淺談計算機嵌入式系統

摘要：嵌入式系統一般指非PC系統，有計算機功能但又不稱之為計算機的設備或器材。它是以應用為中心，軟硬件可裁減的，適應應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗等綜合性嚴格要求的專用計算機系統。簡單地說，嵌入式系統集系統的應用軟件與硬件于一體，類似于PC中BIOS的工作方式，具有軟件代碼小、高度自動化、響應速度快等特點，特別適合于要求實時和多任務的體系。嵌入式系統主要由嵌入式處理器、相關支撐硬件、嵌入式操作系統及應用軟件系統等組成，它是可獨立工作的“器件”。

關鍵詞：嵌入式系統；發展現狀；特點；關鍵技術

Abstract:Embedded systems generally refers to non-PC system,a computer function but do not call the computer equipmentorequipment.It is based on application-centric,software and hardware can be reduced,to adapt applications to the functionality,reliability,cost,volume,power consumption,demanding a comprehensive dedicated computer system.In short,embedded system set System software and hardware in one,similar to the PC in the BIOS works with the software code for small,highly automated,fast response characteristics,especially suitable for tasks that require real-time and multi-system.Embedded system consists of embedded processors,associated support hardware,embedded operating system and application software,system,etc,it can work independently of the device.

Keywords:Embedded system;Development Status;Characteristics;Key technology

嵌入式計算機在應用數量上遠遠超過了各種通用計算機，一臺通用計算機的外部設備中就包含了5-10個嵌入式微處理器，鍵盤、鼠標、軟驅、硬盤、顯示卡、顯示器、Modem、網卡、聲卡、打印機、掃描儀、數字相機、USB集線器等均是由嵌入式處理器控制的。在制造工業、過程控制、通訊、儀器、儀表、汽車、船舶、航空、航天、軍事裝備、消費類產品等方面均是嵌入式計算機的應用領域。嵌入式系統是將先進的計算機技術、半導體技術和電子技術和各個行業的具體應用相結合后的產物，這一點就決定了它必然是一個技術密集、資金密集、高度分散、不斷創新的知識集成系統。

一、嵌入式系統的發展現狀

隨著信息化，智能化，網絡化的發展，嵌入式系統技術也將獲得廣闊的發展空間。2008年達到53000億美元，預計2009年，銷售額將達68000億美元。進入20世紀90年代，嵌入式技術全面展開，目前已成為通信和消費類產品的共同發展方向。在通信領域，數字技術正在全面取代模擬技術。在廣播電視領域，美國已開始由模擬電視向數字電視轉變，歐洲的DVB（數字電視廣播）技術已在全球大多數國家推廣。數字音頻廣播（DAB）也已進入商品化試播階段。而軟件、集成電路和新型元器件在產業發展中的作用日益重要。所有上述產品中，都離不開嵌入式系統技術。象前途無可計量的維納斯計劃生產機頂盒，核心技術就是采用32位以上芯片級的嵌入式技術。在個人領域中，嵌入式產品將主要是個人商用，作為個人移動的數據處理和通訊軟件。由于嵌入式設備具有自然的人機交互界面，GUI屏幕為中心的多媒體界面給人很大的親和力。手寫文字輸入、語音撥號上網、收發電子郵件以及彩色圖形、圖像已取得初步成效。

二、嵌入式系統的主要特點

（一）系統內核小。由于嵌入式系統一般是應用于小型電子裝置的，系統資源相對有限，所以內核較之傳統的操作系統要小得多。比如Enea公司的OSE分布式系統，內核只有5K，而Windows的內核？簡直沒有可比性。

（二）專用性強。嵌入式系統的個性化很強，其中的軟件系統和硬件的結合非常緊密，一般要針對硬件進行系統的移植，即使在同一品牌、同一系列的產品中也需要根據系統硬件的變化和增減不斷進行修改。同時針對不同的任務，往往需要對系統進行較大更改，程序的編譯下載要和系統相結合，這種修改和通用軟件的“升級”是完全兩個概念。

（三）系統精簡。嵌入式系統一般沒有系統軟件和應用軟件的明顯區分，不要求其功能設計及實現上過于復雜，這樣一方面利于控制系統成本，同時也利于實現系統安全。

（四）高實時性的系統軟件(OS)是嵌入式軟件的基本要求。而且軟件要求固態存儲，以提高速度；軟件代碼要求高質量和高可靠性。

（五）嵌入式軟件開發要想走向標準化，就必須使用多任務的操作系統。嵌入式系統的應用程序可以沒有操作系統直接在芯片上運行；但是為了合理地調度多任務、利用系統資源、系統函數以及和專家庫函數接口，用戶必須自行選配RTOS（Real－Time Operating System）開發平臺，這樣才能保證程序執行的實時性、可靠性，并減少開發時間，保障軟件質量。

三、嵌入式系統的關鍵技術

隨著后電腦時代的來臨，消費電子成為市場的主要驅動力；而在消費電子中，32位嵌入式CPU占了主導地位。針對不同的消費產品，消費者的要求也不盡相同。例如：汽車電子產品的穩定和安全性非常重要，而對藍牙產品可能更關心價格。當然，對于功耗問題的關注卻是幾乎涵蓋所有消費產品的要求。對于開發者而言，ARM架構以及相關軟件的前后兼容性對于他們加快開發周期、縮短產品上市時間是非常重要的。并且，對于消費電子產品而言，傳統的“摩爾定律”已經不是特別重要的，更重要的是在提供性能的同時，能夠有效地降低功耗和芯片面積。

為了滿足市場對消費電子產品的種種需求，ARM也不斷開發和完善技術，推出了一系列有針對性的創新技術。例如：智能能源管理(IEM)技術能夠有效地降低嵌入式系統的功耗；TrustZone技術能夠為系統提供硬件級的安全保護，滿足了用戶、內容提供商以及運營商對內容安全性的要求；Thumb2指令集有效地降低了代碼密度，節省了系統內存使用，從而降低了系統成本；Jazelle技術提供了在硬件中執行Java加速功能，為系統提供了更好的多媒體性能。

四、嵌入式系統的方向

嵌入式系統無疑是當前最熱門最有發展前途的IT應用領域之一。嵌入式系統用在一些特定專用設備上，通常這些設備的硬件資源（如處理器、存儲器等）非常有限，并且對成本很敏感，有時對實時響應要求很高等。嵌入式系統是軟硬結合的東西，搞嵌入式開發的人有兩類。