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嵌入式系统的构成与特点

2015-3-19 16:02| 发布者: dzly| 查看: 556| 评论: 0|原作者: 夏 彬

摘要: 嵌入式系统是以计算机技术、电子 技术、软件技术等为基础, 专门为面 向特定应用开发的系统, 在能够满足 各种性能、成本、体积等要求下, 选取 特定的硬件资源, 裁剪操作系统, 设 计应用软件, 形成特定作用的系统。
  1 概述
  嵌入式系统是以应用为中心,主要分为两个部分: 硬件部分和软件部分。嵌入式硬件部分主要由嵌入式处理器,嵌入式外围电路及设备等构成; 嵌入式软件部分主要由嵌入式系统软件和应用软件构成。
  嵌入式系统应用广泛,在制造、控制、通讯、仪器、仪表、消费类产品等行业发挥重要作用。
  2 嵌入式系统的构成
  嵌入式系统的开发涉及硬件开发与软件开发两个方面。硬件是整个系统可见的或可触摸的“身体”,而软件是这个“身体”内部的功能逻辑。这两个部分是缺一不可的。嵌入式系统的开发是根据项目需求选取硬件资源, 如微处理器、存储器、电源、A/D、D/A 转换等。因此开发人员需要熟悉常见的硬件资源,关键设备开发设备驱动程序.微处理器:嵌入式处理器作为系统的控制中枢,通过控制总线、数据总线和地址总线与各种外部接口相连。嵌入式微处理器与通用CPU 的不同主要在于它由特定的项目来选取 , 根据要求从市场上已有的上千种选取合适的. 一般能进行多任务处理, 中断响应时间短, 功耗很低.传感器:如果说微处理器是系统“大脑”,那么传感器就是系统的“感官”。传感器检测、感受到被测量的信息,传给系统后由微处理器处理,系统再产生执行命令传达给各部件运行。传感器有各种类型,用以感知触觉、味觉等。
  存储器:嵌入式系统存储器与PC 机不同,没有硬盘这样的大型存储设备,而是使用RAM、ROM 、闪存卡、Flash芯片等。
  存储器要求速率高、功能消耗量低。
  A/D、D/A 转换:嵌入式系统和计算机系统一样只能对出自信号进行处理。现实生活中的温度、压力等都是模拟量,经由传感器采集后需A/D 转换后交与微处理器处理。微处理器输出的数字信号经过D/A 转换后再传给执行装置,对执行设置进行驱动。
  执行装置:执行装置是嵌入式系统的“手脚”。微处理器控制命令传达到执行装置后。执行装置驱动机械、电子部件完成具体的动作和功能。
  人机界面:嵌入式系统往往受到费用、功能消耗、速率等特定条件的限制,在人机界面上比较简单,这PC 机系统中便于操作的人机界面有很大不同。
  电源:嵌入式系统的电源系统变化较大。有些系统使用交流电,有些系统使用电池供电。有些系统对电源的稳定性还有特殊要求。系统中不同的工作部件对电源的要求也不一样,有的要求高压,有的要求低压。对节能型微处理器来说,随着其工作状态的变化,工作电压也随之改变。
  这就对电源部件及其管理提出了极高的要求。
  软件系统:嵌入式系统软件主要由操作系统和应用软件组成。其中操作系统包括系统内核、设备接口、通信协议等,它负责软、硬件资源分配、任务调度、控制等。嵌入式系统个性化、专门化强,一般要针对不同硬件进行系统移植。由于项目目标不同,所以配置的硬件不同,操作系统根据硬件的变化进行修改。常见的嵌入式操作系统有:嵌入式Linux、VxWorks、Windows CE 等。目前,对嵌入式操作系统的要求有: 实时性、系统可裁剪、轻量型网络支持、功能可扩展。
  3 嵌入式系统特点
  嵌入式系统与通用计算机系统有着本质区别,它包含计算机、机械、电子等多种工作部件,是针对特定应用的综合系统。要更好的设计嵌入式系统需对它的特点进行深层次的了解。
  第一,面向特定应用。计算机一般常用于科学计算、管理、办公自动化等场合。
  而嵌入式系统常是一个面向特定应用的专用系统,一般应用于小型电子装置。因为目的不同,对系统的要求也不一样,计算机系统追求强大的计算能力,而嵌入式系统追求实时性强,功耗低,体积小。
  第二,系统构成多种多样。通用计算机系统主要以功能强大的软件和网络系统为主体,比较统一。而而嵌入式系统则因为是面向特定应用而设计的,所以样式多样化,各硬件、软件一般不一样,而且它是一个集机械、电子、计算机为一体的软硬件综合系统。
  第三, 嵌入式系统将软件固定在存储器本身上,而不是存储在磁盘内。
  第四,体积小,重量轻。体积小、重量轻是嵌入式系统的一致要求。
  第五,低功耗是重要指标。功耗高会引起系统的散热问题,缩短电池工作时间。随着嵌入式系统规模越来越大,系统功耗就变成一个越来越严重的问题。
  第六,实时性要求较高。嵌入式系统一般都是实时系统。这就要求系统对外部事件的反应要及时准确。而这些事件的发生周期变化很大。保证系统能够在最坏的情况下也能正常工作是嵌入式系统的基本要求。
  4 总结
  嵌入式系统是集计算机技术、软件技术、电子技术和具体应用需求于一体的专用系统,这就决定了它技术密集、构成复杂、需要不断创新的特点。随着信息技术的发展,嵌入式产品空前繁荣。如电视机、冰箱、手机、PDA;、掌上电脑等产品,将以携带方便,上网容易等特点被广大用户所接受。因此,学习、研究嵌入式系统不但有极强的应用价值、市场价值,也有很高的技术价值、创新价值,了解嵌入式系统的构成与特点是很有需要的。
  【参考文献】
  [1] 李瀛寰. 重点关注嵌入式技术应用[M]. 中国计算机报,2012.
  [2] 何晓亮. 嵌入式技术引领中国IT产生未来[N]. 科技日报,2009.
    

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