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標(biāo)題: 什么是嵌入式系統(tǒng)（1/7）？ [打印本頁]
作者: nulabye 時(shí)間: 2010-7-21 14:51
標(biāo)題: 什么是嵌入式系統(tǒng)（1/7）？
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式
系
統(tǒng) 根據(jù)IEEE（國際電機(jī)工程師協(xié)會）的定義，嵌入式系統(tǒng)是“控制、監(jiān)視或者輔助裝置、機(jī)器和設(shè)備運(yùn)行的裝置”（devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants）。從中可以看出嵌入式系統(tǒng)是軟件和硬件的綜合體，還可以涵蓋機(jī)械等附屬裝置。目前國內(nèi)一個(gè)普遍被認(rèn)同的定義是：以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
嵌入式系統(tǒng)本身是一個(gè)相對模糊的定義。目前嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)滲透到我們生活中的每個(gè)角落，工業(yè)、服務(wù)業(yè)、消費(fèi)電子……，而恰恰由于這種范圍的擴(kuò)大，使得“嵌入式系統(tǒng)”更加難于明確定義。
舉個(gè)簡單例子：一個(gè)手持的mp3
是否可以叫做是嵌入式系統(tǒng)呢？答案肯定是“
是”
。另外一個(gè)PC104
的微型工業(yè)控制計(jì)算機(jī)你會認(rèn)為它是嵌入式系統(tǒng)嗎？當(dāng)然，也是，工業(yè)控制是嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的一個(gè)典型應(yīng)用領(lǐng)域。然而比較兩者，你也許會發(fā)現(xiàn)二者幾乎完全不同，除了其中都嵌入有微處理器。那是否可以說嵌入著微處理器的設(shè)備就是嵌入式系統(tǒng)？那鼠標(biāo)中也有單片機(jī)，能叫嵌入式系統(tǒng)嘛？ 那到底什么是嵌入式系統(tǒng)？莫非嵌入式系統(tǒng)只是一個(gè)難以定義的抽象概念？
雖然嵌入式系統(tǒng)是近幾年才風(fēng)靡起來的，但是這個(gè)概念并非新近才出現(xiàn)。從20
世紀(jì)七十年代單片機(jī)的出現(xiàn)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(yīng)用，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)有了近30
年的發(fā)展歷史。 作為一個(gè)系統(tǒng)，往往是在硬件和軟件交替發(fā)展的雙螺旋的支撐下逐漸趨于穩(wěn)定和成熟，嵌入式系統(tǒng)也不例外。
嵌入式系統(tǒng)的出現(xiàn)最初是基于單片機(jī)的。70年代單片機(jī)的出現(xiàn)，使得汽車、家電、工業(yè)機(jī)器、通信裝置以及成千上萬種產(chǎn)品可以通過內(nèi)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。這些裝置已經(jīng)初步具備了嵌入式的應(yīng)用特點(diǎn)，但是這時(shí)的應(yīng)用只是使用８位的芯片，執(zhí)行一些單線程的程序，還談不上“系統(tǒng)”的概念。
提示：最早的單片機(jī)是Intel公司的 8048，它出現(xiàn)在1976年。Motorola同時(shí)推出了68HC05，Zilog公司推出了Z80系列，這些早期的單片機(jī)均含有256字節(jié)的RAM、4K的ROM、4 個(gè)8位并口、1個(gè)全雙工串行口、兩個(gè)16位定
時(shí)
器。之后在80年代初，Intel又進(jìn)一步完善了8048，在它的基礎(chǔ)上研制成功了8051，這在單片機(jī)的歷史上是值得紀(jì)念的一頁，迄今為止，51系列的單片機(jī)仍然是最為成功的單片機(jī)芯片，在各種產(chǎn)品中有著非常廣泛的應(yīng)用。
從80
年代早期開始，嵌入式系統(tǒng)的程序員開始用商業(yè)級的“
操作系統(tǒng)”
編寫嵌入式應(yīng)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)”
真正出現(xiàn)了。確切點(diǎn)說，這個(gè)時(shí)候的操作系統(tǒng)是一個(gè)實(shí)時(shí)核，這個(gè)實(shí)時(shí)核包含了許多傳統(tǒng)操作系統(tǒng)的特征，包括任務(wù)管理、任務(wù)間通訊、同步與相互排斥、中斷支持、內(nèi)存管理等功能。其中比較著名的有Ready System
公司的VRTX
、Integrated System Incorporation (ISI)
的PSOS
和IMG
的VxWorks
、QNX
公司的QNX
等。這些嵌入式操作系統(tǒng)都具有嵌入式的典型特點(diǎn)：它們均采用占先式的調(diào)度，響應(yīng)的時(shí)間很短，任務(wù)執(zhí)行的時(shí)間可以確定；系統(tǒng)內(nèi)核很小，具有可裁剪，可擴(kuò)充和可移植性，可以移植到各種處理器上；較強(qiáng)的實(shí)時(shí)和可靠性，適合嵌入式應(yīng)用。這些嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)的出現(xiàn)，使得應(yīng)用開發(fā)人員得以從小范圍的開發(fā)解放出來，同時(shí)也促使嵌入式有了更為廣闊的應(yīng)用空間。 90
年代以后，隨著對實(shí)時(shí)性要求的提高，軟件規(guī)模不斷上升，實(shí)時(shí)核逐漸發(fā)展為實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)（RTOS
），并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。這時(shí)候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)。除了上面的幾家老牌公司以外，還出現(xiàn)了Palm OS
，WinCE
，嵌入式Linux
，Lynx
，Nucleux
，以及國內(nèi)的Hopen
，Delta Os
等嵌入式操作系統(tǒng)。隨著嵌入式技術(shù)的發(fā)展前景日益廣闊，相信會有更多的嵌入式操作系統(tǒng)軟件出現(xiàn)。 在中國嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域，比較認(rèn)同的嵌入式系統(tǒng)概念是：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)，并且軟硬件可裁剪，適用于應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它一般由嵌入式微處理器、外圍硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)以及用戶的應(yīng)用程序等四個(gè)部分組成，用于實(shí)現(xiàn)對其他設(shè)備的控制、監(jiān)視或管理等功能。
◆嵌入式系統(tǒng)是面向用戶、面向產(chǎn)品、面向應(yīng)用的，它必須與具體應(yīng)用相結(jié)合才會具有生命力、才更具有優(yōu)勢。因此可以這樣理解上述三個(gè)面向的含義，即嵌入式系統(tǒng)是與應(yīng)用緊密結(jié)合的，它具有很強(qiáng)的專用性，必須結(jié)合實(shí)際系統(tǒng)需求進(jìn)行合理的裁減利用。
◆嵌入式系統(tǒng)是將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和電子技術(shù)和各個(gè)行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合后的產(chǎn)物，這一點(diǎn)就決定了它必然是一個(gè)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)。所以，介入嵌入式系統(tǒng)行業(yè)，必須有一個(gè)正確的定位。例如Palm之所以在PDA領(lǐng)域占有70％以上的市場，就是因?yàn)槠淞⒆阌趥�(gè)人電子消費(fèi)品，著重發(fā)展圖形界面和多任務(wù)管理；而風(fēng)河的Vxworks之所以在火星車上得以應(yīng)用，則是因?yàn)槠涓邔?shí)時(shí)性和高可靠性。
◆嵌入式系統(tǒng)必須根據(jù)應(yīng)用需求對軟硬件進(jìn)行裁剪，滿足應(yīng)用系統(tǒng)的功能、可靠性、成本、體積等要求。所以，如果能建立相對通用的軟硬件基礎(chǔ)，然后在其上開發(fā)出適應(yīng)各種需要的系統(tǒng)，是一個(gè)比較好的發(fā)展模式。目前的嵌入式系統(tǒng)的核心往往是一個(gè)只有幾K到幾十K微內(nèi)核，需要根據(jù)實(shí)際的使用進(jìn)行功能擴(kuò)展或者裁減，但是由于微內(nèi)核的存在，使得這種擴(kuò)展能夠非常順利的進(jìn)行。
實(shí)際上，嵌入式系統(tǒng)本身是一個(gè)外延極廣的名詞，凡是與產(chǎn)品結(jié)合在一起的具有嵌入式特點(diǎn)的控制系統(tǒng)都可以叫嵌入式系統(tǒng)，而且有時(shí)很難以給它下一個(gè)準(zhǔn)確的定義�，F(xiàn)在人們講嵌入式系統(tǒng)時(shí)，某種程度上指近些年比較熱的具有操作系統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)，本文在進(jìn)行分析和展望時(shí)，也沿用這一觀點(diǎn)。
一般而言，嵌入式系統(tǒng)的構(gòu)架可以分成四個(gè)部分：處理器、存儲器、輸入輸出（I/O
）和軟件（由于多數(shù)嵌入式設(shè)備的應(yīng)用軟件和操作系統(tǒng)都是緊密結(jié)合的，在這里我們對其不加區(qū)分，這也是嵌入式系統(tǒng)和Windows
系統(tǒng)的最大區(qū)別）。 嵌入式系統(tǒng)的核心，是控制、輔助系統(tǒng)運(yùn)行的硬件單元。范圍極其廣闊，從最初的４位處理器，目前仍在大規(guī)模應(yīng)用的８位單片機(jī)，到最新的受到廣泛青睞的32位，64位嵌入式CPU。
1.3.2、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)
嵌入式系統(tǒng)目前最主要的組成部分。根據(jù)操作系統(tǒng)的工作特性，實(shí)時(shí)是指物理進(jìn)程的真實(shí)時(shí)間。實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)性，能從硬件方面支持實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)工作的操作系統(tǒng)。其中實(shí)時(shí)性是第一要求，需要調(diào)度一切可利用的資源完成實(shí)時(shí)控制任務(wù)，其次才著眼于提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的使用效率，重要特點(diǎn)是要滿足對時(shí)間的限制和要求。
對于分時(shí)操作系統(tǒng)，軟件的執(zhí)行在時(shí)間上的要求，并不嚴(yán)格，時(shí)間上的錯(cuò)誤，一般不會造成災(zāi)難性的后果。目前分時(shí)系統(tǒng)的強(qiáng)項(xiàng)在于多任務(wù)的管理，而實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的重要特點(diǎn)是具有系統(tǒng)的可確定性，即系統(tǒng)能對運(yùn)行情況的最好和最壞等的情況能做出精確的估計(jì)。
系統(tǒng)支持多任務(wù)管理和任務(wù)間的同步和通信，傳統(tǒng)的單片機(jī)系統(tǒng)和DOS系統(tǒng)等對多任務(wù)支持的功能很弱，而目前的Windows是典型的多任務(wù)操作系統(tǒng)。在嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域中，多任務(wù)是一個(gè)普遍的要求。
1.3.5、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)中的重要概念
系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間（System response time）：系統(tǒng)發(fā)出處理要求到系統(tǒng)給出應(yīng)答信號的時(shí)間。
任務(wù)換道時(shí)間（Context-switching time）：任務(wù)之間切換而使用的時(shí)間。
中斷延遲（Interrupt latency）：計(jì)算機(jī)接收到中斷信號到操作系統(tǒng)作出響應(yīng)，并完成換道轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)程序的時(shí)間。
1.3.6、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的工作狀態(tài)
就緒：進(jìn)入任務(wù)等待隊(duì)列，通過調(diào)度轉(zhuǎn)為運(yùn)行狀態(tài)。
掛起：任務(wù)發(fā)生阻塞，移出任務(wù)等待隊(duì)列，等待系統(tǒng)實(shí)時(shí)事件的發(fā)生而喚醒，從而轉(zhuǎn)為就緒或運(yùn)行。
冬眠：任務(wù)完成或錯(cuò)誤等原因被清除的任務(wù)，也可以認(rèn)為是系統(tǒng)中不存在的任務(wù)。
任何時(shí)刻系統(tǒng)中只能有一個(gè)任務(wù)在運(yùn)行狀態(tài)，各任務(wù)按級別通過時(shí)間片分別獲得對CPU的訪問權(quán)。
作者: xubin_hh 時(shí)間: 2010-8-5 00:07
學(xué)習(xí)ing。。。
作者: wufeilai 時(shí)間: 2011-1-21 00:42
學(xué)習(xí)
作者: runner 時(shí)間: 2011-2-11 12:57
基本概念講的挺好的哈
作者: 通靈鴨 時(shí)間: 2011-3-20 18:17
剛剛開始學(xué)習(xí) 謝謝分享。。
作者: williamkmcn 時(shí)間: 2011-4-14 10:35
thanks, you are great
作者: spy007868 時(shí)間: 2013-10-26 08:40
下載！�。。。。。。。。�！我自己好好學(xué)習(xí)�。。。。。。。。。。。。�！
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