嵌入式系统概述张晶.docx

1、嵌入式系统概述张晶嵌入式系统概述张 晶，曾宪云（广东工业大学自动化学院，广州 510090）第#!$期 电测与仪表%&(! )&(#!$*+*年 第#期,-./01.2 3-2450-6-7/ 8 974/056-7/2/1&7 :;0( *+*系统中的语言编译器要专门进行优化，以提高编译效率。优秀的嵌入式系统*+?。新型的微控制器指令及A（片上系统）速度不断提高，存储器空间也相应加大，已经达到甚至超过了目前的通用计算机中的微处理器，为嵌入式系统工程师采用过去一直不敢问津的BB语言创造了条件。但是，BB语言为了支持复杂的语法，在代码生成效率方面不免有所下降。为此，针对嵌入式应用，制定了减小代码

2、尺寸的,BB标准。,BB保留了BB的主要优点，提供对BB的向上兼容性，并满足嵌入式系统设计的一些特殊要求。 C BB C ,BB引入嵌入式系统，使得嵌入式开发和个人计算机、小型机等之间在开发上的差别正在逐渐消除，软件工程中的很多经验、方法乃至库函数可以移植到嵌入式系统。（!）源程序模拟器源程序模拟器是在广泛使用的、人机接口完备的工作平台上，如小型机和D，通过软件手段模拟执行为某种嵌入式处理器内核编写的源程序测试工具，简单的模拟器可以通过指令解释方式逐条执行源程序，分配虚拟内存空间和外设，供程序员检查；高级的计算机可以利用计算机的外部接口模拟出处理器的9 C A 电气信号。模拟器软件独立于处理器

3、硬件，一般与编译器集成在同一个环境中，是一种有效的源程序检验和测试工具。但模拟器毕竟是以一种处理器模拟另一种处理器的运行，在指令执行时间、中断响应、定时器等方面很可能与实际处理器有相当的差别。（#）EFA 开发平台软件技术的进步，特别是嵌入式实时操作系统的推出，为开发复杂嵌入式系统应用软件提供了底层支持和高效率开发平台。EFA 是一种功能强大、应用广泛的实时多任务系统软件。它一般都具有操作系统所具有的各种系统资源管理功能，用户可以通过应用程序接口:D9 调用函数形式来实现各种资源管理。用户程序可以在EFA 的基础上开发并运行。它与通用系统机中的A 相比，主要有系统内核短小精悍、开销小、实时性强

4、和可靠性高等特点。完善的EFA 还提供各种设备的驱动程序。为了适应网络应用和97/-07-/ 应用。还可以提供 FD C 9D 协议支持。EFA 最关键的部分是实时多任务内核，它的基本功能包括任务管理、信息管理、资源管理、事件管理、队列管理、旗语管理等。这些管理功能是通过内核服务函数形式交给用户调用的，也就是EFA的:D9。EFA 的引入，解决了嵌入式软件开发标准化的难题。随着嵌入式系统软件比重不断上升、应用程序越来越大，对开发人员来说应用程序接口、程序档案的组织管理成为一个大的课题。引入EFA 相当于引入了一种新的管理模式。基于EFA 开发出的程序，具有较高的可移植性。一些成熟的通用程序可以

5、作为专家库函数产品推向社会。 嵌入式系统的发展动向#(G为设备网络通信提供标准接口为适应嵌入式分布处理结构和应用上网需求，面向*G 世纪的嵌入式系统要求配备标准的一种或多种网络通信接口。针对外部联网要求，嵌入设备必须配,/H-07-/ 网口，相应需要 FD C 9D 协议簇软件支持：由于家用电器相互关联（如防盗报警、灯光能源控制、影视设备等）及实验现场仪器的协调工作等要求，新一代嵌入式设备还需具备9,G!#、IJ、:)、或 90K: 通信接口，同时也需要提供相应的组网协议软件核物理层驱动软件。为了支持应用软件的特定编程模式，如L-M 或无线 L-M 编程模式，还需要相应的协议软件，如NFFD、

6、O:D 等。#(* 支持小型电子设备实现小尺寸、微功耗和低成本为满足这种特性，要求嵌入式产品设计者相应降低处理器的性能，限制内存容量和复用接口芯片，这就相应提高了对嵌入式软件设计技术要求。如：选用最佳的编程模式和不断改进算法，采用,BB编程模式，优化编译器性能。因此既要软件人员有丰富经验，更需要发展先进嵌入式软件技术，如O-M 和 O:D 等。#(! 提供精巧的多媒体人机界面嵌入式设备之所以为亿万用户乐于接受，重要因素之一是他们与使用者之间的亲和力，自然和人机交互界面。人们与信息终端交互要求以PI9 屏幕为中心的多媒体界面。手写文字输入、语音拨号上网、收发电子邮件以及彩色图形、图像已获得初步成

7、效，一些先进的DK: 在显示屏幕上已实现汉字写（下转第GG 页右下）! # !总第!卷 第#!$期 电测与仪表%&(! )&(#!$*+*年 第#期,-./01.2 3-2450-6-7/ 8 974/056-7/2/1&7 :;0( *+*就具有较长的生命周期。嵌入式系统中的软件，一般都固化在只读存储器中，而不是以磁盘为载体，可以随意更换，所以嵌入式系统的应用软件的生命周期也和嵌入式产品一样长。另外，各个行业的应用系统和产品，和通用计算机软件不同，很少发生突然性的跳跃，嵌入式系统的软件也因此更强调可继承性和技术衔接性，发展比较稳定。$嵌入式系统的应用嵌入式计算机在应用数量上远远超过了各种通用

8、计算机，一台通用计算机的外部设备中就包含了+ 个嵌入式微处理器，键盘、鼠标、软驱、硬盘、显示卡、显示器、3&?-6、网卡、声卡、打印机、扫描仪、数字相机、AB 集成器等均是由嵌入式处理器控制的。在制造工业、过程控制、通信、仪器、仪表、汽车、船舶、航空、航天、军事装备、消费类产品等方面均是嵌入式计算机的应用领域。最有量产效益和时代特征的嵌入式产品应属因特网上的信息家电，如C-D 可视电话、C-D 游戏机、C-DEF:、G:E 电话手机以及多媒体产品，如AHB（电视机顶盒）、F%F 播放机、电子阅读机。其中G:E 手机算得上一种具有代表性的嵌入式设备，其结构小巧、电池供电，且屏幕较大，能无线入网，

9、全球漫游，因此其功能复杂度较高、要求内嵌高，而G:E（无线应用协议）则赋予手机以随时随地访问因特网的功能，读取互联网上的诸多信息服务，如电子邮件、电子商务、气象查询等。G:E 信息设备的出现标志着革命性的一代嵌入式系统已经诞生。# 嵌入式系统软件技术!( 软件的特征嵌入式处理器的应用软件是实现嵌入式系统功能的关键，对嵌入式处理器系统软件和应用软件的要求也和通用计算机有所不同。（）软件要求固态化存储为了提高执行速度和系统可靠性，嵌入式系统中的软件一般都固化在存储器芯片或单片机本身中，而不是存储于磁盘等载体中。（*）软件代码高质量、高可靠性尽管半导体技术的发展使处理器速度不断提高、片上存储器容量不

10、断增加，但在大多数应用中，存储空间仍然是宝贵的，还存在实时性的要求。因此要求程序编码和编译工具的质量要高，以减少程序二进制代码长度，提高执行速度。（!）系统软件（IA）的高实时性是基本要求在多任务嵌入式系统中，对重要性各不相同的任务进行统筹兼顾的合理调度是保证每个任务及时执行的关键。单纯通过提高处理器速度是无法完成和没有效率的。这种任务调度只能由优化编写的系统软件来完成，因此系统软件的高实时性是基本要求。（#）多任务操作系统是知识集成的平台和走向工业标准化的道路基础。!(* 开发工具嵌入式处理器是一个复杂的高技术系统，要在短时间内掌握并开发出所有功能是很不容易的，而市场竞争则要求产品能够尽快上

11、市，这一矛盾要求嵌入式处理器能够有容易掌握和使用的开发工具平台，提高程序员和用户的时间投入回报率。好的开发工具除能够开发出处理器的全部功能以外，还应当是用户友好的。目前嵌入式系统的开发工具平台主要包括下面几类：（）实时在线仿真系统 9J,直到计算机辅助设计非常发达的今天，实时在线仿真系统（9J,）仍是进行嵌入式应用系统调试最有效的开发工具。9J, 首先可以通过实际执行，对应用程序进行原理性检验，排除以人的思想难以发现的设计逻辑错误。9J, 的另一个主要功能是在应用系统中仿真微控制器的实时执行，发现和排除由于硬件干扰等引起的异常执行行为。此外，9J, 带有完善的跟踪功能，可以将应用系统的实际状态

12、变化、微控制器对状态变化的反应、以及应用系统对控制的响应等以一种录像的方式连续记录下来以供分析，在分析中优化控制过程。9J, 不仅是软件硬件排错工具，同时也是提高和优化系统性能指标的工具。高档9J, 工具是可以根据用户投资裁减功能的系统，亦可根据需要选择配置各种档次的实时逻辑跟踪器、实时映像存储器及程序效率实时分析功能。（*）高级语言编译器J 语言作为一种通用的高级语言，大幅度提高了嵌入式系统工程师的工作效率，使之能够充分发挥出嵌入式处理器日益提高的性能，缩短产品进入市场时间。另外，J 语言便于移植和修改，使产品的升级和继承更迅速。区别于一般计算机中的J 语言编译器，嵌入式摘要：阐述了嵌入式系

13、统的概念、特点及应用，并对其软件技术进行了讨论，同时针对其发展现状论述了&! 世纪嵌入式系统的发展动向。关键词：嵌入式系统；实时多任务操作系统中图分类号：()%文献标识码：*文章编号：!$!+!)%$（&$&）$,+$,&+$)!#$%&$：-. /01234. 50.6.716 1-. 3873.51 /79 3-/0/31.026123 /79 /55423/1287 8: .;61.; ?16 68:1A/0. 1.3-7848B 26 /468 9263C66.9 ?7 1-. 6/;. 12;.D 21 :80.3/616 1-.9.E.485;.71 10.79 27 1-. &!

14、FG()* +,%-#：.;61.;；HIJ./) &0012&$2,3 %)#)&%/ ,4 )5)-)- #*#$)5K-/7B L27B，K-.7 M2/7C7NO/3C41 8: PC18;/1287，QC/7B987B R72E.0621 8: .3-7848B，QC/7BS-8C #!$%$，F-27/T6 78 6总第!卷 第#!$期 电测与仪表%&(! )&(#!$*+*年 第#期,-./01.2 3-2450-6-7/ 8 974/056-7/2/1&7 :;0( *+*量，将测量结果放于队尾，而扔掉原来队首的一个数据，这样在队列中始终有!个“最新”的数据。计算平均值时，只要

15、把队列中的! 个数据进行算术平均，就可得到新的算术平均值。这样每进行一次测量，就可计算得到一个新的算术平均值。对于交流采样，计算电压、电流的有效值，有功功率等可以利用滑动平均值法的原理，采用固定队列循环移位来实现，计算公式如下：电压有效值：=!# =!$#*电流有效值：%=!# =!&#*有功功率：=!# =!$#&#视在功率：()%无功功率：*功率因数：+*+*（郭松林 编发）（上接第#= 页）频率、周期、相位差、占空比等功能的主板联接使用。本电路在键控下向主板发出函数波形、频率、幅值、偏移量、脉冲序列数等参数信息，以及测频率、测周期、测相位差、测占空比、启动、停止计数等操作等命令，接收来自

16、主板的测量结果，整理转换后并显示。两块板的处理器并行工作。由于任务均分，接口明确，电路独立，提高了主板的性能，且缩短了软、硬件设计和调试的周期。参 考 文 献G= 李华(3DCF= 系列单片机实用接口技术H3I(北京航空航天大学出版社，=!(作者简介：陶安利（=F=），男，现任山东科技大学信电学院教授，主要从事可靠性、虚拟仪表等方面的科研工作。收稿日期：*+*+*+!（郭松林 编发）（上接第# 页）入，短信息、语音发布。#(# 发展影响深远的软件新技术这些技术包括：行业性编程接口:9 规范、无线网络操作系统、9（知识产权）构件库和嵌入式 E:%:等。$ 结束语*= 世纪初，以信息家电为代表的嵌

17、入式系统，其应用广泛、领域特色突出，发展空间巨大。加之互联网技术在世界范围的扩展和中国通信事业的高速发展，相信嵌入式系统在我国将有美好的发展前景。参 考 文 献：= 邵贝贝(实时操作系统入列我国嵌入式应用(=(* 吕京建等(嵌入式系统开发工具及 JKLC 平台E(电子产品世界，=（）(! 李广军(嵌入式系统与 9DLJ,、3DLJ, 设计技术E(半导体技术，*+=（=）(# 吕京建等(面向 *= 世纪的嵌入式系统E(半导体技术，*+=（$）(F 97/-(,6M-NN-N :;1.2/1&74(=F(作者简介：张晶（=OO），女，硕士研究生，主要研究方向为检测技术与自动化装置。收稿日期：*+*+*=+（马甲军 编发）欢迎订阅电测与仪表杂志！邮发代号：=#!请到当地邮局办理订阅手续。