嵌入式系统及应用第1章嵌入式系统基础1.1嵌入式系统概述嵌入式系统无处不在内部含有中央处理器CPU的设备都含有嵌入式系统。消费类电子产品：从家庭的洗衣机、电冰箱、个人数字助理(PDA)、MP3、数码相机、数码摄像机、电子表、烹调用的微波炉、天天必用的移动电话等等。办公室设备：办公室里的电话机、打印机、传真机、远程会议系统等。工业控制中的嵌入式系统。汽车里的控制系统：供油喷射控制系统、防锁死刹车系统(ABS)……。嵌入式系统应用实例嵌入式系统在应用数量上远远超过了各种通用计算机。一台通用计算机的外部设备中就包含了5～10个嵌入式微处理器：键盘、硬盘、显示器、Modem、网卡、声卡、打印机、扫描仪、数码相机、集线器等，均是由嵌入式处理器进行控制的。在制造工业、过程控制、通信、仪器、仪表、汽车、船舶、航空航天、军事装备、消费类产品等方面，嵌入式系统都有用武之地。美国汽车大王福特公司的高级经理曾宣称：“福特出售的‘计算能力’已超过了IBM。”由此可以想像嵌入式计算机工业的规模和广度。资料显示，２００３年世界ＣＰＵ的产量达83亿片，用于通用计算机的只有3亿片，其余80亿片均用于嵌入式系统1．1．2嵌入式系统组成1．嵌入式处理器嵌入式处理器是嵌入式系统的核心部件。嵌入式处理器与通用处理器的最大不同点在于其工作在为特定用户群设计的系统中。嵌入式处理器通常把通用计算机中许多由板卡完成的任务集成在芯片内部，从而有利于嵌入式系统设计的小型化，并具有高效率、高可靠性等特征。现今市面上有1000多种嵌入式处理器芯片，其中使用最为广泛的有ARM、MIPS、PowerPC、MC68000等。2．外围设备外围设备是指在一个嵌入式系统中，除了嵌入式处理器以外用于完成存储、通信、调试、显示等辅助功能的其他部件。根据外围设备的功能可分为以下3类：存储器：SRAM、DRAM、Flash。其中，Flash以可擦写次数多、存储速度快、容量大及价格低等优点在嵌入式领域得到了广泛的应用。接口：应用最为广泛的包括并口、串口、红外接口、SPI串行外围设备接口、I2C(InterIC)总线接口、USB通用串行总线接口、Ethernet网口等。人机交互：LCD、键盘和触摸屏等人机交互设备。3．嵌入式操作系统嵌入式操作系统可以使嵌入式开发更方便、快捷。其软件模块的集合，用以管理存储器分配、中断处理、任务间通信和定时器响应，以及提供多任务处理等。嵌入式操作系统的引人大大提高了嵌入式系统的功能，方便了应用软件的设计，但同时也占用了宝贵的嵌入式系统资源。一般在比较大型或需要多任务的应用场合才考虑使用嵌入式操作系统。嵌入式操作系统常常有实时要求。4．应用软件（1）基本了解嵌入式系统的应用软件是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。用户的任务可能有时间和精度的要求。有些应用软件需要嵌人式操作系统的支持，但在简单的应用场合下不需要专门的操作系统。由于对成本十分敏感，为减少系统成本，除了精简每个硬件单元的成本外，应尽可能地减少应用软件的资源消耗，尽可能地优化。（2）嵌入式软件的特点：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中。软件代码要求高质量、高可靠性。因此，程序编写和编译工具的质量要高，以减少程序二进制代码的长度，提高执行速度。在多任务嵌入式系统中，对重要性各不相同的任务进行统筹兼顾的合理调度是保证每个任务及时执行的关键，单纯通过提高处理器速度是低效和无法完成的。这种任务调度只能由优化编写的系统软件来完成。系统软件的高实时性是基本要求。随着嵌入式应用的深入和普及，涉及到的实际应用环境越来越复杂，嵌入式软件也越来越复杂。支持多任务的实时操作系统成为嵌入式软件必需的系统软件典型嵌入式系统基本组成——硬件典型嵌入式系统基本组成——软件1．1．3嵌入式系统的特点嵌入式系统常常还有减小功耗的要求。这一方面是为了省电，另一方面是要减少发热量。可靠性与稳定性对于嵌入式系统有着特别重要的意义。嵌入式系统提供的功能以及面对的应用和过程都是预知的、相对固定的专用系统，一般而言，嵌入式系统对CPU计算能力的要求并不像通用计算机那么高。许多嵌入式系统都有实时要求，需要有对外部事件迅速作出反应的能力。特别是在操作系统中有所反映，从而使嵌入式软件的开发与常规软件的开发出现显著的区别。典型的嵌人式实时操作系统与常规的操作系统也有着显著的区别，并因而成为操作系统的一个重要分支和一个独特的研究方向。嵌入式系统本身不具备自举开发能力。必须有一套交叉开发工具和环境才能进行开发。通用计算机的开发人员通常是计算机科学或者计算机工程方面的专业人士，而嵌入式系统开发人员却往往是各个应用领域中的专