嵌入式系统概述

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1、1第章嵌入式系统概述1.1嵌入式系统简介嵌入式系统（EmbeddedSystem）也称嵌入式计算机系统。顾名思义，嵌入式系统是计算机的一种特殊形式，是计算机技术、通信技术、半导体技术、微电子技术、语音图像数据传输技术，甚至传感器等先进技术和具体应用对象相结合后的更新换代产品。嵌入式系统不仅和一般的PC机上的应用系统不同，而且针对不同的具体应用而设计的嵌入式系统之间的差别也很大。嵌入式系统强调硬件和软件的协同性与整合性，软件和硬件可剪裁的，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗和应用环境等有严格要求的专用计算机系统。1.2嵌入式系

2、统的特点嵌入式系统特别强调“量身定做”的原则，开发人员往往需要针对某一种特殊用途开发出一个截然不同的嵌入式系统，其特点如下。（1）嵌入式系统具有应用针对性应用针对性是嵌入式系统的一个基本特征，体现这种应用针对性的首先是软件，软件实现特定应用所需要的功能，所以嵌入式系统应用中必定配置了专用的应用程序；其次是硬件，大多数嵌入式系统的硬件是针对应用专门设计的，但也有一些标准化的嵌入式硬件模块，采用标准模块可降低开发的技术难度和风险，缩短开发时间，但灵活性不足。（2）嵌入式系统硬件扩展能力要求不高硬件上，嵌入式系统作为一种专用的计算机系统，其功

3、能、机械结构、安装要求比较固定，所以一般没有或仅有较少的扩展能力；软件上，嵌入式系统往往是一个设备固定组成部分，其软件功能由设备的需求决定，在相对较长的生命周期里，一般不需要对软件进行改动。但也有一些特例，比如现在的手机，尤其是安装有嵌入式操作系统的智能手机，软件安装、升级比较灵活，但相对于桌面计算机，其软件扩展能力还是相当弱。（3）嵌入式系统操作系统精简在现代的通用计算机中，没有操作系统是无法想象的，而在嵌入式计算机中情况则大不相同。在一个功能简单的嵌入式系统中，可能根本不需要操作系统，直接在硬件平台上运行应用程序；而一些功能复杂的嵌

4、入式系统，可能需要支持有线/无线网络、文件系统、实现灵活的多媒体功能、支持实时多任务处理，此时，在硬件平台和应用软件之间增加一个操作系统层，可使应用软件的设计变得简单，而且便于实现更高的可靠性，缩短系统开发时间，使系统的研发工作变得可控。目前存在很多种嵌入式操作系统，如VxWorks、pSOS、嵌入式Linux、WinCE等，这些操作系统功能日益完善，以前只在桌面通用操作系统具备的功能，如网络浏览器、HTTP服务器、Word文档阅读与编辑等，也可以在嵌入式系统中实现。但为适应嵌入式系统的需要，嵌入式操作系统相对通用操作系统，具有模块化、

5、结构精练、定制能力强、可靠性高、实时性好、便于写入非易失性存储器（固化）等特点。（4）嵌入式系统一般有实时性要求设备中的嵌入式系统常用于实现数据采集、信息处理、实时控制等功能，而采集、处理、控制往往是一个连续的过程。一个过程要求必须在一定长的时间内完成，这就是系统实时性的要求。在如图1-1所示的语音处理系统中，可实现实时的数据采集、编码，并通过网络传输的功能，按照8kHz采样率、精度8bits的工作模式进行单通道语音采样，这时系统会以每秒8KB的速率连续产生数据，计算机需要“及时”地进行语音数据采集、数据压缩编码、通过网络发送数据等处理

6、，任何一个环节处理不及时，都会导致语音数据丢失。图1-1语音处理系统结构图实时性和处理器速度并不相同，速度快的系统不一定实时性好，速度慢的系统实时性未必不能满足要求。计算机运行速度高，当然更有条件实现实时性，但不是实时性的充要条件。嵌入式系统的设计要求精练，因此在运算速度上不会留太多余量，为了保证实时性要求，更需要对硬件、软件精心设计。（5）嵌入式系统一般有较高的成本控制要求在满足需求的前提下，在嵌入式系统开发中，要求高效率的设计，减少硬件、软件冗余，恰到好处的设计可以最大限度地降低系统成本，并有利于提高系统的可靠性。通用计算机则追求更

7、快的计算速度、更大的存储容量、更丰富的配置、更大的显示器。强大的硬件平台才能满足日益复杂的桌面操作系统及各种类型软件的需要，这样的计算机“通用性”才最强。（6）嵌入式系统软件一般有固化的要求在现代的通用计算机中，硬盘是操作系统和应用软件的载体，对于几GB，甚至几十GB、几百GB的软件及数据，硬盘是最好的记录媒介。嵌入式系统软件一般把操作系统和应用软件直接固化在非易失性存储器（如Flash存储器）中。首先，嵌入式系统一般没有硬盘，就算有硬盘或存储卡之类的外部存储器，也很少用于存储系统软件，多用于存储数据或用户扩展的软件；其次，无论是操作系

8、统还是应用软件都很精练，所占容量相对通用计算机要小得多，所以有固化的条件；再次，嵌入式系统不同于通用计算机那么容易安装和升级软件，而且也很少需要改动，所以要求软件存储可靠性高，因此有必要把软件固化；最后，软