淺談計算機(jī)嵌入式系統(tǒng)

摘要：嵌入式系統(tǒng)一般指非PC系統(tǒng)，有計算機(jī)功能但又不稱之為計算機(jī)的設(shè)備或器材。它是以應(yīng)用為中心，軟硬件可裁減的，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗等綜合性嚴(yán)格要求的專用計算機(jī)系統(tǒng)。簡單地說，嵌入式系統(tǒng)集系統(tǒng)的應(yīng)用軟件與硬件于一體，類似于PC中BIOS的工作方式，具有軟件代碼小、高度自動化、響應(yīng)速度快等特點，特別適合于要求實時和多任務(wù)的體系。嵌入式系統(tǒng)主要由嵌入式處理器、相關(guān)支撐硬件、嵌入式操作系統(tǒng)及應(yīng)用軟件系統(tǒng)等組成，它是可獨立工作的“器件”。

關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)；發(fā)展現(xiàn)狀；特點；關(guān)鍵技術(shù)

Abstract:Embedded systems generally refers to non-PC system,a computer function but do not call the computer equipmentorequipment.It is based on application-centric,software and hardware can be reduced,to adapt applications to the functionality,reliability,cost,volume,power consumption,demanding a comprehensive dedicated computer system.In short,embedded system set System software and hardware in one,similar to the PC in the BIOS works with the software code for small,highly automated,fast response characteristics,especially suitable for tasks that require real-time and multi-system.Embedded system consists of embedded processors,associated support hardware,embedded operating system and application software,system,etc,it can work independently of the device.

Keywords:Embedded system;Development Status;Characteristics;Key technology

嵌入式計算機(jī)在應(yīng)用數(shù)量上遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了各種通用計算機(jī)，一臺通用計算機(jī)的外部設(shè)備中就包含了5-10個嵌入式微處理器，鍵盤、鼠標(biāo)、軟驅(qū)、硬盤、顯示卡、顯示器、Modem、網(wǎng)卡、聲卡、打印機(jī)、掃描儀、數(shù)字相機(jī)、USB集線器等均是由嵌入式處理器控制的。在制造工業(yè)、過程控制、通訊、儀器、儀表、汽車、船舶、航空、航天、軍事裝備、消費類產(chǎn)品等方面均是嵌入式計算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域。嵌入式系統(tǒng)是將先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和電子技術(shù)和各個行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合后的產(chǎn)物，這一點就決定了它必然是一個技術(shù)密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識集成系統(tǒng)。

一、嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

隨著信息化，智能化，網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)技術(shù)也將獲得廣闊的發(fā)展空間。2008年達(dá)到53000億美元，預(yù)計2009年，銷售額將達(dá)68000億美元。進(jìn)入20世紀(jì)90年代，嵌入式技術(shù)全面展開，目前已成為通信和消費類產(chǎn)品的共同發(fā)展方向。在通信領(lǐng)域，數(shù)字技術(shù)正在全面取代模擬技術(shù)。在廣播電視領(lǐng)域，美國已開始由模擬電視向數(shù)字電視轉(zhuǎn)變，歐洲的DVB（數(shù)字電視廣播）技術(shù)已在全球大多數(shù)國家推廣。數(shù)字音頻廣播（DAB）也已進(jìn)入商品化試播階段。而軟件、集成電路和新型元器件在產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的作用日益重要。所有上述產(chǎn)品中，都離不開嵌入式系統(tǒng)技術(shù)。象前途無可計量的維納斯計劃生產(chǎn)機(jī)頂盒，核心技術(shù)就是采用32位以上芯片級的嵌入式技術(shù)。在個人領(lǐng)域中，嵌入式產(chǎn)品將主要是個人商用，作為個人移動的數(shù)據(jù)處理和通訊軟件。由于嵌入式設(shè)備具有自然的人機(jī)交互界面，GUI屏幕為中心的多媒體界面給人很大的親和力。手寫文字輸入、語音撥號上網(wǎng)、收發(fā)電子郵件以及彩色圖形、圖像已取得初步成效。

二、嵌入式系統(tǒng)的主要特點

（一）系統(tǒng)內(nèi)核小。由于嵌入式系統(tǒng)一般是應(yīng)用于小型電子裝置的，系統(tǒng)資源相對有限，所以內(nèi)核較之傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)要小得多。比如Enea公司的OSE分布式系統(tǒng)，內(nèi)核只有5K，而Windows的內(nèi)核？簡直沒有可比性。

（二）專用性強(qiáng)。嵌入式系統(tǒng)的個性化很強(qiáng)，其中的軟件系統(tǒng)和硬件的結(jié)合非常緊密，一般要針對硬件進(jìn)行系統(tǒng)的移植，即使在同一品牌、同一系列的產(chǎn)品中也需要根據(jù)系統(tǒng)硬件的變化和增減不斷進(jìn)行修改。同時針對不同的任務(wù)，往往需要對系統(tǒng)進(jìn)行較大更改，程序的編譯下載要和系統(tǒng)相結(jié)合，這種修改和通用軟件的“升級”是完全兩個概念。

（三）系統(tǒng)精簡。嵌入式系統(tǒng)一般沒有系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的明顯區(qū)分，不要求其功能設(shè)計及實現(xiàn)上過于復(fù)雜，這樣一方面利于控制系統(tǒng)成本，同時也利于實現(xiàn)系統(tǒng)安全。

（四）高實時性的系統(tǒng)軟件(OS)是嵌入式軟件的基本要求。而且軟件要求固態(tài)存儲，以提高速度；軟件代碼要求高質(zhì)量和高可靠性。

（五）嵌入式軟件開發(fā)要想走向標(biāo)準(zhǔn)化，就必須使用多任務(wù)的操作系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用程序可以沒有操作系統(tǒng)直接在芯片上運行；但是為了合理地調(diào)度多任務(wù)、利用系統(tǒng)資源、系統(tǒng)函數(shù)以及和專家?guī)旌瘮?shù)接口，用戶必須自行選配RTOS（Real－Time Operating System）開發(fā)平臺，這樣才能保證程序執(zhí)行的實時性、可靠性，并減少開發(fā)時間，保障軟件質(zhì)量。

三、嵌入式系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

隨著后電腦時代的來臨，消費電子成為市場的主要驅(qū)動力；而在消費電子中，32位嵌入式CPU占了主導(dǎo)地位。針對不同的消費產(chǎn)品，消費者的要求也不盡相同。例如：汽車電子產(chǎn)品的穩(wěn)定和安全性非常重要，而對藍(lán)牙產(chǎn)品可能更關(guān)心價格。當(dāng)然，對于功耗問題的關(guān)注卻是幾乎涵蓋所有消費產(chǎn)品的要求。對于開發(fā)者而言，ARM架構(gòu)以及相關(guān)軟件的前后兼容性對于他們加快開發(fā)周期、縮短產(chǎn)品上市時間是非常重要的。并且，對于消費電子產(chǎn)品而言，傳統(tǒng)的“摩爾定律”已經(jīng)不是特別重要的，更重要的是在提供性能的同時，能夠有效地降低功耗和芯片面積。

為了滿足市場對消費電子產(chǎn)品的種種需求，ARM也不斷開發(fā)和完善技術(shù)，推出了一系列有針對性的創(chuàng)新技術(shù)。例如：智能能源管理(IEM)技術(shù)能夠有效地降低嵌入式系統(tǒng)的功耗；TrustZone技術(shù)能夠為系統(tǒng)提供硬件級的安全保護(hù)，滿足了用戶、內(nèi)容提供商以及運營商對內(nèi)容安全性的要求；Thumb2指令集有效地降低了代碼密度，節(jié)省了系統(tǒng)內(nèi)存使用，從而降低了系統(tǒng)成本；Jazelle技術(shù)提供了在硬件中執(zhí)行Java加速功能，為系統(tǒng)提供了更好的多媒體性能。

四、嵌入式系統(tǒng)的方向

嵌入式系統(tǒng)無疑是當(dāng)前最熱門最有發(fā)展前途的IT應(yīng)用領(lǐng)域之一。嵌入式系統(tǒng)用在一些特定專用設(shè)備上，通常這些設(shè)備的硬件資源（如處理器、存儲器等）非常有限，并且對成本很敏感，有時對實時響應(yīng)要求很高等。嵌入式系統(tǒng)是軟硬結(jié)合的東西，搞嵌入式開發(fā)的人有兩類。