嵌入式系统导论

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1、·17··17·第1章嵌入式系统导论第1章嵌入式系统导论随着社会信息化的日益加强，计算机和网络已经全面渗透到日常生活的每一个角落。对于每个人来说，需要的已经不仅仅是那种放在桌面上处理文档、进行工作管理和生产控制的计算机“机器”。任何一个普通人都可能拥有大小不一的、形状各异的、使用嵌入式技术的电子产品，小到MP3、PDA等微型数字化产品，大到网络家电、智能家电、车载电子设备等。目前，各种各样的新型嵌入式系统设备在应用数量上已经远远超过了通用计算机。在工业和服务领域中，使用嵌入式技术的数字机床、智能工具、工业机器人和服务机器人正在逐渐改变着传统的工业生产和服务方式

2、。本章主要内容：²嵌入式系统的概念。²嵌入式系统的特点、分类及应用领域。²主流嵌入式微处理器和嵌入式操作系统。²嵌入式系统设计方法。1.1概述1.1.1什么是嵌入式系统1．嵌入式系统的定义借用英国的电气工程师学会（IEE）的一个定义（http://www.iee.org/policy/areas/y2k/w43.cfm）：嵌入式系统是“控制、监视或者辅助设备、机器和车间运行的装置”。2．嵌入式系统的特性嵌入式系统具备下列特性：（1）通常只执行特定功能，这一点与一般桌上型办公设备或数据库系统有很大区别。（2）以微型计算机与周边器件构成核心，其规模可在大范围内变化

3、，如从8051芯片到x86芯片。（3）要求严格的时序和稳定性，这是因为在机器控制的大型系统中，程序运行稍有差错则可能使得整个系统失去控制，甚至造成灾害。（4）全自动操作循环。·17··17·第1章嵌入式系统导论嵌入式系统是计算机软件与硬件的综合体，它以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，从而能够适应实际应用中对功能、可靠性、成本、体积和功耗等严格要求的专用计算机系统。嵌入式计算机在应用数量上远远超过了各种通用计算机。一台通用计算机的外部设备中就包含了5~10个嵌入式微处理器，键盘、鼠标、软驱、硬盘、显示卡、显示器、调制解调器、网卡、声卡、打印机、扫描

4、仪、数码相机和USB集线器等均是由嵌入式处理器进行控制的。1.1.2嵌入式系统的特点及分类1．嵌入式系统的特点（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的，系统资源相对有限，所以内核较传统的操作系统要小得多。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。嵌入式系统的个性化很强，其中的软件系统和硬件的结合非常紧密，一般要针对硬件进行系统的移植，即使在同一品牌、同一系列的产品中也需要根据系统硬件的变化和增减不断进行修改。同时，针对不同的任务，往往需要对系统进行较大修改。程序的编译下载要和系统相结合

5、，这种修改和通用软件的“升级”是完全不同的两个概念。（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，不要求其功能的设计及实现过于复杂，这样一方面有利于控制系统成本，同时也有利于实现系统安全。（4）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。软件代码要求具有高质量和高可靠性。（5）嵌入式软件开发要想走向标准化，就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（Real Time Ope

6、ratingSystem）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）嵌入式系统开发需要专门的开发工具和环境。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，开发时需要两者交替结合进行。2．嵌入式系统的分类由于嵌入式系统由硬件和软件两大部分组成，所以其分类也可以从硬件和软件进

7、行划分。（1）嵌入式系统硬件。从硬件方面来讲，嵌入式系统的核心部件是嵌入式处理器。据不完全统计，全世界嵌入式处理器的品种数量已经超过1000多种，流行体系结构有30多个，其中8051体系占大多数。生产8051单片机的半导体厂家有20多个，共350多种衍生产品，仅PHILIPS·17··17·第1章嵌入式系统导论公司就有近100种。目前嵌入式处理器的寻址空间为64~256MB，处理速度为0.1~2000MIPS。近年来嵌入式微处理器的主要发展方向是小体积、高性能、低功耗。专业分工也越来越明显，出现了专业的IP核（IntellectualPropertyCore，

8、知识产权核）供应商，如ARM和MIPS