嵌入式系统简介

嵌入式系统简介

庞新法

陕西省委党校文化与科技教研部710061

一、什么是嵌入式系统

根据IEEE（电气和电子工程师协会）的定义，嵌入式系统是“控制、监视或者辅助装置、机器和设备运行的装置”。从中可以看出嵌入式系统是软件和硬件的综合体，还可以涵盖机械等附属装置。目前国内一个普遍被认同的定义是：以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。

二、嵌入式系统的分类

嵌入式系统实质上是一个嵌入式计算机系统，只有将嵌入式微处理器构成了一个计算机系统，并作为嵌入式应用时，这样的计算机系统才可称为嵌入式系统。

根据不同的分类标准嵌入式系统有不同的分类方法，如按其形态的差异，一般可将嵌入式系统分为：芯片级（MCU、SoC）、板级（单片机、模块）和设备级（工控机）三级。

如按其复杂程度的不同，又可将嵌入式系统分为以下四类：

一是主要由微处理器构成的嵌入式系统，常常用于小型设备中（如温度传感器、烟雾和气体探测器及断路器）。

二是不带计时功能的微处理器装置，可在过程控制、信号放大器、位置传感器及阀门传动器等中找到。

三是带计时功能的组件，这类系统多见于开关装置、控制器、电话交换机、包装机、数据采集系统、医药监视系统、诊断及实时控制系统等等。

四是在制造或过程控制中使用的计算机系统，这也就是由工控机级组成的嵌入式计算机系统，是这四类中最复杂的一种。也是现代印刷设备中经常应用一种。

三、嵌入式系统的主要特点

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，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5KB而Windows的内核则要大得多。

2.专用性强。

专用（即功能专一：比如空调的遥控器无法控制电视）、软硬件可裁剪（可以通过移植到其他平台使用，或者说是去掉一些功能）可配置嵌入式系统通常执行的是带有特定要求的预先定义的任务。由于嵌入式系统只针对一项特殊的任务，设计人员能够对它进行优化，减小尺寸降低成本。嵌入式系统通常进行大量生产，所以单个的成本节约，能够随着产量进行成百上千的放大。

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。

嵌入式系统必须根据应用需求对软硬件进行裁剪，满足应用系统的功能、可靠性、成本、体积等要求。所以，如果能建立相对通用的软硬件基础，然后在其上开发出适应各种需要的系统，是一个比较好的发展模式。目前的嵌入式系统的核心往往是一个只有几K到几十K微内核，需要根据实际的使用进行功能扩展或者裁减，但是由于微内核的存在，使得这种扩展能够非常顺利的进行。

4.高实时性。

高实时性的操作系统软件是嵌入式软件的基本要求。而且软件要求固化存储，以提高速度。软件代码要求高质量和高可靠性。

5.多任务，必须使用多任务的操作系统。

嵌入式系统的应用程序可以没有操作系统而直接在芯片上运行；但是为了合理地调度多任务，利用系统资源、系统函数以及专家库函数接口，用户必须自行选配RTOS(RealTImeOperaTIngSystem)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。

6.专用开发工具及开发环境。

由于嵌入式系统本身不具备自主开发能力，即使设计完成以后，用户通常也不能对其中的程序功能进行修改，因此必须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计算机上的软硬件设备以及各种逻辑分析仪、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，目标机作为最后的执行机，开发时需要交替结合进行。

7.嵌入式系统与具体应用有机结合在一起，升级换代也是同步进行。

因此，嵌入式系统产品一旦进入市场，具有较长的生命周期。

8.为了提高运行速度和系统可靠性，嵌入式系统中的软件一般都固化在存储器芯片中。

四、嵌入式系统的组成

硬件：微处理器、存储器、I/O接口、输入输出接口……

软件（分层次的）：（底层）嵌入式操作系统、BSP（boardsupportpackage)板级支持包、应用软件（上层）。

参考文献

[1]谭会生ARM嵌入式系统原理及应用开发[M].西安：西安电子科技大学出版社，2011。

[2]刘洪涛ARM嵌入式体系结构与接口技术[M].北京：人民邮电出版社，2009。

[3]李群芳嵌入式系统开发基础[M].武汉：武汉大学出版社，2006。