嵌入式系统

嵌入式系统课程**。

学院：电子与信息工程学院

专业：电子信息工程

班级： 08电信(1)班

学生姓名高健

学号： 20081305039

学科：嵌入式系统

学科老师周欣

提交日期：_2011 年 6 月 13 日

摘要。在信息和知识经济时代，利用通信、嵌入式计算和传感器等技术，人们研制出了各种具有感知、计算和通信等能力的微型传感器，通过这些无线传感器网络人们可以在任何时间、地点和任何环境条件下协作地实时监测、感知、采集网络分布区域内的各种环境或监测对象的信息，并对这些信息进行处理，获得详尽准确的信息，传送到需要这些信息的用户。嵌入式系统以其组网灵活﹑可靠性高﹑抗干扰能力强﹑低功耗和网络容量大等特点在计算机应用领域发挥着显著的作用。

嵌入式控制器体积小、可靠性高、功能强、灵活方便等许多优点，其应用已深入到多个领域。

关键词：嵌入式系统优点作用。

一、嵌入式系统发展历史。

目前，在嵌入式系统应用领域中，但是这个概念并非新近才出现。从２０世纪七十年代单片机的出现到今天各式各样的嵌入式微处理器，微控制器的大规模应用，嵌入式系统已经有了近３０年的发展历史。

嵌入式系统诞生于微型机时代，嵌入式系统的嵌入性本质是将一个计算机嵌入到一个对象体系中去，这些是理解嵌入式系统的基本出发点。由于嵌入式计算机系统要嵌入到对象体系中，实现的是对象的智能化控制，因此，它有着与通用计算机系统完全不同的技术要求与技术发展方向。

通用计算机系统的技术要求是高速、海量的数值计算；技术发展方向是总线速度的无限提升，存储容量的无限扩大。而嵌入式计算机系统的技术要求则是对象的智能化控制能力；技术发展方向是与对象系统密切相关的嵌入性能、控制能力与控制的可靠性。

嵌入式计算机系统则走上了一条完全不同的道路，这条独立发展的道路就是单芯片化道路。它动员了原有的传统电子系统领域的厂家与专业人士，接过起源于计算机领域的嵌入式系统，承担起发展与普及嵌入式系统的历史任务，迅速地将传统的电子系统发展到智能化的现代电子系统时代。

在中国嵌入式系统领域，比较认同的嵌入式系统概念是：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、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。它一般由嵌入式微处器、处围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等四个部分组成，用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。

二、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、系统软件层和应用软件层组成。执行装置也称为被控对象，它可以接受嵌入式计算机系统发出的控制命令，执行所规定的操作或任务。执行装置可以很简单，如手机上的一个微小型的电机，当手机处于震动接收状态时打开；也可以很复杂，如ｓｏｎ智能机器狗，上面集成了多个微上控制电机和多种传感器，从而可以执行各种复杂的动作和感受种状态信息。

下面对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）。在一嵌入式处理器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。

2、中间层。

硬件层与软件层之间为中间层，也称为硬件抽象层（hardware abstract layer,hal）或者板级支持包（board support package,bsp），它半系统上层软件与底层硬件分离开来，使系统的底层驱动程序与硬件无关，上层软件开发人员无需关心底层硬件的具体情况，根据bsp层提供的接口即可进行开发。该层一般包含相关底层硬件的初始化、数据的输入/输出操作和硬件设备的配置功能。

实际上，bsp是一个介于操作系统和底层硬件之间的软件层次，包括了系统中大部分与硬件联系紧密的软件模块。设计一个完整的bsp需要完成两部分工作：嵌入工系统的硬件初始化的bsp功能，设计硬件相关的设备驱动。

3、系统软件层。

系统软件层由实时多任务操作系统（real-time operation system,rtos）、文件系统、图形用户接口(graphic user interface,gui)、网络系统及通用组件模块组成。rtos是嵌入式应用软件的基础和开发平台。

三、嵌入式系统的主要应用。

嵌入式系统技术具有非常广阔的应用前景，其应用领域可以包括：工业控制、交通管理、信息家电、家庭智能系统、pos网络及电子商务、环境工程与自然、机器人。这些应用中，可以着重于在控制方面的应用。

就远程家电控制而言，除了开发出支持tcp/ip的嵌入系统之外，家电产品控制协议也需要制订和统一，这需要家电生产厂家来做。同样的道理，所有基于网络的远程控制协议也需要与嵌入式系统之间实现接口，然后再由嵌入式系统来控制并通过网络实现控制。所以，开发和探试嵌入式系统有着十分重要的意义。

相对于其他的领域，机电产品可以说是嵌入式系统应用最典型最广泛的领域之一。从最初的单片机以现在的工控机、soc在种机电产品中均有着巨大的市场。

工业设备是机电产品中最大的一类，在目前的工业控制设备中，工控机的使用非常广泛，这些工控机一般采用的是工业级的处理器和各种设备，其中以x86的mpu最多。

家电行业是嵌入式应用的另一大行业，我们传统的电视，电冰箱当然其中也嵌有处理器，但是这些处理器只是在控制方面应用。而现在只有按钮、开关的电器显然已经不能满足人们的日常需求，具有用户界面，能远程控制，智能管理的电器是未来的发展趋势。到我们身边。

四、嵌入式微处理器的种类。

嵌入式微处理器的核心是嵌入微处理器，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用设计的系统中，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。

嵌入式微处理器的体系结构可以采用冯。诺依曼体系或哈佛体系结构；指令系统可以选用精简指令系统（redyced instryction set computer,risc）和复杂指令系统cisc (complex instruction set computer,cisc)。rsic计算机在通道中只包含最有用的指令。

确保数据通道快速执行每一条指令，从而提高了执行效率并使用cpu硬件结构设计变得更为简单。

嵌入式微处理器有各种不同的体系统，即使在同一体系中也可能具有不同的时钟频率和数据总宽度，或集成了不同的外设和接口。据不完全统计，目前全世界嵌入式微处理器已经超过1000多种，体系结构有30多个系列，其中主流的体系有arm、mips、powerpc、x86和sh等。但与全球pc市场不同的是，没有一种嵌入式微处理器可以主导市场，仅以32位的产品而言，就有100种以的嵌入式微处理器。

嵌入式微处理器的选择是根据具体的应用而决定的。

五、嵌入式系统的发展现状和发展趋势。

随着信息化，智能化，网络化发展，嵌入式系统技术也将获得广阔发展空间。美国著名未来学家尼葛洛庞帝99年1月访华时预言，4~5年后嵌入式智能（电脑）工具将是pc和因特网之后最伟大的发明。我国著名嵌入式系统专家沈绪榜院士98年11月在武汉全国第11次微机学术交流会发表的《计算机的发展与技术》一文中，对未来10年以嵌入式芯片为基础的计算机工业进行了科学的阐述和展望。

2023年世界电子产品产值已超过12000亿美元，2023年达到13000亿美元。

信息时代，数字时代使得嵌入式产品获得了巨大的发展契机，为嵌入式市场展现了美好的前景，同时也地嵌入式生产厂商提出了新的挑战，从中我们可以看出未来嵌入式系统的几大发展趋势；

1、一项系统工程，因此要求嵌入式系统厂商不仅要提供嵌入式软硬件系统本本身，要提供强大的硬件开发工具和软件包支持。

2、网络化、信息化的要求随着因特网技术的成熟、带宽的提高日益提高，使得以往单一功能的设备如**、手机、冰箱、微波炉等功能不再单一，结构更加复杂。

3、网络互联成为必然趋势。未来的嵌入式设备为了适应网络发展的要求，必然要求硬件上提供各种网络通信接口。

4、精简系统内核，算法，降低功耗和软硬件成本。

5、供友好的多**人机界面。嵌入式设备能与用户亲密接触，最重要的因素就是它能提供非常友好的用户界面。

嵌入式系统原理及应用》马维华。

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