我眼中的嵌入式

我眼中的嵌入式在這里我們將要開始嵌入式系統(tǒng)的學(xué)習(xí)。嵌入式這個看似和我們很遙遠(yuǎn)的概念其實早在不知不覺間進(jìn)入并影響著我們的生活。嵌入式的定義為以應(yīng)用為中心，以計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴(yán)格要求的專用計算機(jī)系統(tǒng)。單看概念來說或許沒有什么實際體會但事實上，所有帶有數(shù)字接口的設(shè)備，如手表、微波爐、錄像機(jī)、汽車等，都使用嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)早就深入我們每個人的生活。借助嵌入式系統(tǒng)同樣給我們的日常生活和工作帶來了極大的便利。可以說嵌入式系統(tǒng)影響并改變著我們的生活。嵌入式應(yīng)用幾乎涵蓋我們平時所用的所有的電子設(shè)備小到收音機(jī)，MP3，手機(jī)再到電視，空調(diào),冰箱，電腦大到衛(wèi)星，航天飛機(jī)其中都有著嵌入式的身影。只是他們往往都被隱藏和包裹并不直接被我們所直接看到罷了。其應(yīng)用領(lǐng)域可以包括：1、工業(yè)控制：基于嵌入式芯片的工業(yè)自動化設(shè)備將獲得長足的發(fā)展，目前已經(jīng)有大量的8、16、32位嵌入式微控制器在應(yīng)用中，網(wǎng)絡(luò)化是提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量、減少人力資源主要途徑，如工業(yè)過程控制、數(shù)字機(jī)床、電力系統(tǒng)、電網(wǎng)安全、電網(wǎng)設(shè)備監(jiān)測、石油化工系統(tǒng)。就傳統(tǒng)的工業(yè)控制產(chǎn)品而言，低端型采用的往往是8位單片機(jī)。但是隨著技術(shù)的發(fā)展，32位、64位的處理器逐漸成為工業(yè)控制設(shè)備的核心，在未來幾年內(nèi)必將獲得長足的發(fā)展。2、交通管理：在車輛導(dǎo)航、流量控制、信息監(jiān)測與汽車服務(wù)方面，嵌入式系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)獲得了廣泛的應(yīng)用，內(nèi)嵌GPS模塊，GSM模塊的移動定位終端已經(jīng)在各種運輸行業(yè)獲得了成功的使用。目前GPS設(shè)備已經(jīng)從尖端產(chǎn)品進(jìn)入了普通百姓的家庭，只需要幾千元，就可以隨時隨地找到你的位置。3、信息家電：這將稱為嵌入式系統(tǒng)最大的應(yīng)用領(lǐng)域，冰箱、空調(diào)等的網(wǎng)絡(luò)化、智能化將引領(lǐng)人們的生活步入一個嶄新的空間。即使你不在家里，也可以通過電話線、網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。在這些設(shè)備中，嵌入式系統(tǒng)將大有用武之地。4、家庭智能管理系統(tǒng)：水、電、煤氣表的遠(yuǎn)程自動抄表，安全防火、防盜系統(tǒng)，其中嵌有的專用控制芯片將代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工檢查，并實現(xiàn)更高，更準(zhǔn)確和更安全的性能。目前在服務(wù)領(lǐng)域，如遠(yuǎn)程點菜器等已經(jīng)體現(xiàn)了嵌入式系統(tǒng)的優(yōu)勢。5、POS網(wǎng)絡(luò)及電子商務(wù)：公共交通無接觸智能卡發(fā)行系統(tǒng)，公共電話卡發(fā)行系統(tǒng)，自動售貨機(jī)，各種智能ATM終端將全面走入人們的生活，到時手持一卡就可以行遍天下。6、環(huán)境工程與自然：水文資料實時監(jiān)測，防洪體系及水土質(zhì)量監(jiān)測、堤壩安全，地震監(jiān)測網(wǎng)，實時氣象信息網(wǎng)，水源和空氣污染監(jiān)測。在很多環(huán)境惡劣，地況復(fù)雜的地區(qū)，嵌入式系統(tǒng)將實現(xiàn)無人監(jiān)測。7、機(jī)器人：嵌入式芯片的發(fā)展將使機(jī)器人在微型化，高智能方面優(yōu)勢更加明顯，同時會大幅度降低機(jī)器人的價格，使其在工業(yè)領(lǐng)域和服務(wù)領(lǐng)域獲得更廣泛的應(yīng)用。嵌入式結(jié)構(gòu)一個嵌入式系統(tǒng)裝置一般是由嵌入式計算機(jī)系統(tǒng)和執(zhí)行裝置兩部分組成。嵌入式計算機(jī)系統(tǒng)是整個嵌入式系統(tǒng)裝置的核心，由硬件層、中間層、系統(tǒng)軟件層和應(yīng)用軟件層組成。執(zhí)行裝置也稱為被控制對象，它可以接受嵌入式計算機(jī)系統(tǒng)發(fā)出的控制命令，執(zhí)行所規(guī)定的操作或任務(wù)。硬件層由嵌入式核心控制模塊和外圍設(shè)備接口組成。在一片嵌入式處理器基礎(chǔ)上添加電源電路、時鐘電路、復(fù)位電路和存儲器電路，就構(gòu)成一個嵌入式核心控制模塊外圍設(shè)備接口包括一些通用設(shè)備接口和I/O接口，如LCD、CAN、觸摸屏等等。1）硬件層（1）嵌入式微處理器嵌入式系統(tǒng)硬件層的核心是嵌入式微處理器，嵌入式微處理器與通用CPU最大的不同在于嵌入式微處理器大多工作在為特定用戶群所專門設(shè)計的系統(tǒng)中，它將通用CPU中許多由板卡完成的任務(wù)集成到芯片內(nèi)部，從而有利于嵌入式系統(tǒng)在設(shè)計時趨于小型化，同時還具有很高的效率和可靠性。（2）存儲器嵌入式系統(tǒng)需要存儲器來存放和執(zhí)行代碼。嵌入式系統(tǒng)的存儲器包含Cache、主存和輔助存儲器，其存儲結(jié)構(gòu)如圖1.4所示。一般來講，微處理器都含有容量不大的片內(nèi)RAM和片內(nèi)ROM，高檔點的微處理器基本上都含有Cache。（3）通用設(shè)備接口和I/O接口嵌入式系統(tǒng)和外界交互需要一定形式的通用設(shè)備接口和I/O接口。每個外設(shè)通常都只有單一的功能，它可以在芯片外也可以內(nèi)置在芯片中。外設(shè)的種類很多，可從一個簡單的串行通信設(shè)備到非常復(fù)雜的802.11無線設(shè)備。2）中間層硬件層和軟件層之間為中間層，也稱為硬件抽象（HardwareAbstractLayer，HAL）或板級支持包（BoardSupportPackage，BSP）。它將系統(tǒng)上層軟件與底層硬件分離開來，使系統(tǒng)的底層驅(qū)動程序與硬件無關(guān)，而上層軟件開發(fā)人員不需要關(guān)心底層硬件的具體情況，只需根據(jù)BSP層提供的軟件接口即可進(jìn)行開發(fā)。中間層一般包含相關(guān)底層硬件的初始化、數(shù)據(jù)的輸入/輸出操作和硬件設(shè)備的配置等功能，這層主要完成兩部分工作：嵌入式系統(tǒng)硬件初始化和硬件相關(guān)的設(shè)備驅(qū)動程序。3）系統(tǒng)軟件層系統(tǒng)軟件層由實時多任務(wù)操作系統(tǒng)（Real-timeOperationSystem,RTOS）、文件系統(tǒng)、圖形用戶接口（GraphicUserInterface,GUI）、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及通用組件模塊組成4）應(yīng)用軟件層應(yīng)用軟件層是由基于實時操作系統(tǒng)開發(fā)的應(yīng)用程序組成,其作用是實現(xiàn)對被控制對象的控制功能。功能層是面向被控制對象和用戶的,為方便用戶操作,往往需要提供一個友好的人機(jī)界面。嵌入式的特點嵌入式操作系統(tǒng)有一下幾個特點。第一,可裁剪性。支持開放性和可伸縮性的體系結(jié)構(gòu)。第二，強(qiáng)實時性。EOS實時性一般較強(qiáng)，可用于各種設(shè)備控制中。第三,統(tǒng)一的接口。提供設(shè)備統(tǒng)一的驅(qū)動接口。第四,操作方便、簡單、提供友好的圖形GUI和圖形界面，追求易學(xué)易用。提供強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能，支持TCP/IP協(xié)議及其他協(xié)議，提供TCP/UDP/IP/PPP協(xié)議支持及統(tǒng)一的MAC訪問層接口，為各種移動計算設(shè)備預(yù)留接口。第五，強(qiáng)穩(wěn)定性，弱交互性。嵌入式系統(tǒng)一旦開始運行就不需要用戶過多的干預(yù)、這就要負(fù)責(zé)系統(tǒng)管理的EOS具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性。嵌入式操作系統(tǒng)的用戶接口一般不提供操作命令，它通過系統(tǒng)的調(diào)用命令向用戶程序提供服務(wù)第六，固化代碼。在嵌入式系統(tǒng)中，嵌入式操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件被固化在嵌入式系統(tǒng)計算機(jī)的ROM中。第七，更好的硬件適應(yīng)性，也就是良好的移植性。嵌入式系統(tǒng)的分類目前嵌入式系統(tǒng)除了部分為32位處理器外，大量存在的是8位和16位的嵌人式微控制器（blCul）.嵌入式系統(tǒng)是計算機(jī)應(yīng)用的另一種形態(tài)，它與通用計算機(jī)應(yīng)用不同在于：嵌入式計算機(jī)是以嵌入式系統(tǒng)的形式隱藏在各裝置、產(chǎn)品和系統(tǒng)之間的一種軟硬件高度專業(yè)化的特定計算機(jī)系統(tǒng)。目前根據(jù)其發(fā)展現(xiàn)狀．嵌人式計算機(jī)可以分成下面幾類：（1）嵌入式微處理器（2）嵌入式微控制器（3）嵌入式DSP處理器（4）嵌入式片上系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)的現(xiàn)狀及前景隨著信息化，智能化，網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)技術(shù)也將獲得廣闊的發(fā)展空間。20世紀(jì)90年代開始，嵌入式技術(shù)全面展開，目前已成為通信和消費類產(chǎn)品的共同發(fā)展方向。在通信領(lǐng)域，數(shù)字技術(shù)正在全面取代模擬技術(shù)。在廣播電視領(lǐng)域美國已開始由模擬電視向數(shù)字電視轉(zhuǎn)變，歐洲的DVB（數(shù)字電視廣播）技術(shù)己在全球大多數(shù)國家推廣。而軟件、集成電路和新型元器件在產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的作用日益重要。在個人領(lǐng)域中，嵌入式產(chǎn)品將主要是個人商用，作為個人移動的數(shù)據(jù)處理和通訊軟件。嵌入式就業(yè)發(fā)展空間相對較大。嵌入式系統(tǒng)是當(dāng)前最熱門、最具發(fā)展前途的IT應(yīng)用領(lǐng)域之一。包括手機(jī)、電子字典、可視電話、數(shù)字相機(jī)（DC）、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)（DV）、U—Disk、機(jī)頂盒（SetTopBox）、高清電視（HDTV）、游戲機(jī)、智能玩具、交換機(jī)、路由器、數(shù)控設(shè)備或儀表、汽車電子、家電控制系統(tǒng)、醫(yī)療儀器、航天航空設(shè)備等都是典型的嵌入式系統(tǒng)。因此，通過嵌入式培訓(xùn)成為專業(yè)的嵌入式技術(shù)人才，其職業(yè)發(fā)展空間較大。在經(jīng)過這