嵌入式系统与信息化.doc

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嵌入式系统与信息化

EmbeddedSystemandInformationzation

（上海智霖信息科技开发有限公司，上海200092） ‘J’7

N’‘J’7

叙述了嵌入式系统、嵌入式处理器、嵌入式操作系统及嵌入式系

统的特点。

叙述了嵌入式系统对工业自动化设备、多媒体教育系统、信息社会的作用。

提出了嵌入式系统是信息化社会的信息细胞。

:

嵌入式系统；嵌入式处理器；嵌入式操作系统；信息化社会；信息细胞

MCU、MPU、DSP（DigitalSignalProcessor，数字信号

处理器）、RISC（ReducedInstructionSetComputer，精简指令集计算机）等芯片，并将RAM、ROM（EPROM/EEPROM/Flash）及I/O接口芯片等组成相应的嵌入式系统，相应的系统软件，应用软件是以固件形式固

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—Internet

化在电子盘中，这是目前常用的嵌

入式系统的架构方式。

·MCU、MPU属于单片机系列。

·DSP具有数字信号处理能力强，特别适合于声音、图像等多媒体信息系统，但是其常规处理能力不强，寻址范围有限，I/O功能弱及开发平台问题，较少单独作为嵌

Abstract:

Thepaperdescribesthecharacterofembeddedsystem,embeddedprocessor,embeddedoperatingsystem（OS）andhighlightsofembeddedsystem.Itdescribesthefunctionsaboutembeddedsysteminindustrialautomationdevices,multimediaeducationsystemandinformationsociety.Theembeddedsystemistheinformationcelloftheinformationsociety.

Keywords:

Embeddedsystem;Embedded

processor;

Embedded

OS;

Informationsociety;Informationcell

入式系统的处理器，而是与嵌入式处理器相结合，构成更强

大的功能。

·RISC型处理器具有结构简单，处理速度快和处理功能强等优点，因此，新型的嵌入式系统大多数采用RISC处理器，这种处理器目前典型的代表是ARM架构处理器，世界上许多公司均基于ARM架构开发出相应的微处理器芯片，如：

ATMEL公司：

AT91系列MCU（采用ARM7TDMI内核）。

Intel公司：

SA-1110微处理器MPU（采用StrongARM

核）。

Cirros公司：

EP及CL-PS系列手持式计算机产品的MPU

（采用ARM720T核）。

LinkupSystems公司：

L720互联网处理器（采用

ARM720T）。

Sharp公司：

LH77790手持式产品中的MPU（采用ARM

7TD内核）。

其他如Hyundai公司、OKI公司、Rohm公司、Samsung

公司、Netsilicom公司等，其产品中均采用ARM内核。

·Xscale：

是另外一种新型的微架构处理器，它是新一代为无线手持式应用产品开发的嵌入式处理器，是PCA开发式平台架构中应用于子系统与通讯子系统中的嵌入式处理器。

（3）×86处理器嵌入到应用系统中

这样可充分利用PC机的通用性和便利性，采用嵌入式操作系统，并且将操作系统和应用软件均固化在固态电子盘

1

1.1

嵌入式系统是以应用为中心，整合了计算机软件，硬件技术，通讯技术和微电子技术，以“量体裁衣”的方式把所需的功能嵌入到应用系统的设备中，适用应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。

对嵌入式系统较全面地理解应当从以下3方面来认识：

（1）硬件应由嵌入式处理器做基础平台；

（2）软件应由嵌入式软件为运行平台；

（3）形式应是嵌入在设备中，各种设备有不同的外形及相应附属配件，它只不过是其中的一个控制核心部件。

1.2J嵌入式处理器的体系架构可分为3种形式：

（1）IP（IntellectualProperty）级架构

也就是片上系统SoC（SystemonChip）形式，即是依设备功能的需求，将不同的IP单元，集成在一块芯片中，它包含有处理器功能，I/O接口功能及嵌入式软件功能。

（2）芯片级架构

收稿日期：

2005－06－28

作者简介：

孙廷才，男，教授级高级工程师，1963年毕业于大连理工大学计算机专业，从事于工业控制计算机及应用系统的研制、开发工作领域，具有40多年的经验；现任上海智霖信息科技开发有限公司副总经理，担任中国计算机学会工控专委会常委，上海市计算机学会嵌入式委员会委员等职。

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中，以缩小体积，增加可靠性。

典型的产品有深圳市研祥智

能科技股份有限公司的嵌入式CPU卡及威盛电子股份有限公司的C3CPU卡。

1.3EN

由于嵌入式操作系统要固化在电子盘中，因而它应具备以下特点：

（1）代码容量小，一般核代码在几K或稍高些；总代码容量希望小于64K；

（2）面向应用，根据用户功能要求配置中间件，可裁剪，可移植；

（3）实时性强，许多应用中要求相应速度块，实时处理能力强，往往要求实时嵌入式操作系统；

（4）可靠性高，无病毒等问题。

嵌入式操作系统依应用对象不同，大致可分为以下几

类：

（1） 基于与Windows兼容的如：

嵌入式Linux、

WindowsCE、EPOC等；

（2）工业与通讯类：

VxWorks、PSON、QNX、VRTX、

Neculeus等；

（3）单片机类：

IRMX、CMX、MC/OS等；

（4）面向Internet类：

PalmOS、Visor、Hopem、PPSM

等。

1.4

嵌入式模块应当是体积小、功耗低、易于嵌入到各种应用设备中，模块外形可依设备需求而异，符合“量体裁衣”的原则，按需定制、按需配置、按需重构。

1.5

（1）功能适用，够用；

在工业自动化领域；嵌入式系统地应用产品可分为4个

方面：

（1）智能传感器工业测量中的温度、流量、压力、液位、声音等传感器，

采用嵌入式技术后，可实现信号处理，非线性校正、温度补偿、公式运算、量程变换、数字信号输出、满足现场总线的数据传输。

（2）信号变化单元目前很多信号变换模块采用了微处理器，如“亚当”系

列信号变换模块；具有RS-232转换RS-422/485模块；模拟量模块；开关量和计数器模块；嵌入式控制模块；Internet嵌入式控制器模块等。

（3）现场控制器

现场控制器包括DAS（数据采集器）、DDC（直接数字控制器）、PLC（可编程控制器）、模糊控制器、协调控制器及多功能控制器等。

以往均采用工业PC及插入相应的I/O卡进行处理，带来了硬盘可靠性、病毒、操作系统稳定性等问题，从而影响了系统可靠性。

笔者认为嵌入式系统最适合这一级的产品技术，采用嵌入式现场控制器，用固态盘代替硬盘，用嵌入式操作系统代替传统的Windows98/2000操作系统，并将操作系统，应用组态软件固化，从而产生了新一代嵌入式现场控制器，它将极大地提高系统可靠性，缩小了体积，减少了成本，增强了抗病毒和抗干扰能力，适用于工业现场的恶劣环境。

（4）嵌入式工控机近几年来，嵌入式工控机随着嵌入式技术的发展也应运

而生，它分2个方面的应用。

一是嵌入式工控卡：

如嵌入式CompactPCI卡、嵌入式

2.5英寸单板计算机卡、嵌入式3.5英寸单板计算机卡、嵌入式POS和NET卡等。

二是嵌入式工控机：

最近许多公司推出了嵌入式工控机，采用嵌入式CPU、嵌入式操作系统Linux或WindowsCE、各类嵌入式I/O模块、从而构成体积小，可靠性高的新型工控机。

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（2）

能力强；（3）（4）（5）（6）（7）（8）

（9）

可靠性高，无病毒，存储介质无机械硬盘，抗干扰

体积和尺寸小；

功耗低，无需散热风扇，无噪音；价格低，市场竞争力强；环境适应性强；操作使用人性化、仪表化；有多种类型的软件、硬件支持平台；无需经常更新换代；

近二年，多媒体教育系统发展迅速，包括多媒体教室、

中控系统、语音教室、视频会议系统等，突出一点是许多多媒体教育系统采用了嵌入式系统，替代了采用传统PC机作为教育终端机。

这主要是因为传统PC机式的终端机存在着PC机所有的缺点，如病毒侵入、可靠性问题、死机现象、维护问题、操作方式不便缺乏人性化等。

而采用嵌入式教育终端机则克服了上述PC机终端机的不足，大大增强了系统可靠性，使用的方便性及免维护性等。

北京中庆现代技术有限公司推出的嵌入式网络教育专用计算机（终端机）是一个十分典型的嵌入式系统应用产品。

嵌入式CPU采用×86，另外具有4个DSP芯片，作为专用数据处理器，每个处理器速度

（10）可充分发挥设计者的才能，创造出更好的产品。

2 Ille

嵌入式系统应用范围十分广泛，可应用于各行各业，它是信息化建设的基石，如果说PC机在过去几年的发展是一支独秀，今天嵌入式系统的应用则是百花齐放。

它可应用于制造工业、仪器仪表过程控制、信息化教育、信息家电、通讯、楼宇智能化、汽车、船舶、航空、航天、军事装备、商用POS和税控收款机、消费类产品等领域。

嵌入式技术有力地促进了工业自动化装备地发展，在仪

器仪表领域；智能化仪表在许多方面均是应用嵌入式技术，如医疗仪器、分析仪器、温度仪表、流量仪表、记录仪等。

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都在1G以上，分别处理视频图像信息、音频信息、网络通讯

及人机交互信息，嵌入式CPU只用于控制、分配任务、操作系统采用嵌入式操作系统VxWorks，很好地将嵌入式技术融入多媒体教育系统中。

嵌入式网络教学终端机具有独立地IP地址，与标准计算机一道在校园网络中任意漫游，较好地解决了“校校通”问题，使教育终端机进入各教室，对教室内