嵌入式系统毕业论文讲课教案.doc

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1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。嵌入式系统毕业论文-摘要随着电子技术飞速发展和我国传统产业结构升级的加速人们对设备越来越高用需求已无法满足当前和未来高性能的应用与发展需求。同时激烈的市场竞争和技术竞争要求产品的开发周期越来越短显然嵌入式系统的软、硬件技术和开发手段正日益受到重视成为各领域技术创新的重要基础。嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术和各个行业的具体应用相结合后的产物,这一点就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。嵌入式是以应用为中心以计算机技术为基础软硬件可裁剪适应应用系统对

2、功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统。由于嵌入式系统通常具有低功耗、体积小、集成度高等特点因此随着消费家电的智能化和廉价微处理器的出现嵌入式系统将在日常生活里形成更大的应用领域。嵌入式就业广泛嵌入式人才社会需求量大。论文内容条理清楚本着嵌入式控制系统的概况开发应用的撰写思路分三章逐步展开。第一章概况详细地介绍了嵌入式控制系统的定义、框架、特点、发展历程、现状、前景第二章嵌入式控制系统的开发主要论述了开发的步骤与方法第三章嵌入式控制系统的应用,结合实例论述了嵌入式控制系统的实际应用服务大众生活。作为这些研究成果的应用本文在最后总结系统的各方面能力和分析存在的问题为进一步的研究

3、提供了方向和宝贵的经验。关键词电子技术嵌入式系统控制计算机集成系统目录第1章嵌入式控制系统的概况11.1嵌入式系统的定义11.2嵌入式系统的框架11.3嵌入式系统的特点31.3.1非实时系统特性41.3.2实时性系统的特性41.3.3嵌入式的特点41.4嵌入式系统的发展历程61.4.1始于微型机时代的嵌入式应用61.4.2现代计算机技术的两大分支61.4.3两大分支发展的里程碑事件71.5嵌入式系统的现状71.5.1嵌入式系统的含义及分类71.5.2嵌入式系统工业的特点81.6嵌入式系统的前景10第2章嵌入式控制系统的开发122.1嵌入式系统的开发步骤122.1.1嵌入式两种开发122.1.2

4、嵌入式系统开发生命周期122.1.3嵌入式系统的一般开发步骤122.2嵌入式系统的开发方法132.2.1嵌入式的组成132.2.2嵌入式的软件结构142.2.3嵌入式的开发方法152.2.4嵌入式软件开发的优点152.2.5嵌入式软件开发的缺点16第3章嵌入式控制系统的应用173.1嵌入式的市场介绍173.2嵌入式的应用183.2.1嵌入式系统的两种应用模式183.2.2嵌入式开发的实例19参考文献21致谢22第1章嵌入式控制系统的概况1.1嵌入式系统的定义嵌入式系统的英文叫做EmbeddedSystem是一种包括硬件和软件的完整的计算机系统但又跟通用计算机系统不同。嵌入式系统的定义是“嵌入式

5、系统是以应用为中心以计算机技术为基础并且软硬件可剪裁适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积和功耗有严格要求的专用计算机系统。”嵌入式系统所用的计算机是嵌入到被控对象中的专用微处理器但是功能比通用计算机专门化具有通用计算机所不能具备的针对某个方面特别设计的、合适的运算速度、高可靠性和较低比较成本的专用计算机系统。嵌入式系统一般指非PC系统有计算机功能但又不称之为计算机的设备或器材。它是以应用为中心软硬件可裁减的适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等综合性严格要求的专用计算机系统。简单地说嵌入式系统集系统的应用软件与硬件于一体具有软件代码小、高度自动化、响应速度快等特点特别适合于要求实时

6、和多任务的体系。嵌入式系统主要由嵌入式处理器、相关支撑硬件、嵌入式操作系统及应用软件系统等组成它是可独立工作的“器件”。一、根据IEEE国际电子电气工程师协会的定义Devicesusedtocontrolmonitor、orassisttheoperationofequipment、machineryorplants.中文如下嵌入式系统是“控制、监视或者辅助装置、机器和设备运行的装置”。从中可以看出嵌入式系统是软件和硬件的综合体还可以涵盖机械等附属装置。二、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

7、计算机系统。三、软件巨头微软在2002年将嵌入式系统定义为完成某一特定功能、或是使用某特定嵌入式应用软件的计算机或计算装置。嵌入式系统是区别与第一类常见的计算机的第二类计算设备它是嵌入式到其他系统中的。嵌入式系统以其占用资源少、专用性强、功耗低的特点使其广泛应用在移动通信、工业生产、安全监控等领域。以其在性能、体积及功耗等方面的优势在智能家居领域得到越来越广泛的应用。嵌入式系统几乎包括了生活中的所有电器设备如掌上PDA、移动计算设备、电视机顶盒、手机上网、数字电视、多媒体、汽车、微波炉、数字相机、家庭自动化系统、电梯、空调、安全系统、自动售货机、蜂窝式电话、消费电子设备、工业自动化仪表与医疗仪

8、器等1.2嵌入式系统的框架嵌入式系统的架构有专有架构和标准架构之分在MCU微控制器产品上像瑞萨Renesas、飞思卡尔Freescale、NEC都拥有自己的专有IP核而其他嵌入式处理器都是基于标准架构。目前采用ARM技术智能财产IP核心的处理器即我们通常所说的ARM处理器已遍及工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络系统、无线系统等各类产品市场基于ARM技术的处理器应用约占据了32位RISC微处理器75%以上的市场。BSP可以实现硬件相关的设备驱动。硬件相关的设备驱动程序的初始化通常是一个从高到低的过程。尽管BSP中包含硬件相关的设备驱动程序但是这些设备驱动程序通常不直接由BSP使用而是在系统

9、初始化过程中由BSP将他们与操作系统中通用的设备驱动程序关联起来并在随后的应用中由通用的设备驱动程序调用实现对硬件设备的操作。与硬件相关的驱动程序是BSP设计与开发中另一个非常关键的环节。在多嵌入式系统中每个嵌入式系统都与现实世界保持紧密接触其计算状态密切跟踪外部环境状态。系统根据环境变化遵循协作机制进行自主调整对外部环境和内部结构的变化能够做出灵活的反应。借鉴嵌入式Internet和分布式系统进程交图一互的实现思想提出了面向普适计算的多嵌入式系统构架在这个系统构架中通过中间件技术屏蔽多嵌入式系统的异构性和网络协议的差异性。依据任务的复杂性和各嵌入式系统的当前状态进行嵌入式系统动态的加入和退出

10、操作形成动态和开放的构架模型。嵌入式系统的构架如图图1-1嵌入式系统的硬件结构图1-2嵌入式系统的软件结构所示图二图1-2嵌入式系统的软件架构1.3 嵌入式系统的特点由于嵌入系统由硬件和软件两大部分组所以可以从硬件和软件进行介绍。从硬件方面来讲各式各样的嵌入式处理器是嵌入式系统硬件中的最核心的部分而目前世界上具有嵌入式功能特点的处理器已经超过1000种流行体系结构包括MCUMPU等30多个系列。鉴于嵌入式系统广阔的发展前景很多半导体制造商都大规模生产嵌入式处理器并且公司自主设计处理器也已经成为了未来嵌入式领域的一大趋势其中从单片机、DSP到FPGA有若各式各样的品种上速度越来越快性能越来越强价

11、格也越来越低。目前嵌入式处理的寻址空间可以从64KB到16MB处理速度最快可以达到2000MIPS,封装从个引脚到144个引脚个不等。从软件方面划分主要可以依据操作系统的类型。目前嵌入式系统的软件主要有两大类实时系统和分时系统。其中实时系统又分为两类硬实时系统和软实时系统。实时嵌入系统是为执行特定功能而设计的可以来严格的按时序执行功能。其最大的特征就是程序的执行具有确定性。在实时系统中如果系统在指定的时间内未能实现某个确定的任务会导致系统的全面失败则系统被称为硬实时系统。而在软实时系统中虽然响应时间同样重要但是超时却不会导致致命错误。一个硬实时系统往往在硬件上需要添加专门用于时间和优先级管理的

12、控制芯片而软实时系统则主要在软件方面通过编程实现时限的管理。比如WindowsCE就是一个多任备置分时系统而Ucos-II则是典型的实时操作系统。当然除了上述分类之外还有许多其他分类方法比如从应用方面分为工业应用和消费电子等在这里就不一一累述了。1.3.1非实时系统特性微控制嵌入式系统的设计挑战是使嵌入式系统的独特性能与设备的特殊约束条件相一致。以下是一些嵌入式系统的重要特性一、特殊应用系统嵌入式系统不同于通用处理器它针对特殊应用进行了优化。二、反应性系统反应性计算的意思是系统(主要是软件部分)根据传感器信息对环境作出响应并利用激励器控制环境同时系统速度能与环境速度同步。三、分布式嵌入式系统的

13、一般特征是多个通信进程在多个通过通信链路链接的CPU或ASIC上运行。四、异类性不同的嵌入式系统一般具有不同的结构以便在处理严格设计约束的嵌入式系统时能够提供更好的设计便利性。五、苛刻环境许多嵌入式系统并不工作在受控的环境中因此它们必须能够经受过热、振动、冲击、电源波动和其它恶劣的物理环境条件的考验。六、系统安全性和可靠性由于嵌入式系统复杂度和运算量的不断增长需要更多地考虑系统安全因素。七、小型化、重量轻为了达到便携目的许多嵌入式系统的重量必须设计得很轻。八、成本敏感性不同的嵌入式系统对成本的敏感性有很大的不同。1.3.2实时性系统的特性实时系统要求在外部环境指定的时间间隔内对来自环境的激励信

14、号作出响应(包括物理时间的过渡)。从输入时间到输出时间的延迟必须足够小以满足可以接受的时间值。通常实时系统需要对环境作出连续及时的响应。一般有反应式和嵌入式两种类型。反应式实时系统会与环境发生连续的互作用而嵌入式实时系统主要用于控制大型系统中安装的特殊硬件1.3.3嵌入式的特点嵌入式系统被定义为: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。嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术和各个行业的具体应用相结合后的产物,这一点就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。嵌入式系统的核

15、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用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从而有利于嵌入式系统在设计时趋于小型化同时还具有很高的效率和可靠性。嵌入式微处理器的体系结构可以采用冯.诺依曼体系或哈佛体系结构指令系统可以选用精简指令系统RedycedInstryctionSetComputer,RISC和复杂指令系统CISC(ComplexinstructionSetComputer,CISC)。RSIC计算机在通道中只包含最有用的指令。确保数据通道快速执行每一条指令从而提高了执行效率并使用CPU硬件结构设计变得更

16、为简单。嵌入式微处理器有各种不同的体系统即使在同一体系中也可能具有不同的时钟频率和数据总宽度或集成了不同的外设和接口。据不完全统计目前全世界嵌入式微处理器已经超过1000多种体系结构有30多个系列其中主流的体系有ARM、MIPS、PowerPC、X86和SH等。但与全球PC市场不同的是没有一种嵌入式微处理器可以主导市场仅以32位的产品而言就有100种以的嵌入式微处理器。嵌入式微处理器的选择是根据具体的应用而决定的嵌入式微处理器一般就具备以下4个特点一、对实时任务有很强的支持能力能完成多任务并且有较短的中断响应时间从而使内部的代码和实时内核心的执行时间减少到最低限度。具有功能很强的存储区保护功能

17、。这是由于嵌入式系统的软件结构已模块化而为了避免在软件模块之间出现错误的交叉作用需要设计强大存储区保护功能同时也有利于软件诊断。二、可扩展的处理器结构以能最迅速地开发出满足应用的最高性能的嵌入式微处理器。嵌入式微处理器必须功耗很低尤其是用于便携式的无线及移动的计算和通信设备中靠电池的嵌入式系统更是如此如需要功耗只有nW甚至uW级。而嵌入式系统的重要特征则是如下一、系统内核小。由于嵌入式系统一般是应用于小型电子装置的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5K而Windows的内核简直没有可比性。二、专用性强。嵌入式系统的个性化很强其中的软件

18、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”是完全两个概念。三、系统精简。嵌入式系统一般没有系统软件和应软件的明显区分不要求其功能设计及实现上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。高实时性的系统软件OS是嵌入式软件的基本要求。而且软件要求固态存领教以提高速度软件代码要求高质量和高可靠性。四、嵌入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直接在芯片上运

19、行但是为了合理地调度多任务、利用系统资源、系统函数以及和专家库函数接口用户必须自行选配RTOS(Real-TimeOperationSystem)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。五、嵌入式系统开发需要开发工具和环境。由于其本身不具备自举开发能力即使调设计完成以后用户通常也是不能对其中的程序功能进行修改的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。目前嵌入式系统除了部分为32位处理器外,

20、大量存在的是8位和16位的嵌入式微控制器(MCU),嵌入式系统是计算机应用的另一种形态,正如前所述它与通用计算机应用不同:嵌入式计算机是以嵌入式系统的形式隐藏在各种装置、产品和系统之中的一种软硬件高度专业化的特定计算机系统。常见的嵌入式系统有16种:Linux、uClinux、WinCE、PalmOS、Symbian、eCos、uCOS-II、VxWorks、pSOS、Nucleus、ThreadX、Rtems、QNX、INTEGRITY、OSE、CExecutive。1.4嵌入式系统的发展历程目前在嵌入式系统应用领域中但是这个概念并非新近才出现。从20世纪七十年代单片机的出现到今天各式各样的

21、嵌入式微处理器微控制器的大规模应用嵌入式系统已经有了近30年的发展历史。嵌入式系统诞生于微型机时代嵌入式系统的嵌入性本质是将一个计算机嵌入到一个对象体系中去这些是理解嵌入式系统的基本出发点。由于嵌入式计算机系统要嵌入到对象体系中实现的是对象的智能化控制因此它有着与通用计算机系统完全不同的技术要求与技术发展方向。1.4.1始于微型机时代的嵌入式应用电子数字计算机诞生于1946年在其后漫长的历史进程中计算机始终是供养在特殊的机房中实现数值计算的大型昂贵设备。直到20世纪70年代微处理器的出现计算机才出现了历史性的变化。以微处理器为核心的微型计算机以其小型、价廉、高可靠性特点迅速走出机房基于高速数值

22、解算能力的微型机表现出的智能化水平引起了控制专业人士的兴趣要求将微型机嵌入到一个对象体系中实现对象体系的智能化控制。例如将微型计算机经电气加固、机械加固并配置各种外围接口电路安装到大型舰船中构成自动驾驶仪或轮机状态监测系统。这样一来计算机便失去了原来的形态与通用的计算机功能。为了区别于原有的通用计算机系统把嵌入到对象体系中实现对象体系智能化控制的计算机称作嵌入式计算机系统。因此嵌入式系统诞生于微型机时代嵌入式系统的嵌入性本质是将一个计算机嵌入到一个对象体系中去这些是理解嵌入式系统的基本出发点。1.4.2现代计算机技术的两大分支由于嵌入式计算机系统要嵌入到对象体系中实现的是对象的智能化控制因此它

23、有着与通用计算机系统完全不同的技术要求与技术发展方向。通用计算机系统的技术要求是高速、海量的数值计算技术发展方向是总线速度的无限提升存储容量的无限扩大。而嵌入式计算机系统的技术要求则是对象的智能化控制能力技术发展方向是与对象系统密切相关的嵌入性能、控制能力与控制的可靠性。早期人们勉为其难地将通用计算机系统进行改装在大型设备中实现嵌入式应使调设计完成以后用户通常也是不能对其中的程序功能进行修改的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

24、替结合进行。目前嵌入式系统除了部分为32位处理器外,大量存在的是8位和16位的嵌入式微控制器(MCU),嵌入式系统是计算机应用的另一种形态,正如前所述它与通用计算机应用不同:嵌入式计算机是以嵌入式系统的形式隐藏在各种装置、产品和系统之中的一种软硬件高度专业化的特定计算机系统。常见的嵌入式系统有16种:Linux、uClinux、WinCE、PalmOS、Symbian、eCos、uCOS-II、VxWorks、pSOS、Nucleus、ThreadX、Rtems、QNX、INTEGRITY、OSE、CExecutive。1.4嵌入式系统的发展历程目前在嵌入式系统应用领域中但是这个概念并非新近才

25、出现。从20世纪七十年代单片机的出现到今天各式各样的嵌入式微处理器微控制器的大规模应用嵌入式系统已经有了近30年的发展历史。嵌入式系统诞生于微型机时代嵌入式系统的嵌入性本质是将一个计算机嵌入到一个对象体系中去这些是理解嵌入式系统的基本出发点。由于嵌入式计算机系统要嵌入到对象体系中实现的是对象的智能化控制因此它有着与通用计算机系统完全不同的技术要求与技术发展方向。1.4.1始于微型机时代的嵌入式应用电子数字计算机诞生于1946年在其后漫长的历史进程中计算机始终是供养在特殊的机房中实现数值计算的大型昂贵设备。直到20世纪70年代微处理器的出现计算机才出现了历史性的变化。以微处理器为核心的微型计算机

26、以其小型、价廉、高可靠性特点迅速走出机房基于高速数值解算能力的微型机表现出的智能化水平引起了控制专业人士的兴趣要求将微型机嵌入到一个对象体系中实现对象体系的智能化控制。例如将微型计算机经电气加固、机械加固并配置各种外围接口电路安装到大型舰船中构成自动驾驶仪或轮机状态监测系统。这样一来计算机便失去了原来的形态与通用的计算机功能。为了区别于原有的通用计算机系统把嵌入到对象体系中实现对象体系智能化控制的计算机称作嵌入式计算机系统。因此嵌入式系统诞生于微型机时代嵌入式系统的嵌入性本质是将一个计算机嵌入到一个对象体系中去这些是理解嵌入式系统的基本出发点。1.4.2现代计算机技术的两大分支由于嵌入式计算机

27、系统要嵌入到对象体系中实现的是对象的智能化控制因此它有着与通用计算机系统完全不同的技术要求与技术发展方向。通用计算机系统的技术要求是高速、海量的数值计算技术发展方向是总线速度的无限提升存储容量的无限扩大。而嵌入式计算机系统的技术要求则是对象的智能化控制能力技术发展方向是与对象系统密切相关的嵌入性能、控制能力与控制的可靠性。早期人们勉为其难地将通用计算机系统进行改装在大型设备中实现嵌入式应用。然而对于众多的对象系统如家用电器、仪器仪表、工控单元无法嵌入通用计算机系统况且嵌入式系统与通用计算机系统的技术发展方向完全不同因此必须独立地发展通用计算机系统与嵌入式计算机系统这就形成了现代计算机技术发展的

28、两大分支。如果说微型机的出现使计算机进入到现代计算机发展阶段那么嵌入式计算机系统的诞生则标志了计算机进入了通用计算机系统与嵌入式计算机系统两大分支并行发展时代从而导致20世纪末计算机的高速发展时期。1.4.3两大分支发展的里程碑事件通用计算机系统与嵌入式计算机系统的专业化分工发展导致20世纪末、21世纪初计算机技术的飞速发展。计算机专业领域集中精力发展通用计算机系统的软、硬件技术不必兼顾嵌入式应用要求通用微处理器迅速从286、386、486到奔腾系列操作系统则迅速扩张计算机基于高速海量的数据文件处理能力使通用计算机系统进入到尽善尽美阶段。嵌入式计算机系统则走上了一条完全不同的道路这条独立发展的

29、道路就是单芯片化道路。它动员了原有的传统电子系统领域的厂家与专业人士接过起源于计算机领域的嵌入式系统承担起发展与普及嵌入式系统的历史任务迅速地将传统的电子系统发展到智能化的现代电子系统时代。因此现代计算机技术发展的两大分支的里程碑意义在于它不仅形成了计算机发展的专业化分工而且将发展计算机技术的任务扩展到传统的电子系统领域使计算机成为进入人类社会全面智能化时代的有力工具通用计算机系统的技术要求是高速、海量的数值计算技术发展方向是总线速度的无限提升存储容量的无限扩大。而嵌入式计算机系统的技术要求则是对象的智能化控制能力技术发展方向是与对象系统密切相关的嵌入性能、控制能力与控制的可靠性。嵌入式计算机

30、系统则走上了一条完全不同的道路这条独立发展的道路就是单芯片化道路。它动员了原有的传统电子系统领域的厂家与专业人士接过起源于计算机领域的嵌入式系统承担起发展与普及嵌入式系统的历史任务迅速地将传统的电子系统发展到智能化的现代电子系统时代。在中国嵌入式系统领域比较认同的嵌入式系统概念是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。它一般由嵌入式微处器、处围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等四个部分组成用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。1.5嵌入式系统的现状1.5.1嵌入式系统的含义及分类嵌入式系

31、统被定义为: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。嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术和各个行业的具体应用相结合后的产物,这一点就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。目前嵌入式系统除了部分为32位处理器外,大量存在的是8位和16位的嵌入式微控制器(MCU),嵌入式系统是计算机应用的另一种形态,正如前所述它与通用计算机应用不同:嵌入式计算机是以嵌入式系统的形式隐藏在各种装置、产品和系统之中的一种软硬件高度专业化的特定计算机系统。目前根据其发展现状,嵌入式计算机可以

32、分成下面几类:一、嵌入式微处理器(EmbeddedMicroprocessorUnit,EMPU)嵌入式微处理器的基础是通用计算机中的CPU。在应用中,将微处理器装配在专门设计的电路板上,只保留和嵌入式应用有关的母板功能,这样可以大幅度减小系统体积和功耗。为了满足嵌入式应用的特殊要求,嵌入式微处理器虽然在功能上和标准微处理器基本是一样的,但在工作温度、抗电磁干扰、可靠性等方面一般都做了各种增强。二、嵌入式微控制器(MicrocontrollerUnit,MCU)嵌入式微控制器又称单片机。嵌入式微控制器一般以某一种微处理器内核为核心,芯片内部集成ROMPEPROM、RAM、总线、总线逻辑、定时P

33、计数器、WatchDog、IPO、串行口、脉宽调制输出、APD、DPA、FlashRAM、E2PROM等各种必要功能和外设。为适应不同的应用需求,一般一个系列的单片机具有多种衍生产品,每种衍生产品的处理器内核都是一样的,不同的是存储器和外设的配置及封装。这样可以使单片机最大限度地和应用需求相匹配,功能不多不少,从而减少功耗和成本。和嵌入式微处理器相比,微控制器的最大特点是单片化,体积大大减小,从而使功耗和成本下降、可靠性提高。三、嵌入式DSP处理器(EmbeddedDigitalSignalProcessor,EDSP)DSP处理器对系统结构和指令进行了特殊设计,使其适合于执行DSP算法,编译

34、效率较高,指令执行速度也较高。在数字滤波、FFT、谱分析等方面DSP算法正在大量进入嵌入式领域,DSP应用正从在通用单片机中以普通指令实现DSP功能,过渡到采用嵌入式DSP处理器。四、嵌入式片上系统(SystemOnChip)随着EDI的推广和VLSI设计的普及化,及半导体工艺的迅速发展,在一个硅片上实现一个更为复杂的系统的时代已来临,这就是SystemOnChip(SOC)。各种通用处理器内核将作为SOC设计公司的标准库,和许多其它嵌入式系统外设一样,成为VLSI设计中一种标准的器件,用标准的VHDL等语言描述,存储在器件库中。用户只需定义出其整个应用系统,仿真通过后就可以将设计图交给半导体

35、工厂制作样品。这样除个别无法集成的器件以外,整个嵌入式系统大部分均可集成到一块或几块芯片中去,应用系统电路板将变得很简洁,对于减小体积和功耗、提高可靠性非常有利。1.5.2嵌入式系统工业的特点一、嵌入式系统工业是不可垄断的高度分散的工业从某种意义上来说,通用计算机行业的技术是垄断的。占整个计算机行业90%的PC产业,80%采用Intel的8x86体系结构,芯片基本上出自Intel,AMD,Cyrix等几家公司。在几乎每台计算机必备的操作系统和文字处理器方面,Microsoft的Windows及Word占80-90%,凭借操作系统还可以搭配其它应用程序。因此当代的通用计算机工业的基础被认为是由W

36、intelMicrosoft和Intel90年代初建立的联盟)垄断的工业。嵌入式系统则不同,它是一个分散的工业,充满了竞争、机遇与创新,没有哪一个系列的处理器和操作系统能够垄断全部市场。即便在体系结构上存在着主流,但各不相同的应用领域决定了不可能有少数公司、少数产品垄断全部市场。因此嵌入式系统领域的产品和技术,必然是高度分散的,留给各个行业的中小规模高技术公司的创新余地很大。另外,社会上的各个应用领域是在不断向前发展的,要求其中的嵌入式处理器核心也同步发展,这也构成了推动嵌入式工业发展的强大动力。器件是嵌入式系统产业的根本,嵌入式系统工业的基础就是以应用为中心的“芯片”设计技术和面向应用的软件

37、产品开发技术。二、嵌入式系统具有的产品特征嵌入式系统是面向用户、面向产品、面向应用的,如果独立于应用自行发展,则会失去市场。嵌入式处理器的功耗、体积、成本、可靠性、速度、处理能力、电磁兼容性等方面均受到应用要求的制约,这些也是各个半导体厂商之间竞争的热点。和通用计算机不同,嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计,量体裁衣、去除冗余,力争在同样的硅片面积上实现更高的性能,这样才能在具体应用对处理器的选择面前更具有竞争力。嵌入式处理器要针对用户的具体需求,对芯片配置进行裁剪和添加才能达到理想的性能;但同时还受用户订货量的制约。因此不同的处理器面向的用户是不一样的,可能是一般用户,行业用户或单一用

38、户。嵌入式系统和具体应用有机地结合在一起,它的升级换代也是和具体产品同步进行,因此嵌入式系统产品一旦进入市场,具有较长的生命周期。嵌入式系统中的软件,一般都固化在只读存储器中,而不是以磁盘为载体,可随意更换,所以嵌入式系统的应用软件生命周期也和嵌入式产品一样长。另外,各个行业的应用系统和产品,和通用计算机软件不同,很少发生突然性跳跃,嵌入式系统中的软件也因此更强调可继承性和技术衔接性,发展比较稳定。嵌入式处理器的发展也体现出稳定性,一个体系一般要存在8-10年的时间。一个体系结构及其相关的片上外设、开发工具、库函数、嵌入式应用产品是一套复杂的知识系统,用户和半导体厂商都不会轻易地放弃一种处理器

39、。三、嵌入式系统软件的特征嵌入式处理器的应用软件是实现嵌入式系统功能的关键,对嵌入式处理器系统软件和应用软件的要求也和通用计算机有所不同。1、软件要求固态化存储。为了提高执行速度和系统可靠性,嵌入式系统中的软件一般都固化在存储器芯片或单片机本身中,而不是存贮于磁盘等载体中。2、软件代码高质量、高可靠性。尽管半导体技术的发展使处理器速度不断提高、片上存储器容量不断增加,但在大多数应用中,存储空间仍然是宝贵的,还存在实时性的要求。为此要求程序编写和编译工具的质量要高,以减少程序二进制代码长度、提高执行速度。3、系统软件(OS)的高实时性是基本要求。多任务嵌入式系统中,对重要性各不相同的任务进行统筹

40、兼顾的合理调度是保证每个任务及时执行的关键,单纯通过提高处理器速度是无法完成和没有效率的,这种任务调度只能由优化编写的系统软件来完成,因此系统软件的实时性是基本要求。4、多任务操作系统是知识集成的平台和走向工业标准化道路的基础四、嵌入式系统开发需要开发工具和环境通用计算机具有完善的人机接口界面,在上面增加一些开发应用程序和环境即可进行对自身的开发。而嵌入式系统本身不具备自举开发能力,即使设计完成以后用户通常也是不能对其中的程序功能进行修改的,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。五、嵌入式系统软件需要RTOS开发平台通用计算机具有完善的操作系