嵌入式系统的现状分析.docx

1、嵌入式系统的现状分析嵌入式系统的现状分析 第一章 嵌入式系统的产生1、始于微型机时代的嵌入式应用： 电子数字计算机诞生于19年，在其后漫长的历史进程中,计算机始终是供养在特殊的机房中,实现数值计算的大型昂贵设备。直到0世纪70年代，微处理的出现,计算机才出现了历史性的变化。以微处理为核心的微型计算机以其小型、价廉、高可靠性特点，迅速走出机房；基于高速数值解算能力的微型机，表现出的智能化水平引起了控制专业人士的兴趣,要求将微型机嵌入到一个对象体系中,实现对象体系的智能化控制,例如，将微型计算机经电气加固、机械加固,并配置*种接口电路，安装到大型舰船中构成自动驾驶仪或轮机状态监测系统.这样一来，计

2、算机便失去了原来的形态与通用的计算机功能。为了区别于原有的通用计算机系统,把嵌入到对象体系中，实现对象体系智能化控制的计算机，称作嵌入式计算机系统。因此，嵌入式系统诞生于微型机时代,嵌入式系统的嵌入性本质是将一个计算机嵌入到一个对象体系中去,这些是理解嵌入式系统的基本出发点.XX 2、现代计算机技术的两大分支 由于嵌入式计算机系统要嵌入到对象体系中，实现的是对象的智能化控制,因此,它有着与通用计算机系统完全不同的技术要求与技术方向。通用计算机系统的技术要*高速、海量的数值计算;技术方向则是:总线速度的无限提升,存储容量的无限扩大.而嵌入式计算机系统的技术要求则是对象的智能化控制能力；技术方向则

3、是:与对象系统密切相关的嵌入性能、控制能力与控制的可靠性.XX 早期，人们勉为其难地，将通用计算机系统进行改装，在大型设备中实现嵌入式应用。然而，对于众多的对象系统（如家用电器、仪器仪表、工控单元 )，无法嵌入通用计算机系统,况且嵌入式系统与通用计算机系统的技术方向完全不同，因此,必须地通用计算机系统与嵌入式计算机系统，这就了现代计算机技术的两大分支。 如果说微型机的出现，使计算机进入到现代计算机阶段，那么嵌入式计算机系统的诞生,则标志了计算机进入了通用计算机系统与嵌入式计算机系统两大分支并行时代，从而导致20世纪末，计算机的高速时期.XX 3、两大分支的里程碑事件XX 通用计算机系统与嵌入式

4、计算机系统的专业化分工，导致20世纪末、1世纪初，计算机技术的飞速。计算机专业领域集中精力通用计算机系统的软、硬件技术,不必兼顾嵌入式应用要求,通用微处理器迅速从2、386、86到奔腾系列;操作系统则迅速扩张计算机基于高速海量的数据文件处理能力，使通用计算机系统进入到尽善尽美阶段。XX 嵌入式计算机系统则走上了一条完全不同的道路,这条的道路就是单芯片化道路。它动员了原有的传统电子系统领域的厂家与专业人士，接过起源于计算机领域的嵌入式系统，承担起与普及嵌入式系统的历史任务,迅速地将传统的电子系统到智能化的现代电子系统时代。XX 因此,现代计算机技术的两大分支的里程碑意义在于：它不仅了计算机的专业

5、化分工，而且将计算机技术的任务扩展到传统的电子系统领域，使计算机成为进入人类全面智能化时代的有力工具。XX 第二章 嵌入式系统的定义与组成XX 、嵌入式系统的定义XX 有些人把嵌入式处理器当做嵌入式系统，但由于嵌入式系统是一个嵌入式计算机系统的的含义，因此，只有将嵌入式处理器构成一个计算机系统，并作为嵌入式应用时,这样的计算机系统可称作嵌入式系统. 嵌入式系统与对象系统密切相关，其主要技术方向是满足嵌入式应用要求，不断扩展对象系统要求的电路（如D、D、PWM、日历时钟、电源监测、程序运行监测电路等），满足对象系统要求的应用系统.因此,嵌入式系统作为一个专用计算机系统，要不断向计算机应用系统。因

6、此，可以把定义中的专用计算机系统引伸成，满足对象系统要求的计算机应用系统。 如果我们了解了嵌入式（计算机)系统的由来与，对嵌入式系统就不会产生过多的误解，而能历史地、本质地、普遍适用地定义嵌入式系统。XX (1） 嵌入式系统的定性按照历史性、本质性、普遍性要求，嵌入式系统应定义为：嵌入到对象体系中的专用计算机系统 。 嵌入性 、 专用性与 计算机系统 是嵌入式系统的三个基本要素。对象系统则是指嵌入式系统所嵌入的宿主系统。 （2）嵌入式系统的特点嵌入式系统的特点与定义不同,它是由定义中的三个基本要素衍生出来的。不同的嵌入式系统其特点会有所差异.与 嵌入性 的相关特点:由于是嵌入到对象系统中，必须

7、满足对象系统的环境要求，如物理环境（小型）、电气/气氛环境（可靠)、成本(价廉)等要求的特点. 与 专用性 的相关特点:软、硬件的裁剪性.满足对象要求的最小软、硬件配置等. 与 计算机系统 的相关特点：嵌入式系统必须是能满足对象系统控制要求的计算机系统。与上两个特点相呼应，这样的计算机必须配置有与对象系统相适应的接口电路。XX 另外，在理解嵌入式系统定义时,不要与嵌入式设备相混淆.嵌入式设备是指内部有嵌入式系统的产品、设备,例如，内含单片机的家用电器、仪器仪表、工控单元、机器人、手机、PDA等。XX （3）嵌入式系统的种类与 按照上述嵌入式系统的定义，只要满足定义中三要素的计算机系统，都可称为

8、嵌入式系统。嵌入式系统按形态可分为设备级（工控机）、板级（单板、模块)、芯片级(MCU、So）。XX 、嵌入式系统的组成 嵌入式系通常由嵌入式处理器、设备、嵌入式操作系统和应用软件等几大部分组成。 1、嵌入式处理器 嵌入式处理器是嵌入式系统的核心部件。嵌入式处理器与通用处理器的最大不同点在于其大多工作在为特定用户群设计的系统中.它通常把通用计算机中许多由板卡完成的任务集成在芯片内部,从而有有利于嵌入式系统设计趋于小型化，并具有高效率、高可靠性等特征.大的硬件厂商会推出自己的嵌入式处理器，因而现今市面上有100多种嵌入式处理器芯片,其中使用最为有M 、IPS、werP、MC800等。 2、设备

9、设备是指在一个嵌入式系统中，除了嵌入式处理器以外用于完成存储、通信、调试、显示等辅助功能的其它部件.根据设备的功能可以分为存储器、接口和人机交互。XX 3、嵌入式操作系统 在大型嵌入式应用系统中，为了使嵌入式开发更方便、快捷，需要具备一种稳定、安全的软件模块集合,用以管理存储器分配、中断处理、任务间通信和定时器响应，以及提供多任务处理等，即嵌入式操作系统。嵌入式操作系统的引入大大的提高了嵌入式系统的功能，方便了应用软件的设计,但同时占用了宝贵的嵌入式系统*.一般在比较大型或需要多任务的应用场合才考虑使用嵌入式系统。嵌入式系统常常需要有实时要求,所以嵌入式操作系统往往又是 实时操作系统 .早期的

10、嵌入式系统几乎都用于控制目的，从而或多或少都有些实时要求，所以从前 嵌入式操作系统 实际上是 实时操作系统的代名词。今年来由于手持式计算机和掌上电脑等设备的出现,也有了不带实时要求的嵌入式系统。另外一方面,由于PU速度的提高,一些原先认为是 实时 的反应速度现在已经很普遍了。这样,一些原先需要在 实时 操作系统上才能实现的应用，现在已不难在常的操作系统上实现。在这样的背景下, 嵌入式操作系统 和实时操作系统 就成了不同的概念名词。 4、应用软件XX 嵌入式系统的应用软件是针对特定的实际专业领域，基于相应的嵌入式硬件平台，并能完成用户的预期任务的计算机软件。用户的任务可能有时间和精度的要求。有些

11、应用软件需要嵌入操作系统的支持，但在简单的场合下不需要专门的操作系统。由于嵌入式应用软件对成本十分敏感，因此，为减少系统成本,除了精简每个硬件单元的成本外，应尽可能的减少应用软件的*消耗,尽可能的优化.XX第三章 嵌入式系统的两种应用模式 嵌入式系统的嵌入式应用特点，决定了它的多学科交叉特点.作为计算机的内含，要求计算机领域介入其体系结构、软件技术、工程应用方法的.然而，了解对象系统的控制要求，实现系统控制模式必须具备对象领域的专业知识。因此，从嵌入式系统的历史过程,以及嵌入式应用的多样性中，可以了解到客观上的两种应用模式。 1、客观存在的两种应用模式 嵌入式计算机系统起源于微型机时代,但很快

12、就进入到的单片机时代。在单片机时代，嵌入式系统以器件形态迅速进入到传统电子技术领域中，以电子技术应用工程师为主体，实现传统电子系统的智能化，而计算机专业队伍并没有真正进入单片机应用领域。因此,电子技术应用工程师以自己习惯性的电子技术应用模式，从事单片机的应用开发,这种应用模式最重要的特点是：软、硬件的底层性、随意性;对象系统专业技术的密切相关性；缺少计算机工程设计方法XX 虽然在单片机时代，计算机专业淡出了嵌入式系统领域，但随着后PC时代到来,网络、通信技术的；同时，嵌入式系统软、硬件技术有了很大的提升，为计算机专业人士介入嵌入式系统应用开辟了广阔天地。计算机专业人士的介入，的计算机应用模式带

13、有明显的计算机的工程应用特点：即基于嵌入式系统软、硬件平台，以网络、通信为主的非嵌入式底层应用。 2、两种应用模式的并存与互补 由于嵌入式系统最大、最广、最底层的应用是传统电子技术领域的智能化改造.因此，以通晓对象专业的电子技术队伍为主、用最少的嵌入式系统软、硬件开销，以8位机为主,带有的电子系统设计色彩的电子系统应用模式会长期存在下去.另外计算机专业人士会愈来愈多地介入嵌入式系统应用,但囿于对象专业知识的隔阂，其应用领域会集中在网络、通信、多、商务电子等方面，不可能替代原来电子工程师在控制、仪器仪表、机械电子等方面的嵌入式应用。因此，客观存在的两种应用模式会长期并存下去，在不同的领域中相互补

14、充。电子系统设计模式应从计算机应用设计模式中,学习计算机工程方法和嵌入式系统软件技术；计算机应用设计模式应从电子系统设计模式中，了解嵌入式系统应用的电路系统特性，基本的电路设计方法和对象系统的基本要求等.3、嵌入式系统应用的高低端XX由于嵌入式系统有过很长的一段单片机的道路,大多是基于8位单片机，实现最底层的嵌入式系统应用，带有明显的电子系统设计模式特点。大多数从事单片机应用开发人员,都是对象系统领域中的电子系统工程师，加之单片机的出现，立即脱离了计算机专业领域，以智能化器件身份进入电子系统领域，没有带入 嵌入式系统 概念。因此，不少从事单片机应用的人,不了解单片机与嵌入式系统的关系,在谈到

15、嵌入式系统领域时，往往理解成计算机专业领域的，基于3位嵌入式处理器，从事网络、通信、多等的应用。这样， 单片机 与嵌入式系统 了嵌入式系统中常见的两个的名词。但由于 单片机 是典型的，起来的嵌入式系统，从学科建设的角度出发，应该把它的统一成 嵌入式系统 。考虑到原来单片机的电子系统底层应用特点，可以把嵌入式系统应用分成高端与低端,把原来的单片机应用理解成嵌入式系统的低端应用，含义为它的底层性以及与对象系统的紧耦合。第四章嵌入式系统的低端应用:8位单片机XX 1、单片机开创了嵌入式系统道路 嵌入式系统虽然起源于微型计算机时代，然而，微型计算机的体积、价位、可靠性都无法满足广大对象系统的嵌入式应用

16、要求，因此，嵌入式系统必须走道路。这条道路就是芯片化道路。将计算机做在一个芯片上，从而开创了嵌入式系统的单片机时代. 在探索单片机的道路时，有过两种模式，即 模式 与创新模式 。 模式 本质上是通用计算机直接芯片化的模式,它将通用计算机系统中的基本单元进行裁剪后，集成在一个芯片上,构成单片微型计算机； 创新模式 则完全按嵌入式应用要求设计全新的,满足嵌入式应用要求的体系结构、微处理器、指令系统、总线方式、管理模式等。Inel的MC8、CS-5就是按照创新模式起来的单片形态的嵌入式系统（单片微型计算机），MCS-1是在MCS-4探索基础上，进行全面完善的嵌入式系统。历史证明， 创新模式是嵌入式系

17、统的正确道路,MC5的体系结构也因此成为单片嵌入式系统的典型结构体系。 、单片机的技术XX 单片机诞生于2世纪7年代末,经历SM、U、oC三大阶段XX SCM即单片微型计算机（Sigle hip icpuer）阶段，主要是寻求最佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系结构。 创新模式 获得成功,奠定了M与通用计算机完全不同的道路。在开创嵌入式系统道路上，Ine功不可没。CU即微控制器（McroonlerU）阶段,这阶段主要的技术方向是：不断XXXX嵌入式系统的现状分析(2） 扩展满足嵌入式应用时，对象系统要求的*种电路与接口电路,突显其对象的智能化控制能力.它所涉及的领域都与对象系统相关，因此,MCU

18、的重任不可避免地落在电气、电子技术厂家.从这一角度来看，Intel逐渐淡出MC的也有其客观因素。在MC方面最著名的厂家当数PHILIPS。PHLIPS以其在嵌入式应用方面巨大优势将MC1从单片微型计算机迅速到微控制器。因此，当我们回顾嵌入式系统道路时，不要忘记ne和HILIPS的。XX 单片机是嵌入式系统的之路，向MCU阶段的重要因素，就是寻求应用系统在芯片上的最大化解决.因此,专用单片机的自然了SoC化趋势。随着微电子技术、C设计、E工具的,基于SoC的单片机应用系统设计会有较大的。因此，对单片机的理解可以从单片微型计算机、单片微控制器延伸到单片应用系统. 嵌入式系统的高端应用 1、概述XX

19、 由于网络与通信技术的,嵌入式系统在经历了近20年的历程后，又进入了一个新的历史阶段,即从普遍的低端应用进入到一个高、低端并行，并且不断提升低端应用技术水平的时代，其标志是近年来32位MC的. 32位MC的应用不会走位机百花齐放、百余种型号系列齐上阵的道路，这是因为在位机的低端应用中，嵌入对象与对象专业领域十分广泛而复杂；而当前3位MCU的高端应用则多集中在网络、通信和多技术领域,2位MU将会集中在少数厂家的少数型号系列上。在嵌入式系统高端应用的中,曾经有众多的厂家参与,很早就有许多8位嵌入式MCU厂家实施了8位、16位和3位机的计划.后来，8位和32位机的技术扩展了16位机的空间。传统电子系

20、统智能化对8位机的需求使这些厂家将主要精力放在8位机的上，了32位机迟迟不前的局面。当网络、通信和多信息家电业兴起后，出现了嵌入式系统高端应用的市场;而在嵌入式系统的高端应用中，进行多年技术准备的ARM适时地推出了32位ARM系列嵌入式微处理器，以其明显的性能优势*台扇出的运行方式,迅速32位机高端应用的主流地位,以至于使不少传统嵌入式系统厂家放弃了自己的32位计划，转而使用RM内核来自己的32位MU。甚至在嵌入式系统史上做出卓越贡献的nl以及将单片微型计算机到微控制器的PHILIS，在32位嵌入式系统时都不另起炉灶，而是转而使用ARM的嵌入式系统内核来自己的2位MCU。XX 网络、通信、多和

21、信息家电时代的到来，无疑为32位嵌入式系统高端应用提供了空前巨大的空间；同时，也为力不从心的8位机向高端起到了接力作用.一般来说，嵌入式系统的高、低端应用模糊地界定为： 高端用于具有海量数据处理的网络、通信和多领域，低端则用于对象系统的控制领域。然而,的网络化、智能化的趋势要求在这些8位机的应用中提升海量数据处理能力。当8位机无法满足这些提升要求时，便会转而求助32位机的。因此,2位机的市场需求由两方面所致： 一方面是高端*领域(网络、通信、多和信息家电)的拓展;另一方面是低端控制领域应用在数据处理能力的提升要求。 后PC时代的到来以及32位嵌入式系统的高端应用吸引了大量计算机专业人士的介入，

22、加之嵌入式系统软/硬件技术的,导致了嵌入式系统应用模式的巨大变化，即使嵌入式系统应用进入到一个基于软/硬件平台、集成开发环境的应用系统开发时代,并带动了SC技术的。XX 在众多嵌入式系统厂家参与下，基于ARM系列处理器的应用技术会在众多领域取得突破性进展。Intel将R系列向更高端的嵌入式系统;而PHLIP则在向高端嵌入式系统的同时，向低端的8位和6位机的高端应用延伸。nel和HILIS的都体现了*自的特点,并充分发挥了*自的优势.因此，在32位嵌入式系统的应用中，AR系列会R领军,众多厂家参与，计算机专业、电子技术专业以及对象专业人士共同推动的局面，未来32位嵌入式系统应用的主流趋势。这种集

23、中分工的技术模式有利于嵌入式系统的快速.XX 2、RMXX ARM(Aanced RISCMcin）是微处理器行业的一家知名企业,设计了大量高性能、廉价、耗能低的ISC处理器、相关技术及软件。技术具有性能高、成本低和能耗省的特点。适用于多种领域，比如嵌入控制、消费/教育类多、DP和移动式应用等。XX 随着嵌入式系统处理器的不断，典型的32位RC芯片 AR处理器，不论是在PA,STB,DVD等消费类电子产品中，还是在S，航空,勘探,测量等军方产品中都得到了应用.越来越多的芯片厂商早已看好ARM的前景，比如Intl， S， Atel， Philips, NE，irrsLogic等都有相应的产品。他

24、们把更多的功能集成在AM芯片中，使其成为了高集成度，低功耗的典型代表.XX ARM将其技术授权给世界上许多著名的半导体、软件和OEM厂商，每个厂商得到的都是一套独一无二的ARM相关技术及服务。利用这种合伙关系,ARM很快成为许多全球性RIS标准的。XX ARM架构是面向低预算市场设计的第一款SC微处理器。 ARM提供一系列内核、体系扩展、微处理器和系统芯片方案。由于所有产品均采用一个通用的软件体系，所以相同的软件可在所有产品中运行(理论上如此)。典型的产品如下。XX CPU内核XX -ARM7:小型、快速、低能耗、集成式RISC内核,用于移动通信。XX - RM7TDMI(Tum):这是授权用

25、户最多的一项产品，将ARM7指令集同Thub扩展组合在一起，以减少内存容量和系统成本.同时，它还利用嵌入式调试技术来简化系统设计,并用一个DS增强扩展来改进性能。该产品的典型用途是数字蜂窝电话和硬盘驱动器。XX AMDMI：采用5阶段管道化M内核，同时配备Thm扩展、调试和Harvard总线。在生产工艺相同的情况下，性能可达ARM7TDI的两倍之多。常用于连网和顶置盒.XX 体系扩展 Tum:以16位系统的成本,提供32位RISC性能,特别注意的是它所需的内存容量非常小.嵌入式ICE调试 由于集成了类似于ICE的CP内核调试技术,所以原型设计和系统芯片的调试得到了极大的简化。XX 微处理器XX

26、-M10系列,包括RM70、AM0T、ARM720T和A740T：低价、低能耗、封装式常规系统微型处理器,配有高速缓存(Cche）、内存管理、写缓冲和AG。广泛应用于手持式计算、数据通信和消费类多。XX -94T、920T系列：低价、低能耗、高性能系统微处理器，配有ac、内存管理和写缓冲.应用于高级引擎管理、保安系统、顶置盒、便携计算机和高档打印机。XX -StrgARM：性能很高、同时满足常规应用需要的一种微处理器技术，与EC联合研制,后来授权给nte。SA10处理器、SA10 DA系统芯片和S100多处理器芯片均采用了这一技术。ARM700和RM750FE：高度集成的单芯片RI计算机，基于一个缓存式RM 32位内核,拥有内存和/O控制器、个MA通道、片上控制器和调色板以及立体声端口;ARM50FE则增加了一个浮点运算单元以及对EDO RAM的支持。特别适合电视顶置盒和网络计算机(NC)。