嵌入式系统的特点

嵌入式系统及其技术特点
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理器、外围硬件设备、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。
  嵌入式系统一般指非PC系统,它包括硬件和软件两部分。硬件包括处理器/微处理器、存储器及外设器件和I/O端口、图形控制器等。软件部分包括操作系统软件(OS)(要求实时和多任务操作)和应用程序编程。有时设计人员把这两种软件组合在一起。应用程序控制着系统的运作和行为;而操作系统控制着应用程序编程与硬件的交互作用。
  嵌入式系统的核心是嵌入式微处理器。嵌入式微处理器一般就具备以下4个特点:
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  1)对实时多任务有很强的支持能力,能完成多任务并且有较短的中断响应时间,从而使内部的代码和实时内核心的执行时间减少到最低限度。
  2)具有功能很强的存储区保护功能。这是由于嵌入式系统的软件结构已模块化,而为了避免在软件模块之间出现错误的交叉作用,需要设计强大的存储区保护功能,同时也有利于软件诊断。
  3)可扩展的处理器结构,以能最迅速地开展出满足应用的最高性能的嵌入式微处理器。
  4)嵌入式微处理器必须功耗很低,尤其是用于便携
嵌入式计算机系统同通用型计算机系统相比具有以下特点: 
1.嵌入式系统通常是面向特定应用的
嵌入式CPU与通用型的最大不同就是嵌入式CPU大多工作在为特定用户设计的系统中,它通常都具有低功耗、体积小、集成度高等特点,能够把通用CPU中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设计趋于小型化,移动能力大大增强,跟网络的耦合也越来越紧密。
2.嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合后的产物。这一点就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。
3.嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计,量体裁衣、去除冗余,力争在同样的硅片面积上实现更高的性能,这样才能在具体应用中对处理器的选择更具有竞争力。
4.嵌入式系统和具体应用有机地结合在一起,它的升级换代也是和具体产品同步进行,因此嵌入式系统产品一旦进入市场,具有较长的生命周期。
5.为了提高执行速度和系统可靠性,嵌入式系统中的软件一般都固化在存储器芯片或单片机本身中,而不是
存贮于磁盘等载体中。
6.嵌入式系统本身不具备自举开发能力,即使设计完成以后用户通常也是不能对其中的程序功能进行修改的,必须有一套开发工具和环境才能进行开发。
嵌入式系统的应用及分类
根据不同的分类标准嵌入式系统有不同的分类方法,这里根据嵌入式系统的复杂程度,可以将嵌入式系统分为以下四类:
1.单个微处理器这类系统可以在小型设备中(如温度传感器、烟雾和气体探测器及断路器)到。这类设备是供应商根据设备的用途来设计的。这类设备受Y2K影响的可能性不大。
2.不带计时功能的微处理器装置
这类系统可在过程控制、信号放大器、位置传感器及阀门传动器等中到。这类设备也不太可能受到Y2K的影响。但是,如果它依赖于一个内部操作时钟,那么这个时钟可能受Y2K问题的影响。 银行复点机
3.带计时功能的组件
这类系统可见于开关装置、控制器、电话交换机、电梯、数据采集系统、医药监视系统、诊断及实时控制系统等。它们是一个大系统的局部组件,由它们的传感器收集数据并传递给该系统。这种组体可同PC机一起操作,并可包括某种数据库(如事件数据库)。
4.在制造或过程控制中使用的计算机系统
对于这类系统,计算机与仪器、机械及设备相连来控制这些装置的工作。这类系统包括自动仓储系统和自动发货系统。在这些系统中,计算机用于总体控制和监视,而不是对单个设备直接控制。过程控制系统可与业务系统连接(如根据销售额和库存量来决定定单或产品量)。
3嵌入式系统的选型原则
3.1硬件平台的选择
嵌入式系统的核心部是各种类型的嵌入式处理器,嵌入式开发硬件平台的选择主要是嵌入式处理器的选择。在一个系统中使用什么样的嵌入式处理器内核主要取决于应用的领域、用户的需求、成本、开发的难易程度等因素。确定了使用哪种嵌入式处理器内核以后,接下来就是综合考虑系统外围设备的需求情况以选择一款合适的处理器。下面列出考虑系统外围设备的一些因素:
(1)总线的需求;(2)有没有通用串行接口;(3)是否需要USB总线;(4)有没有以太网接口;
(5)系统内部是否需要I2C总线和S PI总线;(6)音频D/ A连接的IIS总线;(7)外设接口;(8)系统是否需要A/ D或D/ A转换器;(9)系统是否需要I/O控制接口。
另外,还要考虑处理器的寻址空间,有没有片上的Flash存储器,处理器是否容易调试和仿真以及调试工具的成本和易用性等相关的信息。在实际过程中,挑选最的硬件是一项很复杂的工作,充满着各种顾忌和干扰,包括其它工程的影响以及缺
乏完整或准确的信息等。
3.2嵌入式操作系统的选择
实时嵌入式系统的种类繁多,大体上可分为两种:商用型和免费型。商用型的实时操作系统功能稳定、可靠,有完善的技术支持和售后服务,但往往价格昂贵。免费型的实时操作系统在价格方面具有优势,目前主要有Linux和PC/ OS,但是不管选用什么样的系统,都要考虑以下几点:1)操作系统的硬件支持;2)开发工具的支持程度;3)能否满足应用需求。
嵌入式系统中操作系统介绍
嵌入式操作系统是一种支持嵌入式系统应用的操作系统软件,它是嵌入式系统(包括硬、软件系统)极为重要的组成部分,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Browser。嵌入式操作系统具有通用操作系统的基本特点,如能够有效管理越来越复杂的系统资源;能够把硬件虚拟化,使得开发人员从繁忙的驱动程序移植和维护中解脱出来;能够提供库函数、驱动程序、工具集以及应用程序 。与通用操作系统相比较,嵌入式操作系统在系统实时高效性、硬件的相关依赖性、软件固态化以及应用的专用性等方面具有较为突出的特点。
一般情况下,嵌入式操作系统可以分为两类,
一类是面向控制、通信等领域的实时操作系统,如WindRiver公司的VxWorks、ISI的pSOS、QNX系统软件公司的QNX、ATI的Nucleus等;
另一类是面向消费电子产品的非实时操作系统,这类产品包括个人数字助理(PDA)、移动电话、机顶盒、电子书、WebPhone等。目前RTLinux以免费软件的特点越来越被大家重视。
就市场占有率总体说来,目前国内以在嵌入式领域主要使用的操作系统有PSOS、VxWorks、LynxOS、WinCE、Linux、PalmOS。目前VxWorks、WinCE、PalmOS在嵌入式领域中市场占有率比较高。但是大多数人认为未来的主流将是Linux,毕竟它式免费的,这里有一份CCID的调查,在这份关于未来三年嵌入式领域首选操作系统的调查中,Linux以54.8%排在各操作系统的首位。
由此可见,选择一款既能满足应用需求,性价比又可达到最佳的实时操作系统,对开发工作的顺利开展意义重大。
线性驱动器嵌入式系统的发展
嵌入式系统的出现起源于七、八年前。最早的嵌入式系统是为了满足某些特殊的控制要求而设计的特殊控制系统,一般是由单片机及其外围设备构成。单片机的出现是近代计算机技术发展史上的一个重要里程碑,单片机的诞生标志着计算机正式形成了通用计算机系统和嵌入式计算机系统两大分支。单片机作为最典型的嵌入式系统,它的成功应用推动了嵌入式系统的发展。
随着电子技术的发展,各种各样
的微处理器相继出现,而性价比却越来越高,这为嵌入式系统的发展,提供了良好的前提条件。另一方面,随着社会的进步和人们生活质量的不断提高,对产品质量的要求也越来越高,然而,嵌入式系统就是以低价位、高性能而著称的。因此,嵌入式系统的空前繁荣是必然的。
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、消费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。纵观嵌入式技术的发展过程,大致经历四个阶段。
第一阶段是以单芯片为核心的可编程控制器形式的系统,具有与监测、伺服、指示设备相配合的功能。这类系统大部分应用于一些专业性强的工业控制系统中,一般没有操作系统的支持,通过汇编语言编程对系统进行直接控制。这一阶段系统的主要特点是:系统结构和功能相对单一,处理效率较低,
存储容量较小,几乎没有用户接口。由于这种嵌入式系统使用简单、价格低,以前在国内工业领域应用较为普遍,但是已经远不能适应高效的、需要大容量存储的现代工业控制和新兴信息家电等领域的需求。
第二阶段是以嵌入式CPU为基础、以简单操作系统为核心的嵌入式系统。主要特点是:CPU种类繁多,通用性比较弱;系统开销小,效率高;操作系统达到一定的兼容性和扩展性;应用软件较专业化,用户界面不够友好。
第三阶段是以嵌入式操作系统为标志的嵌入式系统。主要特点是:嵌入式操作系统能运行于各种不同类型的微处理器上,兼容性好;操作系统内核小、效率高,并且具有高度的模块化和扩展性;具备文件和目录管理、多任务、网络支持、图形窗口以及用户界面等功能;具有大量的应用程序接口API,开发应用程序较简单;嵌入式应用软件丰富。
第四阶段是以Internet为标志的嵌入式系统。这是一个正在迅速发展的阶段。目前大多数嵌入式系统还孤立于Internet之外,但随着Internet的发展以及Internet技术与信息家电、工业控制技术结合日益密切,嵌入式设备与Internet的结合将代表嵌入式系统的未来。
综上所述,嵌入式系统技术日益完善,32位微处理器在该系统中占主导地位,嵌入式操作系统已经从简单走向成熟。嵌入式系统已由原先的单一的、非实时的控制系统发展成多元的、实时控制系统。嵌
入式系统的性能越来越完善,使得它的应用涉及到很多领域。目前,应用最为广泛的领域诸如:信息电器、移动计算设备、网络设备、工控、仿真、医疗仪器等。此外,随着Internet用户的不断增多,嵌入式系统今后的发展无疑要面向系统化、网络化。
5嵌入式系统的应用及其两种应用
模式
垃圾锅炉嵌入式系统的应用可从军用与民用两方面看。就军用方面来说,20世纪的前沿要属精确制导武器,21世纪的发展可能就是微型化武器。军用嵌入式系统将在实时性、小型化与规模上发展到一个崭新的阶段。就民用方面来说,嵌入式系统的应用相当广泛,在现代生活中几乎每一个方面都存在嵌入式系统。目前的移动电话、手表、电子游戏机、PDA、电视、冰箱等民用电子与通信设备,电动汽车、电动机车等电动产品的控制核心,无不与嵌入式系统息息相关。嵌入式系统早已融入人们的日常生活,嵌入式系统的产品主要集中在信息家电、通信产品、工业控制器、掌上电脑(P DA)领域。家电、玩具、汽车、新一代手机、数码相机等设备也都采用了嵌入式系统的核心技术。
此外,家庭自动化系统、安全系统、自动售货机、航天器、消费电子设备、工业自动化仪表与医疗仪器等也都有嵌入式系统的身影。嵌入式系统的应用还涉猎世界上最大的资源库—Internet上。嵌入式Modem、嵌入式浏览器等的应用使共享资源变的越来越简单。
嵌入式系统的嵌入式应用特点,决定了它的多学科交*特点。作为计算机的内含,要求计算机领域人员介入其体系结构、软件技术、工程应用方面的研究。然而,了解对象系统的控制要求,实现系统控制模式必须具备对象领域的专业知识。因此,从嵌入式系统发展的历史过程,以及嵌入式应用的多样性中,可以了解到客观上形成的两种应用模式。烟气脱硝催化剂
5.1客观存在的两种应用模式
嵌入式计算机系统起源于微型机时代,但很快就进入到独立发展的单片机时代。在单片机时代,嵌入式系统以器件形态迅速进入到传统电子技术领域中,以电子技术应用工程师为主体,实现传统电子系统的智能化,而计算机专业队伍并没有真正进入单片机应用领域。因此,电子技术应用工程师以自己习惯性的电子技术应用模式,从事单片机的应用开发。这种应用模式最重要的特点是:软、硬件的底层性和随意性;对象系统专业技术的密切相关性;缺少计算机工程设计方法。
虽然在单片机时代,计算机专业淡出了嵌入式系统领域,但随着后PC时代的到来,网络、通信技术得以发展;同时,嵌入式系统软、硬件技术有了很大的提升,为计算机专业人士介入嵌入式系统应用开辟了广阔天地。计算机专业人士的介入,形成的计算机应用模式带有明显的计算机的工程应用特点,即基于嵌入式系统软、硬件平台,以网络、通信为主的非嵌入式底层应用。
5.2两种应用模式的并存与互补
冲淋房由于嵌入式系统最大、最广、最底层的应用是传统电子技术领域的智能

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