淺談嵌入式系統(tǒng)

1、淺談嵌入式系統(tǒng)摘要：如今，由于嵌入式系統(tǒng)的市場巨大、潛力無限，全球的生產(chǎn)商都非?？春眠@一領(lǐng)域，紛紛投入了大量的人力物力，而圍繞嵌入式系統(tǒng)的研究、設(shè)計和開發(fā)正成為計算機發(fā)展最活躍的方向之一。筆者結(jié)合自身的工作經(jīng)歷，對關(guān)于嵌入式系統(tǒng)進行了概述，希望能為從事嵌入式開發(fā)人員提供一些幫助。關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，特別是大規(guī)模集成電路的產(chǎn)生和發(fā)展，使得現(xiàn)代科學(xué)研究得到了質(zhì)的飛躍，而嵌入式微控制器技術(shù)的出現(xiàn)則是給現(xiàn)代工業(yè)控制領(lǐng)域帶來了一次新的技術(shù)革命。我們已經(jīng)進入了網(wǎng)絡(luò)時代，不僅能夠通過PC上網(wǎng)，還可以用各種各樣的嵌入式設(shè)備上網(wǎng)。后來PC時代出現(xiàn)了許多信息電器，我們周圍的嵌入式系統(tǒng)設(shè)備有很

2、多，如掌上電腦、可視電話、傳真機、手機、個人數(shù)字助理（PDA）、電視會議、TV機頂盒、數(shù)碼相機等，嵌入式設(shè)備如果要上網(wǎng)就必需加上TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，由于8/16位的單片機的速度還不夠快，內(nèi)存也不夠大，不容易滿足嵌入式設(shè)備上網(wǎng)的要求。隨著集成電路的發(fā)展，32位的RISC處理器更是能得到青睞，領(lǐng)先的是ARM處理器位內(nèi)核的生產(chǎn)芯片的公司居多。 1.嵌入式系統(tǒng)的一般構(gòu)成 一個以單片機為核心的比較復(fù)雜產(chǎn)品或?qū)嶋H應(yīng)用系統(tǒng)，包含模擬量的輸入、模擬量的輸出，開關(guān)量的輸入、開關(guān)量的輸出及數(shù)據(jù)通信的部分。從嵌入式系統(tǒng)設(shè)計角度來看，任何一個系統(tǒng)都是一個輸入/輸出處理系統(tǒng)。廣義地說，所處理的物理量可分為模擬量、開關(guān)

3、量與數(shù)字量。若能了解一個實際的對象系統(tǒng)有哪些輸入的物理量，哪些輸出的物理量以及它們之間的內(nèi)在關(guān)系，就可以設(shè)計出以單片機為核心的應(yīng)用系統(tǒng)，并通過編程實現(xiàn)輸入/輸出之間的關(guān)系。 單片機工作支撐電路保障單片機能夠正常運行，如電源提供、晶振電路、必要的濾波電路等。實際模擬信號一般來自相應(yīng)的傳感器。例如，開發(fā)非接觸式的IC卡燃氣表系統(tǒng),要測量使用氣量，就需要流量傳感器。但是，一般傳感器將實際的模擬信號轉(zhuǎn)成的電信號都比較弱，單片機無法直接獲得該信號，需要將其放大，然后經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字信號，進行處理。目前許多單片機內(nèi)部包含A/D轉(zhuǎn)換模塊(例如:Free Scale公司系列單片機)，實際應(yīng)用時也可根據(jù)需

4、要外接A/D轉(zhuǎn)換芯片。常見的模擬量有溫度、濕度、壓力、重量、氣體濃度、液體濃度、流量等。對嵌入式來說，模擬信號通過A/D轉(zhuǎn)換變成相應(yīng)的數(shù)字序列進行處理。實際開關(guān)信號一般也來自相應(yīng)的開關(guān)類傳感器。如光電開關(guān)、電磁開關(guān)、干簧管(磁開關(guān))、聲控開關(guān)、紅外開關(guān)等等，一些兒童電子玩具中就有一些類似的開關(guān)。手動開關(guān)也可作為開關(guān)信號送到嵌入式中。對單片機來說，開關(guān)信號就是只有“0”和“1”兩種可能值的數(shù)字信號。 2.嵌入式系統(tǒng)軟件的特征 嵌入式處理器的應(yīng)用軟件是實現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)功能的關(guān)鍵，對嵌入式處理器系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的要求也和通用計算機有所不同。 2.1軟件要求固態(tài)化存儲為了提高執(zhí)行速度和系統(tǒng)可靠性，嵌入

5、式系統(tǒng)中的軟件一般都固化在存儲器芯片或單片機本身中,而不是存貯于磁盤等載體中。 2.2軟件代碼高質(zhì)量、高可靠性盡管半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展使處理器速度不斷提高、片上存儲器容量不斷增加，但在大多數(shù)應(yīng)用中,存儲空間仍然是寶貴的，還存在實時性的要求。 2.3系統(tǒng)軟件(OS)的高實時性是基本要求在多任務(wù)嵌入式系統(tǒng)中，對重要性各不相同的任務(wù)進行統(tǒng)籌兼顧的合理調(diào)度是保證每個任務(wù)及時執(zhí)行的關(guān)鍵，單純通過提高處理器速度是無法完成和沒有效率的，這種任務(wù)調(diào)度只能由優(yōu)化編寫的系統(tǒng)軟件來完成，因此系統(tǒng)軟件的高實時性是基本要求。 2.4嵌入式系統(tǒng)開發(fā)需要開發(fā)工具和環(huán)境通用計算機具有完善的人機接口界面，在上面增加一些開發(fā)應(yīng)用程序

6、和環(huán)境即可進行對自身的開發(fā)。 2.5嵌入式系統(tǒng)軟件需要RTOS開發(fā)平臺通用計算機具有完善的操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序接口(API)，是計算機基本組成不可分離的一部分，應(yīng)用程序的開發(fā)以及完成后的軟件都在OS平臺上面運行，但一般不是實時的。嵌入式系統(tǒng)則不同，應(yīng)用程序可以沒有操作系統(tǒng)直接在芯片上運行；但是為了合理地調(diào)度多任務(wù)、利用系統(tǒng)資源、系統(tǒng)函數(shù)以及和專家?guī)旌瘮?shù)接口，用戶必須自行選配RTOS開發(fā)平臺，這樣才能保證程序執(zhí)行的實時性、可靠性，并減少開發(fā)時間，保障軟件質(zhì)量。 2.6嵌入式系統(tǒng)開發(fā)人員以應(yīng)用專家為主通用計算機的開發(fā)人員一般是計算機科學(xué)或計算機工程方面的專業(yè)人士，而嵌入式系統(tǒng)則是要和各個不同行業(yè)的應(yīng)

7、用相結(jié)合的，要求更多的計算機以外的專業(yè)知識，其開發(fā)人員往往是各個應(yīng)用領(lǐng)域的專家。 3.嵌入式軟件開發(fā)的難點與分析 隨著技術(shù)的進步和需求的擴大，嵌入式系統(tǒng)的規(guī)模越來越大，嵌入式軟件的復(fù)雜度和開發(fā)難度也隨之不斷增加。目前，嵌入式軟件開發(fā)的難點主要有如下幾點： (1)嵌入式系統(tǒng)的一個最大特點就是軟硬件緊密結(jié)合，為此，嵌入式軟件(尤其是嵌入式底層軟件)的設(shè)計和驗證要充分考慮硬件因素。 (2)嵌入式軟件運行在特定的硬件體系和環(huán)境中，在進行設(shè)計時，不但需要考慮各個節(jié)點間的通信和同步問題，還需要考慮整個系統(tǒng)的時序問題。 (3)嵌入式產(chǎn)品廣泛的應(yīng)用于工業(yè)、軍事和航空航天等領(lǐng)域，這使得嵌入式系統(tǒng)對可靠性、防危性

8、、和容錯性等功能有更苛刻的要求，丟失數(shù)據(jù)在許多情況下是不可容忍的。 目前，結(jié)構(gòu)化的軟件設(shè)計方法是嵌入式軟件設(shè)計領(lǐng)域中理論最成熟、使用最廣泛的方法。結(jié)構(gòu)化程序就指的是程序組成結(jié)構(gòu)化、功能模塊化、執(zhí)行流程化，要求將特定任務(wù)的代碼和數(shù)據(jù)與程序其余部分相分割，實現(xiàn)分割的方法是將處理特定任務(wù)的指令和數(shù)據(jù)設(shè)計成子程序或中斷服務(wù)子程序，這些子程序或中斷服務(wù)子程序稱作功能模塊，具有特定功能、可處理特定任務(wù)、能解決專門問題。結(jié)構(gòu)化的嵌入式軟件設(shè)計流程是：按照系統(tǒng)總體規(guī)劃和總體設(shè)計，由設(shè)計人員分別編程設(shè)計各功能模塊；接著依據(jù)軟件結(jié)構(gòu)和程序流程，將功能模塊組成結(jié)構(gòu)化程序，實現(xiàn)系統(tǒng)整體功能，滿足系統(tǒng)要求，解決實際問題

9、。 4.嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展前景 信息時代、數(shù)字時代使得嵌入式產(chǎn)品在人們生活要中無處不在，為嵌入式市場展現(xiàn)了美好的前景，同時也對嵌入式系統(tǒng)技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)。以下幾點是嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展前景。 4.1連上互聯(lián)網(wǎng)隨著網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展，嵌入設(shè)備要連上互聯(lián)網(wǎng)，就必須要提供網(wǎng)絡(luò)通信接口，不僅要支持TCP/IP，有些還需要支持IEEE1394、USB、藍牙、IrDA等，同時還要提供相應(yīng)的通信組網(wǎng)協(xié)議軟件和物理層驅(qū)動軟件。 4.2利用最低的資源實現(xiàn)最恰當(dāng)?shù)墓δ芤谛⌒碗娮釉O(shè)備裝入嵌入式系統(tǒng)，就要求設(shè)計時盡量精簡系統(tǒng)內(nèi)核、算法、降低功耗和軟硬件成本。這就提高了對嵌入軟件的技術(shù)要求，要求軟件人員要有豐富的編程經(jīng)驗和硬件知識，同時還要發(fā)展先進的嵌入式軟件技術(shù)，如Web，WAP等。 4.3嵌入式開發(fā)需要強大的硬件開發(fā)工具和軟件包支持目前很多廠家在著力推出系統(tǒng)的同時，也開始將開發(fā)嵌入式系統(tǒng)的環(huán)境作為重點推出。如Windows CE在主推系統(tǒng)時也推出了Embedded VC+作為開發(fā)工具。 4.4提供友好的人機交互界面嵌入式設(shè)備在人們的生活中無處不在，要讓人們覺得嵌入式設(shè)備好用，那么提供有好的人機交互界面這是必然。人們的需求是無止境的，嵌入式設(shè)備要不斷的滿足人們的需要，就要不斷的發(fā)展，提供