文档介绍：嵌入式系统
嵌入式系统的发展
嵌入式系统的特点
嵌入式系统的基本分类
嵌入式系统的组成结构
嵌入式处理器
嵌入式系统的发展趋势
嵌入式系统的相关研究领域
本章小结<br****题与思考题
嵌入式系统
嵌入式系统概述
以嵌入式计算机为技术核心的嵌入式系统是继网络技术之后,又一个IT领域新的技术发展方向。由于嵌入式系统具有体积小、性能强、功耗低、可靠性高以及面向行业具体应用等突出特征,目前已经广泛地应用于军事国防、消费电子、信息家电、网络通信、工业控制等各个领域。
嵌入式系统的广泛应用可以说是无所不在。就我们周围的日常生活用品而言,各种电子手表、电话、手机、个人数字助理(PDA)、洗衣机、电视机、电饭锅、微波炉、空调都有嵌入式系统的存在。可以毫不夸张地说我们生活在一个充满嵌入式系统的世界。据统计,一般家用汽车的嵌入式计算机在24个以上,豪华汽车在60个以上。美国福特汽车公司的高级经理也曾宣称,“福特出售的(汽车的)‘计算能力’已超过了IBM(计算机)”,由此可见嵌入式计算机的应用规模、应用深度和应用广度。
嵌入式系统的核心部件是各种类型的嵌入式处理器。随着嵌入式系统不断深入到人们生活中的各个领域,嵌入式处理器也进而得到前所未有的飞速发展。据不完全统计,目前全世界嵌入式处理器的品种总量已经超过1500多种,流行体系结构也有近百个系列,现在几乎每个半导体制造商都生产嵌入式处理器,越来越多的公司有自己的处理器设计部门。
嵌入式处理器技术的基础是通用计算机技术。现在许多嵌入式处理器也是从早期PC机的应用发展演化过来的,如早期PC机TRS-80、Apple Ⅱ和所用的Z80和6502处理器,至今仍为低端的嵌入式应用。在应用中,嵌入式处理器具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高的优点。嵌入式处理器目前主要有386EX、SC-400、Power PC、68000、MIPS、ARM等系列。
嵌入式系统具有芯片集成度高、硬件软件最小化、高度自动化、响应速度快以及性能可靠等基本特点,特别适合于要求实时和多任务的场合。从应用角度考察,目前相当一部分嵌入式产品都具有计算机、通信和消费电子一体化融合的特征。从本质上来说,嵌入式系统和嵌入式设备是有区别的。嵌入式系统是一个比PC更加小型化的计算机系统,只是它通常被嵌入到应用设备或应用系统中成为一个专用的计算机系统;而嵌入式设备是指某一包含嵌入式系统的专用设备。通常,在典型的嵌入式设备中几乎感觉不到计算机系统的存在。我们日常所见的PDA、手机、微波炉等都属于嵌入式设备。
嵌入式系统的定义
嵌入式系统是指用于执行独立功能的专用计算机系统。它由微处理器、定时器、微控制器、存储器、传感器等一系列微电子芯片与器件,以及嵌入在存储器中的微型操作系统、控制应用软件组成,共同实现诸如实时控制、监视、管理、移动计算、数据处理等各种自动化处理任务。嵌入式系统以应用为中心,以微电子技术、控制技术、计算机技术和通信技术为基础,强调硬件、软件的协同性与整合性,软件与硬件可剪裁,以满足系统对功能、成本、体积和功耗等的要求。
最简单的嵌入式系统仅有执行单一功能的控制能力,在唯一的ROM中仅有实现单一功能的控制程序,无微型操作系统。复杂的嵌入式系统,例如个人数字助理(PDA)、手持电脑(HPC)等,具有与PC几乎一样的功能。实质上其与PC的区别仅仅是将微型操作系统与应用软件嵌入在ROM、RAM或Flash存储器中,而不是存储于磁盘等载体中。很多复杂的嵌入式系统又是由若干个小型嵌入式系统组成的。
关于嵌入式系统的定义有很多。例如,“嵌入到对象体系中的专用计算机系统”,它强调嵌入式系统的三个基本要素:嵌入性、专用性与计算机系统;又例如,“一种用于控制、监测或协助特定机器和设备正常运转的计算机”,它强调的是嵌入式计算机的功能。本书采用国内流行的较为完整和规范的定义:嵌入式系统是以应用为中心,以计算机技术为基础,软件与硬件可裁剪,适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。
嵌入式技术也是产业界和学术界常用的术语,它指的是嵌入式系统在研发和应用过程中使用的芯片技术、硬件技术和软件技术。由于嵌入式系统日益普及,人们往往还使用更为简洁的术语“嵌入式”,它是嵌入式系统、嵌入式技术或者嵌入式产品的简称,具体含义视场合而定。