關于嵌入式軟硬件系統的簡單剖析!

2020-05-06 14:29:04分類:嵌入式硬件開發設計1419

  計算機作為20世紀人類社會最偉大的發明之一,近期也逐步邁入后PC時代。后PC時代的到來也標志著嵌入式產品的誕生,如手機、PDA、數控機床等。

  中國擁有世界上最大的消費電子產品市場,手機、彩電、VCD、家用電器等的擁有量都居世界第一。隨著經濟水平的提高和消費結構的改變,人們對消費電子產品的要求越來越高,如產品的靈活性、可控性、耐用性、高性價比等,這些都可以通過合理、有效的嵌入式系統設計和優化來實現。另外,在現代化的醫療、測控儀器和機電產品中對系統的可靠性、實時性要求較高,更需要有專用的嵌入式系統的支持,這些需求都極大地刺激了嵌入式系統的發展和產業化的進程。嵌入式系統的發展將會更加完善信息產業的框架,成為信息產業發展的加速器。隨著嵌入式系統復雜度的提高,軟硬件的協同是嵌入式系統的關鍵。

  嵌入式系統的定義

  從產品的應用角度來說,嵌入式系統是控制、監視或者輔助設備機器和車間運行的裝置。而眾多不同專業的人士從各自不同的角度思考和定位嵌入式系統,所以目前對嵌入式系統的定義非常多。

  嵌入式系統按照目前業界和學術界對嵌入式系統的普遍看法,是以應用為中心,以計算機技術為基礎,軟硬件可裁剪,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。

  嵌入式硬件系統

  大多數嵌入式系統的硬件平臺。它包括兩部分:

  1、以通用處理器為中心的協議處理模塊,用于網絡控制協議的處理;

  2、以數字信號處理器(DSP)為中心的信號處理模塊,用于調制、解調和數/模信號轉換。

  嵌入式系統的核心部件是各種類型的嵌入式處理器,目前據不完全統計,當前全世界嵌入式處理器的品種總量已經超過1000多種,流行體系結構有30幾個系列。由于嵌入式系統設計的差異性極大,因此選擇是多樣化的。

  嵌入式處理器的功耗、體積、成本、可靠性、速度、處理能力、電磁兼容性等均受到應用要求的制約。在選擇處理器時要考慮的主要因素在于調查上市的CPU供應商、處理器的處理速度、技術指標、處理器的低工耗、處理器的軟件支持工具、處理器是否內置調試工具、處理器供應商是否提供評估板等。
 

關于嵌入式軟硬件系統的簡單剖析!
 

  嵌入式軟件系統

  盡管嵌入式系統有著無比廣闊的市場需求和發展前景,但嵌入式系統的發展多年來卻經歷了一個曲折和痛苦的歷程。隨著微處理器的產生,價格低廉、結構小巧的CPU和外設連接提供了穩定可靠的硬件架構,那么限制嵌入式系統發展的瓶頸就突出表現在了軟件方面。

  從運行平臺來分,嵌入式軟件可以分為:

  1、運行在開發平臺上的軟件:設計、開發、測試工具等

  2、運行在嵌入式系統上的軟件:嵌入式操作系統、應用程序、驅動程序及部分開發工具

  可用于嵌入式系統軟件開發的操作系統很多,但選擇一個適合的操作系統,關鍵是從操作系統提供那些開發工具、操作系統向硬件接口移植的難度、操作系統的內存要求、開發人員是否熟悉此操作系統及其提供的API、操作系統是否有提供硬件的驅動程序、操作系統是否具有可剪裁、操作系統的實時性等方面進行考慮。

  嵌入式應用軟件是實現嵌入式系統功能的關鍵,為了提高執行速度和系統可靠性,嵌入式軟件一般都固化在存儲器芯片或單片機本身中,而不是存儲于磁盤等載體中,軟件代碼要求高質量、高可靠性和高實時性。

  嵌入式系統的特點與應用

  嵌入式系統的硬件和軟件都必須量體裁衣,與通用型處理器相比,嵌入式處理器的最大不同是將大部分工作用在為特定用戶群設計的系統中,它通常都具有低功耗、體積小、集成度高等特點,能夠把很多任務集成在芯片內部,從而有利于嵌入式系統設計趨于小型化,使得移動能力大大增強。

  嵌入式處理器的功耗、體積、成本、可靠性、速度、處理能力、電磁兼容性等均受到應用要求的制約。

  嵌入式微處理器具備4個特點:

  1、對實時多任務有很強的支持能力

  嵌入式系統能完成多任務并且有較短的中斷響應時間,從而使內部的代碼和實時內核的執行時間減少到最低限度。

  2、具有功能很強的存儲區保護功能

  由于嵌入式系統的軟件結構已模塊化,而為了避免在軟件模塊之間出現錯誤的交叉作用,需要設計強大的存儲區保護功能,同時也有利于軟件診斷。

  3、可擴展的處理器結構

  可擴展的處理器結構能最迅速地開發出滿足應用的最高性能的嵌入式微處理器。

  4、功耗很低

  用于便攜式的無線及移動的計算和通信設備中,靠電池供電的嵌入式系統功耗是mW甚至μW級。

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