淺談嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用

孫偉峰+李文龍

摘 要：嵌入式系統(tǒng)是設(shè)計(jì)完成復(fù)雜功能的硬件和軟件，并使其緊密耦合在一起的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。本文從嵌入式系統(tǒng)的基本知識(shí)出發(fā)，介紹其基本概念，組成和特點(diǎn)，并簡(jiǎn)單的簡(jiǎn)述了嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)與設(shè)計(jì)過程和一些主要的應(yīng)用。

關(guān)鍵字：嵌入式系統(tǒng)；組成；特點(diǎn)；開發(fā)；應(yīng)用

嵌入式系統(tǒng)的簡(jiǎn)單定義：嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪，應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗和應(yīng)用環(huán)境有特殊要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。是將應(yīng)用程序、操作系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)硬件集成在一起的系統(tǒng)。

1 嵌入式系統(tǒng)的組成和特點(diǎn)

嵌入式系統(tǒng)是專用計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，它具有一般計(jì)算機(jī)體統(tǒng)組成的共性。

（1）嵌入式系統(tǒng)整體分為硬件基本結(jié)構(gòu)和軟件基本結(jié)構(gòu)。硬件結(jié)構(gòu)以嵌入式微處理器為中心，配置存儲(chǔ)器、I/0設(shè)備、通信模塊以及電源等必要的輔助接口。

如圖為嵌入式系統(tǒng)的軟/硬件框架：

（2）嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)

功耗限制：嵌入式系統(tǒng)中，尤其是在用電池供電的嵌入式系統(tǒng)中，這是一個(gè)主要考慮的因素。大耗電量直接影響到硬件費(fèi)用，并影響電源壽命以及帶來散熱問題。

低成本：包含硬件成本和軟件成本。硬件成本主要決定于所使用的微處理器、所需的內(nèi)存及相應(yīng)的外圍芯片；軟件成本通常難于預(yù)測(cè)，但一個(gè)好的設(shè)計(jì)方法有利于降低軟件成本。

多速率：系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)行多個(gè)實(shí)時(shí)性任務(wù)，系統(tǒng)必須同時(shí)控制這些動(dòng)作，但這些動(dòng)作有些速度慢，有些速度快。

實(shí)時(shí)性：實(shí)時(shí)性的本質(zhì)是任務(wù)處理所化費(fèi)時(shí)間的可預(yù)測(cè)性，即任務(wù)需要在規(guī)定的時(shí)限內(nèi)完成。任務(wù)執(zhí)行的時(shí)間可以根據(jù)系統(tǒng)的軟硬件的信息而進(jìn)行確定性的預(yù)測(cè)。也就是說，如果硬件可以做這件工作，那么基于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的軟件將可以確定性的做這件工作。

除此之外，嵌入式系統(tǒng)還有一個(gè)重要的特點(diǎn)就是不可壟斷性。PC有WinTel壟斷，嵌入式系統(tǒng)工業(yè)的基礎(chǔ)是以應(yīng)用為中心的“芯片”設(shè)計(jì)和面向應(yīng)用的軟件產(chǎn)品開發(fā)。

2 嵌入式系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)與開發(fā)過程

系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)從系統(tǒng)需求分析開始；第二步是對(duì)于規(guī)格的說明，在這一步對(duì)所要設(shè)計(jì)的系統(tǒng)功能進(jìn)行更加詳細(xì)地描述，這些描述并不涉及系統(tǒng)的組成；第三步是系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在這一階段以大的構(gòu)件為單位設(shè)計(jì)系統(tǒng)內(nèi)部詳細(xì)構(gòu)造，明確軟、硬件功能的劃分；第四步是構(gòu)件設(shè)計(jì)，它包括系統(tǒng)程序模塊設(shè)計(jì)、專用硬件芯片選擇及硬件電路設(shè)計(jì)；第五步是系統(tǒng)集成，在完成了所有構(gòu)件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行系統(tǒng)集成，構(gòu)造出所需的完整系統(tǒng)。

在設(shè)計(jì)之前，必須明白要設(shè)計(jì)什么。在設(shè)計(jì)的最初階段，應(yīng)從客戶那里收集系統(tǒng)功能的非形式描述，在此稱其為需求；對(duì)需求進(jìn)行提煉，以得到系統(tǒng)的規(guī)格說明，規(guī)格說明中應(yīng)包含進(jìn)行系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所需的足夠信息。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的是描述系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能，它是系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)的一個(gè)計(jì)劃。體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中明確需要什么樣的構(gòu)件，而構(gòu)件設(shè)計(jì)中就是設(shè)計(jì)或選擇符合體系結(jié)構(gòu)和規(guī)格說明中所需求的構(gòu)件。構(gòu)件通常既包括硬件，如FPGA、電路板等，也包括軟件模塊。在所有工作完成之后就要進(jìn)行系統(tǒng)的調(diào)試與集成。

3 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要應(yīng)用

對(duì)于嵌入式的信息系統(tǒng)應(yīng)用來說，其前景是十分廣泛的，它已經(jīng)涉及到了我們生活的各個(gè)方面，不僅用在一些家用電器上，例如冰箱、洗衣機(jī)，而且還在一些交通工具上有所應(yīng)用，例如汽車等，還包括一些遠(yuǎn)程的會(huì)議系統(tǒng)管理等，由此可見，嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用具有很大的市場(chǎng)需要.因此在這個(gè)過程中，我們一定要按照相關(guān)的需求進(jìn)行科學(xué)有效的管理，掌握該系統(tǒng)運(yùn)用的相關(guān)要求以及應(yīng)用操作規(guī)范，在此基礎(chǔ)之上把該系統(tǒng)運(yùn)用到我們的日常生活當(dāng)中，這樣也就大大提高我們生活的水平。

嵌入式系統(tǒng)目前已在國防、國民經(jīng)濟(jì)及社會(huì)生活各領(lǐng)域普及應(yīng)用，用于企業(yè)、軍隊(duì)、辦公室、實(shí)驗(yàn)室以及個(gè)人家庭等各種場(chǎng)所。如圖：

在這些應(yīng)用中，可以著重于在控制方面的應(yīng)用。就遠(yuǎn)程家電控制而言，除了開發(fā)出支持TCP/IP的嵌入式系統(tǒng)之外，家電產(chǎn)品控制協(xié)議也需要制訂和統(tǒng)一，這需要家電生產(chǎn)廠家來做。同樣的道理，所有基于網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程控制器件都需要與嵌入式系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)接口，然后再由嵌入式系統(tǒng)來控制并通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)控制。

4 結(jié)束語

綜上所述，通過本文，充分了解了嵌入式系統(tǒng)的組成、開發(fā)與應(yīng)用。如今隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)滲入到生活的各個(gè)領(lǐng)域，嵌入式系統(tǒng)作為科技領(lǐng)域中重要的組成部分，對(duì)于未來的可持續(xù)發(fā)展具有重要作用，它一定會(huì)使我國的科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]田澤.嵌入式系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用進(jìn)程.北京航空航天大學(xué)出版社

[2]劉桂榮.淺析嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用，咸寧學(xué)院學(xué)報(bào)，2012，（32）：30-31