嵌入式系統(tǒng)姓名:冀文欣學(xué)號(hào):1120310729班號(hào):1203107關(guān)鍵詞:嵌入式系統(tǒng)簡(jiǎn)介與應(yīng)用實(shí)例引言隨著現(xiàn)代社會(huì)信息化的步伐日益加快,人們對(duì)于計(jì)算機(jī)的期望也越來越高,無疑嵌入式系統(tǒng)是一種高效便捷的實(shí)現(xiàn)客戶需求更好的拓展計(jì)算機(jī)功能的最佳途徑。本文中將對(duì)嵌入式系統(tǒng)簡(jiǎn)要介紹其組成、特點(diǎn)及其應(yīng)用。ForewordintroductionWiththeswifterpaceoftheinformatizationofmodernsociety,people’sexpectationofcomputerbecomeshigher.Thereisnodoubtthatembeddedsystemisanefficientandconvenientapproachtomeetingtheneedofclientandexpandingthefunctionofcomputer.Thefollowingisthebriefintroductionincomposition、featureandapplicationofembeddedsystem.嵌入式系統(tǒng)簡(jiǎn)介嵌入式系統(tǒng)(Embeddedsystem)是一種以應(yīng)用為中心以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)能夠滿足各方面要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)【1】,通常,嵌入式系統(tǒng)是一個(gè)控制程序存儲(chǔ)在ROM中的嵌入式處理器控制板。它是一種"完全嵌入受控器件內(nèi)部,為特定應(yīng)用而設(shè)計(jì)的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)",根據(jù)英國(guó)電器工程師協(xié)會(huì)(U.K.InstitutionofElectricalEngineer)的定義,嵌入式系統(tǒng)為控制、監(jiān)視或輔助設(shè)備、機(jī)器或用于工廠運(yùn)作的設(shè)備。簡(jiǎn)單地按我自己的理解來說,嵌入于某種設(shè)備中,高效準(zhǔn)確地完成既定功能的系統(tǒng)就是嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)特點(diǎn)1.針對(duì)性強(qiáng)。嵌入式系統(tǒng)通常執(zhí)行的是帶有特定要求的預(yù)先定義的任務(wù)。所以它的個(gè)性化很強(qiáng),其中的軟件系統(tǒng)和硬件的結(jié)合非常緊密,一般要針對(duì)硬件進(jìn)行系統(tǒng)的移植,即使在同一品牌、同一系列的產(chǎn)品中也需要根據(jù)系統(tǒng)硬件的變化和增減不斷進(jìn)行修改。同時(shí)針對(duì)不同的任務(wù),往往需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行較大更改,程序的編譯下載要和系統(tǒng)相結(jié)合。2.系統(tǒng)精簡(jiǎn),占用內(nèi)核小。【2】嵌入式系統(tǒng)一般沒有系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的明顯區(qū)分,只針對(duì)一項(xiàng)特殊的任務(wù),不要求其功能設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)上過于復(fù)雜,由于嵌入式系統(tǒng)通常進(jìn)行大量生產(chǎn),這樣一來既控制了系統(tǒng)成本,也利于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)安全。此外嵌入式系統(tǒng)內(nèi)核較之傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)要小得多,比如ENEA公司開發(fā)的OSE分布式系統(tǒng),內(nèi)核僅有5KB,比我們平常熟悉的操作系統(tǒng)如Windows,Unix都要小得多。3.多任務(wù)的操作系統(tǒng)與高實(shí)時(shí)性(執(zhí)行速度快)。嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用程序可以沒有操作系統(tǒng)直接在芯片上運(yùn)行,能夠合理地調(diào)度多任務(wù)、充分利用系統(tǒng)資源、系統(tǒng)函數(shù)以及和專家?guī)旌瘮?shù)接口,保證程序執(zhí)行的實(shí)時(shí)性、可靠性,并減少開發(fā)時(shí)間,保障軟件質(zhì)量。而且系統(tǒng)一般為固態(tài)存儲(chǔ),以提高速度,且擁有很高的質(zhì)量和較好的可靠性。4.強(qiáng)穩(wěn)定性,弱交互性。嵌入式系統(tǒng)一旦開始運(yùn)行就不需要用戶過多的干預(yù)。嵌入式操作系統(tǒng)的用戶接口一般不提供操作命令。嵌入式系統(tǒng)的組成一個(gè)嵌入式系統(tǒng)裝置一般都由嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和執(zhí)行裝置組成,嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是整個(gè)嵌入式系統(tǒng)的核心,又由硬件層、中間層、系統(tǒng)軟件層和應(yīng)用軟件層組成。執(zhí)行裝置也稱為被控對(duì)象,它可以接受嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)發(fā)出的控制命令,執(zhí)行所規(guī)定的操作或任務(wù)。執(zhí)行裝置可以很簡(jiǎn)單,如手機(jī)上的一個(gè)微小型的電機(jī),當(dāng)手機(jī)處于震動(dòng)接收狀態(tài)時(shí)打開。也可以很復(fù)雜,如索尼智能機(jī)器狗,上面集成了多個(gè)微小型控制電機(jī)和多種傳感器,從而可以執(zhí)行各種復(fù)雜動(dòng)作和感受各種狀態(tài)信息。下面對(duì)嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成進(jìn)行具體介紹。(附示意圖兩張）圖一圖二1.硬件層硬件層中包含嵌入式微處理器、存儲(chǔ)器(SDRAM、ROM、Flash等)、通用設(shè)備接口和I/O接口。在一片嵌入式處理器基礎(chǔ)上添加電源電路、時(shí)鐘電路和存儲(chǔ)器電路,就構(gòu)成了一個(gè)嵌入式核心控制模塊。其中操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序都可以固化在ROM中。2.中間層硬件層與軟件層之間為中間層,也稱為硬件抽象層(HardwareAbstractLayer)或板級(jí)支持包(BoardSupportPackage),它將系統(tǒng)上層軟件與底層硬件分離開來,使系統(tǒng)的底層驅(qū)動(dòng)程序與硬件無關(guān),上層軟件開發(fā)人員無需關(guān)心底層硬件的具體情況,根據(jù)中間層提供的接口即可進(jìn)行開發(fā)。該層一般包含相關(guān)底層硬件的初始化、數(shù)據(jù)的輸入/輸出操作和硬件設(shè)備的配置功能。3.系統(tǒng)軟件層系統(tǒng)軟件層由實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)(Real-timeOperationSystem)、文件系統(tǒng)、圖形用戶接口(GraphicUserInterface)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及通用組件模塊組成。實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)是嵌入式應(yīng)用軟件的基礎(chǔ)和開發(fā)平臺(tái)。4.應(yīng)用軟件層應(yīng)用軟件是針對(duì)特定實(shí)際需求領(lǐng)域,由開發(fā)者自己編寫完成用戶預(yù)期目標(biāo)的軟件。嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用及其產(chǎn)品應(yīng)用一:(19世紀(jì)60年代)第一個(gè)被大家認(rèn)可的現(xiàn)代嵌入式系統(tǒng)是麻省理工學(xué)院儀器研究室的查爾斯?斯塔克?德雷珀開發(fā)的阿波羅導(dǎo)航計(jì)算機(jī)。在兩次月球飛行中他們?cè)谔振{駛艙和月球登陸艙都是用了這種慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。以下是近五年的發(fā)展:應(yīng)用二:（2008年6月）國(guó)產(chǎn)新型ATM自動(dòng)柜員機(jī)PZ720工作原理圖與實(shí)際外觀圖2008年6月14日,長(zhǎng)城信息產(chǎn)業(yè)及其子公司湖南長(zhǎng)城信息金融設(shè)備有限責(zé)任公司研制完成了GWIPZ650/720兩款自動(dòng)柜員機(jī)。PZ650/720實(shí)現(xiàn)了多級(jí)密鑰管理、交易確認(rèn)控制、安全防范、全程視頻監(jiān)控等安全功能。其軟件采用分層次模塊化整體設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了設(shè)備層軟件的可卸載插件,保證了對(duì)不同設(shè)備部件的快速支持。該產(chǎn)品通過免拆式在線版本升級(jí)、一鍵關(guān)機(jī)控制、機(jī)內(nèi)外設(shè)備狀態(tài)實(shí)時(shí)指示、傳感器實(shí)時(shí)狀態(tài)檢測(cè)等方法,提高了自動(dòng)柜員機(jī)易用性和可維護(hù)性。特色分析(個(gè)人觀點(diǎn))：我們可以看到,它的關(guān)鍵技術(shù)還是在于它的軟件系統(tǒng),實(shí)際上它采用的就是較為先進(jìn)的嵌入式系統(tǒng),這種為銀行業(yè)務(wù)服務(wù)的嵌入式系統(tǒng)的針對(duì)性很強(qiáng),而且可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程對(duì)其源代碼的控制,所以可以實(shí)現(xiàn)免拆在線升級(jí),也為客戶節(jié)省了一大筆維護(hù)費(fèi)用,同時(shí)它的可靠性也是非常好的,這很好的滿足了銀行業(yè)這種有極高安全需求的行業(yè)。而且與同時(shí)期國(guó)內(nèi)產(chǎn)品相比節(jié)省了大量人工手動(dòng)維護(hù)費(fèi)用,使用時(shí)間大大延長(zhǎng),執(zhí)行速度更快且能夠更新。應(yīng)用三:(2008年12月)Linux2.6.28的正式發(fā)布Linux2.6內(nèi)核配置界面Linux2.6用戶操作界面嵌入式Linux與其他嵌入式操作系統(tǒng)的比較如下:1.更加成熟與穩(wěn)定2.精簡(jiǎn)的內(nèi)核,最小的安裝只需要2MB。與其同年代的Windowsvista為14GB左右,Unix約為690MB。而目前Windows7也為2.4GB[32位]。3.適用于不同的CPU,兼容性好,支持多種體系結(jié)構(gòu),如X86、ARM、MIPS、ALPHA,SPARC等。而與其同年份的windowsvista即使用奔騰D915處理器和AM2雙核3600+處理器在內(nèi)的眾多在當(dāng)時(shí)中等偏下水平雙核處理器運(yùn)行仍不太流暢。4.提供嵌入式瀏覽器、郵件程序、MP3播放器、MPEG播放器等應(yīng)用程序。5.嵌入式應(yīng)用有用戶定制的特點(diǎn),硬件設(shè)計(jì)都針對(duì)特定應(yīng)用開發(fā),可提供圖形化的定制和配置工具。這一點(diǎn)windows不具備6.支持大量的周邊硬件設(shè)備,驅(qū)動(dòng)豐富。7.針對(duì)嵌入人式的存儲(chǔ)方案,提供最新產(chǎn)品版本和完善的嵌入式解決方案。8.開放源碼,豐富的軟件資源,廣泛的軟件開發(fā)者的支持,價(jià)格低廉,結(jié)構(gòu)靈活,適用面廣。而windows源代碼不開放,為黑箱狀態(tài),且同一年的正版windowsvista官方最低價(jià)也要2060元。9.此外,此版本擁有可搶占內(nèi)核功能,極大地增強(qiáng)系統(tǒng)的用戶交互性。應(yīng)用四:（2009年）基于嵌入式系統(tǒng)的AFC車站終端設(shè)備車站售票嵌入式系統(tǒng)(在地鐵內(nèi)的)工作原理圖售票機(jī)實(shí)物圖該種軌道交通自動(dòng)售檢票系統(tǒng)車站終端設(shè)備主要部分是基于國(guó)產(chǎn)實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)ReWorks的自動(dòng)售票機(jī)軟件,針對(duì)自動(dòng)售票機(jī)應(yīng)用需求。軌道交通自動(dòng)售檢票(AutomaticFareCollection,AFC)系統(tǒng)主要由中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、車站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、車站終端設(shè)備和車票組成。該系統(tǒng)也被運(yùn)用在鐵路線上的部分無人售票站,解決了某些條件惡劣站點(diǎn)缺少工作人員的尷尬同時(shí)也代替了高昂的人工成本。個(gè)人特色分析：該系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)仍然是其內(nèi)含有的嵌入式系統(tǒng),該種嵌入式系統(tǒng)針對(duì)交通售票需求,具有易于維護(hù),效率高,多任務(wù)操作,人機(jī)交互性好的特點(diǎn)。那么我個(gè)人認(rèn)為它的特色還是在于它的高效性,這是針對(duì)軌道交通或者說公共交通非常關(guān)鍵的,我們知道在中國(guó)每年春運(yùn)時(shí)售票大廳通常是人滿為患,排很久的隊(duì)買不到票。網(wǎng)上購(gòu)票對(duì)于很多農(nóng)民工是不太現(xiàn)實(shí)的,而且網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)經(jīng)常會(huì)因登陸人數(shù)過多繁忙甚至崩潰,比如鐵路的12306系統(tǒng),如果采用此種自動(dòng)售票系統(tǒng)再?gòu)堎N適當(dāng)操作說明就能夠大大減少排隊(duì)時(shí)間,節(jié)省公共服務(wù)成本。應(yīng)用五:(2010年)XBrust芯片XBurst是北京君正針對(duì)移動(dòng)多媒體便攜產(chǎn)品推出的一種創(chuàng)新的32位嵌入式CPU技術(shù),它重新定義了32位嵌入式微處理器核心的性能、多媒體能力、功耗和尺寸標(biāo)準(zhǔn)。XBurst各種性能指標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于當(dāng)時(shí)工業(yè)界32位CPU內(nèi)核,在同樣工藝下,XBurst運(yùn)算性能提高80％以上,多媒體能力提高100%以上,功耗節(jié)省70%,尺寸節(jié)省50%。XBurst與同時(shí)期產(chǎn)品相比具有以下四個(gè)方面突出優(yōu)點(diǎn):1.高性能:XBurst在0.18微米工藝下可以提供360MHz以上的穩(wěn)定工作頻率,其他工業(yè)界內(nèi)核往往在200MHz以內(nèi)。另外它的主頻可達(dá)1GHz,是A9的1.2倍,而65nm下Contex-A9的時(shí)鐘主頻是800MHz左右,在今天看來Xbrust也不算很落后。2.多媒體性能：SIMD指令對(duì)視頻解碼效率提高100%,編碼效率則提高150%以上。3.超低功耗:XBurst的功耗是工業(yè)界同類產(chǎn)品的25-30%,XBurstCPU內(nèi)核的功耗是同時(shí)期Cortex-A9內(nèi)核的20%。4.超小尺寸:XBurst的的硅片面積較小,也意味著它成本更低。在CPU面積方面,即成本上,君正XBurst的是Cortex-A9的40%。而北京君正也憑借它的Xbrust于2011年與深圳艾諾合作推出世界上第一臺(tái)Android4.0平板電腦,這款新機(jī)型采用了主頻為1GHz的XBurst處理器,搭載了7寸觸摸屏,而售價(jià)居然只有99美元。該機(jī)支持WiFi,提供有USB2.0和HDMI1.3接口,還有microSD卡插槽,內(nèi)置了3D加速芯片VivanteGC860GPU,可以播放1080p全高清動(dòng)畫。如此優(yōu)越的性能卻有如此低的價(jià)格,與它的嵌入式系統(tǒng)Xbrust優(yōu)越的品質(zhì)有巨大關(guān)系。其實(shí)我個(gè)人感覺這款產(chǎn)品特色最主要還是在于嵌入式系統(tǒng)的高效性和良好的實(shí)時(shí)性,再有我們都知道運(yùn)算（處理）能力越高功耗也就越大,但是它如此強(qiáng)大的運(yùn)算能力卻做到只有很低的功耗。應(yīng)用六:因特爾(INTEL)嵌入式系列芯片①2008年7月,英特爾推出最新嵌入式芯片組。英特爾公司推出新嵌入式芯片組SOC(system-on-chip)EP8579集成處理器,它具有1.功耗較低,比同時(shí)期AMD的Barcelona(功耗約為68-95W)功耗更低。2.具備自定義功能,能有效的支持嵌入式語音,在存儲(chǔ)和安全等領(lǐng)域能得到廣泛應(yīng)用。而AMD的Barcelona則不具備這些功能。而也要指出的是Barcelona的先進(jìn)之處在于其是一款主頻可達(dá)1.9-2.0GHz的真正意義上的四核處理器。②2012年7月,Intel正式發(fā)布了兩款嵌入式IvyBridge處理器Corei3-3120ME與i3-3217UE。對(duì)于嵌入式版本的第三代Corei系列處理器,Intel先后推出了"標(biāo)準(zhǔn)版四核心Corei7.低壓版雙核心Corei7.標(biāo)準(zhǔn)版四核心Corei5"如今迎來了Corei3系列,至此基本完成了新一代的布局。而INTEL也憑借著新款嵌入式處理器與新款四核處理器牢牢霸占近70%的市場(chǎng)份額,第二大份額是AMD基本占據(jù)剩余份額。Corei3-3120ME和Corei3-3217UE都為為雙核四線程型號(hào)。具有以下顯著特點(diǎn):1.主頻與三級(jí)緩存性能優(yōu)良。前者主頻2.4GHz,后者主頻為1.6GHz,三級(jí)緩存為3MB,比AMD的三級(jí)緩存高出1MB。2.能耗低。前者刪除了PCI-E3.0、IntelInsider、WiDi、Anti-Theft、MyWi-Fi、4GWiMAX、VT-i等多項(xiàng)技術(shù),后者多了一項(xiàng)MyWi-Fi,但又去掉了ClearVideoforMID。因此前者熱設(shè)