文档介绍：第1章嵌入式系统开发基础
嵌入式系统概述
嵌入式系统设计基础
根据电气工程师协会的定义,嵌入式系统(Embedded System)是用来控制或者监视机器、装置、工厂等大规模系统的设备。一般认为嵌入式系统是以应用为中心,以计算机技术为基础,其软/硬件可裁剪,可满足应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗的严格要求的专用计算机系统。嵌入式系统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应用程序四个部分组成,用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。
嵌入式系统概述
作为专用的计算机系统,嵌入式系统同PC系统相比具有以下特点: (1) 嵌入式系统功耗低、体积小、专用性强。嵌入式系统与PC系统的最大不同就是嵌入式CPU大多工作在为特定用户群设计的系统中,能够把PC系统中许多由板卡完成的任务集成在芯片内部,从而使系统设计趋于小型化。 (2) 嵌入式系统中的软件一般都固化在存储器芯片或单片机芯片中,以提高执行速度和系统可靠性。
(3) 嵌入式系统的硬件和软件都经过精心设计,系统精简,其操作系统一般和应用软件集成在一起。 (4) 软件代码质量要求高。 (5) 嵌入式系统开发需要专门的开发工具和开发环境。
近年来微电子技术迅猛发展,嵌入式处理器的性能速度也随之有很大的提高,嵌入式系统领域发生了翻天覆地的变化。特别是网络的普及,嵌入式与互联网成为热门的应用领域。技术的进步可以使嵌入式系统具备网络功能,或企业内联网连接起来。这种特性增强了嵌入式系统多方面的实用性,也进一步扩展了嵌入式系统的应用领域。美国著名的未来学家尼葛洛庞帝曾预言,之后最伟大的发明。如今该领域的发展验证了这个预言的正确性。现在嵌入式系统正处于高速发展阶段,未来几年,这种发展和竞争将愈演愈烈。
将嵌入式系统的应用按照市场领域划分,可以分为以下几类: ●消费类电子产品。 ●控制系统和工业自动化。 ●机器人领域。 ●数据/无线通信。在企业专用解决方案方面,如物流管理、条码扫描、移动信息采集等领域中,小型手持嵌入式系统也将发挥巨大的作用。在自动控制领域,嵌入式系统不仅可以用于ATM机、自动售货机、工业控制等专用设备,并且和移动通信设备、GPS、娱乐相结合后可以发挥更大的作用。
嵌入式系统由于硬件的限制,其硬件资源较为紧张,如CPU主频较低、内存较小、以小容量的Flash存储器替代磁盘等。在使用电池的系统中,嵌入式系统还要实现低功耗,因而具备较长时间的续航能力。
典型的嵌入式操作系统目前国际上使用的嵌入式操作系统主要可分为实时操作系统和非实时操作系统两类。对于时间要求严格的系统,可称之为实时系统。实时系统的一个重要特点就是对时间要求非常严格。如果实时系统不能在某个预定的时间内响应某个事件,系统将会出错。特别是航天、军工领域必须使用实时操作系统。
从20世纪80年代开始,市场上出现各种各样的商用嵌入式操作系统,这些操作系统大部分都是为专有系统开发的,从而逐步演化成了现在多种形式的商用嵌入式操作系统百家争鸣的局面。这些操作系统有Linux、mC/OS、Windows CE、VxWorks、Palm OS和QNX等。
在所有的操作系统中,Linux是发展最快、应用最广泛的系统之一。Linux本身的种种特性使其成为嵌入式开发的首选。在进入市场的前两年中,嵌入式Linux的设计通过广泛应用而获得巨大的成功。随着嵌入式Linux技术的成熟,以其按应用要求可定制系统、支持多数硬件平台等特性,已由早期的试用阶段迈进到逐渐成为嵌入式市场的主流。