一、嵌入式系统开发的基础知识（1）

# 嵌入式系统开发的基础知识（1）

版权声明：未经博主允许，所有转载皆算侵。

• 准备结合“全国计算机等级考试三级嵌入式系统开发技术考试大纲”，将各部分内容进行简单的汇总与拓展，供大家进行阅读，尤其针对要进行嵌入式系统开发技术考试的同学。

嵌入式系统的特点、分类、发展与应用

1. 嵌入式系统的特点

1) 系统内核小
由于嵌入式系统一般是应用于小型电子装置，系统资源相对有限，所以内核较之传统的操作系统要小得多。比如ENEA公司的OSE分布式系统，内核只有5KB而Windows的内核则要大得多。
2) 专用性强
嵌入式系统的个性化很强，其中的软件系统和硬件的结合非常紧密，一般要针对硬件进行系统的移植，即使在同一品牌、同一系列的产品中也需要根据系统硬件的变化和增减不断进行修改。同时，针对不同的任务，往往需要对系统进行较大更改；程序的编译下载要和系统相结合，这种修改和通用软件的“升级”是完全不同的概念。
3) 系统精简
嵌入式系统一般没有系统软件和应用软件的明显区分，不要求其功能的设计及实现过于复杂，这样一方面利于控制系统成本，同时也利于实现系统安全。
4) 高实时性
高实时性的操作系统软件是嵌入式软件的基本要求。而且软件要求固化存储，以提高速度。软件代码要求高质量和高可靠性。
5)多任务的操作系统
嵌入式软件开发要想走向标准化，就必须使用多任务的操作系统。嵌入式系统的应用程序可以没有操作系统而直接在芯片上运行；但是为了合理地调度多任务，利用系统资源、系统函数以及专家库函数接口，用户必须自行选配RTOS(Real TIme OperaTIng System)开发平台，这样才能保证程序执行的实时性、可靠性，并减少开发时间，保障软件质量。
6)专门的开发工具和环境
嵌入式系统开发需要专门的开发工具和环境。由于嵌入式系统本身不具备自主开发能力，即使设计完成以后，用户通常也不能对其中的程序功能进行修改，因此必须有一套开发工具和环境才能进行开发，这些工具和环境一般是基于通用计算机上的软硬件设备以及各种逻辑分析仪、混合信号示波器等。开发时往往有主机和目标机的概念，主机用于程序的开发，目标机作为最后的执行机，开发时需要交替结合进行。
7)可裁剪性
支持开放性和可伸缩性的体系结构,嵌入式系统必须根据应用需求对软硬件进行裁剪，满足应用系统的功能、可靠性、成本、体积等要求。所以，如果能建立相对通用的软硬件基础，然后在其上开发出适应各种需要的系统，是一个比较好的发展模式。目前的嵌入式系统的核心往往是一个只有几K到几十K微内核，需要根据实际的使用进行功能扩展或者裁减，但是由于微内核的存在，使得这种扩展能够非常顺利的进行（通过服务器进行扩展）。
8)软件/代码固化
在嵌入式系统中，嵌入式操作系统和应用软件被固化在嵌入式系统计算机的ROM中。

2. 嵌入式系统的分类

目前国内一个普遍被认同的嵌入式系统的定义是：以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。有些人把单个嵌入式微处理器就当作嵌入式系统，这是不对的。因为嵌入式系统实质上是一个嵌入式计算机系统，因此，只有将嵌入式微处理器构成了一个计算机系统，并作为嵌入式应用时，这样的计算机系统才可称为嵌入式系统。引用网上的一个图，如下所示，很明显的表达出嵌入式系统和计算机系统的区别。

• 按照系统实时性程度分类：硬实时系统、软实时系统、非实时系统。
  1）实时系统是这样一种系统，即系统执行的正确性不仅取决于计算的逻辑结果，而且还取决于结果的产生时间*。
  2） 硬实时和软实时的区别就在于对外界的事件做出反应的时间。硬实时系统必须是对事件做出及时的反应，绝对不能错过事件处理的时限。在硬实时系统中如果出现了这样的情况就意味着巨大的损失和灾难。比如说航天飞机的控制系统，如果出现故障，后果不堪想象；软实时系统是指，如果在系统负荷较重的时候，允许发生错过时限的情况而且不会造成太大的危害。比如液晶屏刷新允许有短暂的延迟。
  3）硬实时系统和软实时系统实现的区别主要是在选择调度算法上。对于软实时系统，选择基于优先级调度的算法足以满足软实时系统的需求，而且可以提供高速的响应和大的系统吞吐量；而对硬实时系统来说，需要使用的算法就应该是调度方式简单，反应速度快的实时调度算法。

• 按嵌入式系统的软硬件技术复杂度进行分类：低端系统、终端系统、高端系统。
  1）低端系统 采用4位或8位单片机，在工控领域和白色家电领域占主导地位，如计算器、遥控器、充电器、空调、传真机等。
  2）中端系统 采用8位/16位/32位单片机，主要用于普通手机、摄像机、录像机、电子游戏机等。
  3）高端系统采用32位/64位单片机，主要用于智能手机、调制解调器、掌上计算机、路由器、数码相机等。

• 按嵌入式系统的用途进行分类：军用，工业，民用

• 按嵌入式系统的微处理器进行分类：嵌入式微处理器(MPU)，嵌入式微控制器(MCU)、嵌入式DSP处理器(DSP)、嵌入式片上系统(SOC)

• 按照软件复杂程度分类：循环轮询系统、有限状态机系统、前后台系统、单处理器多任务系统、多处理器多任务系统。

3. 嵌入式系统的发展（发展太广泛，不作介绍，可阅读文献）

20世纪60年代初，第一个工人的现代嵌入式系统（阿波罗导航计算机）；20世纪60年代中期，嵌入式计算机批量生产；20世纪70年代，微处理器出现；20世纪80年代中期，外围电路的元器件被集成到处理器芯片中，昂贵的模拟电路元件能被数字电路替代； 20世纪90年代中期SOC出现，集成电路进入超深亚微米乃至纳米加工时代。

4. 嵌入式系统的应用

嵌入式系统技术具有非常广阔的应用前景，其应用领域可以包括：工业控制、信息家电、交通管理、POS网络及电子商务、环境工程与自然、机器人等等。

• 说明：以上为个人理解及总结，后期还会继续完善。

• 如有错误之处，敬请指出，共同学习。

• 文章被很多人转载或盗用过，若转载请联系本人，因为本人会对文章进行持续维护。