嵌入式系统概述10957

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1、第1章嵌入式系统概述第1章嵌入式系统概述嵌入式系统是把计算机直接嵌入到应用系统中，它融合了计算机软/硬件技术、通信技术和微电子技术。随着微电子技术和半导体技术的高速发展，超大规模集成电路技术和深亚微米制造工艺已十分成熟，从而使高性能系统芯片的集成成为可能，并推动着嵌入式系统向最高级构建形式，即片上系统SOC（SystemonaChip）的水平发展，进而促使嵌入式系统得到更深入、更广阔的应用。嵌入式技术的快速发展不仅使其成为当今计算机技术和电子技术的一个重要分支，同时也使计算机的分类从以前的巨型机/大型机/小型机/微型机变为通

2、用计算机/嵌入式计算机（即嵌入式系统）。1.1嵌入式系统概述嵌入式系统是集成电路发展过程中的一个标志性成果，它把计算机直接嵌入到应用系统中，融合了计算机软/硬件技术、通信技术和微电子技术，是一种微电子产业和信息技术产业的最终产品。微电子产业是许多国家优先发展的产业。以超深亚微米工艺和IP核复用技术为支撑的系统芯片技术是国际超大规模集成电路发展的趋势和21世纪集成技术的主流。1.1.1概述通常，计算机连同一些常规的外设是作为独立的系统而存在的，而并非为某一方面的专门应用而存在。例如一台PC机就是一个计算机系统，整个系统存在的目

3、的就是为人们提供一台可编程、会计算、能处理数据的机器。可以用它作为科学计算的工具，也可以用它作为企业管理的工具。所以，人们把这样的计算机系统称为“通用”计算机系统。但是有些系统却不是这样。例如，医用的CT扫描仪也是一个系统，里面有计算机，但是这种计算机（或处理器）是作为某个专用系统中的一个部件而存在的，其本身的存在并非目的而只是手段。像这样“嵌入”到更大的、专用的系统中的计算机系统，就称之为“嵌入式计算机”、“嵌入式计算机系统”或“嵌入式系统”·19·第1章嵌入式系统概述。从字面上讲，后者似乎比前者更为广义，因为系统中常常还

4、包括一些机电、光电、热电或者电化的执行部件，但是实际上却往往不作严格的区分。在不致引起混淆的情况下，一般把这三者用作同义词，并且一般总是指系统中的核心部分，即嵌入在系统中的计算机。不过，虽然计算机在整个大系统中只是一个部件，却通常起着相当于“大脑”的作用。所以事实上所嵌入的计算机就是整个系统的核心，而系统中的其他部件则是其外部设备。只不过这些外部设备不同于常规的计算机外部设备，而所嵌入的计算机的作用和目的又只限于对这些外部设备的控制和管理而已。所以也可以说，常规的计算机系统是面向计算（包括数值和非数值）和处理的，而嵌入式计算

5、机则一般是面向控制的。所谓将计算机“嵌入”到系统中，一般并不是指直接把一台通用计算机原封不动地安装到目标系统中，也不只是简单地把原有的机壳拆掉并安装到机壳中，而是指为目标系统构筑起合适的计算机系统，再把它有机地植入、甚至融入目标系统。虽然嵌入式系统在工业、服务业、消费电子等领域的应用范围不断扩大，且已渗透到人们日常生活的方方面面，但是依然很难给它下一个明确的定义。嵌入式系统本身是一个外延很广的名词，凡是与产品结合在一起的、具有嵌入式特点的控制系统都可以叫做嵌入式系统。国际电工与电子工程师协会（即IEEE）曾经把嵌入式系统定义

6、为“控制、监视或者辅助设备、机器和车间运行的装置”。显然该定义具有突出的应用色彩，不过现在看来，似乎并未充分体现嵌入式系统现今的学术内涵。目前国内普遍认同的嵌入式系统的定义是“嵌入式系统是将计算机嵌入到某个应用系统内的一种计算机体系结构形式”。换言之，嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件能灵活变化以适应所嵌入的应用系统，对功能、可靠性、成本、体积、功耗等有严格要求的专用计算机系统。简言之，嵌入式系统就是嵌入式计算机系统的简称。从20世纪80年代初，嵌入式系统的研发开始用商业级“操作系统”编写嵌入式应用软件，结

7、果使嵌入式应用的开发周期缩短、成本降低。这些嵌入式操作系统均具有嵌入式技术的典型特点：采用占先式的调度，响应的时间很短，任务执行的时间可以确定；系统内核很小，且具有可剪裁性、可扩充性和可移植性，可以移植到各种型号的微处理器（单片机）上；具有较强的实时性和可靠性，适合于嵌入式应用。20世纪90年代以后，随着诸多应用领域对嵌入式系统实时性要求的提高，各种应用软件的规模不断扩大，又促使嵌入式系统的实时内核逐渐发展为实时多任务操作系统（RTOS），并作为一种软件平台逐步演变为目前国际上流行的嵌入式操作系统。在嵌入式操作系统迅速发展的

8、同时，系统芯片的制造与设计技术也在不断进步。系统芯片就是把一个完整的最终产品的主要功能单元集成到一块或一组大规模集成电路芯片上，这是现代集成电路工艺技术——深亚微米技术迅速发展的必然结果。系统芯片制造技术发展主要体现在硅圆片的尺寸逐渐增大，硅晶片的特征线宽逐步减小，同时芯片的集成度不断提高