对嵌入式系统的初步认识知识讲解

对嵌入式系统的初步

认识

《嵌入式系统》课程论文题目：对嵌入式系统的初步认识

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对嵌入式系统的初步认识

电子技术、计算机技术和网络技术的飞速发展，极大的影响了人们的日常生活，甚至改变了人们的生活模式。人们到处可以见到电子设备的存在，而几乎所有的电子设备中都包含着嵌入式系统。小到电子手表、电子体温计、翻译机等，大到冷气机、电冰箱、电视机，甚至是路上红绿灯的控制器、战斗机中的飞控系统、自动导航设备、汽车中控制燃油、汽车雷达、ABS等的微计算机系统，到医院中的医疗器材、工厂中的自动机械等，这一系列蕴含着科血技术含量的的嵌入式应用都给人们的生活带来了便捷。

在接触嵌入式系统开发与应用这门课程之前，我之前是有接触过一些关于嵌入式方面的知识的，并且通过了嵌入式三级等级考试，对这方面的知识也比较感兴趣，下面就简单谈谈我对嵌入式的认识。

嵌入式系统一般指非PC系统，它包括硬件和软件两部分。硬件包括处理器／微处理器、存储器及外设器件和I／O端口、图形控制器等。软件部分包括操作系统软件（OS）（要求实时和多任务操作）和应用程序编程。有时设计人员把这两种软件组合在一起。应用程序控制着系统的运作和行为；而操作系统控制着应用程序编程与硬件的交互作用。

嵌入式系统的核心是嵌入式微处理器，一般就具备以下4个特点：

1）对实时多任务有很强的支持能力，能完成多任务并且有较短的中断响应时间，从而使内部的代码和实时内核心的执行时间减少到最低限度。

2）具有功能很强的存储区保护功能。这是由于嵌入式系统的软件结构已模块化，而为了避免在软件模块之间出现错误的交叉作用，需要设计强大的存储区保护功能，同时也有利于软件诊断。

3）可扩展的处理器结构，以能最迅速地开展出满足应用的最高性能的嵌入式微处理器。4）嵌入式微处理器必须功耗很低，尤其是用于便携式的无线及移动的计算和通信设备中靠电池供电的嵌入式系统更是如此，如需要功耗只有mW甚至μW级。

由于嵌入式系统是针对特定用途、应用于特定环境下，所以它不同于通用计算机系统。同样是计算机系统，嵌入式系统是针对特定应用而设计的“专用系统”。它的硬件和软件都必须高效率的设计，量体裁衣，去除冗余，力争在较少的资源上实现更高的性能。

提到嵌入式系统，自然离不开ARM技术。ARM是微处理器行业的一家知名企业，设计了大量高性能、廉价、耗能低的RISC处理器、相关技术及软件。技术具有性能高、成本低

和能耗省的特点。适用于多种领域，比如嵌入控制、消费/教育类多媒体、DSP和移动式应

用等。 ARM将其技术授权给世界上许多著名的半导体、软件和OEM厂商，每个厂商得到的

都是一套独一无二的ARM相关技术及服务。利用这种合伙关系，ARM很快成为许多全球性RISC标准的缔造者。目前，总共有30家半导体公司与ARM签订了硬件技术使用许可协

议，其中包括Intel、IBM、LG半导体、NEC、SONY、菲利浦和国民半导体这样的大公司。

至于软件系统的合伙人，则包括微软、升阳和MRI等一系列知名公司。ARM架构是面向低

预算市场设计的第一款RISC微处理器。

ARM提供一系列内核、体系扩展、微处理器和系统芯片方案。由于所有产品均采用一

个通用的软件体系，所以相同的软件可在所有产品中运行。ARM7TDMI内核中一共包括37

个通用寄存器，这个与传统的CISC机器有非常大的区别，当然这也是ARM作为RISC处理

器的一个非常重要的特征，寄存器多了就可以尽量减少对存储器的访问（比如传参，比如

临时变量等等）。虽然在一个CPU状态下，我们能够看到的寄存器只有最多18个（r0~r15, CPSR,SPSR）,但是ARM的寄存器堆确实较X86或者68K要多了不少。AMR的另外一个特点

是不管在ARM状态还是Thumb状态所有的指令都是等长的，ARM状态下是32位，Thumb状

态下是16位。这一点也是ARM作为RISC机器的一个非常重要的特点。

嵌入式系统从技术上来说，其实并不是一项新技术，从上世纪80年代，英特尔研制出了4004微处理器开始，就应该有嵌入式系统应用了，后来又出现了单片机，嵌入式系统应用就更广了。现在广泛使用的单片机和单板机应该算是老一代的嵌入式系统，他们在控制

方面起到了智能化、程序化的作用。相比老一代的系统，现在的称为新一代的嵌入式系统。新、老一代嵌入式系统的区别在于软件方面有无操作系统支持；另外，新一代嵌入式

系统在集成

度方面也提高很多。这两个方面的发展，使新一代嵌入式系统的应用大大拓展了。

随着微电子技术的不断创新和发展，大规模集成电路的集成度和工艺水平不断提高，

集成电路工业已经生产了大量低成本、高可靠性和高精度的微电子结构模块，推动了一个

全新的技术领域和产业的发展。嵌入式硬件设计采用了“CPU+PLD+模拟器件”的模式，是指

嵌入式系统以中央处理单元(CPU)为基础和中心，外加可编程逻辑器件(PLD)和模拟器件构

成(特别小型的嵌入式设计除外)。CPU主要包括嵌入式微处理器(MPU)和嵌入式微控制器(MCU)，PLD主要包括PAL、GAL、EPLD、CPLD、FPGA等。这种设计模式可以大大简化嵌入

式系统的软硬件，嵌入式系统总体设计的难度得以降低，而系统总体设计的水平却得到提高。

这种结构是由目前集成电路的发展水平和技术现状决定的。集成电路技术的发展促成了这种设计模式的出现，微处理器技术和器件可编程技术给嵌入式系统设计人员带来了巨大的方便，它提供了用软件来改变和实现硬件的功能，适合硬件解决的问题由硬件解决，适合软件解决的问题由软件完成。集成电路技术的发展为这种设计模式的出现提供了全方位支持，计算机硬件平台性能的大幅度提高，高性能的EDA综合开发工具(平台)得到长足发展，为复杂的嵌入式系统设计者提供了不同用途和不同级别集编辑、布局、布线、编译、综合、模拟、测试、验证和器件编程等一体化的集成开发环境。集成电路技术的技术现状决定设计模式不能抛开模拟器件，现阶段模数混合的集成电路很难设计生产，模数和数模转换器等模拟电路还只能采用传统的设计方法。

就我自己而言，对嵌入式系统及ARM的了解少之又少，为了能够更好的掌握关于功能强大的嵌入式系统，希望在以后的学习过程中，通过各种渠道，包括认真听老师的耐心讲解，图书查阅以及和同学积极探讨等，能够对于嵌入式系统的知识有全新的认识，也希望这一学期的能够有很大的收获。

参考文献

1．俞建新//王健//宋健建《嵌入式系统基础教程》机械工业出版社2011

2．李林功、高金辉、谷金宏，IDE与嵌入式系统设计，河南师范大学学报（自然科学版），第31卷第2期，2003

3．吴浩涵、徐志军、徐光辉，基于SOPC技术的嵌入式系统设计，军事通信技术，第27卷第2期，2006

4．刘和平、张国利，论嵌入式系统设计方法，飞行器测控学报，第21卷第1期，2002

5．杨早、邵时，嵌入式系统设计的新思路－SOC，研究与设计，第17卷第2期，2001