嵌入式系统组成及发展趋势

1、嵌入式系统组成简介嵌入式系统的重要特征典型嵌式系统的硬件组成嵌入式系统的软件组成嵌入式系统的基本组成软件硬件基本要素硬件嵌入式处理器各种类型存储器模拟电路及电源接口控制器及接插件软件实时操作系统（RTOS）设备驱动（Device Driver）协议栈（Protocol Stack）应用程序（Application）嵌入式系统的重要特征和特点 1）嵌入式系统的重要特征 （1）系统内核小 嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合后的产物。这一点就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。 由于嵌入式系统一般是应用于小型电子装置的，

2、系统资源相对有限，所以内核较之传统的操作系统要小得多。比如ENEA公司的OS分布式系统，内核只有5KB，而Windows的内核则要大得多。（）专用性强 嵌入式CPU大多工作在为特定用户群设计的系统中，具有低功耗、体积小、集成度高等特点。能够把通用CPU中由板卡完成的任务集成在芯片内部，有利于嵌入式系统设计趋于小型化。移动能力大大增强，跟网络的耦合也越来越紧密。嵌入式系统的个性化很强，其中的软件系统和硬件的结合非常紧密。同时针对不同的任务，往往需要对系统进行较大更改，程序的编译下载要和系统相结合，这种修改和通用软件的“升级”是完全不同的概念。（）系统精简和高实时性OS 嵌入式系统一般系统软件和应

3、用软件的区分不明显，这样既利于控制系统成本，又利于实现系统安全。这是嵌入式软件的基本要求，而且软件要求固态存储，以提高速度。软件代码要求高质量和高可靠性、实时性。很多嵌入式系统都需要不断地对所处环境的变化做出反应，而且要实时地得出计算结果，不能延迟。（）高效率地设计 嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计，量体裁衣、去除冗余，力争在同样的硅片面积上实现更高的性能，这样才能在具体应用中对处理器的选择更具有竞争力。（5）创新性和有效性 嵌入式系统和具体应用有机地结合在一起，它的升级换代也是和具体产品同步进行，因此嵌入式系统产品一旦进入市场，具有较长的生命周期。 为了提高执行速度和系统可靠性，嵌入

4、式系统中的软件一般都固化在存储器芯片或微处理器中，而不是存贮于磁盘等载体中。（6）嵌入式软件开发走向标准化 为了合理地调度多任务、利用系统资源、系统函数以及和专家库函数接口，用户必须自行选配RTOS开发平台，这样才能保证程序执行的实时性、可靠性，并减少开发时间，保障软件质量。 （7）嵌入式系统开发需要开发工具和环境 由于其本身不具备自主开发能力，即使设计通用计算机上的软硬件设备以及各种完成以后，用户通常也是不能对其中的程序功能进行修改，必须有一套开发工具和环境才能进行开发。 开发时往往有宿主机和目标机的概念，宿主机用于程序的开发，目标机作为最后的执行机，开发时需要交替结合进行。 2）嵌入式系统

5、的特点 采用32位RISC嵌入式微处理器和实时操作系统组成的嵌入式控制系统，与传统基于单片机的控制系统和基于PC的控制方式相比，具有以下突出优点：性能方面：采用32位RISC结构微处理器，主频从30MHz到1200MHz以上，接近PC机的水平，但体积更小，能够真正地“嵌入”到设备中。 嵌入式系统的特点实时性方面：嵌入式机控制器内嵌实时操作系统（RTOS），能够完全保证控制系统的强实时性。人机交互方面：嵌入式控制器可支持大屏幕的液晶显示器，提供功能强大的图形用户界面，这些方面的性能也接近于PC，优于单片机。系统升级方面：嵌入式控制器可为控制系统专门设计，其功能专一，成本较低，而且开放的用户程序接

6、口（API）保证了系统能够快速升级和更新。典型嵌式系统的硬件组成嵌入式系统基本硬件架构 主要包括有处理器、外围电路及接口和外部设备三大部分。其中外围电路一般包括有时钟、复位电路、程序存储器、数据存储器和电源模块等部件组成。外部设备一般应配有USB、显示器、键盘和其他等设备及接口电路。在一片嵌入式微处理器基础上增加电源电路、时钟电路和存储器电路，就构成了一个嵌入式核心控制模块。其中操作系统和应用程序都可以固化在ROM中。如下图所示：典型嵌式系统的硬件组成MPU微处理器电源模块时钟复位FlashRAMROMUSBLCDKeyboard外围电路Other外设嵌入式处理器的分类嵌入式系统的软件组成 嵌

7、入式系统的软件包括嵌入式操作系统和相应的各种应用程序。 1、嵌入式操作系统EOS 为了使嵌入式系统的开发更加方便和快捷，需要有专门负责管理存储器分配、中断处理及任务调度等功能的软件模块，这就是EOS。EOS是用来支持嵌入式应用的系统软件，是嵌入式系统极为重要的组成部分。 通常包括与硬件相关的底层驱动软件、系统内核、设备驱动接口、通信协议、图形界面GUI、标准化浏览器等。嵌入式操作系统具有编码体积小，面向应用，可裁剪和移植，实时性强，可靠性高，专用性强等特点。2、相应的各种应用程序 根据不同的应用场合，来编写不同的应用程序。嵌入式应用软件不仅要求其准确性、安全性和稳定性等方面能够满足实际的应用的

8、需要，而且还要尽可能的进行优化，以减少对系统资源的消耗，降低硬件成本。所以对嵌入式系统而言，大而全的功能不是目标，少而精才是它的设计目标。3、嵌入式系统的开发模式 软件开发过程，从编写程序、编译和运行等过程全都在同一个PC机平台上完成。嵌入式系统开发的代码生成是在PC机上完成，但由于嵌入式目标平台的不同，就要求在开发机上的编译器能支持交叉编译（例如GCC） 、链接，然后将程序的代码下载到目标机上指定位置，然后还要交叉调试。调试器还是运行在宿主机的操作系统上，被调试的程序是放在目标机上，通过串口或网络接口相连接。 主要流程为：编写-交叉编译、链接-定位和下载-调试。嵌入式系统采用这种开发模式主要

9、是自身的特点决定的。嵌入式系统技术发展趋势软件设计比重日益突出组件设计技术SOC硬件软件化宏观方面发展趋势 经济性要很便宜，让更多的人能买得起； 小型化（笔记本、PDA）人们携带方便； 可靠性（汽车VCD，跳动问题）能够在一般环境条件下或者是苛刻的环境条件下运行；宏观方面发展趋势 高速度（飞机刹车系统）能够迅速地完成数据计算或数据传输； 智能性（知识推理、模糊查询、识别、感知运动）使人们用起来更习惯，对人们更有使用价值。嵌入式系统的发展趋势新的挑战：支持日趋增长的功能密度灵活的网络联接轻便的移动应用多媒体的信息处理、低功耗、人机界面友好互动支持二次开发和动态升级等形成行业的标准：行业性嵌入式软

10、硬件平台嵌入式系统是以应用为中心的系统，不会象PC一样只有一种平台。吸取PC的成功经验，形成不同行业的标准。统一的行业标准具有开放、设计技术共享、软硬件重用、构件兼容、维护方便和合作生产的特点，是增强行业性产品竞争能力的有效手段。 如欧共体汽车产业联盟规定以OSEK标准作为开发汽车嵌入式系统的公用平台和应用编程接口嵌入式应用软件的开发需要强大的开发工具和操作系统的支持采用实时多任务编程技术和交叉开发工具技术来控制功能复杂性，简化应用程序设计、保障软件质量和缩短开发周期。 嵌入式操作系统将在现有的基础上，不断采用先进的操作系统技术，结合嵌入式系统的需求向:可适应不同的嵌入式硬件平台具有可移植、可伸缩、功能强大、可配置、良好的实时性、可靠性、高可用方向发展 嵌入式系统的发展趋势嵌入式系统向新的嵌入式计算模型方向发展 支持自然的人机交互和