嵌入式系统设计

 

      随着 3C 融合进程和我国传统产业结构升级的加速，人们对设备越来越高的应用需求已
无法满足当前和未来高性能的应用与发展需求。同时，激烈的市场竞争和技术竞争，要求产
品的开发周期越来越短，显然，嵌入式系统的软、硬件技术和开发手段，正日益受到重视，
成为各领域技术创新的重要基础。

 

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。

 

1.嵌入式系统的历史

  

     嵌入式系统的出现最初是基于单片机的。70 年代单片机的出现，使得汽车、家电、工业机
器、通信装置以及成千上万种产品可以通过内嵌电子装置来获得更佳的使用性能：更容易使
用、更快、更便宜。这些装置已经初步具备了嵌入式的应用特点，但是这时的应用只是使用

8

位的芯片，执行一些单线程的程序，还谈不上

“系统”的概念。  提示：最早的单片机是 Intel

公司的

 8048，它出现在 1976 年。Motorola 同时推出了 68HC05，Zilog 公司推出了 Z80 系列，

这些早期的单片机均含有

256 字节的 RAM、4K 的 ROM、4 个 8 位并口、1 个全双工串行口、

两个

16 位定

 时 器。之后在 80 年代初，Intel 又进一步完善了 8048，在它的基础上研制成功

了

8051，这在单片机的历史上是值得纪念的一页，迄今为止，51 系列的单片机仍然是最为

成功的单片机芯片，在各种产品中有着非常广泛的应用。

   

     从 80 年代早期开始，嵌入式系统的程序员开始用商业级的

“操作系统”编写嵌入式应用

软件，这使得可以获取更短的开发周期，更低的开发资金和更高的开发效率，

“嵌入式系

统

”真正出现了。确切点说，这个时候的操作系统是一个实时核，这个实时核包含了许多传

统操作系统的特征，包括任务管理、任务间通讯、同步与相互排斥、中断支持、内存管理等功
能。

  其中比较著名的有 Ready System 公司的 VRTX、Integrated System Incorporation (ISI)的

PSOS 和 IMG 的 VxWorks、QNX 公司的 QNX 等。这些嵌入式操作系统都具有嵌入式的典型
特点：它们均采用占先式的调度，响应的时间很短，任务执行的时间可以确定；系统内核
很小，具有可裁剪，可扩充和可移植性，可以移植到各种处理器上；较强的实时和可靠性
适合嵌入式应用。这些嵌入式实时多任务操作系统的出现，使得应用开发人员得以从小范围
的开发解放出来，同时也促使嵌入式有了更为广阔的应用空间。

   

     90 年代以后，随着对实时性要求的提高，软件规模不断上升，实时核逐渐发展为实时多
任务操作系统（

RTOS），并作为一种软件平台逐步成为目前国际嵌入式系统的主流。这时

候更多的公司看到了嵌入式系统的广阔发展前景，开始大力发展自己的嵌入式操作系统。除
了 上 面 的 几 家 老 牌 公 司 以 外 ， 还 出 现 了

Palm OS ， WinCE ， 嵌 入 式

Linux，Lynx，Nucleux，以及国内的 Hopen，Delta Os 等嵌入式操作系统。随着嵌入式技术
的发展前景日益广阔，相信会有更多的嵌入式操作系统软件出现。

  

2.硬件平台功能概述

 

A  硬件平台的组成

 

嵌入式系统的硬件构架如图所示，以嵌入式处理器为中心，由存储器、

I/O 设备、通信模块以

及电源等必要的辅助接口组成。嵌入式系统是量身定做的专用计算机应用系统，除了微处理
器和基本的外围电路外，其余的电路都可根据需要和成本进行裁剪。

  

嵌入式系统硬件核心是嵌入式微处理器，有时为了提高系统的信息处理能力，常外接

DSP

和

DSP 协处理器(也可内部集成) ，以完成高性能信号处理。

 B 微处理器的选择 

嵌入式微处理器具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高的优点。目前主要的嵌入式处理器类
型有

Am186/88、386EX、SC-400、Power PC、68000、MIPS、ARM/StrongARM 系列等