初学嵌入式系统的简谈

摘要：近来正在学习关于嵌入式系统的课程，现在来简单说说我对嵌入式系统的认识和了解。这也是一种总结和学习的方式。

关键字：学习，嵌入式系统，计算机系统，操作系统。

1.引言

  随着我们的科学进步和生活需要，我们身边其实到处都是嵌入式系统的应用，下至电话、洗衣机，上到军用的雷达，航空航天。我们现在的生活已经离不开它，现在我们来简单认识它。

2.什么是嵌入式系统

  首先，什么是嵌入式系统呢？嵌入式系统是嵌入式计算机系统的简称，它没有绝对的定义，，其本身就是一个相对模糊的定义。根据电气工程师协会的定义，嵌入式系统是用来控制或监视机器装置或工厂等大规模系统的设备。而国内一般定义为：中心为应用，基础是计算机技术，软硬件可裁剪，一种专用计算机系统。我们从中提取关键字，可以简单归结为：嵌入、专用、计算机系统。嵌入。是指它嵌入受控器件内部，体现为体积小。专用，是指它是用来专门执行处理，解决一类问题所存在。而计算机系统，是指的它的本质。

3.嵌入式系统的组成

  嵌入式系统作为一种比较特别的计算机系统，其结构如图1所示。

                          

                                 图1   嵌入式系统的基本结构

  （1）硬件平台：包括了嵌入式处理器，和外围设备和I/O端口。是整个嵌入式操作系统和应用的运行平台。

（2）嵌入式操作系统：用以管理存储器分配、中断处理、任务间通信和定时器响应以及提供多任务处理。

（3）嵌入式应用：运行于操作系统之上，利用操作系统提供的机制完成特定功能的嵌入式应用。不同的系统需要设计不同的嵌入式应用程序。

       4.嵌入式处理器

      嵌入式处理器是嵌入式系统的核心，是控制辅助系统运行的硬件单元。嵌入式处理器可分为：

  （1）低端的微控制器（Microcontroller Unit,MCU）:俗称单片机，它显而易见的优势就是成本，最具代表性的就是通用系列8051。

  （2）中高端的嵌入式微处理器（Embedded Microprocessor Unit,EMPU）:在工作温度和抗电磁干扰，可靠性方面做了各种增强。主要的类型有ARM,MIPS,Am186/88，386EX,PowerPC等。

  （3）通信领域的DSP处理器（Digital Siginal Processor，DSP）：对系统结构和指令进行了特殊设计，使适合执行算法，编译效率和指令执行速度都较高。

  （4）高度集成的片上系统（System on Chip，SOC）：它将整个嵌入式系统集成到一块芯片中，应用系统电路板将变得很简洁。

  由于市场前景太广阔，所以大量半导体公司都参与竞争，其中不乏大家熟悉的ASIC，MCU、DSP、和FPGA还有结合了MCU和DSP优势的汇聚式处理器而近年来发展迅速，大家做到都越来越好，处理器的速度越来越快，性能越来越强，而功耗和价格却是越来越低。

5. 嵌入式操作系统

  嵌入式操作系统主要有：Vxwork，QNX，，PalmOS，WindowsCE，嵌入式Linux等。而Linux、Vxworks、和μC/OS-Ⅲ是三种常用的嵌入式操作系统。

  （1）Linux

       Linux起源于芬兰一名业余爱好者，可以免费使用，是目前被广泛应用的一款源代码开放的操作系统。Linux起源于网络，随着网络的发展，它现在成为了一个功能强悍的操作系统，成为许多嵌入式系统的理想选择。

  （2）Vxworks

       Vxworks是美国WindRiver公司开发的实时嵌入式操作系统。它以良好的可靠性和卓越的实时性被广泛应用在通信、军事、航空、航天等高精尖技术及实时性要求极高的领域中。

  （3）μC/OS-Ⅲ

       μC/OS-Ⅲ是可升级，可固化，基于优先级的实时内核。它对任务的个数无限制，支持现代实时内核的大部分功能。

虽然操作系统大大提高了嵌入式系统的功能，但占用了宝贵的系统资源，所以一般在比较大型或多任务的应用场合才考虑使用操作系统。

嵌入式操作系统通常包括与硬件相关的底层驱动软件、系统内核、设备驱动接口、通信协议、图形界面、标准化浏览器等等。

6. 典型的嵌入式处理器

          （1）ARM处理器

               ARM（Adwanced RISC Machine）公司是全球领先的16/32位RISC微处理器知识产权设计供应商。RISC意为精简指令集。ARM的目标是低成本、高性能、低耗电，适用于移动通信等领域。  在1983年由Acorn电脑公司设计并于两年后开发出ARM1。以后陆续推出ARN9TDM1、ARM9E、ARM10E、XScale，ARM11、ARMv6t2、ARMv6KZ、ARMv6K、Cortex。

               ARM的经营模式在于出售其半导体知识产权核心（IP core），靠转让设计许可由合作公司生产各自具有特色的芯片。目前全世界几十家大的半导体公司都使用ARM公司的授权，使得ARM技术获得更多第三方工具和软件的支持。而且ARM家族现在占了所有32位嵌入式处理器约90％的比例。

  （2）MIPS处理器

      MIPS技术公司是一家设计制造高性能、高档次嵌入式32/64位处理器的厂商。在RISC处理器方面占有重要地位。MIPS公司设计RISC处理器始于20世纪80年代初，其战略现已发生变化，重点已放在嵌入式系统。

  （3）PowerPC 处理器

      PowerPC体系结构的特点是可伸缩性好，方便灵活，品种多，既有通用处理器，又有微控制器和内核。其应用范围非常广泛，从高端的工作站、服务器到台式计算机系统，从消费类电子产品到大型通信设备，无所不包。

7. 结束语

          目前是以学习者的身份来谈谈对嵌入式系统的初步认识，谈的不深，略有拙劣，不过也是一种总结和学习的方法。通过对嵌入式系统的功能需求的分析，进行针对性的设计以满足不同的对微处理器的需求，来解决实际的问题，让嵌入式系统更加广泛于通讯行业，由于嵌入式系统的市场巨大、潜力无限，全球的生产商都非常看好这一领域，对其进行研究、设计和开发。

        

        参考文献

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[7]姚梦涛，杭佳，赵汉青，贾夏冬，李惠芳.基于ARM的嵌入式软硬件系统设计与实现[J].电子技术与软件工程2017年15期

        [8]贾峥.嵌入式系统的发展前景及其应用[J].无线互联科技 2013年7期

                                                                                                                                                                                                                                                                                   ————by 周子皓