【ARM9嵌入式系统硬件设计指南】嵌入式系统
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【ARM9嵌入式系统硬件设计指南】嵌入式系统
摘要
ZLG致远电子十余年的嵌入式硬件设计秘笈首度公开!本章节将从嵌入式系统的特点、相关技术及技术前沿带您走进嵌入式系统的世界!
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第1章嵌入式系统概述
1.1 嵌入式系统
嵌入式计算机系统的出现,是现代计算机发展史上的里程碑。
嵌入式系统诞生于微型计算机时代,与通用计算机的发展道路完全不同,形成了独立的单芯片的技术发展道路。
由于嵌入式系统的诞生,现代计算机领域中出现了通用计算机与嵌入式计算机的两大分支。
通用计算机按照高速、海量的技术发展;嵌入式计算机系统则为满足对象嵌入式智能化控制要求发展。
不可兼顾的技术发展道路,造成了两大分支的相对独立。
经独立的分工发展,20世纪末,现代计算机的两大分支都得到了迅猛的发展。
经过十几年的发展,嵌入式系统已经在很大程度改变了人们的生活、工作和娱乐方式,而且这些改变还在加速。
嵌入式系统具有无数的种类,每种都具有自己独特的结构和功能。
例如,MP3、数码相机与打印机就有很大的不同。
1.1.1 现实中的嵌入式系统
嵌入式系统多“嵌入”在产品内部,即使不可见,但几乎无处不在。
嵌入式系统在很多产业中得到了广泛的应用并逐步改变着这些产业,包括工业自动化、国防、运输和航天领域。
例如神舟飞船和长征火箭中有很多嵌入式系统,导弹的制导系统也是嵌入式系统,高档汽车中也有多达几十个嵌入式系统。
在日常生活中,人们使用各种嵌入式系统,但未必知道它们。
图1 1就是一些生活中比较常见的嵌入式系统。
事实上,几乎所有带有一点“智能”的家电(全自动洗衣机、电脑电饭煲……)都是嵌入式系统。
嵌入式系统广泛的适应能力和多样性,使得视听、工作场所甚至健身设备中到处都有嵌入式系统。
图1-1 常见的嵌入式系统应用实例
1.1.2 嵌入式系统的定义特点
嵌入式系统诞生于微型计算机,是嵌入到对象体系中,实现对象智能化的微型计算机。
由于通用计算机无法满足绝大多数对象体在体积、价位及可靠性等方面的要求,因此,嵌入式系统迅速走上了独立发展的单片机道路。
首先是将计算机芯片化集成为单片微型计算机(SCMP),其后,为满足对象体系的应用要求,单片机不断从单片微型计算机向微控制器(MCU)与片上系统(SoC)发展。
但无论怎样发展变化,都改变不了“微计算机”、“嵌入到对象体系中”、“满足对象智能化控制要求”的技术本质。
因此,我们可以将嵌入式系统定义成:“嵌入到对象体系中的专用计算机应用系统”。
随着网络、通信时代的到来,不少嵌入式系统形成了一些独立的应用产品,如手机、PDA、MP3、数码伴侣等,这些产品没有像电视机、电冰箱、空调、洗衣机、汽车等那样明显的嵌入对象,这时嵌入式系统定义中的“嵌入到对象体系中”含义,可以广义地理解成“內嵌有计算机”的含义。
1. 嵌入式系统的特点
按照嵌入式系统的定义,嵌入式系统有3个基本特点,即“嵌入性”、“专用性”与“计算机”。
“嵌入性”由早期微型机时代的嵌入式计算机应用而来,专指计算机嵌入到对象体系中,实现对象体系的智能控制。
当嵌入式系统变成一个独立应用产品时,可将嵌入性理解为内部嵌有微处理器或计算机。
“计算机”是对象系统智能化控制的根本保证。
随着单片机向MCU、SoC发展,片内计算机外围电路、接口电路、控制单元日益增多,“专用计算机系统”演变成为“内含微处理器”的现代电子系统。
与传统的电子系统相比较,现代电子系统由于内含微处理器,能实现对象系统的计算机智能化控制能力。
“专用性”是指在满足对象控制要求及环境要求下的软硬件裁剪性。
嵌入式系统的软、硬件配置必须依据嵌入对象的要求,设计成专用的嵌入式应用系统。
2. 嵌入式系统的相关技术
嵌入式系统应是计算机的一个重要分支。
但是,作为一个重要的计算机工具,有不断完善的基础技术与在各个领域中的应用技术,并且依靠着多学科,如计算机学科、电子技术学科、微电子学科、集成电路设计等的交叉与综合。
1.1.3 嵌入式系统的技术前沿
目前,无论是嵌入式系统基础器件、开发手段,还是应用对象,都有了很大变化。
无论是从事8位、16位、32位的嵌入式系统应用,都应该了解嵌入式系统的技术前沿。
这些技术前沿体现了嵌入式系统应用的一些基本观念,它们是:基于集成开发环境的应用开发、应用系统的用户SoC设计、操作系统的普遍应用、普遍的网络接入、先进的电源技术以及多处理器SoC技术。
早在1990年之前,嵌入式系统通常是很简单的且具有很长的产品生命周期的自主设备。
近些年来,嵌入式工业经历了巨大的变革。
产品市场窗口现在预计翻番的周期狂热到6~9个月;
全球重新定义市场的机会和膨胀的应用空间;
互联网现在是一个刚性需求而不是辅助性的,包括用有线和无线技术;
基于电子的产品更复杂化;
互联嵌入式系统产生新的依赖网络基础设施的应用;
微处理器的处理能力按莫尔定律(Moore’s L aw)预计的速度在增加。
该定律认为集成电路和晶体管个数每18个月翻一番。
如果说过去的趋势能指明未来,那么随着技术的革新,嵌入式软件将继续增加新的应用,并产生更加灵巧的产品种类。
根据人们对于自身虚拟运行设备的消费要求增加而不断壮大的市场,以及由Internet创造的无限的机会,嵌入式系统将不断地重新塑造未来的世界。