嵌入式系统综述课程设计

嵌入式系统综述课程设计
课程设计
题目：嵌入式系统综述
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电子与信息工程学院
信息与通信工程系
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目录 (3)
摘要 (4)
关键词 (4)
1. 嵌入式系统的当代背景 (4)
2. 嵌入式系统的发展 (5)
2.1始于微型机时代的嵌入式应用 (5)
2.2现代计算机技术的两大分支 (5)
2.3 两大分支发展的里程碑事件 (6)
3. 嵌入式系统的特点 (6)
3.1嵌入式系统的特点 (6)
3.2 ARM9嵌入式系统的特点 (7)
4. 嵌入式系统的发展趋势、分类及问题 (7)
4.1嵌入式系统的发展趋势 (7)
4.2嵌入式系统的分类 (8)
4.3嵌入式系统的设计与制作过程中突出的问题 (9)
5. ARM9嵌入式系统相关技术概述 (9)
6. 总结 (10)
7. 参考文献 (10)
嵌入式系统综述
摘要：嵌入式系统诞生于微型机时代，本文从嵌入式系统的发展历史、嵌入式系统市场和技术发展的变化着手，通过分析当前典型的嵌入式系统的特点，探讨嵌入式系统的发展趋势。

关键词：嵌入式；特点；发展
1. 嵌入式系统的当代背景
在信息技术和网络技术高速发展的后PC（Post—PC）时代，嵌入式系统已经广泛地渗透到科学研究、工程设计、军事技术、各类产业和商业文化艺术以及人们的日常生活等方方面面。

嵌入式技术越来越和人们的生活紧密结合，成为最热门的技术之一[1]。

在嵌入式产品日渐普及和迅速发展的背景下，掌握嵌入式Linux软件技术或者嵌入式硬件设计的开发人员已经成为社会急需。

在当今信息化社会中，嵌入式系统在人们的日常工作和生活中所占的份额，可能已超过传统意义的控制系统，这就是为什么我们的学生感到学的没有用，而有用的又没有学的原因。

在嵌入式系统及开发环境方面，目前仍有许多问题尚在研究发展之中，如嵌入式系统的硬件软件协同设计方法；面向多目标，多任务的微内核嵌入式操作系统；分布嵌入式系统的实时性问题，分布式计算，分布式信息交互与综合处理；以及嵌入式系统的多目标交叉编译和交叉调试工具的研究等。

作为全球信息产业高速增长的热点之一, 在我国嵌入式系统市场同样得到快速发展, 围绕嵌入式系统展开的研究和开发也就成为计算机软硬件技术发展的最活跃的方向之一。

嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术、电子技术与各个行业的具体应用相结合后的产物, 他是硬件与软件是紧密捆绑在一起的系统, 这一特点就决定了他必然是一个技术密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。

业界迫切需要具备多领域相关知识和掌握独特设计方法学的专门人才。

然而, 在信息技术发达的国家, 嵌入式系统技术和人才的
培养都是一个新的问题, 在我国更是如此, 嵌入式系统的人才培养远远落后, 造成现在
大量的嵌入式系统开发人才的紧缺。

2. 嵌入式系统的发展
2.1始于微型机时代的嵌入式应用
电子数字计算机诞生于1946年，在其后漫长的历史进程中，计算机始终是供养在特殊的机房中，实现数值计算的大型昂贵设备。

直到20世纪70年代，微处理器的出现，计算机才出现了历史性的变化。

以微处理器为核心的微型计算机以其小型、价廉、高可靠性等特点，迅速走出机房；基于高速数值解算能力的微型机，表现出的智能化水平引起了控制专业人士的兴趣，要求将微型机嵌入到一个对象体系中，实现对象体系的智能化控制。

例如，将微型计算机经电气加固、机械加固，并配置各种外围接口电路，安装到大型舰船中构成自动驾驶仪或轮机状态监测系统。

这样一来，计算机便失去了原来的形态与通用的计算机功能。

为了区别于原有的通用计算机系统，把嵌入到对象体系中，实现对象体系智能化控制的计算机，称作嵌入式计算机系统。

因此，嵌入式系统诞生于微型机时代，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，这些是理解嵌入式系统的基本出发点。

2.2现代计算机技术的两大分支
由于嵌入式计算机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。

通用计算机系统的技术要求是高速、海量的数值计算；技术发展方向是总线速度的无限提升，存储容量的无限扩大。

而嵌入式计算机系统的技术要求则是对象的智能化控制能力；技术发展方向是与对象系统密切相关的嵌入性能、控制能力与控制的可靠性。

早期，人们勉为其难地将通用计算机系统进行改装，在大型设备中实现嵌入式应用。

然而，对于众多的对象系统（如家用电器、仪器仪表、工控单元……），无法嵌入通用计算机系统，况且嵌入式系统与通用计算机系统的技术发展方向完全不同，因此，必须独立地发展通用计算机系统与嵌入式计算机系统，这就形成了现代计算机技术发展的两大分
支。

如果说微型机的出现，使计算机进入到现代计算机发展阶段，那么嵌入式计算机系统的诞生，则标志了计算机进入了通用计算机系统与嵌入式计算机系统两大分支并行发展时代，从而导致20世纪末，计算机的高速发展时期。

2.3 两大分支发展的里程碑事件
通用计算机系统与嵌入式计算机系统的专业化分工发展，导致20世纪末、21世纪初，计算机技术的飞速发展。

计算机专业领域集中精力发展通用计算机系统的软、硬件技术，不必兼顾嵌入式应用要求，通用微处理器迅速从286、386、486到奔腾系列；操作系统则迅速扩张计算机基于高速海量的数据文件处理能力，使通用计算机系统进入到尽善尽美阶段。

嵌入式计算机系统则走上了一条完全不同的道路，这条独立发展的道路就是单芯片化道路。

它动员了原有的传统电子系统领域的厂家与专业人士，接过起源于计算机领域的嵌入式系统，承担起发展与普及嵌入式系统的历史任务，迅速地将传统的电子系统发展到智能化的现代电子系统时代。

因此，现代计算机技术发展的两大分支的里程碑意义在于：它不仅形成了计算机发展的专业化分工，而且将发展计算机技术的任务扩展到传统的电子系统领域，使计算机成为进入人类社会全面智能化时代的有力工具。

3.嵌入式系统的特点
3.1嵌入式系统的特点
嵌入式系统可以称为后PC时代和后网络时代的新秀。

与传统的通用计算机、数字产品相比，利用嵌入式技术的产品有其自身的特点：
1、由于嵌入式系统采用的是微处理器，独立的操作系统，实现相对单一的功能，所以往往不需要大量的外围器件，因而在体积上，功耗上有其自身的优势。

2、嵌入式系统由于空间和各种资源相对不足，硬件和软件都必须高效率地设计，力争在同样的硅片面积上实现更高的性能。

3、嵌入式系统为了提高执行速度和系统可靠性，嵌入式系统中的软件一般都固化在存储器芯片或单片机本身中，而不是存贮于磁盘等载体中。

4、为适应嵌入式分布处理结构和应用上网的需求，嵌入式系统要求配备一种或多种标准的网络通信接口。

3.2 ARM9嵌入式系统的特点
ARM9嵌入式系统主控制处理器采用三星公司0.13微米工艺设计的S3C2440A芯片，该CPU为5级流水线设计，指令缓存和数据缓存均为16Kbyte的ARM920T，系统的主频为400MHz，最高时可达533MHz，前端总线频率100MHz。

；内存采用具有32bit Bus Width，前端总线频率100MHz，最高可达133Mhz，64Mbyte的SDRAM；FLASH用64Mbyte的Nand Flash和8Mbyte Nor Flash。

人们可以通过采用核心板加扩展板的模式，使得开发成本低、性能优良、抗干扰能力强。

并且通过扩展板扩展有多种硬件接口，如：TV和VGA显示功能，带触摸功能的液晶屏接口，网络接口，音频接口，USB接口，JTAG以及多种存储设备接口。

4. 嵌入式系统的发展趋势、分类及问题
4.1嵌入式系统的发展趋势
1971年，Intel公司推出了有史以来第一颗微处理器4004，嵌入式系统的概念也随之出现，而此时的嵌入式系统大多都不采用操作系统，它们只是为了实现某个控制功能，使用一个简单的循环控制对外界的请求进行处理，是计算机的一种应用形式。

以信息家电为代表的互联网时代嵌入式产品，为嵌入式市场展现了美好前景，同时也对嵌入式系统技术，特别是软件技术提出了新的挑战。

这主要包括：支持日益更新的功能、灵活的网络联接、轻便的移动应用和多媒体信息处理，此外，还需应付更加激烈的市场竞争。

到目前为止，商业化嵌入式系统的发展主要受到用户对嵌入式系统的功能需求、硬件资源以及嵌入式操作系统自身灵活性的制约。

在市场和技术进步的双重推动下，嵌入式系统技术未来的发展，将呈现出以下几点趋势：
1、联网成为必然趋势：为适应嵌入式分布处理结构和应用上网需求，面向21世纪的嵌入式系统要求配备标准的一种或多种网络通信接口。

新一代嵌入式设备还需具备
IEEE1394、USB、CAN、Bluetooth或IrDA通信接口。

2、小尺寸、微功耗和低成本：为满足这种特性，要求嵌入式产品设计者相应降低处理器的性能，限制内存容量和复用接口芯片, 这就相应提高了对嵌入式软件设计技术要求。

3、提供精巧的多媒体人机界面：嵌入式设备之所以为亿万用户乐于接受，重要因素之一是它们与使用者之间的亲和力，自然的人机交互界面。

4、“无所不在的智能”（Ambient Intelligence，AmI）：无所不在的“智能”是嵌入式系统应用的高级境界，它是指一种嵌入了多种感知和计算设备，并根据上下文识别人的身体姿态、手势、语音等，进而判断出人的意图，并做出相应反映的具有适应性的数字环境，它通过智能的、用户定制的内部互联系统和服务制造理想的氛围，完成理想的功能，从而有效提高人们的工作和生活质量。

AmI的关键技术基础是“无所不在的计算（Ubiquitous Computing）”，“无所不在的计算” 指的就是，“无论何时何地，任何人需要，就可以通过某种设备访问到所需的信息”。

从计算技术的角度来看，可以认为存在一个巨大的分布式网络，这个网络由围绕在用户周围的成千上万个嵌入式系统互连而成，用来满足其在信息、通讯、出行和娱乐等方面的需求。

信息化社会的建设对嵌入式系统市场提出巨大需求，目前微处理器微控制器年产量几亿到10多亿片，远远大于个人通用台式计算机，嵌入式计算机必将是信息产业新的经济增长点。

4.2嵌入式系统的分类
嵌入式系统被定义为以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。

嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术和各个行业的具体应用相结合后的产物, 这一点就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。

目前嵌入式系统除了部分为32 位处理器外, 大量存在的是8 位和16 位的嵌入式微
控制器(MCU) , 嵌入式系统是计算机应用的另一种形态, 正如前所述它与通用计算机应用不同，嵌入式计算机是以嵌入式系统的形式隐藏在各种装置、产品和系统之中的一种软硬
件高度专业化的特定计算机系统。

目前根据其发展现状, 嵌入式计算机可以分成下面几类:
(1) 嵌入式微处理器(Embedded MicroprocessorUnit , EMPU)
(2) 嵌入式微控制器(Microcontroller Unit , MCU)
(3) 嵌入式DSP 处理器( Embedded Digital SignalProcessor , EDSP)
(4) 嵌入式片上系统(System On Chip)
4.3嵌入式系统的设计与制作过程中突出的问题
嵌入式系统是软硬件结合的系统，其硬件开发平台对嵌入式软件的开发起着至关重要的作用。

传统的开发板不仅成本高、开发周期长、软件开发难度较大，而且采用的大屏幕LCD显示屏价格昂贵而且不容易控制；在制板方式上，用双层或4层板，存在面积大且性能不稳定，抗干扰能力差等缺陷。

采用核心板和扩展板组合，一方面可以减小整个系统的面积，改善系统的稳定性与抗干扰能力；另一方面还可以使用核心板进行二次项目开发。

在显示方式上，可以直接用现有的电视机或电脑显示器显示，其一，可以节约购买大屏幕LCD显示屏的大笔费用开支；其二，可以方便对系统的调试和产品的开发，缩减开发周期；其三，可以降低整个系统板因使用大屏幕LCD显示屏而产生的的功耗。

在电路板设计制作方面，采用6层板设计可以很容易实现数据和信号线的等长布线，而且布线距离和开发板面积大为缩减，极大的改善了工作在400MHz主频下系统的抗干扰能力及其稳定性。

5. ARM9嵌入式系统相关技术概述
ARM是Advanced RISC Machines的缩写，既可以认为是一个公司的名字，也可以认为是对一类微处理器的通称，还可以认为是一种技术的名字[2]。

1991年ARM公司成立于英国剑桥，本身不直接从事芯片生产，主要出售芯片设计技术的授权半导体生产商从ARM公司购买其设计的ARM微处理器核，根据各自不同的应用领域，加入适当的外围电路，从而形成自己的ARM微处理器芯片进入市场。

目前，基于ARM技术的微处理器应用约占据了32位RISC微处理器75%以上的市场份额，ARM技术正在逐步渗入到我们生活的各个方面。

而ARM9则是英国ARM公司设计的主流嵌入式处理器的一个系列，主要包括ARM9TDMI
和ARM9E-S等系列微处理器。

6. 总结
在信息技术和网络技术高速发展的时代，嵌入式系统已经广泛地渗透到科学研究、工程设计、军事技术、各类产业和商业文化艺术以及人们的日常生活等方方面面。

嵌入式技术越来越和人们的生活紧密结合，成为最热门的技术之一。

在嵌入式产品日渐普及和迅速发展的背景下，掌握嵌入式Linux软件技术或者嵌入式硬件设计的开发人员已经成为社会急需。

目前国内用于教学的嵌入式系统实验系统，学生只能在此平台上进行一些应用软件开发实验。

这些对于电子及相关专业的学生来说, 一方面他们得不到软件设计能力的锻炼, 另一方面不能很好地了解硬件知识, 不便于培养学生的创新能力, 最终不能很好适应嵌
入式系统开发的要求。

另一方面，学习嵌入式者不具备购买或者开发嵌入式实验系统的条件。

嵌入式系统是以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。

嵌入式控制器因其体积小、可靠性高、功能强、灵活方便等许多优点, 其应用已深入到工业、农业、教育、国防、科研以及日常生活等各个领域, 对各行各业的技术改造、产品更新换代、加速自动化化进程、提高生产率等方面起到了极其重要的推动作用。

7. 参考文献
[1] 张大波，吴迪.嵌入式系统原理、设计与应用[M].北京：机械工业出版社，2005.
[2] 陈赜，汪成义，钟小磊. 嵌入式技术原理与应用[M].北京：北京航空航天大学出版社，2011.。