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)進行了簡要的介紹,在此基礎(chǔ)上進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??梢哉f因為嵌入式系統(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,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)需求進行優(yōu)化,并形成規(guī)?;托⌒突?。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,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,是由通用計算機中的處理器演變而來,與DSP和單片機相比,它具有較強的性能;與通用計算機相比,它強化了嵌入式的需要,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)實際的功能需要以及成本等情況進行綜合選擇。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大的功能和運算速度,可以用于不同類型的應(yīng)用,靈活性很高,功能的改變只要進行程序的修改就可以實現(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行優(yōu)化的一種可編程處理器??梢栽诒WC靈活性和可編程性的前提下,提供較強的性能。
這些處理器在實際應(yīng)用中,各有特點與擅長,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)負著保護嵌入式處理器,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)的大公司才有實力進行研發(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)境是進行軟件開發(fā)的基礎(chǔ),一般采用通用計算機來進行。軟件的環(huán)境需要根據(jù)開發(fā)平臺的需要來進行配置。目前最為常用的軟件平臺幾乎都是X86系列CPU的計算機,但是嵌入式平臺的處理器卻是多種多樣。比如,現(xiàn)在手機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)需要進行軟件的研發(fā)并寫入開發(fā)機中,然后進行調(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)需求進行量產(chǎn)。由于嵌入式的開發(fā)試驗與大批量的生產(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)代化的一個標識。在信息化飛速發(fā)展的今天,嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)進入到我們生活的方方面面?,F(xiàn)在我們使用的電視機、洗衣機、空調(diào)、手機等等電子設(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。
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(作者單位:南京熊貓電子制造有限公司)