淺談嵌入式系統(tǒng)

1.引言嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，與計算機技術(shù)為根底，軟硬件可配置，對功能、可靠性、本錢、體積、功耗有嚴格約束的專用系統(tǒng)，所用的計算機稱為嵌入式計算機。傳統(tǒng)的計算機分類是按照計算機的處理字長、體系結(jié)構(gòu)、運算速度、結(jié)構(gòu)規(guī)模、適用領(lǐng)域進行的，如通常所說的大型計算機、中型機、小型機和微型計算機，并以此標準來組織學科和產(chǎn)業(yè)分工，這種分類方法也沿襲了多年。隨著近20年來微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和移動通信技術(shù)的迅速開展以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，實際情況已經(jīng)產(chǎn)生了根本性的變化。例如在70年代末定義的微型計算機演變出來的個人計算機PC其處理速度已遠遠超過了當年對大、中、小型計算機的定義。隨著計算機技術(shù)對其它行業(yè)的廣泛滲透和與其它行業(yè)應(yīng)用技術(shù)的相互結(jié)合，以應(yīng)用為中心的分類方法變得似乎更加切合實際開展。按計算機的嵌入式應(yīng)用和非嵌入式應(yīng)用將其分為通用計算機和嵌入式計算機。而通用計算機具有一般計算機的根本標準形態(tài)，通過裝配不同的應(yīng)用軟件，以根本雷同的面目出現(xiàn)并應(yīng)用在社會的各個方面，其典型產(chǎn)品為PC。而非通用計算機的計算機－嵌入式計算機，那么是非通用計算機形態(tài)的計算機應(yīng)用，它是以作為嵌入式系統(tǒng)的核心部件的形式隱藏在各種裝置、設(shè)備、產(chǎn)品和系統(tǒng)中。因此嵌入式計算機是計算機技術(shù)開展中的一種計算機存在的形式，是從計算機技術(shù)的開展中別離出來的。相比擬而言國內(nèi)的定義更全面一些，表達了嵌入式系統(tǒng)“嵌入”、“專用性”、“計算機”的根本要素和特征。2.嵌入式系統(tǒng)開展歷史嵌入式系統(tǒng)誕生于微型機時代，嵌入式系統(tǒng)的嵌入性本質(zhì)是將一個計算機嵌入到一個對象體系中去，這些是理解嵌入式系統(tǒng)的根本出發(fā)點。由于嵌入式計算機系統(tǒng)要嵌入到對象體系中，實現(xiàn)的是對象的智能化控制，因此，它有著與通用計算機系統(tǒng)完全不同的技術(shù)要求與技術(shù)開展方向。通用計算機系統(tǒng)的技術(shù)要求是高速、海量的數(shù)值計算；技術(shù)開展方向是總線速度的無限提升，存儲容量的無限擴大。而嵌入式計算機系統(tǒng)的技術(shù)要求那么是對象的智能化控制能力；技術(shù)開展方向是與對象系統(tǒng)密切相關(guān)的嵌入性能、控制能力與控制的可靠性。嵌入式計算機系統(tǒng)那么走上了一條完全不同的道路，這條獨立開展的道路就是單芯片化道路。它發(fā)動了原有的傳統(tǒng)電子系統(tǒng)領(lǐng)域的廠家與專業(yè)人士，接過起源于計算機領(lǐng)域的嵌入式系統(tǒng)，承當起開展與普及嵌入式系統(tǒng)的歷史任務(wù)，迅速地將傳統(tǒng)的電子系統(tǒng)開展到智能化的現(xiàn)代電子系統(tǒng)時代。在中國嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域，比擬認同的嵌入式系統(tǒng)概念是：嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計算機技術(shù)為根底，并且軟硬件可裁剪，適用于應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、本錢、體積、功耗有嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。它一般由嵌入式微處器、處圍硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)以及用戶的應(yīng)用程序等四個局部組成，用于實現(xiàn)對其他設(shè)備的控制、監(jiān)視或管理等功能。如果我們了解了嵌入式〔計算機〕系統(tǒng)的由來與開展，對嵌入式系統(tǒng)就不會產(chǎn)生過多的誤解，而能歷史地、本質(zhì)地、普遍適用地定義嵌入式系統(tǒng)。2.1嵌入式系統(tǒng)的定義按照歷史性、本質(zhì)性、普遍性要求，嵌入式系統(tǒng)應(yīng)定義為：“嵌入到對象體系中的專用計算機系統(tǒng)”?！扒度胄浴?、“專用性”與“計算機系統(tǒng)”是嵌入式系統(tǒng)的三個根本要素。對象系統(tǒng)那么是指嵌入式系統(tǒng)所嵌入的宿主系統(tǒng)。2.2嵌入式系統(tǒng)的特點嵌入式系統(tǒng)的特點與定義不同，它是由定義中的三個根本要素衍生出來的。不同的嵌入式系統(tǒng)其特點會有所差異。與“嵌入性”的相關(guān)特點：由于是嵌入到對象系統(tǒng)中，必須滿足對象系統(tǒng)的環(huán)境要求，如物理環(huán)境〔小型〕、電氣/氣氛環(huán)境〔可靠〕、本錢〔價廉〕等要求。與“專用性”的相關(guān)特點：軟、硬件的裁剪性；滿足對象要求的最小軟、硬件配置等。與“計算機系統(tǒng)”的相關(guān)特點：嵌入式系統(tǒng)必須是能滿足對象系統(tǒng)控制要求的計算機系統(tǒng)。與上兩個特點相照應(yīng)，這樣的計算機必須配置有與對象系統(tǒng)相適應(yīng)的接口電路。另外，在理解嵌入式系統(tǒng)定義時，不要與嵌入式設(shè)備相混淆。嵌入式設(shè)備是指內(nèi)部有嵌入式系統(tǒng)的產(chǎn)品、設(shè)備，例如，內(nèi)含單片機的家用電器、儀器儀表、工控單元、機器人、、PDA等。2.3嵌入式系統(tǒng)的種類與開展按照上述嵌入式系統(tǒng)的定義，只要滿足定義中三要素的計算機系統(tǒng)，都可稱為嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)按形態(tài)可分為設(shè)備級〔工控機〕、板級〔單板、模塊〕、芯片級〔MCU、SoC〕。有些人把嵌入式處理器當作嵌入式系統(tǒng)，但由于嵌入式系統(tǒng)是一個嵌入式計算機系統(tǒng)，因此，只有將嵌入式處理器構(gòu)成一個計算機系統(tǒng)，并作為嵌入式應(yīng)用時，這樣的計算機系統(tǒng)才可稱作嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)與對象系統(tǒng)密切相關(guān)，其主要技術(shù)開展方向是滿足嵌入式應(yīng)用要求，不斷擴展對象系統(tǒng)要求的外圍電路〔如ADC、DAC、PWM、日歷時鐘、電源監(jiān)測、程序運行監(jiān)測電路等〕，形成滿足對象系統(tǒng)要求的應(yīng)用系統(tǒng)。因此，嵌入式系統(tǒng)作為一個專用計算機系統(tǒng)，要不斷向計算機應(yīng)用系統(tǒng)開展。因此，可以把定義中的專用計算機系統(tǒng)引伸成，滿足對象系統(tǒng)要求的計算機應(yīng)用系統(tǒng)。2.4嵌入式系統(tǒng)的實時性響應(yīng)時間：是實時系統(tǒng)從識別出一個外部事件到做出響應(yīng)的時間；生存時間：是數(shù)據(jù)的有效等待時間，數(shù)據(jù)只有在這段時間內(nèi)才是有效的；吞吐量：是在給定的時間內(nèi)系統(tǒng)能夠處理的事件總數(shù)，吞吐量通常比平均響應(yīng)時間的倒數(shù)要小一點。實時系統(tǒng)根據(jù)響應(yīng)時間可以分為弱實時系統(tǒng)、一般實時系統(tǒng)和強實時系統(tǒng)三種。弱實時系統(tǒng)在設(shè)計時的宗旨是使各個任務(wù)運行得越快越好，但沒有嚴格限定某一任務(wù)必須在多長時間內(nèi)完成，弱實時系統(tǒng)更多關(guān)注的是程序運行結(jié)果的正確與否，以及系統(tǒng)平安性能等其他方面，對任務(wù)執(zhí)行時間的要求相對來講較為寬松，一般響應(yīng)時間可以是數(shù)十秒或者更長。一般實時系統(tǒng)是弱實時系統(tǒng)和強實時系統(tǒng)的一種折衷，它的響應(yīng)時間可以在秒的數(shù)量級上，廣泛應(yīng)用于消費電子設(shè)備中。強實時系統(tǒng)那么要求各個任務(wù)不僅要保證執(zhí)行過程和結(jié)果的正確性，同時還要保證在限定的時間內(nèi)完成任務(wù)，響應(yīng)時間通常要求在毫秒甚至微秒的數(shù)量級上，這對涉及到醫(yī)療、平安、軍事的軟硬件系統(tǒng)來說是至關(guān)重要的。3.基于ARM9的S3C2410微處理器嵌入式系統(tǒng)是針對具體應(yīng)用設(shè)計的“專用系統(tǒng)”。它的硬件和軟件都必須高效率地設(shè)計、“量體裁衣”、去除冗余，力爭在較少的資源上實現(xiàn)更高的性能。它與通用的計算機系統(tǒng)相比具有以下顯著特點：〔1〕具有較長的生命周期；〔2〕嵌入式系統(tǒng)的目標代碼通常是固化在非易失性存儲器〔ROM，EPROM，EEPROM，F(xiàn)LASH〕芯片中；〔3〕嵌入式系統(tǒng)使用的操作系統(tǒng)一般是實時操作系統(tǒng)〔RTOS〕，系統(tǒng)有實時約束；〔4〕嵌入式系統(tǒng)需要專用開發(fā)工具和方法進行設(shè)計；〔5〕嵌入式微處理器通常包含專用調(diào)試電路；〔6〕嵌入式系統(tǒng)是技術(shù)密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識集成系統(tǒng)；〔7〕嵌入式系統(tǒng)通常是面向特定任務(wù)的，而不同于一般通用PC計算平臺，是“專用”的計算機系統(tǒng)；〔8〕嵌入式系統(tǒng)運行環(huán)境差異很大；〔9〕嵌入式系統(tǒng)比通用PC系統(tǒng)資源少得多；〔10〕嵌入式系統(tǒng)“嵌入”到對象的體系中，對對象、環(huán)境和嵌入式系統(tǒng)自身具有嚴格的要求，一般的嵌入式系統(tǒng)具有低功耗、體積小、集成度高、本錢低等特點；〔11〕建立完整的嵌入式系統(tǒng)的系統(tǒng)測試和可靠性評估體系，保證嵌入式系統(tǒng)高效、可靠、穩(wěn)定工作。嵌入式系統(tǒng)按表現(xiàn)形式及使用硬件種類分為：〔1〕系統(tǒng)中使用含程序或算法的處理器的嵌入式系統(tǒng)為芯片級嵌入；〔2〕系統(tǒng)中使用某個核心模塊的嵌入式系統(tǒng)為模塊級嵌入。嵌入式系統(tǒng)按軟件實時性需求分：〔1〕非實時系統(tǒng)〔如PDA〕；〔2〕軟實時系統(tǒng)〔如消費類產(chǎn)品〕；〔3〕硬實時系統(tǒng)〔工業(yè)實時控制系統(tǒng)〕。3.1ARM處理器的特點〔1〕小體積、低功耗、本錢低、高性能；〔2〕采用RISC指令集；〔4〕大量使用存放器，指令執(zhí)行速度更快；〔5〕ARM/THUMB指令支持；〔5〕三/五級流水線；〔6〕高效的指令系統(tǒng),支持Thumb〔16位〕/ARM〔32位〕雙指令集，能很好的兼容8位/16位器件。3.2當前ARM體系結(jié)構(gòu)的擴充Thumb:16位指令集，用以改善代碼密度；DSP：用于DSP應(yīng)用的算術(shù)運算指令集；Jazeller：允許直接執(zhí)行Java代碼的擴充。ARM9采用哈佛〔Harvard)結(jié)構(gòu)，程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器分開，提供了較大的存儲器帶寬。同時，大多數(shù)DSP都采用此結(jié)構(gòu)。ARM9為五級流水〔取指，譯碼，執(zhí)行，緩沖/數(shù)據(jù)，回寫〕，平均功耗為0.7mW/MHz。時鐘速度為120MHz-200MHz，每條指令平均執(zhí)行1.5個時鐘周期。ARM9系列微處理器包含ARM920T、ARM922T和ARM940T三種類型，以適用于不同的應(yīng)用場合。Cache內(nèi)存管理流水線級別ThumbDSPJazelleARM9TDMI無無5有無無ARM920T16K/16kMMU5有無無ARM922T8k/8kMMU5有無無ARM940T4k/4kProtectionUnit5有無無ARM9FamilyARM架構(gòu)的處理器，有的帶有指令Cache和數(shù)據(jù)Cache，但片內(nèi)不帶有片內(nèi)RAM和片內(nèi)ROM，系統(tǒng)所需的RAM和ROM須通過總線外接，如下列圖。3.3ARMI/O結(jié)構(gòu)ARM架構(gòu)中的處理器核和處理器內(nèi)核一般都沒有I/O的部件和模塊，構(gòu)成ARM架構(gòu)的處理器中的I/O可通過AMBA總線來擴充。〔1〕存儲器映像I/OARM采用存儲器映像I/O的方式，即把I/O端口地址作為特殊的存儲器地址。不過I/O的輸入/輸出與真正的存儲器讀/寫仍然有所不同：存儲器的單元重復(fù)讀屢次的值是一致的；而I/O設(shè)備的連續(xù)2次輸入，其輸入值可能會有所不同?！?〕直接存儲器存取DMA在I/O的數(shù)據(jù)流量比擬大，中斷處理比擬頻繁的場合，會明顯影響系統(tǒng)的性能。因此，許多系統(tǒng)就采用了直接存儲器存取DMA，這樣，I/O的數(shù)據(jù)塊傳送至存儲器的緩沖器區(qū)域就不需要處理器介入。而中斷也僅僅出現(xiàn)在出現(xiàn)出錯時或緩沖器滿時?！?〕中斷IRQ和快速中斷FIQ一般的ARM沒有DMA的功能，為了提高I/O處理的能力，對于一些要求I/O處理速率比擬高的事件，系統(tǒng)安排快速中斷FIQ(FastInterrupt)，而對其余的I/O源仍安排一般中斷IRQ?！?〕S3C2410的推出S3C2410是Samsung公司推出的16/32位RISC處理器，主要面向手持設(shè)備以及高性價比、低功耗的應(yīng)用。CPU內(nèi)核采用的是ARM公司設(shè)計的16/32位ARM920TRISC處理器。3.4S3C2410A1.8V/2.0V內(nèi)核供電，3.3V存儲器供電，3.3V外部I/O供電；具有16KB的ICache和16KB的DCache以及MMU；外部存儲器控制器；LCD控制器提供1通道LCD專用DMA；4通道DMA并有外部請求引腳；3通道UART和2通道SPI；1通道多主機IIC總線和1通道IIS總線控制器；SD主接口版本1.0和MMC卡協(xié)議2.11兼容版；2個USB主設(shè)備接口，1個USB從設(shè)備接口；4通道PWM定時器和1通道內(nèi)部定時器；看門狗定時器；117位通用I/O口和24通道外部中斷源；電源控制模式包括：正常、慢速、空閑和掉電四種模式；8通道10位ADC和觸摸屏接口；具有日歷功能的RTC；使用PLL的片上時鐘發(fā)生器。S3C2410結(jié)構(gòu)框圖3.5S3C2410存儲器控制器S3C2410的存儲器控制器提供訪問外部存儲器所需要的存儲器控制信號。3.6S3C2410存儲器控制器特性〔1〕支持小/大端〔通過軟件選擇〕；〔2〕地址空間：每bank有128M字節(jié)〔總共有8個banks，共1G字節(jié)〕；〔3〕除bank0〔只能是16/32位寬〕之外，其他bank都具有可編程的訪問大小〔可以是8/16/32位寬〕；〔4〕總共有8個存儲器banks〔bank0~bank7〕，其中6個banks用于ROM，SRAM等，剩下2個banks用于ROM，SRAM，SDRAM等；〔5〕7個固定的存儲器bank〔bank0~bank6〕起始地址，最后一個bank〔bank7〕的起始地址是可調(diào)整的，最后兩個bank〔bank6~bank7〕的大小是可編程的，所有存儲器bank的訪問周期都是可編程的；〔6〕總線訪問周期可以通過插入外部等待來延長；〔7〕支持SDRAM的自刷新和掉電模式。S3C2410存儲器映射3.7S3C2410的I/O口工作原理S3C2410A1個23位的輸出口〔PORTA〕2個11位的I/O口〔PORTB和PORTH〕4個16位的I/O口〔PORTC、PORTD、PORTE、PORTG〕1個8位的I/O口〔PORTF〕與配置I/O口相關(guān)的存放器包括：端口控制存放器〔GPACON~GPHCON〕端口數(shù)據(jù)存放器〔GPADAT~GPHDAT〕端口上拉存放器〔GPBUP~GPHUP〕雜項控制存放器外部中斷控制存放器〔EXTINTN〕3.8I/O口編程實例舉例:通過對G口的操作控制CPU板左下角的LED1和LED2實現(xiàn)輪流閃爍。voidMain(void){intflag,i;Target_Init();//進行硬件初始化操作，包括對I/O口的初始化操作for(;;){ if(flag==0){ for(i=0;i<1000000;i++);//延時 rGPGCON=rGPGCON&0xfff0ffff|0x00050000;//配置第8、第9位為輸出引腳 rGPGDAT=rGPGDAT&0xeff|0x200;//第8位輸出為低電平//第9位輸出高電平 for(i=0;i<10000000;i++);//延時 flag=1;}else{ for(i=0;i<1000000;i++);//延時 rGPGCON=rGPGCON&0xfff0ffff|0x00050000;//配置第8、第9位為輸出引腳 rGPGDAT=rGPGDAT&0xdff|0x100;//第8位輸出為高電平//第9位輸出低電平 for(i=0;i<1000000;i++);//延時 flag=0; }}}3.9ARM的中斷原理〔1〕ARM系統(tǒng)包括兩類中斷：一是IRQ中斷，一是FIQ中斷?！?〕處理中斷的步驟如下：1)保存現(xiàn)場。保存當前的PC值到R14，保存當前的程序運行狀態(tài)到SPSR。2)模式切換。根據(jù)發(fā)生的中斷類型，進入IRQ模式或FIQ模式。3)獲取中斷源。以異常向量表保存在低地址處為例，假設(shè)是IRQ中斷，那么PC指針跳到0x18處；假設(shè)是FIQ中斷，那么跳到0x1C處。IRQ或FIQ的異常向量地址處一般保存的是中斷效勞子程序的地址，所以接下來PC指針跳入中斷效勞子程序處理中斷。4)中斷處理。為各種中斷定義不同的優(yōu)先級別，并為每一個中斷設(shè)置一個中斷標志位。當發(fā)生中斷時，通過判斷中斷優(yōu)先級以及訪問中斷標志位的狀態(tài)來識別到底哪一個中斷發(fā)生了。進而調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)進行中斷處理。5)中斷返回，恢復(fù)現(xiàn)場。當完成中斷效勞子程序后，將SPSR中保存的程序運行狀態(tài)恢復(fù)到CPSR中，R14中保存的被中斷程序的地址恢復(fù)到PC中，進而繼續(xù)執(zhí)行被中斷的程序。4.嵌入式系統(tǒng)的主要應(yīng)用，分類，特點4.1主要應(yīng)用嵌入式系統(tǒng)技術(shù)具有非常廣闊的應(yīng)用前景，其應(yīng)用領(lǐng)域可以包括：工業(yè)控制、交通管理、信息家電、家庭智能系統(tǒng)、POS網(wǎng)絡(luò)及電子商務(wù)、環(huán)境工程與自然、機器人。這些應(yīng)用中，可以著重于在控制方面的應(yīng)用。就遠程家電控制而言，除了開發(fā)出支持TCP/IP的嵌入系統(tǒng)之外，家電產(chǎn)品控制協(xié)議也需要制訂和統(tǒng)一，這需要家電生產(chǎn)廠家來做。同樣的道理，所有基于網(wǎng)絡(luò)的遠程控制協(xié)議也需要與嵌入式系統(tǒng)之間實現(xiàn)接口，然后再由嵌入式系統(tǒng)來控制并通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)控制。所以，開發(fā)和探試嵌入式系統(tǒng)有著十分重要的意義。相對于其他的領(lǐng)域，機電產(chǎn)品可以說是嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用最典型最廣泛的領(lǐng)域之一。從最初的單片機以現(xiàn)在的工控機、SOC在種機電產(chǎn)品中均有著巨大的市場。工業(yè)設(shè)備是機電產(chǎn)品中最大的一類，在目前的工業(yè)控制設(shè)備中，工控機的使用非常廣泛，這些工控機一般采用的是工業(yè)級的處理器和各種設(shè)備，其中以X86的MPU最多。家電行業(yè)是嵌入式應(yīng)用的另一大行業(yè)，我們傳統(tǒng)的電視，電冰箱當然其中也嵌有處理器，但是這些處理器只是在控制方面應(yīng)用。而現(xiàn)在只有按鈕、開關(guān)的電器顯然已經(jīng)不能滿足人們的日常需求，具有用戶界面，能遠程控制，智能管理的電器是未來的開展趨勢。到我們身邊。4.2分類由于嵌入系統(tǒng)由硬件和軟件兩大局部組，所以其分類也可以從硬件和軟件進行劃分。從硬件方面來講，各式各樣的嵌入式處理器是嵌入式系統(tǒng)硬件中的最核心的局部，而目前世界上具有嵌入式功能特點的處理器已經(jīng)超過1000種，流行體系結(jié)構(gòu)包括MCU，MPU等30多個系列。鑒于嵌入式系統(tǒng)廣闊的開展前景，很多半導體制造商都大規(guī)模生產(chǎn)嵌入式處理器，并且公司自主設(shè)計處理器也已經(jīng)成為了未來嵌入式領(lǐng)域的一大趨勢，其中從單片機、DSP到FPGA有假設(shè)各式各樣的品種上，速度越來越快，性能越來越強，價格也越來越低。目前嵌入式處理的尋址空間可以從64KB到16MB，處理速度最快可以到達2000MIPS,封裝從８個引腳到144個引腳個不等。從軟件方面劃分，主要可以依據(jù)操作系統(tǒng)的類型。目前嵌入式系統(tǒng)的軟件主要有兩大類：實時系統(tǒng)和分時系統(tǒng)。其中實時系統(tǒng)又分為兩類：硬實時系統(tǒng)和軟實時系統(tǒng)。實時嵌入系統(tǒng)是為執(zhí)行特定功能而設(shè)計的，可以來嚴格的按時序執(zhí)行功能。其最大的特征就是程序的執(zhí)行具有確定性。在實時系統(tǒng)中，如果系統(tǒng)在指定的時間內(nèi)未能實現(xiàn)某個確定的任務(wù)，會導致系統(tǒng)的全面失敗，那么系統(tǒng)被稱為硬實時系統(tǒng)。而在軟實時系統(tǒng)中，雖然響應(yīng)時間同樣重要，但是超時卻不會導致致命錯誤。一個硬實時系統(tǒng)往往在硬件上需要添加專門用于時間和優(yōu)先級管理的控制芯片，而軟實時系統(tǒng)那么主要在軟件方面通過編程實現(xiàn)時限的管理。比方WindowsCE就是一個多任備置分時系統(tǒng)，而Ucos-II那么是典型的實時操作系統(tǒng)。當然，除了上述分類之外，還有許多其他分類方法，比方從應(yīng)用方面分為工業(yè)應(yīng)用和消費電子等，在這里就不一一表達了。4.3特點作用嵌入式系統(tǒng)的核心是嵌入式微處理器。嵌入式微處理器一般就具備以下4個特點；①、對實時任務(wù)有很強的支持能力，能完成多任務(wù)并且有較短的中斷響應(yīng)時間，從而使內(nèi)部的代碼和實時內(nèi)核心的執(zhí)行時間減少到最低限度。②、具有功能很強的存儲區(qū)保護功能。這是由于嵌入式系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)已模塊化，而為了防止在軟件模塊之間出現(xiàn)錯誤的交叉作用，需要設(shè)計強大存儲區(qū)保護功能，同時也有利于軟件診斷。③、可擴展的處理器結(jié)構(gòu)，以能最迅速地開發(fā)出滿足應(yīng)用的最高性能的嵌入式微處理器。④、嵌入式微處理器必須功耗很低，尤其是用于便攜式的無線及移動的計算和通信設(shè)備中靠電池的嵌入式系統(tǒng)更是如此，如需要功耗只有nW甚至uW級。而嵌入式系統(tǒng)的重要特征那么是如下：①系統(tǒng)內(nèi)核小。由于嵌入式系統(tǒng)一般是應(yīng)用于小型電子裝置的，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。比方Enea公司的OSE分布式系統(tǒng)，內(nèi)核只有5K，而Windows的內(nèi)核？簡直沒有可比性。②專用性強。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(jié)合非常緊密，一般要針對硬件進行系統(tǒng)的移植，即使在同一品牌、同一系列的產(chǎn)品中也需要根據(jù)系統(tǒng)硬件的變化和增減不斷進行修改。同時針對不同的任務(wù)，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(jié)合，這種修改和通用軟件的“升級”是完全兩個概念。③系統(tǒng)精簡。嵌入式系統(tǒng)一般沒有系統(tǒng)軟件和應(yīng)軟件的明顯區(qū)分，不要求其功能設(shè)計及實現(xiàn)上過于復(fù)雜，這樣一方面利于控制系統(tǒng)本錢，同時也利于實現(xiàn)系統(tǒng)平安。④高實時性的系統(tǒng)軟件〔OS〕是嵌入式軟件的根本要求。而且軟件要求固態(tài)存領(lǐng)教，以提高速度；軟件代碼要求高質(zhì)量和高可靠性。⑤嵌入軟件開發(fā)要想走向標準化，就必須使用多任務(wù)的操作系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)的應(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(Real-TimeOperationSystem)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。⑥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舉開發(fā)能力，即使調(diào)設(shè)計完成以后用戶通常也是不能對其中的程序功能進行修改的，必須有一套開發(fā)工具和環(huán)境才能進行開發(fā)，這些工具和環(huán)境一般是基于通用計算機上的軟硬件設(shè)備以及各種邏輯分析儀、混合信號示波器等。開發(fā)時往往有主機和目標機的概念，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(jié)合進行。5.嵌入式微處理器的的種類嵌入式微處理器的核心是嵌入微處理器，嵌入式微處理器與通用CPU最大的不同在于嵌入式微處理器大多工作在為特定用戶群所專用設(shè)計的系統(tǒng)中，它將通用CPU許多由板卡完成的任務(wù)集成在芯片內(nèi)部，從而有利于嵌入式系統(tǒng)在設(shè)計時趨于小型化，同時還具有很高的效率和可靠性。嵌入式微處理器的體系結(jié)構(gòu)可以采用馮.諾依曼體系或哈佛體系結(jié)構(gòu)；指令系統(tǒng)可以選用精簡指令系統(tǒng)〔RedycedInstryctionSetComputer,RISC〕和復(fù)雜指令系統(tǒng)CISC(ComplexinstructionSetComputer,CISC)。RSIC計算機在通道中只包含最有用的指令。確保數(shù)據(jù)通道快速執(zhí)行每一條指令，從而提高了執(zhí)行效率并使用CPU硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計變得更為簡單。嵌入式微處理器有各種不同的體系統(tǒng)，即使在同一體系中也可能具有不同的時鐘頻率和數(shù)據(jù)總寬度，或集成了不同的外設(shè)和接口。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前全世界嵌入式微處理器已經(jīng)超過1000多種，體系結(jié)構(gòu)有30多個系列，其中主流的體系有ARM、MIPS、PowerPC、X86和SH等。但與全球PC市場不同的是，沒有一種嵌入式微處理器可以主導市場，僅以32位的產(chǎn)品而言，就有100種以的嵌入式微處理器。嵌入式微處理器的選擇是根據(jù)具體的應(yīng)用而決定的。6.嵌入式系統(tǒng)的開展現(xiàn)狀和開展趨勢隨著信息化，智能化，網(wǎng)絡(luò)化開展，嵌入式系統(tǒng)技術(shù)也將獲得廣闊開展空間。美國著名未來學家尼葛洛龐帝99年1月訪華時預(yù)言，4~5年后嵌入式智能〔電腦〕工具將是PC和因特網(wǎng)之后最偉大的創(chuàng)造。我國著名嵌入式系統(tǒng)專家沈緒榜院士98年11月