嵌入式系统的设计与开发

摘要：嵌入式系统是先进的计算机技术、半导体技术、电子技术以及各种具体应用相结合的产物，是技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的新型集成知识系统。文中介绍了嵌入式系统的基本知识，并提出了在嵌入式系统开发过程中应遵循的原则。

关键词：嵌入式系统基本知识 开发

目前，嵌入式技术已成为通信和消费类产品的共同发展方向。嵌入式系统几乎包括了生活中的所有电器设备，如掌上ＰＤＡ、移动计算设备、电视机顶盒、手机上网、数字电视、多媒体、汽车、微波炉、数字相机、家庭自动化系统、电梯、空调、安全系统、自动售货机、蜂窝式电话、消费电子设备、工业自动化仪表与医疗仪器等。

嵌入式系统是先进的计算机技术、半导体技术、电子技术和各个行业的具体应用相结合的产物，这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。嵌入式系统一般指非ＰＣ系统。它是以应用为中心、软硬件可裁减的、能适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等综合性要求的专用计算机系统。简单地说，嵌入式系统是集系统的应用软件与硬件于一体，类似于ＰＣ中ＢＩＯＳ的工作方式，具有软件代码小、高度自动化、响应速度快等特点，因此特别适合于要求实时和多任务的系统。嵌入式系统主要由嵌入式处理器、相关支撑硬件、嵌入式操作系统及应用软件系统等组成。

１嵌入式系统的基本知识

IEEE对于嵌入式系统的定义是：An Embedded system is the devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants.嵌入式系统是“用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置”。

在中国嵌入式系统领域，比较认同的嵌入式系统概念是：嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。它一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等四个部分组成，用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。

嵌入式系统的核心是嵌入式微处理器。嵌入式微处理器一般就具备以下几个特点： （1）对实时多任务有很强的支持能力。（2）具有功能很强的存储区保护功能。（3）嵌入式微处理器必须功耗很低。

２嵌入式系统的选型原则

（1）硬件平台的选择

嵌入式系统的核心部件是各种类型的嵌入式处理器，嵌入式开发硬件平台的选择主要是嵌入式处理器的选择。在一个系统中使用什么样的嵌入式处理器内核主要取决于应用的领域、用户的需求、成本、开发的难易程度等因素。确定了使用哪种嵌入式处理器内核以后，接下来就是综合考虑系统外围设备的需求情况以选择一款合适的处理器。

另外，还要考虑处理器的寻址空间，有没有片上的Ｆｌａｓｈ存储器，处理器是否容易调试和仿真以及调试工具的成本和易用性等相关的信息。在实际过程中，挑选最好的硬件是一项很复杂的工作，充满着各种顾忌和干扰，包括其它工程的影响以及缺乏完整或准确的信息等。

（2）嵌入式操作系统的选择

实时嵌入式系统的种类繁多，大体上可分为两种：商用型和免费型。商用型的实时操作系统功能稳定、可靠，有完善的技术支持和售后服务，但往往价格昂贵。免费型的实时操作系统在价格方面具有优势，目前主要有Ｌｉｎｕｘ和μＣ／ＯＳ，但是不管选用什么样的系统，都要考虑以下几点：

●操作系统的硬件支持；

●开发工具的支持程度；

●能否满足应用需求。

由此可见，选择一款既能满足应用需求，性价比又可达到最佳的实时操作系统，对开发工作的顺利开展意义重大。

３嵌入式系统的开发

下面，系统总结了进行嵌入式系统开发时，如何全面考虑各开发要素并进行选择。

嵌入式处理器

嵌入式系统的功能软件集成于硬件系统之中，系统的应用软件与硬件一体化。在嵌入式系统的硬件设备中，嵌入处理器是整个系统的核心部件，其性能的好坏直接决定整个系统的运行效果。

PC机销售市场中，随着通用CPU技术的突破和工作频率的倍增，旧款低档CPU早已经不见踪迹。嵌入式系统开发面向具体应用，不同领域的应用市场需要不同款式和性能指标的处理器来开发，于是在嵌入式处理器市场中，中低端的4位、8位和16位处理器依然存在，高性能的32位处理器也有很多产品。随着超大规模集成电路技术和微电子技术发展，包含嵌入式处理器以及部分外围电路的微控制器产品也进入市场，片上系统SoC（System on Chip）产品也开始出现。这些产品的上市，不仅丰富了嵌入式处理器产品，而且也更加方便了工程技术人员进行嵌入式系统的技术开发和扩大嵌入式产品的应用领域。

信息时代数字时代使得嵌入式产品获得了巨大的发展机遇,也为嵌入式市场展现了美好的前景，同时也对嵌入式系统的开发者提出了新的挑战。开发出的产品除了应具有独特的创新功能外,开发者还应遵循一定的原则,只有这样，才能使嵌入式系统产品的开发事半功倍。

参考文献：

[1]曹国华 高速嵌入式单片机原理与接口技术 国防工业出版社发行部 2004.10.1

[2]田泽嵌入式开发系统与应用北京航空航天大学出版社 2005.1

[3]周航慈，吴光文著基于嵌入式实时操作系统的程序设计技术 北京航空航天大学出版社 2006.11.1

[4]许海燕 付炎著 嵌入式系统技术与应用 机械工业出版社

[5]石秀民 魏洪兴嵌入式系统原理与应用--基于Xscale与Linux2007-8

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