嵌入式系統(tǒng)組成及發(fā)展趨勢

1、嵌入式系統(tǒng)組成簡介嵌入式系統(tǒng)的重要特征典型嵌式系統(tǒng)的硬件組成嵌入式系統(tǒng)的軟件組成嵌入式系統(tǒng)的基本組成軟件硬件基本要素硬件嵌入式處理器各種類型存儲器模擬電路及電源接口控制器及接插件軟件實時操作系統(tǒng)（RTOS）設備驅(qū)動（Device Driver）協(xié)議棧（Protocol Stack）應用程序（Application）嵌入式系統(tǒng)的重要特征和特點 1）嵌入式系統(tǒng)的重要特征 （1）系統(tǒng)內(nèi)核小 嵌入式系統(tǒng)是將先進的計算機技術、半導體技術和電子技術與各個行業(yè)的具體應用相結合后的產(chǎn)物。這一點就決定了它必然是一個技術密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識集成系統(tǒng)。 由于嵌入式系統(tǒng)一般是應用于小型電子裝置的，

2、系統(tǒng)資源相對有限，所以內(nèi)核較之傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)要小得多。比如ENEA公司的OS分布式系統(tǒng)，內(nèi)核只有5KB，而Windows的內(nèi)核則要大得多。（）專用性強 嵌入式CPU大多工作在為特定用戶群設計的系統(tǒng)中，具有低功耗、體積小、集成度高等特點。能夠把通用CPU中由板卡完成的任務集成在芯片內(nèi)部，有利于嵌入式系統(tǒng)設計趨于小型化。移動能力大大增強，跟網(wǎng)絡的耦合也越來越緊密。嵌入式系統(tǒng)的個性化很強，其中的軟件系統(tǒng)和硬件的結合非常緊密。同時針對不同的任務，往往需要對系統(tǒng)進行較大更改，程序的編譯下載要和系統(tǒng)相結合，這種修改和通用軟件的“升級”是完全不同的概念。（）系統(tǒng)精簡和高實時性OS 嵌入式系統(tǒng)一般系統(tǒng)軟件和應

3、用軟件的區(qū)分不明顯，這樣既利于控制系統(tǒng)成本，又利于實現(xiàn)系統(tǒng)安全。這是嵌入式軟件的基本要求，而且軟件要求固態(tài)存儲，以提高速度。軟件代碼要求高質(zhì)量和高可靠性、實時性。很多嵌入式系統(tǒng)都需要不斷地對所處環(huán)境的變化做出反應，而且要實時地得出計算結果，不能延遲。（）高效率地設計 嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件都必須高效率地設計，量體裁衣、去除冗余，力爭在同樣的硅片面積上實現(xiàn)更高的性能，這樣才能在具體應用中對處理器的選擇更具有競爭力。（5）創(chuàng)新性和有效性 嵌入式系統(tǒng)和具體應用有機地結合在一起，它的升級換代也是和具體產(chǎn)品同步進行，因此嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品一旦進入市場，具有較長的生命周期。 為了提高執(zhí)行速度和系統(tǒng)可靠性，嵌入

4、式系統(tǒng)中的軟件一般都固化在存儲器芯片或微處理器中，而不是存貯于磁盤等載體中。（6）嵌入式軟件開發(fā)走向標準化 為了合理地調(diào)度多任務、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。 （7）嵌入式系統(tǒng)開發(fā)需要開發(fā)工具和環(huán)境 由于其本身不具備自主開發(fā)能力，即使設計通用計算機上的軟硬件設備以及各種完成以后，用戶通常也是不能對其中的程序功能進行修改，必須有一套開發(fā)工具和環(huán)境才能進行開發(fā)。 開發(fā)時往往有宿主機和目標機的概念，宿主機用于程序的開發(fā)，目標機作為最后的執(zhí)行機，開發(fā)時需要交替結合進行。 2）嵌入式系統(tǒng)

5、的特點 采用32位RISC嵌入式微處理器和實時操作系統(tǒng)組成的嵌入式控制系統(tǒng)，與傳統(tǒng)基于單片機的控制系統(tǒng)和基于PC的控制方式相比，具有以下突出優(yōu)點：性能方面：采用32位RISC結構微處理器，主頻從30MHz到1200MHz以上，接近PC機的水平，但體積更小，能夠真正地“嵌入”到設備中。 嵌入式系統(tǒng)的特點實時性方面：嵌入式機控制器內(nèi)嵌實時操作系統(tǒng)（RTOS），能夠完全保證控制系統(tǒng)的強實時性。人機交互方面：嵌入式控制器可支持大屏幕的液晶顯示器，提供功能強大的圖形用戶界面，這些方面的性能也接近于PC，優(yōu)于單片機。系統(tǒng)升級方面：嵌入式控制器可為控制系統(tǒng)專門設計，其功能專一，成本較低，而且開放的用戶程序接

6、口（API）保證了系統(tǒng)能夠快速升級和更新。典型嵌式系統(tǒng)的硬件組成嵌入式系統(tǒng)基本硬件架構 主要包括有處理器、外圍電路及接口和外部設備三大部分。其中外圍電路一般包括有時鐘、復位電路、程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器和電源模塊等部件組成。外部設備一般應配有USB、顯示器、鍵盤和其他等設備及接口電路。在一片嵌入式微處理器基礎上增加電源電路、時鐘電路和存儲器電路，就構成了一個嵌入式核心控制模塊。其中操作系統(tǒng)和應用程序都可以固化在ROM中。如下圖所示：典型嵌式系統(tǒng)的硬件組成MPU微處理器電源模塊時鐘復位FlashRAMROMUSBLCDKeyboard外圍電路Other外設嵌入式處理器的分類嵌入式系統(tǒng)的軟件組成 嵌

7、入式系統(tǒng)的軟件包括嵌入式操作系統(tǒng)和相應的各種應用程序。 1、嵌入式操作系統(tǒng)EOS 為了使嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)更加方便和快捷，需要有專門負責管理存儲器分配、中斷處理及任務調(diào)度等功能的軟件模塊，這就是EOS。EOS是用來支持嵌入式應用的系統(tǒng)軟件，是嵌入式系統(tǒng)極為重要的組成部分。 通常包括與硬件相關的底層驅(qū)動軟件、系統(tǒng)內(nèi)核、設備驅(qū)動接口、通信協(xié)議、圖形界面GUI、標準化瀏覽器等。嵌入式操作系統(tǒng)具有編碼體積小，面向應用，可裁剪和移植，實時性強，可靠性高，專用性強等特點。2、相應的各種應用程序 根據(jù)不同的應用場合，來編寫不同的應用程序。嵌入式應用軟件不僅要求其準確性、安全性和穩(wěn)定性等方面能夠滿足實際的應用的

8、需要，而且還要盡可能的進行優(yōu)化，以減少對系統(tǒng)資源的消耗，降低硬件成本。所以對嵌入式系統(tǒng)而言，大而全的功能不是目標，少而精才是它的設計目標。3、嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)模式 軟件開發(fā)過程，從編寫程序、編譯和運行等過程全都在同一個PC機平臺上完成。嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的代碼生成是在PC機上完成，但由于嵌入式目標平臺的不同，就要求在開發(fā)機上的編譯器能支持交叉編譯（例如GCC） 、鏈接，然后將程序的代碼下載到目標機上指定位置，然后還要交叉調(diào)試。調(diào)試器還是運行在宿主機的操作系統(tǒng)上，被調(diào)試的程序是放在目標機上，通過串口或網(wǎng)絡接口相連接。 主要流程為：編寫-交叉編譯、鏈接-定位和下載-調(diào)試。嵌入式系統(tǒng)采用這種開發(fā)模式主要

9、是自身的特點決定的。嵌入式系統(tǒng)技術發(fā)展趨勢軟件設計比重日益突出組件設計技術SOC硬件軟件化宏觀方面發(fā)展趨勢 經(jīng)濟性要很便宜，讓更多的人能買得起； 小型化（筆記本、PDA）人們攜帶方便； 可靠性（汽車VCD，跳動問題）能夠在一般環(huán)境條件下或者是苛刻的環(huán)境條件下運行；宏觀方面發(fā)展趨勢 高速度（飛機剎車系統(tǒng)）能夠迅速地完成數(shù)據(jù)計算或數(shù)據(jù)傳輸； 智能性（知識推理、模糊查詢、識別、感知運動）使人們用起來更習慣，對人們更有使用價值。嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢新的挑戰(zhàn)：支持日趨增長的功能密度靈活的網(wǎng)絡聯(lián)接輕便的移動應用多媒體的信息處理、低功耗、人機界面友好互動支持二次開發(fā)和動態(tài)升級等形成行業(yè)的標準：行業(yè)性嵌入式軟

10、硬件平臺嵌入式系統(tǒng)是以應用為中心的系統(tǒng)，不會象PC一樣只有一種平臺。吸取PC的成功經(jīng)驗，形成不同行業(yè)的標準。統(tǒng)一的行業(yè)標準具有開放、設計技術共享、軟硬件重用、構件兼容、維護方便和合作生產(chǎn)的特點，是增強行業(yè)性產(chǎn)品競爭能力的有效手段。 如歐共體汽車產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟規(guī)定以OSEK標準作為開發(fā)汽車嵌入式系統(tǒng)的公用平臺和應用編程接口嵌入式應用軟件的開發(fā)需要強大的開發(fā)工具和操作系統(tǒng)的支持采用實時多任務編程技術和交叉開發(fā)工具技術來控制功能復雜性，簡化應用程序設計、保障軟件質(zhì)量和縮短開發(fā)周期。 嵌入式操作系統(tǒng)將在現(xiàn)有的基礎上，不斷采用先進的操作系統(tǒng)技術，結合嵌入式系統(tǒng)的需求向:可適應不同的嵌入式硬件平臺具有可移植、可伸縮、功能強大、可配置、良好的實時性、可靠性、高可用方向發(fā)展 嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢嵌入式系統(tǒng)向新的嵌入式計算模型方向發(fā)展 支持自然的人機交互和