嵌入式系統概述

2022-02-08 18:11:50 字數 2803 閱讀 5132

計算機的分類

按照體系結構、執行速度、結構規模和適用領域分為:大型計算機,中型計算機,小型計算機和微型計算機。

按照嵌入式應用和非嵌入式應用分為:通用計算機和嵌入式計算機。

通用計算機一般具有標準的硬體配置,通過安裝不同的應用軟體,以適應各種不同的應用需求;嵌入式計算機一般是以嵌入式系統的形式隱藏在各種裝置、產品和系統中,是為某種特定應用和需求而設計的。

嵌入式系統的定義一般的,嵌入式系統由嵌入式微處理器、外圍硬體裝置、嵌入式作業系統以及使用者的應用程式等4個部分組成,用於實現對其他裝置的控制、監視或者管理功能。

從應用上加以定義,嵌入式系統就是控制、監視或者輔助裝置、機器和車間的裝置,這裡體現出的是嵌入式系統是軟體和硬體的結合。

另乙個可以體現出嵌入式系統精髓的定義就是:以應用為中心,以計算機技術為基礎,軟體、硬體可裁剪,適應應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統。

嵌入式系統的特點:極其關注成本,對實時性有較強要求,一般採用嵌入式作業系統或者實施作業系統,嵌入式系統軟體故障造成的後果較通用計算機更為嚴重,多為低功耗系統,經常在機器惡劣的環境下執行,其系統資源與通用計算機相比是非常少的,通常在rom中存放所有程式的**,可採用多種型別的處理器和處理器體系結構,需要用專用開發工具和方法進行,嵌入式系統有軟體韌體化的特點。

對於較為功能複雜的嵌入式系統,控制響應時間時程式設計的關鍵,採用嵌入式作業系統來管理系統的硬體資源和時間資源(注意嵌入式系統和嵌入式作業系統是不一樣的概念)。

就傳統的工業控制產品而言,低端型採用的往往是8位微控制器,但是隨著技術的發展,32位和64位的處理器逐漸成為工業控制裝置的核心。

嵌入式系統的基本結構由硬體和軟體兩部分構成。

嵌入式系統的微硬體包括嵌入式核心晶元、儲存器系統及外部介面。

嵌入式核心晶元是:empu(嵌入式微處理器)、emcu(嵌入式微控制器)、edsp(嵌入式數字訊號處理器)、epsoc(嵌入式可程式設計片上系統)。

嵌入式系統的儲存器系統:移動儲存器(rom、eprom、flash)、資料儲存器、隨即儲存器、引數儲存器。

嵌入式核心晶元是構成系統的核心部件,系統工作中的其他部件均在它的控制盒排程下工作。核心晶元通過專用的介面獲取監控物件的資料、狀態等各種資訊,並對這些資訊進行加工、分析和判斷做出相應的控制決策,再通過專用介面將控制資訊傳動給控制物件。

empu的特徵是具有32位以上的處理器,效能較高,在實際應用中,只保留和嵌入式應用緊密相關的功能部件,去除其他冗餘的部分(這就是嵌入式系統的可裁剪性),它是嵌入式系統的核心。

emcu又稱單片微型計算機,是隨著技術的發展,將cpu、ram等一系列部件介面整合在一片晶元上的晶元級計算機;按其儲存器型別分為:mask(掩膜)rom、otp(一次性可程式設計)rom、flashrom等。

edsp是一種獨特的微處理器,是以數碼訊號形式來處理大量資訊的部件。

esoc在一般情況下稱為系統級晶元,有的也稱為片上系統,意指它是乙個產品,是乙個專有目標的積體電路,它包含完整系統及嵌入式軟體的全部網路。它又是一種技術,用以實現從確定系統功能開始,到軟硬體的劃分,並完成設計的整個過程。它通常是客戶定製的,或是面向特定用途的標準產品。

嵌入式儲存器是整合在片內,與系統中各個邏輯、混合訊號燈共同組成單一晶元的基本組成部分,它包括嵌入式靜態儲存器、動態儲存器和各種非易失性儲存器,當然,它分為兩類:易失性儲存器和非易失性儲存器。

嵌入式易失性儲存器(esram):基於標準的cmos邏輯工藝,傳統的esrom是六管結構,,但單元尺寸較大,隨後便出現了單管(1t)和四管(4t)。

嵌入式非易失性儲存器:一般有鐵電儲存器(feram)、磁阻儲存器(mram)、相變非易失性儲存器(pcram)。

常規外設通常包括:輸入裝置,輸出裝置,外儲存裝置。

嵌入式系統的軟體分為兩大部分:嵌入式作業系統、應用軟體和板級支援包(bsp)。其中作業系統向上層的應用軟體提供api,bsp負責與底層的硬體互動,向作業系統遮蔽硬體的差異。

一般情況下,不同作業系統之間的軟體是不能夠不做任何修改就隨意移植的,通常都要做出修改甚至重新編寫。

嵌入式作業系統的特點:它除了具有一般作業系統最基本的功能,如任務排程、同步機制、中斷處理、檔案功能等,還有特點:可裝卸性;強實時性;統一的介面;操作方便、簡單、友好的圖形gui;提供強大的網路功能,支援tcp/ip等協議;強穩定性,弱互動性;固化**;更好的硬體適應性,也就是良好的移植性。

板級支援包是介於主機板硬體和作業系統驅動程式之間的一層,一般認為它是作業系統的一部分,主要是實現對作業系統的支援,為上層的驅動程式提供訪問硬體裝置暫存器的函式包,使之能與硬體主機板更好的交流。

bsp的主要工作就是系統初始化和硬體相關的裝置驅動,它具有作業系統相關性和硬體相關性等特點。

嵌入式系統根據複雜程度可以分為4類:單個微處理器,不帶即是功能的微處理器裝置,帶計時功能的元件,在製造或過程控制中使用的計算機系統。

bsp和bios的不同點:

bsp是與作業系統相適應的,而bios是與所在主機板相適應的;

開發軟體人員可以對bsp做一定的修改,但bios一般不能修改;

乙個bsp對應乙個硬體和乙個嵌入式作業系統,即同乙個處理器可能對應多個bsp,同乙個嵌入式作業系統針對不同的處理器也需要不同的bsp。而乙個bios是對應乙個硬體和多個操

作系統,也就是說,bios對應於一定條件下的硬體,根作業系統無關;

bsp裡可以加入非系統必須的東西,比如驅動或應用程式,但bios一般不會有這些東西。

從嵌入式系統誕生的20世紀70年末起至今,已經經歷了單片微型計算機(scm)、微控制器(mcu)、soc三個階段,而以internet為標誌的嵌入式系統目前還在發展階段,這就是嵌入式系統發展的四個階段。

嵌入式系統的未來發展依靠於:高可靠性和高穩定性,執行速度快和開發周期短,強大的擴充套件功能和網路傳輸功能(另外,我覺得開發人員的豐富的創新精神)。

嵌入式概述

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