嵌入式系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)與應(yīng)用探究

劉志歡

摘要：隨著各種各樣智能家居和自動化設(shè)備的不斷發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用越來越多也越來越廣泛。本文對嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行了簡要的介紹，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究了嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)技術(shù)與應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：智能家居；嵌入式系統(tǒng)；應(yīng)用

使用嵌入式系統(tǒng)的設(shè)備在生產(chǎn)和生活中起到至關(guān)重要的作用。可以說因?yàn)榍度胧较到y(tǒng)的存在，方便了我們的工作和生活。

1、嵌入式系統(tǒng)概述

嵌入式系統(tǒng)本質(zhì)上是一種專用的計算機(jī)系統(tǒng)，在廣義上說，凡是帶有微處理器的專用軟硬件系統(tǒng)，都可以被稱作嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)的個性化很強(qiáng)，軟硬件結(jié)合也非常緊密。在很多情況下，系統(tǒng)會完全嵌入在受控系統(tǒng)內(nèi)部，嵌入式系統(tǒng)對于用戶為不可見狀態(tài)。嵌入式系統(tǒng)可以用于控制，監(jiān)視或是輔助設(shè)備進(jìn)行專門的一種或是多種工作。由于嵌入式系統(tǒng)只針對專門的任務(wù)，可以很方便的根據(jù)需求進(jìn)行優(yōu)化，并形成規(guī)模化和小型化。且被大量生產(chǎn)和使用的嵌入式系統(tǒng)還可以很好的形成規(guī)模效應(yīng)，大大的降低成本。

2、嵌入式系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

2.1嵌入式微處理器

嵌入式的微處理器相當(dāng)于通用計算機(jī)中的中央處理器（CPU），常見的嵌入式微處理器主要有DSP處理器，嵌入式微控制器，微處理器等三種。

嵌入式DSP是一種信號處理器，能夠快速進(jìn)行信號處理，一般具有很高的執(zhí)行速度。

嵌入式微控制器，又稱為單片機(jī)，是以微處理器內(nèi)核為核心，在芯片上集成了存儲器，各種接口以及運(yùn)行內(nèi)存等的整合芯片，應(yīng)用十分廣泛。

嵌入式系統(tǒng)中的微處理器，是由通用計算機(jī)中的處理器演變而來，與DSP和單片機(jī)相比，它具有較強(qiáng)的性能；與通用計算機(jī)相比，它強(qiáng)化了嵌入式的需要，去除了多余的部分。

2.2嵌入式系統(tǒng)軟件

嵌入式系統(tǒng)的軟件，與硬件和嵌入式系統(tǒng)的功能需求密不可分。根據(jù)功能需求，有禁止性單一功能的控制功能軟件，也有可以執(zhí)行非常復(fù)雜功能的嵌入式操作系統(tǒng)。

3、嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用

嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)都是由嵌入式微處理器，外圍硬件，嵌入式軟件等部分組成。

3.1嵌入式微處理器

在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的過程中，嵌入式微處理器的選擇有著至關(guān)重要的作用，需要根據(jù)實(shí)際的功能需要以及成本等情況進(jìn)行綜合選擇。比較常見的選擇有通用處理器、單用途處理器以及專用處理器等幾類：

嵌入式通用處理器有著較為強(qiáng)大的功能和運(yùn)算速度，可以用于不同類型的應(yīng)用，靈活性很高，功能的改變只要進(jìn)行程序的修改就可以實(shí)現(xiàn)。但是由于包含了較多的功能和硬件，系統(tǒng)的體積和功耗與其他嵌入式處理器相比都較大。

單用途處理器是用于執(zhí)行特定程序的數(shù)字電路，功能單一，但是性能與通用處理器相比，其性能會更好，功耗和成本也容易降低。

專用處理器是一種針對專門類型進(jìn)行優(yōu)化的一種可編程處理器。可以在保證靈活性和可編程性的前提下，提供較強(qiáng)的性能。

這些處理器在實(shí)際應(yīng)用中，各有特點(diǎn)與擅長，在開發(fā)工作的時候需要根據(jù)具體需求來選擇和使用。

3.2外圍硬件部分

外圍硬件在嵌入式系統(tǒng)的開中，是接受處理器控制或是擔(dān)任處理器與其他設(shè)備連接橋梁的器件，有一些外圍硬件還擔(dān)負(fù)著保護(hù)嵌入式處理器，使處理器能夠更好工作的任務(wù)。這部分涉及到的范圍非常廣泛，既可能包括電子方面的內(nèi)容，也可能包括工業(yè)設(shè)計，各種生產(chǎn)工藝的設(shè)計等方面。

3.3嵌入式軟件開發(fā)

嵌入式軟件的開發(fā)，是許多嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的核心。由于嵌入式處理器開發(fā)的成本和門檻都很高，世界上只有少數(shù)的大公司才有實(shí)力進(jìn)行研發(fā)和量產(chǎn)，對于嵌入式系統(tǒng)開發(fā)來說，大多數(shù)時候，不需要也沒有必要自己投入大量的人員和經(jīng)費(fèi)來重新開發(fā)對應(yīng)的硬件。只需要在市場上采購合適的硬件和設(shè)備，由自己根據(jù)需要來進(jìn)行功能的匹配和軟件的研發(fā)。一般來說，嵌入式系統(tǒng)的軟件開發(fā)由以下幾個步驟：

3.3.1建立開發(fā)環(huán)境。開發(fā)環(huán)境是進(jìn)行軟件開發(fā)的基礎(chǔ)，一般采用通用計算機(jī)來進(jìn)行。軟件的環(huán)境需要根據(jù)開發(fā)平臺的需要來進(jìn)行配置。目前最為常用的軟件平臺幾乎都是X86系列CPU的計算機(jī)，但是嵌入式平臺的處理器卻是多種多樣。比如，現(xiàn)在手機(jī)和平板電腦中最為常用的ARM處理器，就與X86處理器有著非常大的差異，這就需要開發(fā)環(huán)境配備有相應(yīng)的交叉編譯軟件。

3.3.2配置開發(fā)板或仿真軟件。開發(fā)板或是仿真軟件是與嵌入式硬件完全一致的硬件或是模擬軟件。開發(fā)完成的軟件可以通過寫入開發(fā)板或是仿真軟件，來模擬實(shí)際的執(zhí)行情況，便于發(fā)現(xiàn)問題和解決問題。

3.3.3根據(jù)需要進(jìn)行軟件的研發(fā)并寫入開發(fā)機(jī)中，然后進(jìn)行調(diào)試與修改。嵌入式系統(tǒng)軟件的研發(fā)與其他類型軟件的研發(fā)有著很大的相似之處，但是也有少許的不同。嵌入式軟件開發(fā)不僅包括了需求分析，軟件設(shè)計，代碼生成這幾個階段，還包括了一個軟件寫入或是固化的特殊步驟。由于這一步驟的存在，對軟件的代碼的質(zhì)量要求更高，且可靠性也更高。

3.3.4根據(jù)需求進(jìn)行量產(chǎn)。由于嵌入式的開發(fā)試驗(yàn)與大批量的生產(chǎn)需求有很大的不同。軟硬件設(shè)計和調(diào)試完畢，才能根據(jù)需求開始量產(chǎn)工作。在量產(chǎn)的過程中，一般先進(jìn)行小批量試生產(chǎn)，通過小批量試生產(chǎn)來發(fā)現(xiàn)和解決可能出現(xiàn)的問題，然后再進(jìn)行大批量生產(chǎn)與銷售。

3.4嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用與展望

信息化已經(jīng)成為現(xiàn)代化的一個標(biāo)識。在信息化飛速發(fā)展的今天，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)入到我們生活的方方面面。現(xiàn)在我們使用的電視機(jī)、洗衣機(jī)、空調(diào)、手機(jī)等等電子設(shè)備，他們的內(nèi)部都有嵌入式系統(tǒng)的身影。甚至在一些家庭中，已經(jīng)開始使用智能家居系統(tǒng)。通過智能家居系統(tǒng)，可以方便的對家里的很多家具完成控制。比如通過語音就可以控制燈光的開關(guān)或是燈光的亮度，打開或是關(guān)閉窗簾，控制和設(shè)置空調(diào)等等。

4、結(jié)束語

嵌入式系統(tǒng)在我們的生活中，已經(jīng)有了非常廣泛的應(yīng)用，在方便我們的同時，也在不斷的發(fā)展進(jìn)步。嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)前景仍然十分的廣闊，值得我們不斷的去探索和研究。

參考文獻(xiàn)：

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（作者單位：南京熊貓電子制造有限公司）