摘要：隨著微處理器的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)成為計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的一個(gè)重要組成部分。而且，在計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)的高速發(fā)展的情況下，嵌入式技術(shù)正在不斷地改變?nèi)藗兊纳a(chǎn)方式和生活方式。本文主要介紹嵌入式系統(tǒng)的概念，特點(diǎn)，應(yīng)用，發(fā)展趨勢以及幾種常用的嵌入式操作系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)；應(yīng)用現(xiàn)狀；嵌入式微處理器；發(fā)展趨勢

0引言

目前，我們正處于一個(gè)計(jì)算機(jī)無處不在的時(shí)代，但是絕大部分的計(jì)算機(jī)都是以非計(jì)算機(jī)形式出現(xiàn)的。例如，作為家庭網(wǎng)絡(luò)組成部分的電視機(jī)、電冰箱、空調(diào)等。這些設(shè)備的核心部分包含計(jì)算機(jī)，但是大部分都是以嵌入式系統(tǒng)的形式存在，而不是以整機(jī)的形式出現(xiàn)。因此，嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。本文主要以嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用和發(fā)展前景為主題向大家介紹嵌入式系統(tǒng)的信息。

1嵌入式系統(tǒng)的概念

嵌入式系統(tǒng)被定義為：以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。除此之外，嵌入式系統(tǒng)還可以被定義為：非PC系統(tǒng)，包括硬件結(jié)構(gòu)和軟件結(jié)構(gòu)。典型的嵌入式系統(tǒng)的硬件組成結(jié)構(gòu)是以嵌入式微處理器為中心，配置存儲器、I/O設(shè)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(tǒng)軟件和應(yīng)用程序編程組成的。

2嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)

嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與通用型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相比，不同點(diǎn)在于嵌入式系統(tǒng)是針對特定用途、應(yīng)用于特定環(huán)境下的，所以嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件都必須高效率的設(shè)計(jì)，爭取在較少的資源上實(shí)現(xiàn)更高的性能。嵌入式系統(tǒng)和通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相比具有以下特點(diǎn)：

2.1“專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”

嵌入式系統(tǒng)的微處理器大多數(shù)工作在為特定用戶群所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，故稱為“專用微處理器”。因?yàn)樗鼘Ｓ糜趲讉€(gè)特定任務(wù)，所以，需要根據(jù)具體的應(yīng)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(tǒng)資源少

由于嵌入式系統(tǒng)專用于某個(gè)特定的任務(wù)，所以它所能管理的資源相對來說比較少。而PC機(jī)的資源就比較豐富了，例如，我們在PC機(jī)上編寫程序的同時(shí)可以進(jìn)行其他的任務(wù)。

2.3功耗低、體積小、集成度高、成本低

嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件都必須高效率的設(shè)計(jì)，保證在穩(wěn)定安全可靠的基礎(chǔ)上用較少的資源實(shí)現(xiàn)較高的性能。

許多嵌入式系統(tǒng)沒有充足的電源供應(yīng)或良好的散熱設(shè)備，因此，在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候會盡可能的降低功耗。所以，系統(tǒng)的處理器只有在執(zhí)行任務(wù)的時(shí)候才開始運(yùn)行，其余時(shí)間都處在休眠狀態(tài) 。

2.4具有完整的系統(tǒng)測試和可靠性評估系統(tǒng)

嵌入式系統(tǒng)具有科學(xué)的系統(tǒng)測試和可靠的評估體系，盡量避免因?yàn)橄到y(tǒng)的不可靠而造成巨大的損失。例如看門狗定時(shí)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(tǒng)的應(yīng)用

由于嵌入式系統(tǒng)具有體積小、性能強(qiáng)、低功耗、可靠性高以及面向行業(yè)應(yīng)用的突出特征，所以其應(yīng)用及其廣泛。

（1）工業(yè)控制

在工業(yè)控制領(lǐng)域，嵌入式設(shè)備早已得到廣泛應(yīng)用。數(shù)字化改造，智能控制設(shè)備等為嵌入式系統(tǒng)提供了很大的市場。隨著技術(shù)的發(fā)展，32位，64位的處理器逐漸成為工業(yè)控制設(shè)備的核心。目前，已經(jīng)有大量的32位，64位嵌入式微處理器在應(yīng)用中，例如，工控機(jī)，數(shù)控機(jī)床，自動裝配系統(tǒng)（機(jī)械手、自動貼片機(jī)）等。

（2）交通管理

在車輛導(dǎo)航，流量控制，信息檢測，發(fā)動機(jī)控制等方面，嵌入式系統(tǒng)也得到了廣泛的應(yīng)用。例如在車輛導(dǎo)航方面，內(nèi)嵌GPS模塊，隨時(shí)隨地找到你的位置。

（3）智能家庭管理

在這個(gè)信息時(shí)代，家用電器正在向數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，日后家里的各種家用電器都將嵌入計(jì)算機(jī)并通過家庭控制中心與Internet連接，轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄芫W(wǎng)絡(luò)家電。到時(shí)候，人們可以遠(yuǎn)程使用手機(jī)控制家里面的家用電器。

（4）消費(fèi)電子

消費(fèi)電子包括手機(jī)，PDA，學(xué)習(xí)機(jī)，電子詞典等各種移動設(shè)備。由于手機(jī)，掌上電腦之類的設(shè)備易于使用并且方便攜帶，未來幾年將在我國快速發(fā)展，PDA與手機(jī)已經(jīng)呈現(xiàn)嵌合趨勢，便于人們隨時(shí)隨地獲取信息。

（7）軍事需求

隨著科技的不斷發(fā)展，現(xiàn)代戰(zhàn)爭已不僅僅是局限于“真刀真槍”的實(shí)戰(zhàn)當(dāng)中，其模式更是在向以模擬戰(zhàn)爭為主的高度信息化、智能化的方向轉(zhuǎn)變。嵌入式計(jì)算機(jī)的應(yīng)用不僅提高了現(xiàn)代軍隊(duì)的作戰(zhàn)效率，同時(shí)，對于國家綜合國力的提升也具有重要的促進(jìn)作用。

4幾種常用的嵌入式操作系統(tǒng)

4.1μC/OS-II嵌入式操作系統(tǒng)

μC/OS-II是一個(gè)完整的，源代碼免費(fèi)的，可移植，固化，裁剪的搶占式實(shí)時(shí)多任務(wù)內(nèi)核。μC/OS-II具有執(zhí)行效率高，占用空間小，可移植性及擴(kuò)展性強(qiáng)，實(shí)時(shí)性能優(yōu)良，穩(wěn)定性和可靠性良好等特點(diǎn)。其內(nèi)核采用微內(nèi)核結(jié)構(gòu)，將基本功能放在內(nèi)核中，留給用戶一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)API函數(shù)，并根據(jù)各個(gè)任務(wù)優(yōu)先級分配CPU的時(shí)間。目前，由于μC/OS-II結(jié)構(gòu)小巧、源代碼免費(fèi)等特性，其在工控、通信、信息家電領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

4.2Windows CE操作系統(tǒng)

Windows CE操作系統(tǒng)是微軟公司開發(fā)的一個(gè)開放的、可升級的32位嵌入式操作系統(tǒng)，支持眾多的硬件平臺。它不僅是一個(gè)功能強(qiáng)大的實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)，而且提供了了眾多強(qiáng)大的工具，允許用戶利用它快速開發(fā)出下一代的智能化、小體積連接設(shè)備。利用這些工具，開發(fā)人員可以迅速開發(fā)出能夠在最新硬件平臺上運(yùn)行各種應(yīng)用程序的智能化設(shè)計(jì)。

4.3VxWorks嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)

VxWorks是Wind River Systems公司專門為實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)的一種實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，具有嵌入實(shí)時(shí)應(yīng)用和最新一代的開發(fā)執(zhí)行環(huán)境，支持多種處理器的開發(fā)平臺，是目前世界上應(yīng)用最廣泛的產(chǎn)品。它為程序員提供了高效的實(shí)時(shí)任務(wù)調(diào)度、中斷管理、實(shí)時(shí)系統(tǒng)資源以及實(shí)時(shí)的任務(wù)間通信。

4.4Linux操作系統(tǒng)

Linux類似于UNIX，是一種免費(fèi)的、源代碼完全開放的、符合POSIX標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的操作系統(tǒng)。自誕生至今，它在很多方面趕上甚至超過了許多商用系統(tǒng)。他充分利用了該系統(tǒng)的任務(wù)切換機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了真正多任務(wù)、多用戶環(huán)境。Linux對硬件配置的要求相當(dāng)?shù)停抑С侄喾N處理芯片。更為重要的是開發(fā)人員可隨時(shí)對該系統(tǒng)的開放內(nèi)核進(jìn)行升級和修補(bǔ)，很多錯(cuò)誤可以得到檢測及修復(fù)。

5嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用范圍十分廣泛，幾乎涵蓋了我們生活的各個(gè)方面。這表明越來越多的設(shè)備需要復(fù)雜的嵌入式操作系統(tǒng)，因此為了適應(yīng)嵌入式設(shè)備的復(fù)雜性和多樣性，縮短其開發(fā)周期，嵌入式操作系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。

嵌入式技術(shù)是基于特定需求、以硬件為基礎(chǔ)、以軟件為核心、以特定應(yīng)用為實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的系統(tǒng)集成技術(shù)。原先基于芯片的系統(tǒng)開發(fā)方式已經(jīng)發(fā)展成為由芯片設(shè)計(jì)商提供完整的系統(tǒng)解決方案。而芯片的設(shè)計(jì)、嵌入式軟件開發(fā)和系統(tǒng)產(chǎn)品應(yīng)用三者相互依托、互補(bǔ)共贏的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和商業(yè)模式，已經(jīng)成為嵌入式技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。

綜上所述，嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展主要體現(xiàn)在芯片技術(shù)的進(jìn)步上，以及在芯片技術(shù)限制下的算法軟件的進(jìn)步上。所以，嵌入式技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)、ASP、WAP、納米技術(shù)的結(jié)合都是未來發(fā)展的熱點(diǎn)。

總之，未來的嵌入式系統(tǒng)一定會比今天的更可靠，更高效，更智能化。

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[3]沈連豐，宋鐵成，葉芝慧.嵌入式系統(tǒng)及其開發(fā)應(yīng)用[M].北京.電子工業(yè)出版社

作者簡介：

王文雅（1997-）女，漢族，河南開封，本科，測控技術(shù)與儀器專業(yè)