嵌入式系統(tǒng)概述及特點

發(fā)布時間：2023-11-03 14:11:02

什么是嵌入式系統(tǒng)？

嵌入式系統(tǒng)（Embedded Systems）是指：“嵌入到對象體系中的、用于執(zhí)行獨立功能的專用計算機系統(tǒng)”。定義為以應(yīng)用為中心，以微電子技術(shù)、控制技術(shù)、計算機技術(shù)和通訊技術(shù)為基礎(chǔ)，強調(diào)硬件軟件的協(xié)同性與整合性，軟件硬件可剪裁的，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗和應(yīng)用環(huán)境有等嚴(yán)格要求的專用計算機系統(tǒng)。

嵌入式系統(tǒng)的嵌入式本質(zhì)就是將一個計算機嵌入到一個對象體系中去。

從廣義上講，凡是帶有微處理器的專用硬件系統(tǒng)都可以稱為嵌入式系統(tǒng)，如各類單片機和 DSP 系統(tǒng)。這些系統(tǒng)在完成較為單一的專業(yè)功能時具有簡潔高效的特點。但他們的軟件的能力有限。

復(fù)雜的嵌入式系統(tǒng)采用嵌入式微處理器，具有自己的操作系統(tǒng)，具有特定功能，用于特定的場合。

嵌入式系統(tǒng)的歷史與發(fā)展

1.始于微型機時代的嵌入式系統(tǒng)

（1）單片機開創(chuàng)了嵌入式系統(tǒng)獨立發(fā)展之路

（2）單片機的技術(shù)發(fā)展史

單片機誕生于 20 世紀(jì) 70 年代末，經(jīng)歷了 SCM(Smart Controller Module )、MCU、SoC 三大階段。

2.現(xiàn)代計算機技術(shù)的兩大分支

通用計算機系統(tǒng)
嵌入式計算機系統(tǒng)

嵌入式系統(tǒng)的分類

根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)，嵌入式系統(tǒng)有不同的分類方法。

（1）嵌入式系統(tǒng)按形態(tài)可分為

設(shè)備級（工控機）
板級（單板、模塊）
芯片級（MCU — Micro Control Unit 、SoC — System onChip ）

因此，有些人把嵌入式處理器當(dāng)作嵌入式系統(tǒng)，但由于嵌入式系統(tǒng)是一個嵌入式計算機系統(tǒng)，因此，只有將嵌入式處理器構(gòu)成一個計算機系統(tǒng)，并作為嵌入式應(yīng)用時，這樣的計算機系統(tǒng)才可稱作嵌入式系統(tǒng)。

（2）按嵌入式微處理器的位數(shù)分類

4 位
8 位
16 位
32 位
64 位…….

其中，4 位、8 位、16 位嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)獲得了大量應(yīng)用，32 位嵌入式系統(tǒng)正成為主流發(fā)展趨勢。而一些高度負責(zé)和要求高速處理的嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)開始使用 64 位嵌入式微處理器。

（3）按軟件實時性需求分類

非實時系統(tǒng)（如 PDA）
軟實時系統(tǒng)（如消費類產(chǎn)品）
硬實時系統(tǒng)（如工業(yè)實時控制系統(tǒng)）

實時系統(tǒng)是一個能夠在指定時間內(nèi)完成系統(tǒng)功能并對外部或內(nèi)部事件做出響應(yīng)的系統(tǒng)；

實時邏輯的正確性不僅依賴于計算結(jié)果的正確性還取決于輸出結(jié)果的時間。

實時系統(tǒng)分類

強實時系統(tǒng), 其系統(tǒng)響應(yīng)時間在毫秒或微秒級。
一般實時系統(tǒng), 其系統(tǒng)響應(yīng)時間在幾秒的數(shù)量級上,其實時性的要求比強實時系統(tǒng)要差一些。
弱實時系統(tǒng), 其系統(tǒng)響應(yīng)時間約為數(shù)十秒或更長。這種系統(tǒng)的響應(yīng)時間可能隨系統(tǒng)負載的輕重而變化。

根據(jù)實時時間的確定性的強弱，可將嵌入式系統(tǒng)分為硬實時、軟實時系統(tǒng)：

硬實時：系統(tǒng)對系統(tǒng)響應(yīng)時間有嚴(yán)格的要求，如果系統(tǒng)響應(yīng)時間不能滿足，就要引起系統(tǒng)崩潰或致命的錯誤。(如工業(yè)現(xiàn)場控制）
軟實時：系統(tǒng)對系統(tǒng)響應(yīng)時間有要求，但是如果系統(tǒng)響應(yīng)時間不能滿足，不會導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)致命的錯誤或崩潰。（如多媒體應(yīng)用系統(tǒng)）

實時系統(tǒng)的特性：

實時性：系統(tǒng)產(chǎn)生的結(jié)果在時間上有嚴(yán)格的要求，只有符合時間要求產(chǎn)生的結(jié)果才是正確的；
并行性：如果系統(tǒng)有多個輸入時，要求系統(tǒng)具有并行處理能力，能同時響應(yīng)多個輸入信號。
可預(yù)測性：結(jié)果產(chǎn)生時間和產(chǎn)生范圍都是可預(yù)測的。
可靠性：即系統(tǒng)的正確性和健壯性。
專用性：不同應(yīng)用的實時系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計上都是不同的。

（3）按嵌入式系統(tǒng)的復(fù)雜程度分類

小型嵌入式系統(tǒng)
中型嵌入式系統(tǒng)
復(fù)雜嵌入式系統(tǒng)

嵌入式系統(tǒng)的特點

嵌入式系統(tǒng)特別強調(diào)“量身定做”的原則，開發(fā)人員往往需要針對某一種特殊用途開發(fā)出一個截然不同的嵌入式系統(tǒng)來，所以我們很難不經(jīng)過“大量”修改而直接將一個嵌入式系統(tǒng)全套用到其他的嵌入式產(chǎn)品上去。

“嵌入性”、“專用性”與“計算機系統(tǒng)”是嵌入式系統(tǒng)的三個基本要素。對象系統(tǒng)則是指嵌入式系統(tǒng)所嵌入的宿主系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)的特點是由三個基本要素衍生出來的。不同的嵌入式系統(tǒng)其特點會有所差異。

與“嵌入性”的相關(guān)特點：由于是嵌入到對象系統(tǒng)中，必須滿足對象系統(tǒng)的環(huán)境要求，如物理環(huán)境（小型）、電氣/環(huán)境（可靠）、成本（價廉）等要求。
與“專用性”的相關(guān)特點：軟、硬件的裁剪性；滿足對象要求的最小軟、硬件配置等。
與“計算機系統(tǒng)”的相關(guān)特點：具有計算機的一般特點，有 CPU、存儲器、IO 接口、通信接口、人機接口等各種硬件組件。計算機的具體功能由軟件來實現(xiàn)。可以具有操作系統(tǒng)。

嵌入式系統(tǒng)的硬件組成如下：