嵌入式系统基础知识.docx

第1章嵌入式系统基础知识
嵌入式系统以数字技术为基础， 以计算机科学技术为框架， 目前普遍应用在工业控制、
信息家电、医疗设备、智能仪器仪表等众多领域。嵌入式系统的出现至今已经有 30多年的
历史，近几年来，计算机、通信及消费性电子的一体化趋势日益明显，嵌入式技术已成为
一个研究热点，越来越多的公司、科研院所、大专院校以及个人都在从事嵌入式系统的设 计开发工作。
嵌入式系统概述
本节对嵌入式系统的基本概念、嵌入式系统的组成、嵌入式系统的应用领域、嵌入式 系统的发展趋势等内容进行简单的介绍。

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。广义上说，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，如各类单片机和 DSP系统。狭义
上说，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，具有特定功能的系 统都是嵌入式系统。作为一个系统，往往是在硬件和软件交替发展的双螺旋的支撑下逐渐 趋于稳定和成熟，嵌入式系统也不例外。
嵌入式系统的出现最初是基于单片机的。 最早的单片机是Intel公司的8048，它出现在
1976年。Motorola公司同时推出了 68HC05 , ZiLOG公司推出了 Z80系列，这些早期的单 片机均含有256B的RAM、4KB的ROM、4个8位并口、一个全双工串行口、两个 16位 定时器。之后在20世纪80年代初，Intel又进一步完善了 8048,在它的基础上研制成功了 8051,这在单片机的历史上是值得纪念的一页。迄今为止， 51系列的单片机仍然是最为成 功的单片机芯片，在各种产品中有着非常广泛的应用。
从20世纪80年代早期开始，嵌入式系统的程序员开始用商业级的“操作系统”编写 嵌入式应用软件，这可以获取更短的开发周期、更低的开发资金和更高的开发效率，“嵌 入式系统”真正出现了。确切地说，这时的操作系统是一个实时核，这个实时核包含了许 多传统操作系统的特征，包括任务管理、任务间通信、同步与相互排斥、中断支持、内存 管理等功能。其中比较著名的有 Ready System公司的 VRTX、Integrated System Incorporation (ISI)公司的 pSOS、Wind River System 公司的 VxWorks、QNX 公司的 QNX 等。这些嵌 入式操作系统都具有嵌入式的典型特点：它们均采用占先式的调度，响应的时间很短，任 务执行的时间可以确定；系统内核很小，具有可裁剪、可扩充和可移植性，可以移植到各 种处理器上；较强的实时和可靠性，适合嵌入式应用。这些嵌入式实时多任务操作系统的 出现，使得应用开发人员得以从小范围的开发解放出来，同时也促使嵌入式有了更为广阔 的应用空间。
20世纪90年代以后，随着对实时性要求的提高，软件规模不断上升，逐渐出现实时 多任务操作系统(RTOS),并作为一种软件平台逐步成为目前国际嵌入式系统的主流。这 时更多的公司看到了嵌入式系统的广阔发展前景，开始大力发展自己的嵌入式操作系统。
除了上面的几家老牌公司以外，还出现了 Palm OS、Windows CE、嵌入式Linux、Lynx、
Nucleux以及国内的Hopen、Delta Os等嵌入式操作系统。随着嵌入式技术的发展前景日益 广阔，相信会有更多的嵌入式操作系统软件出现。

一个嵌入式系统装置一般都由嵌入式计算机系统和执行装置组成，嵌入式计算机系统
是整个嵌入式系统的核心，由硬件层、中间层、软件层和功能层组成，如图 1-1所示。
功能层
软件层
1
1
应用程序
文件系统
图形用
户接口
任务管理
实时操作系统
中间层
硬件抽象层/板级支持包
硬件层
D/A
嵌入式微 处理器
通用设备接口
A/D
ROM
I/O
SDRAM
嵌入式计算机系统
图1-1嵌入式计算机系统的组成
下面对嵌入式计算机系统的组成进行介绍。
硬件层
硬件层中包含嵌入式微处理器、存储器( SDRAM、ROM、FLASH等)、通用设备接 口和I/O接口( A/D、D/A、I/O等)。在一片嵌入式处理器的基础上添加电源电路、时钟 电路和存储器电路，就构成了一个嵌入式核心控制模块。其中操作系统和应用程序都可以 固化在ROM中。
嵌入式微处理器
嵌入式系统硬件层的核心是嵌入式微处理器， 嵌入式微处理器与通用 CPU最大的不同
在于嵌入式微处理器大多工作在为特定用户群所专门设计的系统中， 它将通用CPU许多由
板卡完成的任务集成在芯片内部，