【ARM9嵌入式系统硬件设计指南】嵌入式系统

【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。