第1章 嵌入式系统基础知识.doc

《第1章 嵌入式系统基础知识.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、第1章嵌入式系统基础知识嵌入式系统以数字技术为基础，以计算机科学技术为框架，目前普遍应用在工业控制、信息家电、医疗设备、智能仪器仪表等众多领域。嵌入式系统的出现至今已经有30多年的历史，近几年来，计算机、通信及消费性电子的一体化趋势日益明显，嵌入式技术已成为一个研究热点，越来越多的公司、科研院所、大专院校以及个人都在从事嵌入式系统的设计开发工作。1.1嵌入式系统概述本节对嵌入式系统的基本概念、嵌入式系统的组成、嵌入式系统的应用领域、嵌入式系统的发展趋势等内容进行简单的介绍。1.1.1嵌入式系统简介嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性

2、、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。广义上说，凡是带有微处理器的专用软硬件系统都可以称为嵌入式系统，如各类单片机和DSP系统。狭义上说，那些使用嵌入式微处理器构成独立系统，具有自己的操作系统，具有特定功能的系统都是嵌入式系统。作为一个系统，往往是在硬件和软件交替发展的双螺旋的支撑下逐渐趋于稳定和成熟，嵌入式系统也不例外。嵌入式系统的出现最初是基于单片机的。最早的单片机是Intel公司的8048，它出现在1976年。Motorola公司同时推出了68HC05，ZiLOG公司推出了Z80系列，这些早期的单片机均含有256B的RAM、4KB的ROM、4个8位并口、一个全双工串行口、两

3、个16位定时器。之后在20世纪80年代初，Intel又进一步完善了8048，在它的基础上研制成功了8051，这在单片机的历史上是值得纪念的一页。迄今为止，51系列的单片机仍然是最为成功的单片机芯片，在各种产品中有着非常广泛的应用。从20世纪80年代早期开始，嵌入式系统的程序员开始用商业级的“操作系统”编写嵌入式应用软件，这可以获取更短的开发周期、更低的开发资金和更高的开发效率，“嵌入式系统”真正出现了。确切地说，这时的操作系统是一个实时核，这个实时核包含了许多传统操作系统的特征，包括任务管理、任务间通信、同步与相互排斥、中断支持、内存管理等功能。其中比较著名的有ReadySystem公司

4、的VRTX、IntegratedSystemIncorporation（ISI）公司的pSOS、WindRiverSystem公司的VxWorks、QNX公司的QNX等。这些嵌入式操作系统都具有嵌入式的典型特点：它们均采用占先式的调度，响应的时间很短，任务执行的时间可以确定；系统内核很小，具有可裁剪、可扩充和可移植性，可以移植到各种处理器上；较强的实时和可靠性，适合嵌入式应用。这些嵌入式实时多任务操作系统的出现，使得应用开发人员得以从小范围的开发解放出来，同时也促使嵌入式有了更为广阔的应用空间。20世纪90年代以后，随着对实时性要求的提高，软件规模不断上升，逐渐出现实时多任务操作系统（R

5、TOS），并作为一种软件平台逐步成为目前国际嵌入式系统的主流。这时更多的公司看到了嵌入式系统的广阔发展前景，开始大力发展自己的嵌入式操作系统。除了上面的几家老牌公司以外，还出现了PalmOS、WindowsCE、嵌入式Linux、Lynx、Nucleux以及国内的Hopen、DeltaOs等嵌入式操作系统。随着嵌入式技术的发展前景日益广阔，相信会有更多的嵌入式操作系统软件出现。1.1.2嵌入式系统的组成一个嵌入式系统装置一般都由嵌入式计算机系统和执行装置组成，嵌入式计算机系统是整个嵌入式系统的核心，由硬件层、中间层、软件层和功能层组成，如图1-1所示。图1-1嵌入式计算机系统的组成下面对

6、嵌入式计算机系统的组成进行介绍。1．硬件层硬件层中包含嵌入式微处理器、存储器（SDRAM、ROM、FLASH等）、通用设备接口和I/O接口（A/D、D/A、I/O等）。在一片嵌入式处理器的基础上添加电源电路、时钟电路和存储器电路，就构成了一个嵌入式核心控制模块。其中操作系统和应用程序都可以固化在ROM中。（1）嵌入式微处理器嵌入式系统硬件层的核心是嵌入式微处理器，嵌入式微处理器与通用CPU最大的不同在于嵌入式微处理器大多工作在为特定用户群所专门设计的系统中，它将通用CPU许多由板卡完成的任务集成在芯片内部，从而有利于嵌入式系统在设计时趋于小型化，同时还具有很高的效率和可靠性。（2）存储器

7、嵌入式系统需要存储器来存放和执行代码。嵌入式系统的存储器包含Cache、主存和外存。Cache是一种容量小、速度快的存储器阵列，它位于主存和嵌入式微处理器内核之间，存放的是最近一段时间微处理器使用最多的程序代码和数据。在需要进行数据读取操作时，微处理器尽可能地从Cache中读取数据，而不是从主存中读取，这样就大大改善了系统的性能，提高了微处理器和主存之间的数据传输速率。在嵌入式系统中Cache全部集成在嵌入式微处理器内，可分为数据C