嵌入式技术2.25拓展

所谓拓展,三分靠搜索,七分靠粘贴~
先说嵌入式嗷。嵌入式系统由硬件和软件组成.是能够独立进行运作的器件。其软件内容只包括软件运行环境及其操作系统。硬件内容包括信号处理器、存储器、通信模块等在内的多方面的内容,相比于一般的计算机处理系统而言。嵌入式系统存在较大的差异性, 它不能实现大容量的存储功能,因为没有与之相匹配的大容量介质,大部分采用的存储介质有E-PROM、EEPROM DENG等, 软件部分以API编程接口作为开发平台的核心。
嵌入式系统是以应用为中心,以现代计算机技术为基础,能够根据用户需求(功能、可靠性、成本、体积、功耗、环境等灵活裁剪软硬件模块的专用计算机系统。
要点概括:
以应用为中心:强调嵌入式系统的目标是满足用户的特定需求。就绝大多数完整的嵌入式系统而言,用户打开电源即可直接享用其功能,无需二次开发或仅需少量配置操作。
专用性:嵌入式系统的应用场合大多对可靠性、实时性有较高要求,这就决定了服务于特定应用的专用系统是嵌入式系统的主流模式,它并不强调系统的通用性和可扩展。这种专用性通常也导致嵌入式系统是一个软硬件紧密集成的最终系统,因为这样才能更有效地提高整个系统的可靠性并降低成本,并使之具有更好的用户体验。
以现代计算机技术为核心:嵌入式系统的最基本支撑技术,大致上包括集成电路设计技术、系统结构技术、传感与检测技术、嵌入式操作系统和实时操作系统技术、资源受限系统的高可靠软件开发技术、系统形式化规范与验证技术、通信技术、低功耗技术、特定应用领域的数据分析、信号处理和控制优化技术等,它们围绕计算机基本原理,集成进特定的专用设备就形成了一个嵌入式系统。
软硬件可裁剪:嵌入式系统针对的应用场景如此之多,并带来差异性极大的设计指标要求(功能性能、可靠性、成本、功耗),以至于现实上很难有一套方案满足所有的系统要求,因此根据需求的不同,灵活裁剪软硬件、组建符合要求的最终系统是嵌入式技术发展的必然技术路线。
嵌入式系统的硬件和软件必须根据具体的应用任务,以功耗、成本、体积、可靠性、处理能力等为指标来进行选择。嵌入式系统的核心是系统软件和应用软件,由于存储空间有限,因而要求软件代码紧凑、可靠,且对实时性有严格要求。
从构成上看,嵌入式系统是集软硬件于一体的、可独立工作的计算机系统;从外观上看,嵌入式系统像是一个“可编程”的电子“器件”;从功能上看,它是对目标系统(宿主对象)进行控制,使其智能化的控制器。从用户和开发人员的不同角度来看,与普通计算机相比较,嵌入式系统具有如下特点。
(1)专用性强。由于嵌入式系统通常是面向某个特定应用的,所以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,通常具有某种专用性的特点。
(2)体积小型化。嵌入式计算机把通用计算机系统中许多由板卡完成的任务集成在芯片内部,从而有利于实现小型化,方便将嵌入式系统嵌入目标系统中。
(3)实时性好。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,主要用来对宿主对象进行控制,所以对嵌入式系统有或多或少的实时性要求。例如,对武器中的嵌入式系统,某些工业控制装置中的控制系统等的实时性要求就极高。有些系统对实时性要求也并不是很高,例如,近年来发展速度比较快的掌上电脑等。但总体来说,实时性是对嵌入式系统的普遍要求,是设计者和用户应重点考虑的一个重要指标。
(4)可裁剪性好。从嵌入式系统专用性的特点来看,嵌入式系统的供应者理应提供各式各样的硬件和软件以备选用,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更具竞争力。
(5)可靠性高。由于有些嵌入式系统所承担的计算任务涉及被控产品的关键质量、人身设备安全,甚至国家机密等重大事务,且有些嵌入式系统的宿主对象工作在无人值守的场合,如在危险性高的工业环境和恶劣的野外环境中的监控装置。所以,与普通系统相比较,嵌入式系统对可靠性的要求极高。
(6)功耗低。有许多嵌入式系统的宿主对象是一些小型应用系统,如移动电话、MP3、数码相机等,这些设备不可能配置交流电源或容量较大的电源,因此低功耗一直是嵌入式系统追求的目标。
(7)嵌入式系统本身不具备自我开发能力,必须借助通用计算机平台来开发。嵌入式系统设计完成以后,普通用户通常没有办法对其中的程序或硬件结构进行修改,必须有一套开发工具和环境才能进行。
(8)嵌入式系统通常采用“软硬件协同设计”的方法实现。早期的嵌入式系统设计方法经常采用的是“硬件优先”原则,即在只粗略估计软件任务需求的情况下,首先进行硬件设计与实现,然后在此硬件平台之上进行软件设计。如果采用传统的设计方法,则一旦在测试中发现问题,需要对设计进行修改时,整个设计流程将重新进行,对成本和设计周期的影响很大。系统的设计在很大程度上依赖于设计者的经验。20世纪90年代以来,随着电子和芯片等相关技术的发展,嵌入式系统的设计和实现出现了软硬件协同设计方法,即使用统一的方法和工具对软件和硬件进行描述、综合和验证。在系统目标要求的指导下,通过综合分析系统软硬件功能及现有资源,协同设计软硬件体系结构,以最大限度地挖掘系统软硬件能力,避免由于独立设计软硬件体系结构而带来的种种弊病,得到高性能、低代价的优化设计方案。
从外部特征上看,一个嵌入式系统,通常是一个功能完备、几乎不依赖其他外部装置即可独立运行的软硬件集成的系统。如果对这样一个系统进行剖分的话,可以发现它大致可能包括这样几个层次
嵌入式系统的层次
嵌入式系统最核心的层次是中央处理单元部分,它包含运算器和控制器模块,在cpu的基础上进一步配上存储器模块、电源模块、复位模块等就构成了通常所说的最小系统。由于技术的进步,集成电路生产商通常会把许多外设做进同一个集成电路中,这样在使用上更加方便,这样一个芯片通常称之为微控制器。在微控制器的基础上进一步扩展电源传感与检测、执行器模块以及配套软件并构成一个具有特定功能的完整单元,就称之为一个嵌入式系统或嵌入式应用。
硬件结构
尽管各种具体的嵌入式系统的功能、外观界面、操作等各不相同,甚至千差万别,但是基本的硬件结构却是大同小异的,而且和通用计算机的硬件系统有着高度的相似性。嵌入式系统的硬件部分看起来与通用计算机系统的没有什么区别,也由处理器、存储器、外部设备、I/O接口、图形控制器等部分组成。但是嵌入式系统应用上的特点致使嵌入式系统在软硬件的组成和实现形式上与通用计算机系统有较大区别。为满足嵌入式系统在速度、体积和功耗上的要求,操作系统、应用软件、特殊数据等需要长期保存的数据,通常不使用磁盘这类具有大容量且速度较慢的存储介质,而大多使用EPROM、E2PROM或闪存(Flash Memory)。在嵌入式系统中,A/D或D/A模块主要用于测控方面,这在通用计算机中用得很少。根据实际应用和规模的不同,有些嵌入式系统要采用外部总线。随着嵌入式系统应用领域的迅速扩张,嵌入式系统越来越趋于个性化,根据自身特点采用总线的种类也越来越多。另外,为了对嵌入式处理器内部电路进行测试,处理器芯片普遍采用了边界扫描测试技术(JTAG)。
嵌入式系统的硬件结构
软件体系
嵌入式系统的软件体系是面向嵌入式系统特定的硬件体系和用户要求而设计的,是嵌入式系统的重要组成部分,是实现嵌入式系统功能的关键。嵌入式系统软件体系和通用计算机软件体系类似,分成驱动层、操作系统层、中间件层和应用层等四层,各有其特点。
嵌入式系统的软件体系
驱动层
驱动层是直接与硬件打交道的一层,它为操作系统和应用提供硬件驱动或底层核心支持。在嵌入式系统中,驱动程序有时也称为板级支持包(BSP)。BSP具有在嵌入式系统上电后初始化系统的基本硬件环境的功能,基本硬件包括微处理器、存储器、中断控制器、DMA、定时器等。驱动层–般可以有三种类型的程序,即板级初始化程序、标准驱动程序和应用驱动程序。
操作系统层
嵌入式系统中的操作系统具有一般操作系统的核心功能,负责嵌入式系统的全部软硬件资源的分配、调度工作控制、协调并发活动。它仍具有嵌入式的特点,属于嵌入式操作系统(Embedded Operating System,EOS)。主流的嵌入式操作系统有Windows CE、Palm:OS、Linux、VxWorks.pSOS.QNX.LynxOS等。有了嵌入式操作系统,编写应用程序就更加快速、高效、稳定。
中间件层
中间件是用于帮助和支持应用软件开发的软件,通常包括数据库、网络协议、图形支持及相应开发工具等,例如:MySQL、TCP/IP、GU1等都属于这一类软件。
应用层
嵌入式应用软件是针对特定应用领域,用来实现用户预期目标的软件。嵌入式应用软件和普通应用软件有一定的区别,它不仅要求在准确性、安全性和稳定性等方面能够满足实际应用的需要,而且还要尽可能地进行优化,以减少对系统资源的消耗,降低硬件成本。嵌入式系统中的应用软件是最活跃的力量,每种应用软件均有特定的应用背景。尽管规模较小,但专业性较强,所以嵌入式应用软件不像操作系统和支撑软件那样受制于国外产品,是我国嵌入式软件的优势领域。

发布了4 篇原创文章 · 获赞 0 · 访问量 144

猜你喜欢

转载自blog.csdn.net/weixin_46412477/article/details/104542540