嵌入式系統(tǒng)定義和使用，嵌入式系統(tǒng)和桌面通用系統(tǒng)的區(qū)別，嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成，嵌入式軟件組成

嵌入式系統(tǒng)定義和使用

一、嵌入式系統(tǒng)
1、定義：用于控制、監(jiān)視或者輔助操作機(jī)器和設(shè)備的裝置，嵌入式系統(tǒng)的前提是有一個(gè)需要被控制的機(jī)器。
2、含義：嵌入式系統(tǒng)就是將計(jì)算機(jī)的硬件或軟件嵌入其他機(jī)電設(shè)備或應(yīng)用系統(tǒng)中，構(gòu)成新的系統(tǒng)，即嵌入式系統(tǒng)
3、構(gòu)造原則：嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，采用可剪裁軟硬件，適用于對功能、可靠性、成本、體積、功耗等有嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)對其他設(shè)備的控制監(jiān)視或管理功能，讓機(jī)器變得智能。

二、嵌入式系統(tǒng)使用場合
1、監(jiān)測控制：數(shù)控機(jī)床，單電機(jī)，儀表
2、小型化，微型化期間，設(shè)備：通訊，醫(yī)療，移動(dòng)，辦公
3、大吞吐量型號處理：視頻流處理
4、移動(dòng)媒體信號處理：DC，MP3，MP4
5、多機(jī)電協(xié)同工作：汽車電子，航空電子
6、基本上不是計(jì)算機(jī)但是有類似計(jì)算機(jī)能提供的服務(wù)的設(shè)備都屬于嵌入式了。

嵌入式系統(tǒng)和桌面通用系統(tǒng)的區(qū)別

一、任務(wù)專一
1、嵌入式系統(tǒng)
1.1、嵌入式系統(tǒng)中的任務(wù)是專用而確定的
1.2、如：心臟監(jiān)視器只需運(yùn)行信號輸入，信號處理，心電圖顯示任務(wù)
1.3、如果要更改任務(wù)，需要對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)或在線維護(hù)
2、桌面通用系統(tǒng)
2.1、桌面通用系統(tǒng)需要支持大量的、需求多樣的應(yīng)用程序
2.2、對系統(tǒng)中運(yùn)行的程序不做假設(shè)
2.3、程序升級，更新很方便

二、響應(yīng)實(shí)時(shí)
1、嵌入式系統(tǒng)
1.1、嵌入式系統(tǒng)對實(shí)時(shí)性有較高要求
1.2、實(shí)時(shí)性：指系統(tǒng)能在限定的響應(yīng)時(shí)間內(nèi)提供所需水平的服務(wù)。（POSIX 1003.b）
1.3、嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)可分為：
A、強(qiáng)實(shí)時(shí)性：響應(yīng)時(shí)間us~ms級
B、一般實(shí)時(shí)：響應(yīng)時(shí)間ms~s級
C、弱實(shí)時(shí)：響應(yīng)時(shí)間s級以上

三、實(shí)時(shí)性操作系統(tǒng)
1、嵌入式系統(tǒng)中使用的操作系統(tǒng)一般是實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)
1.1、嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)如：VxWorks，Windows CE，PSOS，QNX
1.2、國產(chǎn)嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)如：HOPEN，DeltaOS，SmartOS

四、運(yùn)行環(huán)境
1、嵌入式系統(tǒng)運(yùn)行需要高可靠性保障，比桌面系統(tǒng)的故障容忍能力弱很多
2、嵌入式系統(tǒng)需要在長時(shí)間無人看守的條件下運(yùn)行
3、嵌入式系統(tǒng)運(yùn)行的環(huán)境惡劣

五、功耗要求
1、嵌入式系統(tǒng)大多有功耗約束
2、如：珍貴文物微氣象環(huán)境檢測，要求一分鐘采樣一次，每個(gè)節(jié)點(diǎn)采用電池供電，一年更新一次。采用常規(guī)方法，能量只能持續(xù)工作5天，引入間歇工作方式降低功耗，節(jié)省能量

六、資源更少
1、嵌入式系統(tǒng)比桌面通用系統(tǒng)的可用資源少的多，為了降低系統(tǒng)成本，降低功耗，嵌入式系統(tǒng)的資源配置遵循夠用就行。
2、嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)需要專用工具和特殊方法
2.1、開發(fā)：交叉編譯，交叉鏈接
2.2、調(diào)試：仿真器，虛擬機(jī)
2.3、更新：在線升級等

七、綜合性
1、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)是一項(xiàng)綜合的計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)
1.1、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：狀態(tài)控制器，中斷控制器處理
1.2、匯編語言：操作外圍設(shè)備、端口
1.3、操作系統(tǒng)：設(shè)置通訊任務(wù)、通訊、互斥
1.4、編譯原理：交叉編譯、BootLoader加載

嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

一、組成
1、嵌入式微處理器
2、外圍硬件設(shè)備
3、嵌入式操作系統(tǒng)（可選）
4、用戶應(yīng)用軟件

一個(gè)典型的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用

上圖中包括：
一、硬件層（開發(fā)板形式）
ARM處理器
MMU內(nèi)存管理系統(tǒng)
DSP數(shù)字型號處理單元，或叫浮點(diǎn)運(yùn)算器
GPIO通用目的的IO接口
IIS音頻接口
USB接口
LCD接口，嵌入式系統(tǒng)中LCD用的比VGA多一些
ADC/DAC接口，用于AD或DA的轉(zhuǎn)換
FPGA/CPLD：可編程邏輯陣列
UART和IrDA：串口和紅外
DMA：直接存儲訪問
以太網(wǎng)：網(wǎng)絡(luò)
CAN總線：常用于工業(yè)控制
Timer/RTC：提供時(shí)間
電源管理：供電方式，直流電交流電
內(nèi)存：包括flash存儲，EEPROM，SDRAM，SRAM
看門狗復(fù)位電路：watchdog，系統(tǒng)出現(xiàn)異常時(shí)自動(dòng)復(fù)位reset
人機(jī)交互接口：LCD，觸摸屏，鍵鼠等
輸入輸出接口：傳感器，網(wǎng)絡(luò)之類

二、軟件層：
1、驅(qū)動(dòng)層，
1.1、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，
1.2、HAL硬件抽象層，對硬件有一個(gè)抽象的描述
1.3、BSP，板機(jī)支持包，支持這個(gè)硬件開發(fā)板的軟件包
2、操作系統(tǒng)OS層，通常運(yùn)行一個(gè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)RTOS
3、應(yīng)用層：文件系統(tǒng)，圖形用戶應(yīng)用程序接口等

三、嵌入式微處理器分類
1、嵌入式微控制器MCU，8位為主，8051之類的
2、嵌入式DSP處理器：
3、嵌入式微處理器MPU，32位為主，ARM之類的
4、嵌入式片上系統(tǒng)system on chip

四、外圍硬件設(shè)備
1、片外總線：連接各個(gè)部件，進(jìn)行互聯(lián)和傳輸信息的信號線
1.1、ESIA總線、SCSI總線、PCI總線
1.2、AMBA總線：ARM研發(fā)的總線規(guī)范
1.3、專用總線：CompactPCI總線用于工業(yè)控制，CAN總線用于汽車電子總線，1553B總線用于航空工業(yè)總線。

2、電子盤（電子硬盤，不是磁盤，磁盤對環(huán)境要求高）：采用flash芯片存儲數(shù)據(jù)，體積小、功耗低、抗震，不過讀寫次數(shù)有限，要避免頻繁讀寫。
2.1、DOC：Dist on chip
2.2、DOM：IDE電子盤
2.3、CF：CompactFlash
2.4、SM：Smart Media
2.5：MS：Memory stick

3、IO設(shè)備
3.1、A/D，D/A轉(zhuǎn)換
3.2、中斷控制器
3.3、UART，串口
3.4、LCD，連接顯示器的接口

4、通訊設(shè)備
4.1、有線通訊：IEEE1394，USB
4.2、無線通訊：IaDA（短距離高速紅外），Bluetooth，802.11b/g

五、嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)
1、典型的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)RTOS
1.1、近200種，VxWorks（航天航空，可靠性性能最強(qiáng)）、QNX（歐美航天航空）、WinCE（簡單用）、PalmOS
1.2、面向SOC的操作系統(tǒng)：Symbian的Epoc、Express Logic的ThreadX、ATI的Nucleus
1.3、開放源碼的操作系統(tǒng)：Linux系列，uC/OS（最小）

2、典型的性能指標(biāo)
2.1、內(nèi)核大小：幾k~幾百k
2.2、調(diào)度時(shí)間片：1ms
2.3、實(shí)時(shí)任務(wù)響應(yīng)時(shí)間：20~40微秒
2.4、一般任務(wù)響應(yīng)時(shí)間：20微秒~幾百毫秒

嵌入式軟件組成

一、混合編程
1、嵌入式軟件經(jīng)常需要直接控制外設(shè)，進(jìn)行寄存器操作等，因而使用較多的高級語言+匯編語言混合編程。

二、固定內(nèi)存地址訪問
1、嵌入式系統(tǒng)經(jīng)常要求訪問某特定的內(nèi)存地址，這點(diǎn)區(qū)別于進(jìn)程訪問的虛擬地址
2、嵌入式系統(tǒng)上運(yùn)行的應(yīng)用是固定的，所以會將應(yīng)用和內(nèi)存地址直接綁定

三、存儲限定符volatile
1、編譯器優(yōu)化工作中的一個(gè)假設(shè)
2、在多任務(wù)共享變量、中斷與任務(wù)共享變量時(shí)，必須使用volatile限定符，強(qiáng)制讀取內(nèi)存中的值

四、代碼共享和可重入
1、在嵌入式系統(tǒng)中，多個(gè)任務(wù)使用一個(gè)子程序的一個(gè)單一拷貝很常見，這些子程序稱為共享代碼
2、由于實(shí)時(shí)系統(tǒng)的任務(wù)是可搶占的，因而必須保證共享代碼同時(shí)被幾個(gè)任務(wù)調(diào)用而不發(fā)生沖突，這就是代碼的可重入

五、位運(yùn)算
1、嵌入式系統(tǒng)經(jīng)常要求對變量或寄存器進(jìn)行位操作。
2、如：給定一個(gè)整型變量a，寫兩段代碼，第一個(gè)設(shè)置a的bit 3，第二個(gè)清除a的bit 3，在以上兩個(gè)操作中，要保持其它位不變

六、看門狗定時(shí)器
1、對于要求高可靠性的嵌入式應(yīng)用場合，系統(tǒng)往往提供看門狗watchdog機(jī)制，以防止用戶程序進(jìn)入死循環(huán)。
2、程序能夠生成一個(gè)看門狗，并交付執(zhí)行動(dòng)作，如果應(yīng)用程序在指定的時(shí)間內(nèi)不能將看門狗置位，將觸發(fā)指定的程序。
3、看門狗執(zhí)行動(dòng)作包括：系統(tǒng)重啟，任務(wù)重啟，跳出循環(huán)

總結(jié)

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