基于單片機的嵌入式系統開發及研究

王家宇

（湖北工程學院新技術學院，孝感 432000）

嵌入式系統是基于計算機技術發展而來的專用系統，在其開發過程中離不開計算機技術的應用，而單片機的嵌入式系統能夠實現遠端調度、信號控制、數據管理等功能。近些年，隨著經濟社會的發展，單片機在各個行業領域都獲得了廣泛的應用，但是有關單片機嵌入式系統的開發還存在諸多不足。因此，本文對單片機嵌入式系統的開發設計進行研究，希望可以有效的促進單片機性能的發展。

1 嵌入式系統概述

嵌入式系統，是利用計算機技術發展而來的專用系統，主要由處理器、硬件設備、操作系統等構成，具有強大的系統控制、數據管理等功能。其核心部件是內嵌的處理器，能夠將各種功能集成到一塊小小的芯片上，集成化水平非常高。一般來說，嵌入式系統是結合設備的應用環境來進行設計的，有效地提升了設備的運行質量。隨著信息網絡技術的發展，嵌入式系統也需要與網絡進行互聯，借助于不同的網絡接口，實現功能上的拓展。

經過近些年的發展，我國的嵌入式系統開發技術獲得了長足的進步，但仍然存在諸多不足，尤其是在微內核、集成性方面亟待改進，此外由于其體積較小，所以在存儲功能上也比較有限，在以后的開發工作中需要在這方面加以改進，以滿足越來越復雜的應用要求。

2 單片機嵌入式系統開發設計

單片機嵌入式系統的開發設計，是以計算機技術為核心，運用CAD、PCB工具來實現的，在開發過程中，要結合系統的實際需要，在功能上進行細分，將其劃分為具有不同功能的模塊，分別進行開發設計。由于嵌入式系統的設計是依據實際的性能參數要求實現的，對各個元件進行相應的設置，以取得最佳的運行效果，因此不同的嵌入式系統在功能上有很大區別。而且，在設計工作中要將系統內的各項資源進行合理的配置，并設計相應的編碼，從而實現想要的功能。嵌入式系統追求的是集成化、模塊化，所以就要將各個功能模塊集成到一塊芯片上，實現單片機的遠端調度、信號控制、數據管理等功能。在其設計過程中，為了便于在多個設備之間交叉使用，我們可以將各種應用接口設置為統一的標準，使得嵌入式系統在具體應用上實現規范化、標準化。同時，為了確保嵌入式系統開發的合理性，可以提前進行模擬運行，通過模擬運行發現是否存在問題，如有問題也能及時的加以解決，有效的縮減了開發時間，加快了工作進度。

對于單片機嵌入式系統軟件的開發，可以先對有關程序的運行邏輯進行檢測，分析系統運行后的狀態，同時能夠獲得各項數據信息，以此加快系統的調試進程。通過EDA工具的應用，對單片機嵌入式系統進行高效的開發，減輕了工作人員的開發難度，在軟件開發完成后，直接將其添加到嵌入式系統當中，開發工作就順利完成了。

3 單片機嵌入式系統的微內核

3.1 微內核結構

單片機嵌入式系統的微內核主要由以下兩個部分構成：資源管理調度系統與硬件映射系統。前者主要用于各種資源的存儲管理，并實現單片機與計算機之間的通信傳輸。后者主要用于將硬件結構映射在相應的平臺上，實現系統方面的功能。微內核結構的應用，有效的減輕了單片機運行過程中的負擔，對其集成性能有著顯著的提高，并且還能改善其移植能力和拓展能力。一般來說，微內核沒有shell以及圖形用戶接口，因此它的某些功能是可以去除的；再就是操作系統與應用程序不是非常明確，或者說前者也屬于后者中的一部分；內存容量不大，所需存儲功能并不復雜，多數情況下都是直接采用的物理地址，構成相對比較簡單。而且，微內核在任務劃分上也比較簡潔，具有一定的可預見性。

3.2 微內核結構對單片機性能的影響

微內核結構的應用，盡管可以有效的改善嵌入系統的移植能力和拓展能力，但是隨著系統功能要求的不斷提高，微內核也變得越來越復雜，進而影響到系統的整體性能，尤其是嵌入式系統在單片機中的通用性。人們在運用單片機時，都是通過遠程設備來進行控制的，在這一過程中，微內核都會參與其中，對數據進行頻繁的復制，大大增加了系統運行的負擔，同時微內核還會受到傳統操作流程的限制，對操作系統的功能造成不利影響，因此就要對微內核進行不斷的優化，從而在整體上提升系統的運行效率。

對于單片機來說，嵌入式微內核是利用時鐘進行控制的，在其運行時，能夠自動獲取運行程序，同時也能夠自行書寫，有利于擴展性能、通用性能的提高。相關的系統服務都是由內核控制的，主要依靠的是消息機制實施通信，因此微內核的性能會受到通信開銷的影響，為了確保微內核的運行效率，需要對系統程序進行優化，使得應用程序能夠直接調用庫內程序，微內核的使用靈活性也能得到大大的改善。

4 結語

隨著單片機的應用越來越廣泛，單片機嵌入式系統的開發設計成為相關領域的熱門研究課題。本文通過對嵌入式系統的分析，對基于單片機的嵌入式系統開發及其內核結構進行了研究，希望可以有效的提高單片機的運行性能、通用性能，最終實現單片機的集成化發展。

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