嵌入式系统浅探

摘要：本文首先介绍了嵌入式系统的定义和分类，然后叙述了嵌入式系统的特点，最后分析了嵌入式系统的发展前景。

关键词：嵌入式系统；技术特点；发展前景

中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1009-3044(2007)15-30793-01

Simple Discussing the Embedded System

LI Xing-cai

(Guangzhou University Songtian College，Guangzhou 511370，China)

Abstract: This thesis firstly expounds the definition and sort of the embedded system, and then recounts the characteristics of the embedded system. Finally, it analyzes the development prospects of the embedded system.

Key words: Embedded system；Technical characteristics；Development prospects

1 嵌入式系统概述

1.1 嵌入式系统的定义

嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，将应用程序和操作系统与计算机硬件集成在一起，并且软硬件均可裁减，能够满足应用系统对功能、可靠性、体积、成本、功耗等方面有严格要求的专用计算机系统。简单地说，就是系统的应用软件与系统的硬件一体化。广义上可以认为，凡是带有微处理器的专用软硬件系统都可以称为嵌入式系统。从狭义上讲，更加强调那些使用嵌入式微处理器构成独立系统，具有自己的操作系统，并且具有某些特定功能的系统。它一般由嵌入式微处理器、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，它通常是一个包含机械、电子、计算机等多种工作部件的综合系统，嵌入在主要设备中运行。

1.2 嵌入式系统的分类

根据嵌入式系统的复杂程度，一般可以将嵌入式系统分为以下四类：

(1)单个微处理器

这类系统可以在小型设备中（如温度传感器、烟雾和气体探测器及断路器）找到。这类设备是供应商根据设备的用途来设计的。

(2)不带计时功能的微处理器装置

这类系统可在过程控制、信号放大器、位置传感器及阀门传动器等中找到。

(3)带计时功能的组件

这类系统可见于开关装置、控制器、电话交换机、电梯、数据采集系统、医药监视系统、诊断及实时控制系统等。它们是一个大系统的局部组件，由它们的传感器收集数据并传递给该系统。这种组体可同PC机一起操作，并可包括某种数据库（如事件数据库）。

(4)在制造或过程控制中使用的计算机系统

对于这类系统，计算机与仪器、机械及设备相连来控制这些装置的工作。这类系统包括自动仓储系统和自动发货系统。在这些系统中，计算机用于总体控制和监视，而不是对单个设备直接控制。过程控制系统可与业务系统连接（如根据销售额和库存量来决定定单或产品量）。

2 嵌入式系统的特点

2.1 嵌入式系统的技术特点

嵌入式系统是集软件、硬件于一体的高可靠性系统。嵌入式系统麻雀虽小，五脏俱全，软件除操作系统外，还需有完成嵌入式系统功能的应用软件；硬件除了CPU外，还需有微处理器、微控制器、嵌入式DSP 处理器等电路的支持。嵌入式系统和具体应用有机地结合在一起，嵌入式系统的发展离不开应用，应用的共同要求是系统资源开销小。由于嵌入式系统技术日益完善，各种高性能嵌入式应用系统层出不穷，它已是资源开销小的高性能价格比的一类应用系统。为了满足系统资源开销小、高性能、高可靠性的要求，大多使用Flash Memory。嵌入式系统是功能强大、使用灵活方便的系统，嵌入式系统应用的广泛性，要求该系统通常是无键盘、无需编程的应用系统，使用它应如同使用家用电器一样方便。嵌入式系统的最终目的就是要把一切变得更简单、更方便、更普遍、更适用。

2.2 嵌入式系统软件的特点

嵌人式处理器的应用软件是实现嵌人式系统功能的关键，对嵌人式处理器系统软件和应用软件的要求也和通用计算机有所不同。嵌入式系统系统软件的主要特点是：

(1)软件要求固态化存储；

(2)软件代码高、可靠性高；

(3)系统软件的高实时性是基本要求；

(4)需要实时多任务操作系统开发平台(RTOS)。

3 嵌入式系统的发展前景

3.1 技术水平越来越高

在嵌入式微控制器设计上采用了各种可靠性的新技术：

(1)EFT(ElectricalFastTransient)抗干扰技术

它是指在振荡电路的正弦信号受到外界干扰时，其波形上会迭加各种毛刺信号，如果使用施密特电路对其整形，则毛刺会成为触发信号干扰正常的时钟，在交替使用施密特电路和RC滤波电路时，就可以消除这些毛剌，否则令其作用失效，从而保证系统的时钟信号正常工作。这样，就提高了嵌入式微控制器工作的可靠性。

(2)低噪声布线技术及驱动技术

在传统的嵌入式微控制器中，电源及地线是在集成电路外壳的对称引脚上，一般是在左上、右下或右上、左下的两对对称点上。这样，就使电源噪声穿过整块芯片，对嵌入式微控制器的内部电路造成干扰。现在，很多嵌入式微控制器都把地和电源引脚安排在两条相邻的引脚上。这样，不仅降低了穿过整个芯片的电流，另外还在印制电路板上容易布置去耦电容，从而降低系统的噪声。

(3)采用低频时钟

高频外时钟是噪声源之一，不仅能对嵌入式微控制器应用系统产生干扰，还会对外界电路产生干扰，令电磁兼容性不能满足要求。对于要求可靠性较高的系统，低频外时钟有利于降低系统的噪声。在一些嵌入式微控制器中采用内部琐相环技术，则在外部时钟较低时，也能产生较高的内部总线速度，从而保证了速度又降低了噪声。

另外，嵌入式系统的集成度越来越高，在片上集成大容量存储器，系统部件越来越多，且追求更低功耗，更宽工作电压范围，更先进的工艺和更小的封装，同时更多嵌入式微系统采用多核结构处理器以满足并行高速的特殊需求。

3.2 网络化

为适应嵌人式分布处理结构和计算机网络应用技术的发展，面向21世纪的嵌人式系统要求配备标准的一种或多种网络通信接口。针对网络通信的要求，嵌人设备必需配有通信接口，相应需要TGP/IP协议簇软件支持；由于家用电器相互关联(如防盗报警、灯光能源控制、影视设备和信息终端交换信息)及实验现场仪器的协调工作等要求，新一代嵌人式设备还需具备IEEE 1394，USB，CAN，Blue tooth或IrDA通信接口，同时也需要提供相应的通信组网协议软件和物理层驱动软件。

3.3 人性化

在信息时代的今天，对用户来说能以最简单最快捷的方式获得所需信息是最重要的，因此简化操作是嵌人式设备所面临的挑战之一。人们与信息终端交互要求以GUI屏幕为中心的多媒体界面。手写文字输人、语音拨号上网、收发电子邮件以及彩色图形、图像已取得初步成效。目前一些先进的PDA在显示屏幕上已实现汉字写人、短消息语音，但离掌式语言同声翻译还有很大距离。这些有赖于人们对人工智能及生物科技信息领域的进一步研究。总之，要尽量降低对用户的门槛，向傻瓜化发展，尽可能方便用户使用。

3.4 向ESOC发展

SOC全称在片系统(system on chip )。它的主要特点是将各种功能模块结合在一个芯片上。各种通用处理器内核将作为SOC设计公司的标准库，和许多其它嵌入式系统外设一样，成为VLSI设计中一种标准的器件，用标准的VHDL等语言描述，存储在器件库中。用户只需定义出其整个应用系统，仿真通过后就可以将设计图交给半导体工厂制作样品。这样除个别无法集成的器件以外整个嵌入式系统大部分均可集成到一块或几块芯片中去，应用系统电路板将变得很简洁，对于减小体积和功耗、提高可靠性非常有利。例如要设计一个GSM通信模块，传统的做法是将微处器内核(如DSP)和GSM通信接口做在一块电路板上，而SOC则是将微处器与GSM通信上，构成SOC嵌人式系统(FSOC)。这种“多功能单芯片”模式，可以减小体积，降低功耗，精简对外管脚数，也有利于提高系统稳定性及抗干扰能力。

4 结束语

嵌入式系统的应用范围日渐扩大，已经深入到工业、农业、教育、国防、科研以及日常生活等各个领域中，对各行业的技术改造和自动化发展起着非常重要的推动作用。今后，嵌入式系统将会持续迅速发展，以满足各行各业的发展需要。

参考文献：

[1] 张晶，曾宪云. 嵌入式系统概述[J]. 电测与仪表， 2002,(4).

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