浅谈嵌入式计算

计算机概论课论文

浅谈嵌入式计算

摘要：本文综述了嵌入式系统的概念、构成、特点及优点，嵌入式系统的应用，并论述了大数据时代下嵌入式系统的发展趋势

与面临的新挑战。

关键词：嵌入式计算嵌入式系统定义应用模式应用实例嵌入式系统可信平台模块移动数据库

0.引言

伴随着时代的进步，计算机以及计算机技术已经大量的运用到我们的生活之中，各行各业对于计算机的计算以及处理能力也有了更高的要求，随之而来的就是现代计算机的技术革新，而大量广泛使用的嵌入式计算机便是其中的一种。

科学技术的高速发展，便捷高效也显得越来越为重要，对于设备的要求而言，使用者们逐渐倾向于外型美观、操作简便、使用价值高、实时性更高的发展方向，嵌入式系统应运而生。作为嵌入式计算的核心，嵌入式系统的研发以及改进也越发显得重要。

随着以计算机和软件为核心的数字化技术的迅速发展，多媒体技术与互联网的应用迅速普及。计算机﹑通讯﹑消费电子一体化的趋势日趋明显。作为新型智能3C 合一的嵌入式系统与技术进入智能化﹑网络化的发展阶段。目前, 嵌入式系统在工业、农业、家庭等各个领域中的应用已越来越广。嵌入式系统具有非常广阔的应用领域，是现代计算机技术改造传统产业、提升许多领域技术水平的有力工具。

但随着后PC时代的来领，一个属于“大数据”的时代局面已经打开，这也就意味着嵌入式计算面临的新的挑战，我们需要新的解决方案来应对这一趋势，并在科技发展的大潮流之中推广并提升嵌入式计算。

1.嵌入式系统的基本概念

1.1.嵌入式系统的定义

IEEE 曾经对嵌入式系统的定义是“用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置”，这主要是从应用对象上加以定义，涵盖了软硬件及辅助机械设备。目前国内普遍认同的嵌入式系统的定义是“嵌入式系统是将计算机嵌入某个应用系统内的一种计算机体系结构形式”，简单来说，嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件能灵活变化以适应所嵌入的应用系统，对功能、可靠性、成本、体积、功耗等有严格要求的专用计算机系统。

嵌入式系统定义的诞生，是为了区别原有的通用计算机系统，给在微型机时代诞生的“把嵌入到对象体系中、实现对象体系智能化控制”的计算机所下的一个定义。

计算机在其诞生的30年的发展历程中，一直作为庞大而昂贵的设备，直到超大规模集成电路技术的出现和发展时期，以微处理器为核心的微型计算机出现之后，才使计算机有了历史性的转变。以小型、廉价、可靠性高而著称的微型计算机引起了计算机业内人士的高度兴趣，他们要求把这种微型机嵌入到一个对象体系之中，实现智能化控制。这样一来，所形成的能够实现智能化控制的计算机便有别于普遍意义上的通用计算机，为了进行区分，便将这种新型计算机体系形式命名为“嵌入式系统”。

嵌入式系统的嵌入性本质是将一个计算机嵌入到一个对象体系中去。由于嵌入式系统要嵌入到对象体系中，实现的是对象的智能化控制，因此，它有着与通用计算机系统完全不同的技术要求与技术发展方向，它是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术和各行业的具体运用相结合的产物。

1.2.嵌入式系统的构成

嵌入式系统主要由负责计算的核心部分（即嵌入式计算）以及其他外部设备构成。外部设备通常是嵌入式计算机需要控制和管理的对象，在具体的应用中有千变万化的组合，在此不做多余介绍，本文主要介绍的是嵌入式计算

模块的构成。

1.2.1 嵌入式硬件

(1)嵌入式处理器

嵌入式微处理器是嵌入式系统的核心组成部分，其作用相当于系统的大脑，目前常用的嵌入式微处理器包括通用微处理器/微控处理器(MPU/MCU)、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)和可编程逻辑门阵列(FPGA)等。

由于嵌入式设备的处理器必须高度紧凑、低功耗、低成本，针对每一类应用来说，开发者对处理器选择都是多种多样的，设计者在选择处理器是要考虑的主要因素如下：

∙调查市场上已有的CPU供应商

∙处理器的处理速度

∙处理器的功耗

∙技术指标

∙处理器的支持工具

∙处理器供应商是否提供评估板

(2)存储器

存储器是构成嵌入式系统硬件的重要组成部分，它主要用于存储程序指令、数据以及其他重要的系统配置细节，是嵌入式计算机系统中的记忆设备。在嵌入式系统中使用的存储器可以是内部存储器，如随机存储单元RAM、只读存储单元ROM等，也可以是外部存储器，如闪存Flash Memory、硬盘等。

(3)输入/输出设备

输入/输出设备常用于系统与外界交互，一个嵌入式应用系统要实现它的功能，必须与外界对象进行沟通，当外界环境或者变量发生变化时，连接到嵌入式系统的传感器就能够感知检测这种变化，然后根据相应计算策略修改或控制变量并执行预定的操作。

1.2.2 嵌入式软件

为了配合嵌入式硬件，并且达到应用时对于设备的需求，嵌入式软件应运而生。一般来说嵌入式系统的软件采取两种形式，一种是不需要操作系统的应用软件，另一种是以嵌入式操作系统为主的系统软件。应用软件是指用于实现嵌入式系统所需特定功能的程序，是嵌入式系统针对特定的实际专业领域、基于相应的嵌入式硬件平台、并能完成用户预期任务的计算机软件；嵌入式操作系统在高要求下，能够合理利用系统有限资源、实现对系统众多任务有效调度的。随着嵌入式系统复杂程度的提高，嵌入式操作系统已经成为嵌入式系统中最重要的组成部分，应用软件也都建立在其基础之上。

2.嵌入式系统的特点

1.可裁剪性。支持开放性和可伸缩性的体系结构。

2.强实时性，需要对外部事件迅速作出反应的能力。嵌入式操作系统实时性一般较强，可用于各种设备控制中。

3.强稳定性，弱交互性。嵌入式系统和具体应用有机地结合在一起，它的升级换代也是和具体产品同步进行，因

此嵌入式系统产品一旦进入市场，具有较长的生命周期，嵌入式系统一旦开始运行就不需要用户过多的干预，大多需要长期连续运行，这就要负责系统管理的嵌入式操作系统具有较强的稳定性和较高的可靠性；嵌入式操作系统的用户接口一般不提供操作命令，它通过系统的调用命令向用户程序提供服务。

4.操作方便、简单、提供友好的图形GUI和图形界面，追求易学易用。

3.嵌入式系统的应用

3.1嵌入式系统的应用模式