嵌入式系統(tǒng)論文

..嵌入式系統(tǒng)論文專業(yè)班級(jí)：學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：一個(gè)嵌入式系統(tǒng)裝置一般都由嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和執(zhí)行裝置組成嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是整個(gè)嵌入式系統(tǒng)的核心，由硬件層、中間層、系統(tǒng)軟件層和應(yīng)用軟件層組成。執(zhí)行裝置也稱為被控對(duì)象，它可以承受嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)發(fā)出的控制命令，執(zhí)行所規(guī)定的操作或任務(wù)。執(zhí)行裝置可以很簡(jiǎn)單，如手機(jī)上的一個(gè)微小型的電機(jī)，當(dāng)手機(jī)處于震動(dòng)接收狀態(tài)時(shí)翻開(kāi)；也可以很復(fù)雜，如ＳＯＮＹ智能機(jī)器狗，上面集成了多個(gè)微上控制電機(jī)和多種傳感器，從而可以執(zhí)行各種復(fù)雜的動(dòng)作和感受種狀態(tài)信息。下面對(duì)嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成進(jìn)展介紹。硬件層硬件層中包含嵌入式微處理器、存儲(chǔ)器〔SDRAM、ROM、Flash等〕、通用設(shè)備接口和I/O接口〔A/D、D/A、I/O等〕。在一嵌入式處理器根底上添加電源電路、時(shí)鐘電路和存儲(chǔ)器電路，就構(gòu)成了一個(gè)嵌入式核心控制模塊。其中操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序都可以固化在ＲＯＭ中。中間層硬件層與軟件層之間為中間層，也稱為硬件抽象層〔HardwareAbstractLayer,HAL〕或者板級(jí)支持包〔BoardSupportPackage,BSP〕，它半系統(tǒng)上層軟件與底層硬件別離開(kāi)來(lái)，使系統(tǒng)的底層驅(qū)動(dòng)程序與硬件無(wú)關(guān)，上層軟件開(kāi)發(fā)人員無(wú)需關(guān)心底層硬件的具體情況，根據(jù)BSP層提供的接口即可進(jìn)展開(kāi)發(fā)。該層一般包含相關(guān)底層硬件的初始化、數(shù)據(jù)的輸入/輸出操作和硬件設(shè)備的配置功能。實(shí)際上,BSP是一個(gè)介于操作系統(tǒng)和底層硬件之間的軟件層次，包括了系統(tǒng)局部與硬件聯(lián)系嚴(yán)密的軟件模塊。設(shè)計(jì)一個(gè)完整的BSP需要完成兩局部工作：嵌入工系統(tǒng)的硬件初始化的BSP功能，設(shè)計(jì)硬件相關(guān)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)。系統(tǒng)軟件層系統(tǒng)軟件層由實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)〔Real-timeOperationSystem,RTOS〕、文件系統(tǒng)、圖形用戶接口(GraphicUserInterface,GUI)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及通用組件模塊組成。RTOS是嵌入式應(yīng)用軟件的根底和開(kāi)發(fā)平臺(tái)。嵌入式系統(tǒng)的主要應(yīng)用嵌入式系統(tǒng)技術(shù)具有非常廣闊的應(yīng)用前景，其應(yīng)用領(lǐng)域可以包括：工業(yè)控制、交通管理、信息家電、家庭智能系統(tǒng)、POS網(wǎng)絡(luò)及電子商務(wù)、環(huán)境工程與自然、機(jī)器人。這些應(yīng)用中，可以著重于在控制方面的應(yīng)用。就遠(yuǎn)程家電控制而言，除了開(kāi)發(fā)出支持TCP/IP的嵌入系統(tǒng)之外，家電產(chǎn)品控制協(xié)議也需要制訂和統(tǒng)一，這需要家電生產(chǎn)廠家來(lái)做。同樣的道理，所有基于網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程控制協(xié)議也需要與嵌入式系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)接口，然后再由嵌入式系統(tǒng)來(lái)控制并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)控制。所以，開(kāi)發(fā)和探試嵌入式系統(tǒng)有著十分重要的意義。相對(duì)于其他的領(lǐng)域，機(jī)電產(chǎn)品可以說(shuō)是嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用最典型最廣泛的領(lǐng)域之一。從最初的單片機(jī)以現(xiàn)在的工控機(jī)、SOC在種機(jī)電產(chǎn)品中均有著巨大的市場(chǎng)。工業(yè)設(shè)備是機(jī)電產(chǎn)品中最大的一類，在目前的工業(yè)控制設(shè)備中，工控機(jī)的使用非常廣泛，這些工控機(jī)一般采用的是工業(yè)級(jí)的處理器和各種設(shè)備，其中以X86的MPU最多。家電行業(yè)是嵌入式應(yīng)用的另一大行業(yè)，我們傳統(tǒng)的電視，電冰箱當(dāng)然其中也嵌有處理器，但是這些處理器只是在控制方面應(yīng)用。而現(xiàn)在只有按鈕、開(kāi)關(guān)的電器顯然已經(jīng)不能滿足人們的日常需求，具有用戶界面，能遠(yuǎn)程控制，智能管理的電器是未來(lái)的開(kāi)展趨勢(shì)。到我們身邊。嵌入式微處理器的的種類嵌入式微處理器的核心是嵌入微處理器，嵌入式微處理器與通用CPU最大的不同在于嵌入式微處理器大多工作在為特定用戶群所專用設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，它將通用CPU許多由板卡完成的任務(wù)集成在芯片部，從而有利于嵌入式系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)趨于小型化，同時(shí)還具有很高的效率和可靠性。嵌入式微處理器的體系構(gòu)造可以采用.諾依曼體系或哈佛體系構(gòu)造；指令系統(tǒng)可以選用精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)〔RedycedInstryctionSetputer,RISC〕和復(fù)雜指令系統(tǒng)CISC(plexinstructionSetputer,CISC)。RSIC計(jì)算機(jī)在通道中只包含最有用的指令。確保數(shù)據(jù)通道快速執(zhí)行每一條指令，從而提高了執(zhí)行效率并使用CPU硬件構(gòu)造設(shè)計(jì)變得更為簡(jiǎn)單。嵌入式微處理器有各種不同的體系統(tǒng)，即使在同一體系中也可能具有不同的時(shí)鐘頻率和數(shù)據(jù)總寬度，或集成了不同的外設(shè)和接口。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前全世界嵌入式微處理器已經(jīng)超過(guò)1000多種，體系構(gòu)造有30多個(gè)系列，其中主流的體系有ARM、MIPS、PowerPC、X86和SH等。但與全球PC市場(chǎng)不同的是，沒(méi)有一種嵌入式微處理器可以主導(dǎo)市場(chǎng)，僅以32位的產(chǎn)品而言，就有100種以的嵌入式微處理器。嵌入式微處理器的選擇是根據(jù)具體的應(yīng)用而決定的。嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)展現(xiàn)狀和開(kāi)展趨勢(shì)隨著信息化，智能化，網(wǎng)絡(luò)化開(kāi)展，嵌入式系統(tǒng)技術(shù)也將獲得廣闊開(kāi)展空間。美國(guó)著名未來(lái)學(xué)家尼洛龐帝99年1月訪華時(shí)預(yù)言，4~5年后嵌入式智能〔電腦〕工具將是PC和因特網(wǎng)之后最偉大的創(chuàng)造。我國(guó)著名嵌入式系統(tǒng)專家緒榜院士98年11月在全國(guó)第11次微機(jī)學(xué)術(shù)交流會(huì)發(fā)表的"計(jì)算機(jī)的開(kāi)展與技術(shù)"一文中，對(duì)未來(lái)10年以嵌入式芯片為根底的計(jì)算機(jī)工業(yè)進(jìn)展了科學(xué)的闡述和展望。1999年世界電子產(chǎn)品產(chǎn)值已超過(guò)12000億美元，2000年到達(dá)13000億美元。信息時(shí)代，數(shù)字時(shí)代使得嵌入式產(chǎn)品獲得了巨大的開(kāi)展契機(jī)，為嵌入式市場(chǎng)展現(xiàn)了美好的前景，同時(shí)也地嵌入式生產(chǎn)廠商提出了新的挑戰(zhàn)，從中我們可以看出未來(lái)嵌入式系統(tǒng)的幾大開(kāi)展趨勢(shì)；嵌入式開(kāi)發(fā)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，因此要求嵌入式系統(tǒng)廠商不僅要提供嵌入式軟硬件系統(tǒng)本身，同時(shí)還需要提供強(qiáng)大的硬件開(kāi)發(fā)工具和軟件包支持。網(wǎng)絡(luò)化、信息化的要求隨著因特網(wǎng)技術(shù)的成熟、帶寬的提高日益提高，使得以往單一功能的設(shè)備如、手機(jī)、冰箱、微波爐等功能不再單一，構(gòu)造更加復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)成為必然趨勢(shì)。未來(lái)的嵌入式設(shè)備為了適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)開(kāi)展的要求，必然要求硬件上提供各種網(wǎng)絡(luò)通信接口。精簡(jiǎn)系統(tǒng)核，算法，降低功耗和軟硬件本錢。提供友好的多媒體人機(jī)界面。嵌入式設(shè)備能與用戶親密接觸，最重要的因素就是它能提供非常友好的用戶界面。嵌入式系統(tǒng)的分類、特點(diǎn)和作用由于嵌入系統(tǒng)由硬件和軟件兩大局部組，所以其分類也可以從硬件和軟件進(jìn)展劃分。從硬件方面來(lái)講，各式各樣的嵌入式處理器是嵌入式系統(tǒng)硬件中的最核心的局部，而目前世界上具有嵌入式功能特點(diǎn)的處理器已經(jīng)超過(guò)1000種，流行體系構(gòu)造包括MCU，MPU等30多個(gè)系列。鑒于嵌入式系統(tǒng)廣闊的開(kāi)展前景，很多半導(dǎo)體制造商都大規(guī)模生產(chǎn)嵌入式處理器，并且公司自主設(shè)計(jì)處理器也已經(jīng)成為了未來(lái)嵌入式領(lǐng)域的一大趨勢(shì)，其中從單片機(jī)、DSP到FPGA有假設(shè)各式各樣的品種上，速度越來(lái)越快，性能越來(lái)越強(qiáng)，價(jià)格也越來(lái)越低。目前嵌入式處理的尋址空間可以從64KB到16MB，處理速度最快可以到達(dá)2000MIPS,封裝從８?jìng)€(gè)引腳到144個(gè)引腳個(gè)不等。從軟件方面劃分，主要可以依據(jù)操作系統(tǒng)的類型。目前嵌入式系統(tǒng)的軟件主要有兩大類：實(shí)時(shí)系統(tǒng)和分時(shí)系統(tǒng)。其中實(shí)時(shí)系統(tǒng)又分為兩類：硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)和軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)。實(shí)時(shí)嵌入系統(tǒng)是為執(zhí)行特定功能而設(shè)計(jì)的，可以來(lái)嚴(yán)格的按時(shí)序執(zhí)行功能。其最大的特征就是程序的執(zhí)行具有確定性。在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，如果系統(tǒng)在指定的時(shí)間未能實(shí)現(xiàn)某個(gè)確定的任務(wù)，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的全面失敗，那么系統(tǒng)被稱為硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)。而在軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，雖然響應(yīng)時(shí)間同樣重要，但是超時(shí)卻不會(huì)導(dǎo)致致命錯(cuò)誤。一個(gè)硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)往往在硬件上需要添加專門用于時(shí)間和優(yōu)先級(jí)管理的控制芯片，而軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)那么主要在軟件方面通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)時(shí)限的管理。比方WindowsCE就是一個(gè)多任備置分時(shí)系統(tǒng)，而Ucos-II那么是典型的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。當(dāng)然，除了上述分類之外，還有許多其他分類方法，比方從應(yīng)用方面分為工業(yè)應(yīng)用和消費(fèi)電子等，在這里就不一一累述了。嵌入式系統(tǒng)的核心是嵌入式微處理器。嵌入式微處理器一般就具備以下4個(gè)特點(diǎn)；對(duì)實(shí)時(shí)任務(wù)有很強(qiáng)的支持能力，能完成多任務(wù)并且有較短的中斷響應(yīng)時(shí)間，從而使部的代碼和實(shí)時(shí)核心的執(zhí)行時(shí)間減少到最低限度。具有功能很強(qiáng)的存儲(chǔ)區(qū)保護(hù)功能。這是由于嵌入式系統(tǒng)的軟件構(gòu)造已模塊化，而為了防止在軟件模塊之間出現(xiàn)錯(cuò)誤的穿插作用，需要設(shè)計(jì)強(qiáng)大存儲(chǔ)區(qū)保護(hù)功能，同時(shí)也有利于軟件診斷?？蓴U(kuò)展的處理器構(gòu)造，以能最迅速地開(kāi)發(fā)出滿足應(yīng)用的最高性能的嵌入式微處理器。嵌入式微處理器必須功耗很低，尤其是用于便攜式的無(wú)線及移動(dòng)的計(jì)算和通信設(shè)備中靠電池的嵌入式系統(tǒng)更是如此，如需要功耗只有nW甚至uW級(jí)。而嵌入式系統(tǒng)的重要特征那么是如下：系統(tǒng)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(duì)有限，所以核較之傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)要小得多。比方Enea公司的OSE分布式系統(tǒng)，核只有5K，而Windows的核？簡(jiǎn)直沒(méi)有可比性。專用性強(qiáng)。嵌入式系統(tǒng)的個(gè)性化很強(qiáng)，其中的軟件系統(tǒng)和硬件的結(jié)合非常嚴(yán)密，一般要針對(duì)硬件進(jìn)展系統(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)展修改。同時(shí)針對(duì)不同的任務(wù)，往往需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)展較大更改，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(jí)〞是完全兩個(gè)概念。系統(tǒng)精簡(jiǎn)。嵌入式系統(tǒng)一般沒(méi)有系統(tǒng)軟件和應(yīng)軟件的明顯區(qū)分，不要求其功能設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)上過(guò)于復(fù)雜，這樣一方面利于控制系統(tǒng)本錢，同時(shí)也利于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)平安。高實(shí)時(shí)性的系統(tǒng)軟件〔OS〕是嵌入式軟件的根本要求。而且軟