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嵌入式系统基础知识
第1章 嵌入式系统基础知识
嵌入式系统基础知识
2021/5/7
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嵌入式系统的定义和组成(略)
嵌入式系统的定义
根据IEEE（国际电气和电子工程师协会）的定义，嵌入式系统是“控制、监视或者辅助设备、机器和车间运行的装置”（原文为devices used to control，monitor，or assist the operation of equipment，machinery or plants）。
目前国内一个普遍被认同的定义是：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。
北京航空航天大学的何立民教授是这样定义嵌入式系统的：“嵌入到对象体系中的专用计算机系统”。
可以这样认为，嵌入式系统是一种专用的计算机系统，作为装置或设备的一部分。嵌入式系统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应用程序4个部分组成。“嵌入性”、“专用性”与“计算机系统”是嵌入式系统的三个基本要素，对象系统则是指嵌入式系统所嵌入的宿主系统。
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(略)
嵌入式系统无处不在，在移动电话、数码照相机、MP4、数字电视的机顶盒、微波炉、汽车内部的喷油控制系统、防抱死制动系统等装置或设备都使用了嵌入式系统。
嵌入式系统发展趋势
1．嵌入式系统的发展历史
从单片机的出现到今天各种嵌入式微处理器、微控制器的广泛应用，嵌入式系统的应用可以追溯到20世纪60年代中期，例如阿波罗飞船的导航控制系统AGC（Apollo Guidance Computer）。嵌入式系统的发展历程，大致经历了以下4个阶段。
（1）无操作系统阶段
单片机是最早应用的嵌入式系统，单片机作为各类工业控制和飞机、导弹等武器装备中的微控制器，用来执行一些单线程的程序，完成监测、伺服和设备指示等多种功能，一般没有操作系统的支持，程序设计采用汇编语言。由单片机构成的这种嵌入式系统使用简便、价格低廉，在工业控制领域中得到了非常广泛的应用。
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（2）简单操作系统阶段
20世纪80年代，出现了大量具有高可靠性、低功耗的嵌入式CPU（如Power PC等），芯片上集成有微处理器、I/O接口、串行接口及RAM、ROM等部件，面向I/O设计的微控制器在嵌入式系统设计应用。一些简单的嵌入式操作系统开始出现并得到迅速发展，程序设计人员也开始基于一些简单的“操作系统”开发嵌入式应用软件。此时的嵌入式操作系统虽然还比较简单，但已经初步具有了一定的兼容性和扩展性，内核精巧且效率高，大大缩短了开发周期，提高了开发效率。
（3）实时操作系统阶段
20世纪90年代，面对分布控制、柔性制造、数字化通信和信息家电等巨大市场的需求，嵌入式系统飞速发展。随着硬件实时性要求的提高，嵌入式系统的软件规模也不断扩大，实时多任务操作
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系统（Real-time Operation System，RTOS）逐渐形成，系统能够运行在各种不同类型的微处理器上，具备了文件和目录管理、设备管理、多任务、网络、图形用户界面Graphic User Interface，GUI）等功能，并提供了大量的应用程序接口Application Programming Interface，API），从而使应用软件的开发变得更加简单。
（4）面向Internet阶段
进入21世纪，Internet技术与信息家电、工业控制技术等的结合日益紧密，嵌入式技术与Internet技术的结合正在推动着嵌入式系统的飞速发展。
2．嵌入式系统的发展趋势
面对嵌入式技术与Internet技术的结合，嵌入式系统的研究和应用在飞速发展。
（1）新的微处理器层出不穷，精简系统内核，优化关键算法，降低功耗和软硬件成本。提供更加友好的多媒体人机交互界面。
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（2）Linux、Windows CE、Palm OS等嵌入式操作系统迅速发展。嵌入式操作系统自身结构的设计更加便于移植，具有源代码开放、系统内核小、执行效率高、网络结构完整等特点，能够在短时间内支持更多的微处理器。计算机的新技术、新观念开始逐步移植到嵌入式系统中，嵌入式软件平台得到进一步完善。
（3）嵌入式系统的开发成了一项系统工程，开发厂商不仅要提供嵌入式软硬件系统本身，同时还要提供强大的硬件开发工具和软件支持包。
3．IP核（Intellectual Property Core，知识产权核）
SOC（System On Chip，片上系统