专题1-嵌入式系统

嵌入式系统概述本章内容简介1.嵌入式系统和嵌入式操作系统的概况2.讲述嵌入式Linux操作系统的一些特征3.简单介绍了嵌入式Linux的特殊开发环境，并说明了嵌入式Linux系统开发的特点。

通过本章内容的学习，应该对嵌入式Linux系统有一个整体的认识，并能理解嵌入式Linux开发的要点，对后面内容的学习有一个宏观的思路。计算机系统的发展电子数字计算机诞生于1946年

20世纪70年代微处理器出现

将微型机嵌入到一个对象体系中

2004年“勇气号”再次登陆火星

将微型计算机经电气加固、机械加固，并配置各种外围接口电路，安装到火星探测器中，负责控制探测器的飞行、状态监测等功能。

这样一来，计算机便失去了原来的形态与通用的计算功能。为了区别于原有的通用计算机系统，就把嵌入到对象体系中，实现对对象体系智能化控制的计算机，称做嵌入式计算机系统。定义

嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，且软硬件可裁减，对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。嵌入式系统的三个基本要素①嵌入性：是指嵌入到对象系统中，满足对象系统的环境要求，如物理环境(小型)、电气环境(可靠)、成本(价廉)等要求。②专用性：嵌入式系统的软、硬件可裁剪，满足对象要求的最小软、硬件配置等。③计算机系统：嵌入式系统必须是能满足对象系统控制要求的计算机系统，这样的计算机必须配置有与对象系统相适应的接口电路。嵌入式系统组成

本书所指的嵌入式系统是嵌入式系统的高端应用，其组成包括硬件和软件两大部分，其结构如图所示。1.硬件层

硬件层由嵌入式处理器、存储器系统、通用设备接口和I/O接口(如A/D、D/A、I/O等)组成。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(ROM和SDRAM等)，就构成了七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。2.中间层

中间层也称为硬件抽象层或板极支持包，它把系统软件与底层硬件部分隔离。板极支持包对上具有操作系统相关性，对下具有硬件相关性。设计一个完整的中间层需要完成两部分工作：

①嵌入式系统的初始化，它包括片级初始化、板级初始化和系统级初始化。②设计硬件相关的设备驱动。3.软件层

软件层由实时多任务操作系统(RTOS)、文件系统、图形用户接口(GUI)、网络系统及通用组件模块组成。 RTOS是嵌入式应用软件的基础和开发平台；是一段嵌入式目标代码中的程序，系统复位后首先执行，相当于用户的主程序，用户的其他应用程序都建立在RTOS之上；是一个标准的内核，它将CPU时钟、中断、I/O、定时器等资源都封装起来，留给用户的是一个标准的API函数接口。4.功能层与执行装置

功能层由基于RTOS开发的应用程序组成，用来完成对被控对象的控制功能。功能层是面向被控制对象和用户的，为方便用户操作，往往需要提供一个友好的人机界面。执行装置是指那些可以接受嵌入式计算机系统发出控制命令，执行所规定的操作或任务的设备和装置。在不同应用领域中，嵌入式系统的执行装置一般是不同的，应该根据具体的应用场合和系统所要求实现的功能选择不同的设备和执行装置。

为了更好地理解嵌入式系统的组成，将其与PC机的组成进行了比较，如表所示。

嵌入式系统的特点

从上述嵌入式系统定义、组成及与PC机的比较可看出嵌入式系统的应用有如下一些特点：1.专用性强

由于嵌入式系统通常是面向某个特定应用的，因此嵌入式系统的硬件和软件，尤其是软件，都是为特定用户群设计的，它通常都具有某种专用性的特点。2.实时性好

目前，嵌入式系统广泛应用于生产过程控制、数据采集、传输通信等场合，因为主要用来对宿主对象进行控制，所以都对嵌入式系统有或多或少的实时性要求。3.可裁剪性好

从嵌入式系统专用性的特点来看，作为嵌入式系统的供应者，理应提供各式各样的硬件和软件以供选用。但是这样做势必会提高产品的成本。为了既不提高成本，又满足专用性的需要，嵌入式系统的供应者必须采取相应措施使产品在通用和专用之间进行某种平衡。

目前的做法是，把嵌入式系统硬件和操作系统设计成可裁剪的，以便使嵌入式系统开发人员根据实际应用需要来量体裁衣，去除冗余，从而使系统在满足应用要求的前提下达到最精简的配置。4.可靠性高

由于有些嵌入式系统所承担的计算任务涉及产品质量、人身设备安全、国家机密等重大事务，加之有些嵌入式系统的宿主对象要工作在无人值守的场合，例如危险性高的工业环境中、内嵌有嵌入式系统的仪器仪表中、人际罕至的气象检测系统中以及为侦察敌方行动的小型智能装置中等。因此与普通系统相比较，对嵌入式系统可靠性的要求极高。5.功耗低

由于有很多嵌入式系统的宿主对象都是一些小型应用系统，例如移动电话、PDA、MP3、飞机、舰船、数码相机等，这些设备不可能配备容量较大的电源，因此低功耗一直是嵌入式系统追求的目标。当然，为了降低系统的功耗，嵌入式系统中的软件一般不存储在磁盘等载体中，而都固化在存储器芯片或单片系统的存储器之中。嵌入式系统的应用领域嵌入式应用信息家电智能玩具军事电子通信设备移动存贮工控设备智能仪表汽车电子网络设备消费电子军事国防电子商务网络工业控制goReaderInterneteBookSamsungAnyWebInternetScreenPhoneeRemoteIntelligentHomeControllerTektronixTDS7000DigitalOscilloscopesNixvueDigitalAlbumDigitalPhotoAlbum一些典型的嵌入式系统应用实例嵌入式系统的应用家用方面：数字电视、信息家电、智能玩具、手持通讯、存储设备的核心。嵌入式视频服务器现代化家庭嵌入式Internet应用嵌入式系统在信息家电中的应用信息家电(InformationAppliance）一般可认为，那些低单价、操作简单、可通过因特网发送或获取信息，将逐步分割或替代PC的某些功能，并能与其它信息产品交换资料或讯息的产品可统称为信息家电。信息家电的分类及特点信息家电的分类网络电视（NetTV）网上游戏机（Internetgamingdevice）智能掌上型设备(Internetsmarthandhelddevice)网络电话（InternetscreenPhone）ConsumerNCclient等。信息家电技术特点处理器发展趋向低成本、高整合性与低耗能。整合数字与模拟处理的技术。较PC更强调通讯能力。利用软件增加产品的差异性(高附加价值的关键)典型的信息家电产品信息家电定义代表性产品网络电视具有机顶盒或内建网络连接的电视MicrosoftWebTV网络可视电话具有集成网络接入的屏幕电话InfoGeariPhone网络游戏机具有集成网络接入的游戏操纵台SegaDreamcast网络智能手持器件蜂窝电话、个人数据助理（PDA）和其它集成网络接入的便携式器件3ComPalmAT&TPocketNetPhoneNokia9000,9000I,9110,7110NC委托（clients）提供网络接入以及能下载应用软件的器件IBMNetStationPC-中间器件通过PC接入网络以下载内容的器件DIAMONMultimediaRioPlayerNuvomediaRockete-BookAudibleMobilePlayerSource:IDC,Hambrecht&Quist信息家电——数字机顶盒汽车电子产品（18个嵌入式控制模块）——CAN总线网络VOLVOS80汽车的CAN总线网络

嵌入式应用——汽车电子智能玩具与机器人嵌入式技术应用——工业控制工业方面：机床、冶金、电子、交通、航空航天等行业技术升级的重要基础阿富汗参加反恐作战的“赫耳墨斯”价值4万美元，可携带2架摄像机，发挥了很好作用。军事侦察2002年11月28日，以色列一选举投票点，发生枪击事件，造成至少7人死亡，数十人受伤。以警方用机器人在检查一具巴勒斯坦枪手的尸体。反恐防暴微