嵌入式系統(tǒng)論word版(已修改)
2025-01-19 15:24 本頁面
【正文】 嵌入式系統(tǒng) 目前 在嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域中，不少人對什么是嵌入式系統(tǒng)不甚了解。有些人搞了十多年的單片機應(yīng)用，不知道單片機就是一個最典型的嵌入式系統(tǒng)。也有些人在解釋什么是嵌入式系統(tǒng)時，不是從定義出發(fā)，而是列舉了嵌入式系統(tǒng)的一些特點，往往不知所云。因此，有必要從現(xiàn)代計算的發(fā)展歷史，了解嵌入式系統(tǒng)的由來， 從學(xué)科建設(shè)的角度來探討嵌入式系統(tǒng)較為準確的定義。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)的基本出發(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)發(fā)展方向 。 隨著 3C 融合進程和我國傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級的加速， 人們 對設(shè)備越來越高的應(yīng)用需求已無法滿足當前和未來高性能的應(yīng)用與發(fā)展需求。同時，激烈的市場競爭和技術(shù)競爭，要求產(chǎn)品的開發(fā)周期越來越短，顯然， 嵌入式系統(tǒng) 的軟、硬件技術(shù)和開發(fā)手段 ， 正日益受到重視，成為各領(lǐng)域技術(shù)創(chuàng)新的重要基礎(chǔ) 。 嵌入式系統(tǒng)是將先進的計算機技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和電子技術(shù)和各個行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合后的產(chǎn)物 ,這一點就決定了它必然是一個技術(shù)密集、 資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識集成系統(tǒng) 。 ? 1 嵌入式系統(tǒng)的歷史 嵌入式系統(tǒng)的出現(xiàn)最初是基于單片機的。 70 年代單片機的出現(xiàn)，使得汽車、家電、工業(yè)機器、通信裝置以及成千上萬種產(chǎn)品可以通過內(nèi)嵌電子裝置來獲得更佳的使用性能：更容易使用、更快、更便宜。這些裝置已經(jīng)初步具備了嵌入式的應(yīng)用特點，但是這時的應(yīng)用只是使用 8 位的芯片，執(zhí)行一些單線程的程序，還談不上“系統(tǒng)”的概念。 提示：最早的單片機是 Intel 公司的 8048，它出現(xiàn)在 1976 年。 Motorola 同時推出了 68HC05， Zilog 公司推出了 Z80 系列，這些早期的單片機均含有 256 字節(jié)的 RAM、 4K 的 ROM、 4 個 8 位并口、 1 個全雙工串行口、兩個 16 位定 時 器。之后在 80 年代初， Intel 又進一步完善了 8048，在它的基礎(chǔ)上研制成功了 8051，這在單片機的歷史上是值得紀念的一頁，迄今為止， 51 系列的單片機仍然是最為成功的單片機芯片，在各種產(chǎn)品中有著非常廣泛的應(yīng)用。 從 80 年代早期開始，嵌入式系統(tǒng)的程序員開始用商業(yè)級的“操作系統(tǒng)”編寫嵌入式應(yīng)用軟件，這使得可以獲取更短的開發(fā)周期，更低的開發(fā)資金和更高的開發(fā)效率，“嵌入式系統(tǒng)”真正出現(xiàn)了 。確切點說，這個時候的操作系統(tǒng)是一個實時核，這個實時核包含了許多傳統(tǒng)操作系統(tǒng)的特征，包括任務(wù)管理、任務(wù)間通訊、同步與相互排斥、中斷支持、內(nèi)存管理等功能。 其中比較著名的有 Ready System 公司的 VRTX、 Integrated System Incorporation (ISI)的 PSOS 和 IMG的 VxWorks、 QNX 公司的 QNX 等。這些嵌入式操作系統(tǒng)都具有嵌入式的典型特點：它們均采用占先式的調(diào)度，響應(yīng)的時間很短，任務(wù)執(zhí)行的時間可以確定；系統(tǒng)內(nèi)核很小，具有可裁剪，可擴充和可移植性，可以移植到各種 處理器上；較強的實時和可靠性，適合嵌入式應(yīng)用。這些嵌入式實時多任務(wù)操作系統(tǒng)的出現(xiàn)，使得應(yīng)用開發(fā)人員得以從小范圍的開發(fā)解放出來，同時也促使嵌入式有了更為廣闊的應(yīng)用空間。 90 年代以后，隨著對實時性要求的提高，軟件規(guī)模不斷上升，實時核逐漸發(fā)展為實時多任務(wù)操作系統(tǒng)（ RTOS），并作為一種軟件平臺逐步成為目前國際嵌入式系統(tǒng)的主流。這時候更多的公司看到了嵌入式系統(tǒng)的廣闊發(fā)展前景，開始大力發(fā)展自己的嵌入式操作系統(tǒng)。除了上面的幾家老牌公司以外，還出現(xiàn)了 Palm OS， WinCE，嵌入式 Linux， Lynx， Nucleux，以及國內(nèi)的 Hopen，Delta Os 等嵌入式操作系統(tǒng)。隨著嵌入式技術(shù)的發(fā)展前景日益廣闊，相信會有更多的嵌入式操作系統(tǒng)軟件出現(xiàn)。 2 嵌入式系統(tǒng)被定義為 :以應(yīng)用為中心、以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。 嵌入式系統(tǒng)是將先進的計算機技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和電子技術(shù)和各個行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合后的產(chǎn)物 ,這一點就決定了它必然是一個技術(shù)密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識集成系統(tǒng)。 目前嵌入式系統(tǒng)除了部分為 32 位 處理器外 ,大量存在的是 8 位和 16 位的嵌入式微控制器 (MCU) ,嵌入式系統(tǒng)是計算機應(yīng)用的另一種形態(tài) ,正如前所述它與通用計算機應(yīng)用不同 :嵌入式計算機是以嵌入式系統(tǒng)的形式隱藏在各種裝置、產(chǎn)品和系統(tǒng)之中的一種軟硬件高度專業(yè)化的特定計算機系統(tǒng)。 常見的嵌入式系統(tǒng)有 16 種 :Linux、 uClinux、 WinCE、 PalmOS、 Symbian、 eCos、uCOSII、 VxWorks、 pSOS、 Nucleus、 ThreadX 、 Rtems 、 QNX、 INTEGRITY、 OSE、C Executive 統(tǒng)的 分類 非實時系統(tǒng)特性 嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計挑戰(zhàn)是使嵌入式系統(tǒng)的獨特性能與設(shè)備的特殊約束條件相一致。以下是一些嵌入式系統(tǒng)的重要特性： (1) 特殊應(yīng)用系統(tǒng)－嵌入式系統(tǒng)不同于通用處理器，它針對特殊應(yīng)用進行了
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