浅谈嵌入式系统

2019-09-28 版权声明 举报文章

人类在经历了桌面系统的空前繁荣之后,嵌入式系统的发展正风起云涌,广泛进入到工业,军事,通信,运输,金融,医疗,气象,农业等众多领域。

通常情况下,人们往往会忽视自己身边的嵌入式系统。比如手机,取款机或者电梯等等,在这些随处可见的设备中就存在嵌入式系统;此外,嵌入式系统还经常在工业机器人,医疗设备,卫星,飞行系统等领域扮演着更为重要的角色。正是“看不见”和“无所不在”这样的特性使得嵌入式计算机系统有别于传统的计算机系统。它与通用计算机系统相比具有以下特点:软硬件一体化,集计算机技术、微电子技术和行业技术为一体;需要操作系统支持,代码小,执行速度快;专用紧凑,用途固定,成本敏感;可靠性要求高;多样性,应用广泛,种类繁多。

一、嵌入式系统简介

所谓嵌入式系统(Embedded Systems)是“嵌入式计算机系统”的简称,是相对于通用计算机系统而言的。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、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。嵌入式系统一般指非PC系统,它包括硬件和软件两部分。嵌入式微处理器和设备共同组成了一个嵌入式系统的硬件部分。嵌入式微处理器是嵌入式系统的核心。嵌入式系统的软件部分包括操作系统软件(OS)(要求实时和多任务操作)和应用程序编程。有时设计人员把这两种软件组合在一起。应用程序控制着系统的运作和行为;而操作系统控制着应用程序编程与硬件的交互作用。

二、嵌入式系统的分类

嵌入式系统涵盖的面非常之广泛,除PC系统以外的所有用到CPU的系统都为嵌入式系统,而且嵌入式系统有大有小,大到类似于PC的系统,小到类似于电饭炉这样的微控制系统。具体分类:(1)信息家电,如机顶盒、DVD等;(2)信息终端,如手机、PDA等;(3)工业控制,如机器人,智能仪表等;(4)交通管理,如GPS,GSM模块;(5)电子商务,如公共电话卡发行系统,自动售货机等;(6)环境检测,等等。

三、嵌入式系统发展趋势

1、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。随着因特网技术的成熟、带宽的提高,ICP和ASP在网上提供的信息内容日趋丰富、应用项目多种多样,嵌入式电子设备的功能不再单一,电气结构也更为复杂。为了满足应用功能的升级,设计师们一方面采用更强大的嵌入式处理器如32位、64位RISC芯片或信号处理器DSP增强处理能力;同时还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。

2、互联网成为必然趋势。为适应嵌入式分布处理结构和应用上网需求,面向21世纪的嵌入式系统要求配备标准的一种或多种网络通信接口。针对外部联网要求,嵌入设备必需配有通信接口,相应需要TCP/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,新一代嵌入式设备还需具备IEEE1394、USB、CAN、Bluetooth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。为了支持应用软件的特定编程模式,如Web或无线Web编程模式,还需要相应的浏览器,如HTML、WML等。

3、支持小型电子设备实现小尺寸、微功耗和低成本。为满足这种特性,要求嵌入式产品设计者相应降低处理器的性能,限制内存容量和复用接口芯片。这就相应提高了对嵌入式软件设计技术要求。如,选用最佳的编程模型和不断改进算法,采用Java编程模式,优化编译器性能。因此,既要软件人员有丰富经验,更需要发展先进嵌入式软件技术,如Java、Web和WAP等。

4、提供精巧的多媒体人机界面。嵌入式设备之所以为亿万用户乐于接受,重要因素之一是它们与使用者之间的亲和力,自然的人机交互界面,如司机操纵高度自动化的汽车主要还是通过习惯的方向盘、脚踏板和操纵杆。人们与信息终端交互要求以GUI屏幕为中心的多媒体界面。手写文字输入、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入、短消息语音,但离掌式语言同声翻译还有很大距离。

总之,中国的单片机应用和嵌入式系统开发走过了15年的历程,但大多仍处于是以3-5个人为小组的封闭方式开发为主。今天面对的嵌入式系统工业化的潮流,如果我们不能认识到嵌入式软件必须以工业化的方式生产开发,不理解在短时间内装配集成“数百人年”嵌入式产品软件库固化于芯片之中的方法,那么我们将失去更多“上游”产品的市场机遇;反之在我国大力推动和建设“嵌入式软件工厂”,使我国的嵌入式软件库(零件)产品化并溶入国际市场,对加速知识创新和建立面向21世纪的知识经济具有战略意义。

参考文献:

1、马忠梅,李善平,康慨等.ARM & Linux嵌入式系统教程.北京:北京航天航空大学出版社,2004.

2、沈文斌.嵌入式硬件系统设计与开发实例详解.北京:电子工业出版社,2005.

3、陈渝,李明,杨晔等.源代码开发的嵌入式软件分析与实践.北京:北京航天航空大学出版社,2004.

(作者单位:湖北城市建设职业技术学院)

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