探讨嵌入式发展历程

1嵌入式系统设计原理及应用课程论文.班级：XXXXXXXXX学号：XXXXXXXXXXX姓名：XXXX时间：2012.12.312探讨嵌入式系统的发展DiscussionsonRelatedIssuesofEmbededSystemDevelopment摘要：自从电子技术发展起来之后,嵌入式系统因其体积小、低功耗、低成本、高性能的优势,正以惊人的速度向前发展，在工业控制、消费类电子产品和成像安全产品、无线网络与通讯等领域得到了广泛应用，极大地改进了这些行业的生产效率，提高了生产力。除此以外，ARM微处理器及技术还应用到许多不同的领域，并会在将来取得更加广泛的应用,并在许多不同领域的地位日益巩固。关键词：嵌入式；应用；发展ABSTRACTDevelopsaftertheelectronictechnology,becauseARMitsvolumesmall,lowpowerloss,lowcost,highperformancesuperiority,isdevelopingforwardbytheastonishingspeed,intheindustrialcontrol,theexpenseclasselectronicproductsandimageformationdomainsandsoonsecurityproduct,wirelessnetworkandcommunicationobtainedthewidespreadapplication,improvedtheseprofessionproductionefficiencyenormously,enhancedtheproductiveforces.Exceptforthis,theARMmicroprocessorandthetechnologyalsoapplytomanydifferentdomains,andwillobtainthemorewidespreadapplicationARMtechnologyinthefuturetobedaybydayconsolidatedinmanydifferentdomainstatuses.KEYWORD:ARM,Develops,application3探讨嵌入式系统的发展DiscussionsonRelatedIssuesoftheARMDevelopment第一章嵌入式系统的发展概况1.1嵌入式系统的定义嵌入式系统的英文叫做EmbeddedSystem，是一种包括硬件和软件的完整的计算机系统，但又跟通用计算机系统不同。嵌入式系统的定义是：“嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可剪裁，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积和功耗有严格要求的专用计算机系统。”嵌入式系统所用的计算机是嵌入到被控对象中的专用微处理器，但是功能比通用计算机专门化，具有通用计算机所不能具备的针对某个方面特别设计的、合适的运算速度、高可靠性和较低比较成本的专用计算机系统。嵌入式系统一般指非PC系统，有计算机功能但又不称之为计算机的设备或器材。它是以应用为中心，软硬件可裁减的，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等综合性严格要求的专用计算机系统。简单地说，嵌入式系统集系统的应用软件与硬件于一体，具有软件代码小、高度自动化、响应速度快等特点，特别适合于要求实时和多任务的体系。嵌入式系统主要由嵌入式处理器、相关支撑硬件、嵌入式操作系统及应用软件系统等组成，它是可独立工作的“器件”。一、根据IEEE（国际电子电气工程师协会）的定义，Devicesusedtocontrol，monitor、orassisttheoperationofequipment、machineryorplants.中文如下：嵌入式系统是“控制、监视或者辅助装置、机器和设备运行的装置”。从中可以看出嵌入式系统是软件和硬件的综合体，还可以涵盖机械等附属装置。二、目前国内一个普遍被认同的定义是：以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。三、软件巨头微软在2002年将嵌入式系统定义为：完成某一特定功能、或是使用某特定嵌入式应用软件的计算机或计算装置。嵌入式系统，是区别与第一类常见的计算机的第二类计算设备它是嵌入式到其他系统中的。嵌入式系统以其占用资源少、专用性强、功耗低的特点使其广泛应用在移动通信、工业生产、安全监控等领域。以其在性能、体积及功耗等方面的优势在智能家居领域得到越来越广泛的应用。嵌入式系统几乎包括了生活中的所有电器设备，如掌上PDA、移动计算设备、电视机顶盒、手机上网、数字电视、多媒体、汽车、微波炉、数字相机、家庭自动化系统、电梯、空调、安全系统、自动售货机、蜂窝式电话、消费电子设备、工业自动化仪表与医疗仪器等1.2嵌入式系统的历史嵌入式系统的产生20世纪70年代嵌入式系统诞生于微型机时代，经过微型计算机的嵌入式专用化的短暂探索后，便进入到嵌入式系统独立的微控制器发展时代。直接在嵌入式处理器与外围集成电路技术基础上发展的带处理器内核的单片机，即微控制器的智能化电子系统。无论是工控机，还是单板机，都无法彻底地满足嵌入式系统的微小体积、极低价位、高可靠性的要求。目前正以前所未有的速度影响和改变着我们的生活，迄今为止，只要我们目之能及，嵌入式系统已经无所不能、无处不在。无所不能是指嵌入式系统将人工智能技术和超级计算技术有机结合，而无所不在则是指嵌入式系统有着广阔的应用领域，如人们平常用的手机、摄像机、医疗仪器、汽车、工业控制设备、航天设备、航空设备都有嵌入式系统，这些只是嵌入式应用的冰山一角。由于迅速发展的互联网技术和廉价的微处理器的出现，不远的将来，嵌入式设备将会“嵌”入在各种日常用品中，全面走入人类的生活，还会在工业、军事、自然探索等各方面广泛应用。4事实上，有数据显示，当前市面上销售的CPU只有不到10%流向了各类通用计算机系统，而超过90%的CPU则被装在了各类嵌入式系统中。有利于嵌入式系统的健康发展。对人类社会的发展也会产生深远的影响1.3嵌入式系统的特点嵌入式系统被定义为:以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。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。目前嵌入式系统除了部分为32位处理器外,大量存在的是8位和16位的嵌入式微控制器(MCU),嵌入式系统是计算机应用的另一种形态,正如前所述它与通用计算机应用不同:嵌入式计算机是以嵌入式系统的形式隐藏在各种装置、产品和系统之中的一种软硬件高度专业化的特定计算机系统。常见的嵌入式系统有16种:Linux、uClinux、WinCE、PalmOS、Symbian、eCos、uCOS-II、VxWorks、pSOS、Nucleus、ThreadX、Rtems、QNX、INTEGRITY、OSE、CExecutive1.4嵌入式处理器分类(1)嵌入式微处理器(EmbeddedMicroprocessorUnit,EMPU)嵌入式微处理器的基础是通用计算机中的CPU。在应用中,将微处理器装配在专门设计的电路板上，这样可以大幅度减小系统体积和功耗。为了满足嵌入式应用的特殊要求,在工作温度、抗电磁干扰、可靠性等方面一般都做了各种增强。(2)嵌入式微控制器(MicrocontrollerUnit,MCU)嵌入式微控制器又称单片机。为适应不同的应用需求,一般一个系列的单片机具有多种衍生产品,每种衍生产品的处理器内核都是一样的,不同的是存储器和外设的配置及封装。这样可以使单片机最大限度地和应用需求相匹配,功能不多不少,从而减少功耗和成本。(3)嵌入式DSP处理器(EmbeddedDigitalSignalProcessor,EDSP)DSP处理器对系统结构和指令进行了特殊设计,使其适合于执行DSP算法,编译效率较高,指令执行速度也较高。在数字滤波、FFT、谱分析等方面DSP算法正在大量进入嵌入式领域,DSP应用正从在通用单片机中以普通指令实现DSP功能,过渡到采用嵌入式DSP处理器。(4)嵌入式片上系统(SystemOnChip)在一个硅片上实现一个更为复杂的系统。这就是SystemOnChip(SOC)。用户只需定义出其整个应用系统,仿真通过后就可以将设计图交给半导体工厂制作样品。这样除个别无法集成的器件以外,整个嵌入式系统大部分均可集成到一块或几块芯片中去,应用系统电路板将变得很简洁,对于减小体积和功耗、提高可靠性非常有利。1.5嵌入式系统的分层嵌入式系统分为４层，硬件层、驱动层、操作系统层和应用层。（1）硬件层，是整个嵌入式系统的根本，也是驱动层的基础。（2）驱动层，驱动程序在系统调用时，不会独占操作系统时间片，而导至其它任务不能动行。(3)操作系统层，操作系统是负责系统任务的调试、磁盘和文件的管理，而嵌入式系统的实时性十分重要。(4)应用层，便是进行编程接口函数调用，编译和开发环境。第二章嵌入式开发2.1嵌入式两种开发硬件，主要使用语言是C语言和汇编，例如做dsp开发，做驱动开发，这类的开发对硬件要求5比较高，短期内比较难掌握，除非是专业人士，另外，这类开发的就业机会比较少，因为国内的硬件设计力量很弱，稍复杂的硬件都交给国外公司设计，所以大学生找这样的工作很难，这也是为什么很多这类的毕业生都转行去做应用层的软件开发或者做网络维护之类的工作了。软件，主要基于嵌入式操作系统，例如Symbian、Linux、Windowsmobile、Android等等，开发人员主要从事嵌入式操作系统和应用软件的开发。特点是：比较容易上手学习，就业机会多，因为嵌入式设备的增值很大程度上取决于嵌入式软件，这占了嵌入式系统的最主要工作。越是智能设备越是复杂系统，软件越起关键作用，而且这是目前的趋势，所以需要大量的研发人员，而且就业前景也非常的看好。2.2嵌入式系统开发生命周期硬件与软件将同时进行开发。理解硬件与软件功能相互之间的关系及界限有助于确保设计要求得到完整正确的理解和实现。早在设计要求的定义与分析阶段，就必须分配系统仿真、原型设计和行为建模结果、一旦分配结束，就可以立即着手具体的设计和实现。实时系统开发中软硬件的并行设计会使用到各种分析技术，包括：1.硬件与软件仿真；2.硬件/软件协同仿真；3.可调度的建模技术，如速率恒定分析；4.原型设计和渐进式开发。低层仿真可以用来为总线宽度和数据流程建模，这对性能评估是非常有用的。高层仿真可以满足功能的交互，并促成硬件/软件权衡研究及有效性设计。2.3嵌入式软件开发的优点(1)目前国内外这方面的人都很稀缺。一方面，是因为这一领域入门门槛较高，不仅要懂较底层软件（例如操作系统级、驱动程序级软件），对软件专业水平要求较高（嵌入式系统对软件设计的时间和空间效率要求较高），而且必须懂得硬件的工作原理，所以非专业IT人员很难切入这一领域；另一方面，是因为这一领域较新，目前发展太快，很多软硬件技术出现时间不长或正在出现（如ARM处理器、嵌入式操作系统、MPEG技术、无线通信协议等），掌握这些新技术的人当然很少。嵌入式人才稀缺，身价自然就高。(2)与企业计算等应用软件不同，嵌入式领域人才的工作强度通常低一些（但收入不低）。搞嵌入式系统的，都有自己的产品计划，按自己的节奏行事。所开发的产品通常是通用的，不会因客户的不同而修改。一个产品型号开发完了，往往有较长一段空闲时间（或只是对软件进行一些小修补），有时间进行充电和休整。另外，从事嵌入式软件的每个人工作范围相对狭窄，所涉及的专业技术范围就是那些（ARM、RTOS、MPEG、802.11等），时间长了这些东西会越搞越有经验。2.4嵌入式软件开发的缺点(1)入门起点较高，所用到的技术往往都有一定难度，若软硬件基础不好，特别是操作系统级软