嵌入式大作業(yè)嵌入式芯片的歷史(編輯修改稿)
2025-07-12 21:59 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 圖形窗口以及用戶界面等功能；具有大量的應(yīng)用程序接口 API；嵌入式應(yīng)用軟件豐富。在信息時(shí)代，人們需要在有效的時(shí)間里對(duì)接受的信息進(jìn)行處理，為進(jìn)一步的工作和決策爭(zhēng)取時(shí)間，這就要求工作系統(tǒng)具有很高的實(shí)時(shí)性。所謂實(shí)時(shí)性，其核心含義在于操作系統(tǒng)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確完成應(yīng)該做的事情，并且操作系統(tǒng)的執(zhí)行線索是確定的，而不是單純的速度快。 大多數(shù)嵌入式操作系統(tǒng)工作在對(duì)實(shí)時(shí)性要求很高的場(chǎng)合，主要對(duì)儀器設(shè)備的動(dòng)作進(jìn)行檢測(cè)控制，這種動(dòng)作具有嚴(yán)格的、機(jī)械的時(shí)序；而一般的桌面操作系統(tǒng)基本上是根據(jù)人在鍵盤(pán)和鼠標(biāo)發(fā)出的命令進(jìn)行工作，人的動(dòng)作和反應(yīng)在時(shí)序上并不很?chē)?yán)格。比如，用于控制火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的嵌入式系統(tǒng)，它所發(fā)出的指令不僅要求速度快，而且多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)之間的時(shí)序要求非常嚴(yán)格，否則就會(huì)失之毫厘，謬以千里。在這樣的應(yīng)用環(huán)境中，非實(shí)時(shí)的普通操作系統(tǒng)無(wú)論如何是無(wú)法適應(yīng)的。即使我們所開(kāi)發(fā)的并不是生命攸關(guān)的或者生產(chǎn)控制那樣的關(guān)鍵任務(wù)系統(tǒng)，例如對(duì)嵌入式操作系統(tǒng)應(yīng)用來(lái)說(shuō)很有前途的領(lǐng)域消費(fèi)電子產(chǎn)品，設(shè)備的高可靠性可以有效地減低維護(hù)成本，軟件運(yùn)行效率高也會(huì)降低對(duì) CPU 的要求，從而降低硬件成本。對(duì)于此類(lèi)價(jià)格十分敏感的產(chǎn)品，實(shí)時(shí)性、可靠性仍然是非常值得重視的問(wèn)題。因此，實(shí)時(shí)性是嵌入式系統(tǒng)最大的優(yōu)點(diǎn)，在嵌入式軟件中最核心的莫過(guò)于嵌入式 RTOS 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。能否根據(jù)悠揚(yáng)的樂(lè)曲對(duì)系統(tǒng)的功能模塊進(jìn)行配置是嵌入式系統(tǒng)與普通系統(tǒng)的另一區(qū)別。這可以從以下幾個(gè)方面分析：從硬件環(huán)境來(lái)看，普通系統(tǒng)具有標(biāo)準(zhǔn)化的 CPU 存儲(chǔ)和 I/O 架構(gòu)，而嵌入式環(huán)境的硬件環(huán)境只有標(biāo)準(zhǔn)化的 CPU，沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的存儲(chǔ)、I/O 和顯示器單元。從應(yīng)用環(huán)境來(lái)看，桌面操作系統(tǒng)面向復(fù)雜多變的應(yīng)用，而嵌入式操作系統(tǒng)面向單一設(shè)備的固定的應(yīng)用。從開(kāi)發(fā)界面來(lái)看，桌面操作系統(tǒng)給開(kāi)發(fā)人員提供一個(gè)“黑箱” ，讓開(kāi)發(fā)人員通過(guò)一系列標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)調(diào)用來(lái)使用操作系統(tǒng)的功能，而嵌入式試圖為開(kāi)發(fā)人員提供一個(gè)“白箱” ，讓開(kāi)發(fā)人員可以自主控制系統(tǒng)的所有資源。普通系統(tǒng)的研究開(kāi)發(fā)是盡可能在不改變自身的前途下具有廣泛的適應(yīng)性。也就是說(shuō)：不論應(yīng)用環(huán)境怎么改變，都不應(yīng)對(duì)自身做太多的變化。而應(yīng)用于嵌入式環(huán)境的 RTOS，在研發(fā)的時(shí)候就必須立足于面向?qū)ο?，改變自身、開(kāi)放自身，讓開(kāi)發(fā)人員可以根據(jù)硬件環(huán)境和應(yīng)用環(huán)境的不同而對(duì)操作系統(tǒng)進(jìn)行靈活的裁剪和配置，因?yàn)閷?duì)于任何一個(gè)具體的嵌入式設(shè)備，它的功能是確定的，因此只要從原有操作系統(tǒng)中把這個(gè)特定應(yīng)用所需的功能拿來(lái)即可以。可剪裁性在軟件工程階段是利用軟件配置方法實(shí)現(xiàn)軟件構(gòu)建的“即插即用” 。一般來(lái)說(shuō)，嵌入式系統(tǒng)一旦開(kāi)始運(yùn)行就不需要人的過(guò)多干預(yù)。在這種條件下，要求負(fù)責(zé)系統(tǒng)管理的嵌入式操作系統(tǒng)具有較高的穩(wěn)定性和可靠性。而普通操作系統(tǒng)則不具備這種特點(diǎn)。這導(dǎo)致桌面操作環(huán)境與嵌入式環(huán)境在設(shè)計(jì)思路上有重大的不同。桌面環(huán)境假定應(yīng)用軟件與操作系統(tǒng)相比而言是不可靠的，而嵌入式環(huán)境假定應(yīng)用軟件與操作系統(tǒng)一樣可靠。運(yùn)行于嵌入式環(huán)境中的 RTOS 要求應(yīng)用軟件具有與操作系統(tǒng)同樣的可靠性，這種設(shè)計(jì)思路對(duì)應(yīng)用開(kāi)發(fā)人員提出了更高的要求，同時(shí)也要求操作系統(tǒng)自身足夠開(kāi)放。桌面操作系統(tǒng)比較龐大復(fù)雜，而嵌入式系統(tǒng)提供的資源有限，由于硬件的限制，嵌入式操作系統(tǒng)必須小巧簡(jiǎn)捷。對(duì)于系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，組成越簡(jiǎn)單、性能越可靠，組成越復(fù)雜，故障概率越大是一個(gè)常理。局部的不足會(huì)導(dǎo)致整體的缺陷，系統(tǒng)中任何部分的不可靠都會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)整體的不可靠。 三、嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)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： 1．工業(yè)控制： 基于嵌入式芯片的工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備將獲得長(zhǎng)足的發(fā)展，目前已經(jīng)有大量的132 位嵌入式微控制器在應(yīng)用中，網(wǎng)絡(luò)化是提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量、減少人力資源主要途徑，如工業(yè)過(guò)程控制、數(shù)字機(jī)床、電力系統(tǒng)、電網(wǎng)安全、電網(wǎng)設(shè)備監(jiān)測(cè)、石油化工系統(tǒng)。就傳統(tǒng)的工業(yè)控制產(chǎn)品而言，低端型采用的往往是８位單片機(jī)。但是隨著技術(shù)的發(fā)展，32 位、64 位的處理器逐漸成為工業(yè)控制
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