嵌入式系統技術及其應用前景

摘要：隨著微處理器的發展，嵌入式系統已經成為計算機領域的一個重要組成部分。而且，在計算機技術、微電子技術、網絡技術和通信技術的高速發展的情況下，嵌入式技術正在不斷地改變人們的生產方式和生活方式。本文主要介紹嵌入式系統的概念，特點，應用，發展趨勢以及幾種常用的嵌入式操作系統。

關鍵詞：嵌入式系統；應用現狀；嵌入式微處理器；發展趨勢

0引言

目前，我們正處于一個計算機無處不在的時代，但是絕大部分的計算機都是以非計算機形式出現的。例如，作為家庭網絡組成部分的電視機、電冰箱、空調等。這些設備的核心部分包含計算機，但是大部分都是以嵌入式系統的形式存在，而不是以整機的形式出現。因此，嵌入式系統的應用領域十分廣泛。本文主要以嵌入式系統的應用和發展前景為主題向大家介紹嵌入式系統的信息。

1嵌入式系統的概念

嵌入式系統被定義為：以應用為中心、以計算機技術為基礎、軟件硬件可裁剪、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。除此之外，嵌入式系統還可以被定義為：非PC系統，包括硬件結構和軟件結構。典型的嵌入式系統的硬件組成結構是以嵌入式微處理器為中心，配置存儲器、I/O設備、通信模塊以及電源等必要的輔助接口。軟件部分是由操作系統軟件和應用程序編程組成的。

2嵌入式系統的特點

嵌入式計算機系統與通用型計算機系統相比，不同點在于嵌入式系統是針對特定用途、應用于特定環境下的，所以嵌入式系統的硬件和軟件都必須高效率的設計，爭取在較少的資源上實現更高的性能。嵌入式系統和通用計算機系統相比具有以下特點：

2.1“專用計算機系統”

嵌入式系統的微處理器大多數工作在為特定用戶群所設計的系統中，故稱為“專用微處理器”。因為它專用于幾個特定任務，所以，需要根據具體的應用需求來選擇嵌入式微處理器的性能類型。

2.2比通用PC系統資源少

由于嵌入式系統專用于某個特定的任務，所以它所能管理的資源相對來說比較少。而PC機的資源就比較豐富了，例如，我們在PC機上編寫程序的同時可以進行其他的任務。

2.3功耗低、體積小、集成度高、成本低

嵌入式系統的硬件和軟件都必須高效率的設計，保證在穩定安全可靠的基礎上用較少的資源實現較高的性能。

許多嵌入式系統沒有充足的電源供應或良好的散熱設備，因此，在嵌入式系統設計的時候會盡可能的降低功耗。所以，系統的處理器只有在執行任務的時候才開始運行，其余時間都處在休眠狀態 。

2.4具有完整的系統測試和可靠性評估系統

嵌入式系統具有科學的系統測試和可靠的評估體系，盡量避免因為系統的不可靠而造成巨大的損失。例如看門狗定時器，它的作用是在軟件失去控制后能使它重新工作。

3嵌入式系統的應用

由于嵌入式系統具有體積小、性能強、低功耗、可靠性高以及面向行業應用的突出特征，所以其應用及其廣泛。

（1）工業控制

在工業控制領域，嵌入式設備早已得到廣泛應用。數字化改造，智能控制設備等為嵌入式系統提供了很大的市場。隨著技術的發展，32位，64位的處理器逐漸成為工業控制設備的核心。目前，已經有大量的32位，64位嵌入式微處理器在應用中，例如，工控機，數控機床，自動裝配系統（機械手、自動貼片機）等。

（2）交通管理

在車輛導航，流量控制，信息檢測，發動機控制等方面，嵌入式系統也得到了廣泛的應用。例如在車輛導航方面，內嵌GPS模塊，隨時隨地找到你的位置。

（3）智能家庭管理

在這個信息時代，家用電器正在向數字化和網絡化發展，日后家里的各種家用電器都將嵌入計算機并通過家庭控制中心與Internet連接，轉變為智能網絡家電。到時候，人們可以遠程使用手機控制家里面的家用電器。

（4）消費電子

消費電子包括手機，PDA，學習機，電子詞典等各種移動設備。由于手機，掌上電腦之類的設備易于使用并且方便攜帶，未來幾年將在我國快速發展，PDA與手機已經呈現嵌合趨勢，便于人們隨時隨地獲取信息。

（7）軍事需求

隨著科技的不斷發展，現代戰爭已不僅僅是局限于“真刀真槍”的實戰當中，其模式更是在向以模擬戰爭為主的高度信息化、智能化的方向轉變。嵌入式計算機的應用不僅提高了現代軍隊的作戰效率，同時，對于國家綜合國力的提升也具有重要的促進作用。

4幾種常用的嵌入式操作系統

4.1μC/OS-II嵌入式操作系統

μC/OS-II是一個完整的，源代碼免費的，可移植，固化，裁剪的搶占式實時多任務內核。μC/OS-II具有執行效率高，占用空間小，可移植性及擴展性強，實時性能優良，穩定性和可靠性良好等特點。其內核采用微內核結構，將基本功能放在內核中，留給用戶一個標準API函數，并根據各個任務優先級分配CPU的時間。目前，由于μC/OS-II結構小巧、源代碼免費等特性，其在工控、通信、信息家電領域得到了廣泛應用。

4.2Windows CE操作系統

Windows CE操作系統是微軟公司開發的一個開放的、可升級的32位嵌入式操作系統，支持眾多的硬件平臺。它不僅是一個功能強大的實時嵌入式操作系統，而且提供了了眾多強大的工具，允許用戶利用它快速開發出下一代的智能化、小體積連接設備。利用這些工具，開發人員可以迅速開發出能夠在最新硬件平臺上運行各種應用程序的智能化設計。

4.3VxWorks嵌入式實時操作系統

VxWorks是Wind River Systems公司專門為實時嵌入式系統設計開發的一種實時操作系統，具有嵌入實時應用和最新一代的開發執行環境，支持多種處理器的開發平臺，是目前世界上應用最廣泛的產品。它為程序員提供了高效的實時任務調度、中斷管理、實時系統資源以及實時的任務間通信。

4.4Linux操作系統

Linux類似于UNIX，是一種免費的、源代碼完全開放的、符合POSIX標準規范的操作系統。自誕生至今，它在很多方面趕上甚至超過了許多商用系統。他充分利用了該系統的任務切換機制，實現了真正多任務、多用戶環境。Linux對硬件配置的要求相當低，而且支持多種處理芯片。更為重要的是開發人員可隨時對該系統的開放內核進行升級和修補，很多錯誤可以得到檢測及修復。

5嵌入式系統的發展趨勢

嵌入式系統的應用范圍十分廣泛，幾乎涵蓋了我們生活的各個方面。這表明越來越多的設備需要復雜的嵌入式操作系統，因此為了適應嵌入式設備的復雜性和多樣性，縮短其開發周期，嵌入式操作系統應運而生。

嵌入式技術是基于特定需求、以硬件為基礎、以軟件為核心、以特定應用為實現目標的系統集成技術。原先基于芯片的系統開發方式已經發展成為由芯片設計商提供完整的系統解決方案。而芯片的設計、嵌入式軟件開發和系統產品應用三者相互依托、互補共贏的產業結構和商業模式，已經成為嵌入式技術發展的必然趨勢。

綜上所述，嵌入式系統的發展主要體現在芯片技術的進步上，以及在芯片技術限制下的算法軟件的進步上。所以，嵌入式技術與互聯網、ASP、WAP、納米技術的結合都是未來發展的熱點。

總之，未來的嵌入式系統一定會比今天的更可靠，更高效，更智能化。

參考文獻：

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[2]王田苗嵌入式系統設計與實例開發[M].北京.清華大學出版社，2010（10）：3

[3]沈連豐，宋鐵成，葉芝慧.嵌入式系統及其開發應用[M].北京.電子工業出版社

作者簡介：

王文雅（1997-）女，漢族，河南開封，本科，測控技術與儀器專業