嵌入式系統(tǒng)的應用十分廣泛,,因此越來越多的人學習嵌入式系統(tǒng),。由此,,在學習嵌入式系統(tǒng)之前,我們應當對嵌入式系統(tǒng)具備一些認識,。所以在本文余下部分,,小編將對嵌入式系統(tǒng)進行全面解析。
一,、嵌入式系統(tǒng)不是“專用計算機系統(tǒng)”
“專用計算機系統(tǒng)”這個名詞應該和“通用計算機系統(tǒng)”這個名詞相對應,。從字義上看,不管是“專用”或者是“通用”,,它們都沒有脫離計算機系統(tǒng)這個范疇,,應該說它們都歸屬計算機系統(tǒng)。既然是計算機系統(tǒng),,那它們的發(fā)展起源應該是計算機,。它們的體系結(jié)構(gòu)、功能特點,,知識體系,、技術要求應該有相同之處。但是,,事實上嵌入式系統(tǒng)和計算機系統(tǒng)雖有聯(lián)系,,可在以上提及的幾點上并沒有多少相同之處,又何談它是“專用計算機系統(tǒng)”,。
1.1發(fā)展并行獨立
嵌入式系統(tǒng)獨立發(fā)展至今約30年了,。它與計算機系統(tǒng)是兩個獨立的發(fā)展系統(tǒng),從它們的起源看,,二者都源于半導體集成電路,,誕生于微型計算機時代,二者發(fā)展并行獨立,。
嵌入式系統(tǒng)起源于半導體集成電路,,該半導體集成電路分為晶體管和集成電路。20世紀70年代,,集成電路產(chǎn)生了微處理器,,微處理器是智能內(nèi)核,它有兩個功能,,其一是運算處理功能,即高速海量的解算能力,,它促使了計算機獨立的飛速發(fā)展至今;其二是控制功能,,嵌入式系統(tǒng)屬控制功能,控制功能產(chǎn)生了微控制器,俗稱單片機,,它促使了嵌入式系統(tǒng)的獨立發(fā)展至今,。
20世紀70年代,微處理器的控制功能引起了控制專業(yè)人士研究興趣,,他們將微機嵌入到對象體系內(nèi),,經(jīng)過電氣、機械加固,,并配置各種外圍接口,,從而實現(xiàn)了對對象體系的智能化控制。這樣此微機便失去了原來的形態(tài)和微型計算機功能,,嵌入式計算機系統(tǒng)(簡稱嵌入式系統(tǒng))由此而得名,。由于嵌入式系統(tǒng)要求嵌入到對象器件內(nèi),體積要特小,,功能要可靠,,成本還要低,而計算機無法承擔起對對象系統(tǒng)的智能化控制任務,,所以嵌入式系統(tǒng)則走上了自己獨立發(fā)展的單芯片化的道路,。
微控制器也就是傳統(tǒng)意義上的單片機。它的特點是體積小,、結(jié)構(gòu)簡單,、便于開發(fā)以及價格經(jīng)濟。它可以說是目前嵌入式系統(tǒng)的前身,。單片機就是把對象所需要的主要功能集成到了一個芯片上,,通常一個單片機芯片包含了運算處理單元、ARM,、FLASH存儲器以及一些外部接口等,。通過外部接口可以輸出或者輸入信號,控制相應的設備,,用戶可以把編寫好的代碼燒寫到單片機芯片內(nèi)部來控制外部設備,。單片機常被用在智能儀器、工業(yè)測量,、辦公自動化方面,。如數(shù)字電表、公交IC刷卡系統(tǒng),、打印機等,,內(nèi)部都有單片機存在。
我們由嵌入式系統(tǒng)發(fā)展起源的歷史看,,嵌入式系統(tǒng)起源于半導體集成電路,,它不是起源于計算機,所以它不是“專用計算機系統(tǒng)”,它是專用的智能化的控制系統(tǒng),。將嵌入式系統(tǒng)定義為“專用計算機系統(tǒng)”,,不符合歷史,混淆了二者的本質(zhì)區(qū)別,,因此不可取,。
1.2技術發(fā)展方向不同
嵌入式系統(tǒng)顧名思義,是要嵌入到對象體系中,,與對象系統(tǒng)有機地結(jié)合,,實現(xiàn)的是對對象系統(tǒng)的智能化控制。它有著與計算機完全不同的技術要求,、技術發(fā)展方向,。
嵌入式系統(tǒng)從形式上,要求該系統(tǒng)智能化,、超小型;從功能上,,要求功能可靠、功耗低,、經(jīng)濟實惠;從應用的范圍上,,要面向市場、面向用戶,、面向?qū)ο?、面向產(chǎn)品;從技術上,要求提高對對象的智能化控制能力,、與對象密切相關的嵌入性能和控制的可靠性,。
計算機系統(tǒng)從形式上,是要看得見,、摸得著,,不需要嵌入到別的器件內(nèi);從功能上,要求多處理功能;從技術上,,要求的是高速海量的數(shù)值計算,、總線速度的無限提升、存儲容量的不斷擴大,。
所以我們說:嵌入式系統(tǒng)與計算機系統(tǒng),,技術要求、技術發(fā)展方向根本不同,,不應定義為“專用計算機系統(tǒng)”,。如果定義為“專用計算機系統(tǒng)”,就等于嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展,,要沿著計算機技術要求的發(fā)展道路走,,這就等于束縛了嵌入式系統(tǒng)健康開放式的獨立發(fā)展之路,。
1.3體系結(jié)構(gòu)不同
嵌入式系統(tǒng)一般由嵌入式微處理器、外圍硬件設備,、嵌入式操作系統(tǒng)、用戶應用程序4個部分組成,,用于實現(xiàn)對其他設備的控制,、監(jiān)視和管理等功能。
嵌入式系統(tǒng)的經(jīng)典體系結(jié)構(gòu)有3個層次的軟硬件,,有4個通道接口,,它的通道接口是為了嵌入到對象體系去,和對象體系產(chǎn)生4個界面,。它的核心是嵌入式微處理器,,這個處理器不是通用的計算機處理器。也就是說,,二者采用的處理器是截然不同的,。嵌入式外圍功能擴展之后,形成了微控制器,,其對象接口技術擴展,,產(chǎn)生4個接口,形成了SoC整個片上結(jié)構(gòu),,4個中斷,。其軟件分為:指令系統(tǒng)、驅(qū)動軟件,、操作系統(tǒng)3部分,。
我們從嵌入式系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)看出:
①二者的處理器不同。計算機是通用的處理器,,嵌入式系統(tǒng)是面向特定應用的微處理器,,它具有低功耗、體積小,、集成度高等特點,,有利于整個系統(tǒng)設計趨于小型化。
②計算機是標準總線和外設,,嵌入式總線和外部接口都集成在處理器內(nèi);計算機軟硬件相對獨立,,嵌入式系統(tǒng)則是將軟硬件緊密集成在一起,結(jié)構(gòu)更緊湊;計算機系統(tǒng)偏重多功能處理設置,,嵌入式系統(tǒng)重在對對象的控制能力設置,。
所以說,嵌入式體系結(jié)構(gòu)與計算機的體系結(jié)構(gòu)是不同的,。嵌入式系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)是控制性的體系結(jié)構(gòu),,不是計算機系統(tǒng)的處理型體系結(jié)構(gòu),。結(jié)構(gòu)不同,則性質(zhì)全非,,所以,,嵌入式系統(tǒng)不能定義為“專用計算機系統(tǒng)”。
1.4功能特點各異
①嵌入式系統(tǒng)具有嵌入性,、控制性,,軟硬件可根據(jù)對象需要來設置。計算機系統(tǒng)則不是這樣,。
②嵌入式系統(tǒng)功能專一,,即軟硬件專門為某一特定應用系統(tǒng)而設計;計算機系統(tǒng)則是多功能處理。
③嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊:嵌入式系統(tǒng)中的軟件一般不像計算機存儲于磁盤等載體中,,而都固化在存儲器芯片或單片系統(tǒng)的存儲器之中,,這樣使其結(jié)構(gòu)特別緊湊,從而達到小體積,、高效能,、低成本、低功耗,。計算機結(jié)構(gòu)要求可大可小,,大到臺式,小到筆記本,、手提電腦等;計算機的CPU要求嚴格,,相比嵌入式系統(tǒng)的微處理器,一般價格昂貴,,達不到嵌入式系統(tǒng)那樣低成本,、低功耗。嵌入式系統(tǒng)通常使用閃存(FLASHMemory)等作為存儲介質(zhì),,以提高速度,、減小體積、降低功耗,。而計算機通常使用磁盤這類具有大容量但速度較慢的存儲介質(zhì),。
④嵌入式系統(tǒng)智能靈活及實時性:就是要對不同的情況作出不同的反應,同時必須實時地給出計算的結(jié)果并進行實時控制,,計算機在智能靈活性方面則比不上,。
⑤嵌入式系統(tǒng)可靠性高,因為軟件是固化的,。例如,,它無*侵害。計算機則不然,,常常受*的攻擊,。所以嵌入式系統(tǒng)常常應用在人身設備安全,、國家機密等重大事務上。
⑥計算機行業(yè)一般受技術壟斷,,例如計算機操作系統(tǒng)方面微軟占居壟斷地位,。但嵌入式系統(tǒng)領域,不會出現(xiàn)這種情況,。因為它是一個分散的,,充滿競爭、機遇與創(chuàng)新的領域,,沒有誰的操作系統(tǒng)和處理器能夠壟斷市場。
總而言之,,嵌入式系統(tǒng)與計算機系統(tǒng)功能特點各異,,二者不能混為一談。
二,、嵌入式系統(tǒng)不只以“計算機技術為基礎”
嵌入式系統(tǒng)知識體系具有廣泛性,。它與微電子學科技術、計算機學科技術,、電子學科技術與對象學科技術都密切相關,。計算機技術在嵌入式系統(tǒng)中,承擔著應用平臺的構(gòu)建任務,,它包括嵌入式系統(tǒng)的集成開發(fā)環(huán)境,、計算機工作方法、編程語言,、程序設計方法等內(nèi)容,,它是構(gòu)建嵌入式系統(tǒng)平臺的重要基礎之一,但并不是唯一,。嵌入式系統(tǒng)還需要其他的技術支持,。
微電子技術為嵌入式系統(tǒng)的應用提供了集成電路基礎。電子技術提供電路設計技術,。它將微電子領域的集成電路設計,,迅速從電路集成、功能集成,、技術集成發(fā)展到知識集成,,為計算機技術提供嵌入式系統(tǒng)的硬件設計技術支持;對象學科技術是嵌入式系統(tǒng)的最終用戶的技術學科。對象學科幾乎囊括了所有的科技領域,,形成了嵌入式系統(tǒng)一個無限大的應用領域,。對象學科要在嵌入式系統(tǒng)平臺上構(gòu)建本領域的一個嵌入式應用系統(tǒng)。嵌入式應用系統(tǒng)的技術基礎是對象學科的基礎理論與應用環(huán)境,、應用要求。同時,在應用中要不斷給微電子,、集成電路設計,、嵌入式系統(tǒng)提出技術要求,以便不斷提升嵌入式系統(tǒng)平臺的技術水平,。在對象學科中,廣大的應用工程師在嵌入式軟硬件平臺上實現(xiàn)最廣泛的應用。
嵌入式系統(tǒng)是先進的計算機技術,、半導體技術、微電子技術,、電子技術以及各種具體應用相結(jié)合的產(chǎn)物,,是技術密集、資金密集,、高度分散,、不斷創(chuàng)新的新型集成知識系統(tǒng)。它以微電子學科,、計算機學科,、電子技術學科為構(gòu)建平臺基礎,以對象學科技術為平臺應用,,并且各學科技術又相互聯(lián)系,、相互支持。嵌入式系統(tǒng)包容各家技術之長,,吸取各專業(yè)之精華,,形成自己獨特的知識技術體系。
從以上分析可以看出,,把嵌入式系統(tǒng)定義為“以計算機技術為基礎”,,縮小了嵌入式系統(tǒng)的外延范圍,否定了各學科技術在嵌入式系統(tǒng)中的綜合應用作用,,不全面,,帶有一定的局限性,不利于嵌入式系統(tǒng)獨特的學科體系建立,。