那么限制嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的瓶頸就突出表現(xiàn)在了軟件方面。

從運(yùn)行平臺(tái)來分，嵌入式軟件可以分為：

1、運(yùn)行在開發(fā)平臺(tái)上的軟件：設(shè)計(jì)、開發(fā)、測(cè)試工具等

2、運(yùn)行在嵌入式系統(tǒng)上的軟件：嵌入式操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序、驅(qū)動(dòng)程序及部分開發(fā)工具

可用于嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)的操作系統(tǒng)很多，但選擇一個(gè)適合的操作系統(tǒng)，關(guān)鍵是從操作系統(tǒng)提供那些開發(fā)工具、操作系統(tǒng)向硬件接口移植的難度、操作系統(tǒng)的內(nèi)存要求、開發(fā)人員是否熟悉此操作系統(tǒng)及其提供的API、操作系統(tǒng)是否有提供硬件的驅(qū)動(dòng)程序、操作系統(tǒng)是否具有可剪裁、操作系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性等方面進(jìn)行考慮。

嵌入式應(yīng)用軟件是實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)功能的關(guān)鍵，為了提高執(zhí)行速度和系統(tǒng)可靠性，嵌入式軟件一般都固化在存儲(chǔ)器芯片或單片機(jī)本身中，而不是存儲(chǔ)于磁盤等載體中，軟件代碼要求高質(zhì)量、高可靠性和高實(shí)時(shí)性。

嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)與應(yīng)用

嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件都必須量體裁衣，與通用型處理器相比，嵌入式處理器的最大不同是將大部分工作用在為特定用戶群設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，它通常都具有低功耗、體積小、集成度高等特點(diǎn)，能夠把很多任務(wù)集成在芯片內(nèi)部，從而有利于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)趨于小型化，使得移動(dòng)能力大大增強(qiáng)。

嵌入式處理器的功耗、體積、成本、可靠性、速度、處理能力、電磁兼容性等均受到應(yīng)用要求的制約。

嵌入式微處理器具備4個(gè)特點(diǎn)：

1、對(duì)實(shí)時(shí)多任務(wù)有很強(qiáng)的支持能力

嵌入式系統(tǒng)能完成多任務(wù)并且有較短的中斷響應(yīng)時(shí)間，從而使內(nèi)部的代碼和實(shí)時(shí)內(nèi)核的執(zhí)行時(shí)間減少到最低限度。

2、具有功能很強(qiáng)的存儲(chǔ)區(qū)保護(hù)功能

由于嵌入式系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)已模塊化，而為了避免在軟件模塊之間出現(xiàn)錯(cuò)誤的交叉作用，需要設(shè)計(jì)強(qiáng)大的存儲(chǔ)區(qū)保護(hù)功能，同時(shí)也有利于軟件診斷。

3、可擴(kuò)展的處理器結(jié)構(gòu)

可擴(kuò)展的處理器結(jié)構(gòu)能最迅速地開發(fā)出滿足應(yīng)用的最高性能的嵌入式微處理器。

4、功耗很低

用于便攜式的無線及移動(dòng)的計(jì)算和通信設(shè)備中，靠電池供電的嵌入式系統(tǒng)功耗是mW甚至μW級(jí)。