大型貨車超載超速實時檢測系統(tǒng)

第二章 相關技術

2.1 嵌入式系統(tǒng)

根據IEEE的定義，所謂的嵌入式系統(tǒng)是指“控制、監(jiān)視或者輔助裝置、機器和設備運行的裝置”。在國內普遍認為：嵌入式系統(tǒng)(Embedded System)是以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟硬件可裁剪，適用于應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專用的計算機系統(tǒng)。它包括硬件部分和軟件部分。硬件部分包括微處理器、存儲器及外設器件和I/O端口、圖形控制器等；軟件部分包括操作系統(tǒng)和應用程序，操作系統(tǒng)控制著應用程序與硬件的交互，而應用程序控制著系統(tǒng)的運作和行為，有時設計人員把這兩種軟件組合在一起 ^[3]。

通常情況下，人們常常會忽視自己身邊的嵌入式系統(tǒng)——例如取款機，手機或者電梯等等，在這些隨處都能夠見到的設備中就存在嵌入式系統(tǒng)，有時人們經常使用嵌入在電梯，汽車，程控交換機，PDA等設備中的小巧的計算機系統(tǒng)，而對此毫無察覺。此外，嵌入式系統(tǒng)還在國防事業(yè)，衛(wèi)星，工業(yè)機器人，飛行系統(tǒng)，醫(yī)療設備等領域扮演著更為重要的角色。正是看不見和無所不在這樣的特性使得嵌入式計算機系統(tǒng)有別于傳統(tǒng)的計算機系統(tǒng)。

2.1.1嵌入式系統(tǒng)的歷史

從上世紀七十年代單片機的出現到今天各式各樣的嵌入式微處理器、微控制器的大規(guī)模應用，嵌入式系統(tǒng)已經有了近40多年的發(fā)展歷史。

由于70年代單片機的出現，使得汽車、家用電器設備、工業(yè)機器、通信裝置及數以萬計產品可以通過內嵌電子裝置來獲得更佳的使用性能：更容易使用、更快、更便宜。嵌入式的雛形在這個時候開始產生。

從上世紀80年代早期開始，嵌入式系統(tǒng)的程序員開始用商用級的“操作系統(tǒng)”編寫嵌入式應用軟件，這使得可以獲取更短的開發(fā)周期，更低的開發(fā)資金和更高的開發(fā)效率，“嵌入式系統(tǒng)”就這樣真正出現了。

提示：最早的單片機是Intel公司生產的 8048，它是出現在1976年。Motorola公司同時推出了68HC05單片機，Zilog公司推出了Z80系列單片機，這些早期的單片機均含有4K的ROM、256字節(jié)的RAM、1個全雙工串行口、4 個8位并口、兩個16位定 時 器。之后在80年代初，Intel又進一步完善了8048，在它的基礎上研制成功了8051單片機，迄今為止，51系列的單片機仍然是最為成功的單片機芯片，在各種產品中有著非常廣泛的應用。

上世紀90年代以后，隨著實時性要求的提高，軟件規(guī)模的不斷上升，實時核逐漸發(fā)展為實時多任務操作系統(tǒng)（RTOS），并且作為一種軟件平臺逐步成為目前國際嵌入式系統(tǒng)的主流。

嵌入式均采用占先式的調度方式，響應的時間非常短，任務執(zhí)行的時間可以確定；系統(tǒng)內核很小，可裁剪，可擴充和可移植，可以移植到各種處理器上；較強的實時和可靠性，適合嵌入式應用。這些嵌入式實時多任務操作系統(tǒng)得出現，使應用開發(fā)人員可以從小范圍的開發(fā)解放出來，同時也促使嵌入式有了更為廣闊的應用空間。

這時更多的公司看到了嵌入式系統(tǒng)的廣闊發(fā)展前景，開始大力發(fā)展自己的嵌入式操作系統(tǒng)。除了幾家老牌公司以外，還出現了Palm OS，WinCE，嵌入式Linux，Lynx，Nucleux，以及國內的Hopen，Delta Os等嵌入式操作系統(tǒng)。隨著嵌入式技術的發(fā)展前景日益廣闊，會有更多的嵌入式操作系統(tǒng)軟件出現。

2.1.2嵌入式系統(tǒng)的組成

一個嵌入式系統(tǒng)裝置一般由嵌入式計算機系統(tǒng)和執(zhí)行裝置組成，嵌入式計算機系統(tǒng)是嵌入式系統(tǒng)的核心，由硬件層、中間層、系統(tǒng)軟件層和應用軟件層組等成。執(zhí)行裝置也稱為被控對象，它能夠接受嵌入式計算機系統(tǒng)發(fā)出的控制命令，執(zhí)行所規(guī)定的特定的操作或任務。執(zhí)行裝置可以很簡單，例如手機上的一個微小型的電機，當在手機處于震動接收狀態(tài)時打開；可以非常復雜，如SONY 智能機器狗，上面集成了多個微小型控制電機和多種傳感器，從而可以執(zhí)行各種復雜的動作和感受各種狀態(tài)信息。

Linux操作系統(tǒng)是開放源碼、完全免費的系統(tǒng)，并且具備高效、穩(wěn)定、易裁減、易定制、硬件支持廣泛等特點。Linux是由很多性能高且體積小的微內核系統(tǒng)組成的。在內核代碼完全開放的前提下，不同層次和不同領域的用戶可以根據自己的應用需求非常方便地對內核進行改造，這樣的系統(tǒng)就能減小系統(tǒng)的冗余程度，提高有限資源的利用率^[5] 和系統(tǒng)的效率。

嵌入式系統(tǒng)的核心是嵌入式微處理器（Embedded Microprocessor Unit, EMPU），其在汽車、各種各樣的電子產品甚至是家用電器領域都獲得了廣泛的運用。嵌入式系統(tǒng)使用ARM系列微處理器。ARM系列微處理器主要應用于無線設備、安全系統(tǒng)、儀器儀表、高端打印機、機頂盒、數字照相機和數字攝像機等 ^[4]。

Linux系統(tǒng)具有廣泛的硬件支持特性。無論是CISC還是、RISC，8位、32位還是64位等各種處理器，Linux都能運行。Linux支持各種主流硬件設備和最新硬件技術，甚至可以在沒有存儲管理單元(MMU)的處理器上運行。這意味著嵌入式Linux具有更廣泛的應用前景。