嵌入式系統(tǒng)（Embedded system），是一種“完全嵌入受控器件內(nèi)部，為特定應(yīng)用而設(shè)計(jì)的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”，根據(jù)英國電氣工程師協(xié)會（ U.K. Institution of Electrical Engineer）的定義，嵌入式系統(tǒng)為控制、監(jiān)視或輔助設(shè)備、機(jī)器或用于工廠運(yùn)作的設(shè)備。與個人計(jì)算機(jī)這樣的通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)不同，嵌入式系統(tǒng)通常執(zhí)行的是帶有特定要求的預(yù)先定義的任務(wù)。由于嵌入式系統(tǒng)只針對一項(xiàng)特殊的任務(wù)，設(shè)計(jì)人員能夠?qū)λM(jìn)行優(yōu)化，減小尺寸降低成本。嵌入式系統(tǒng)通常進(jìn)行大量生產(chǎn)，所以單個的成本節(jié)約，能夠隨著產(chǎn)量進(jìn)行成百上千的放大。 嵌入式系統(tǒng)是用來控制或者監(jiān)視機(jī)器、裝置、工廠等大規(guī)模設(shè)備的系統(tǒng)。國內(nèi)普遍認(rèn)同的嵌入式系統(tǒng)定義為：以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。通常，嵌入式系統(tǒng)是一個控制程序存儲在ROM中的嵌入式處理器控制板。事實(shí)上，所有帶有數(shù)字接口的設(shè)備，如手表、微波爐、錄像機(jī)、汽車等，都使用嵌入式系統(tǒng)，有些嵌入式系統(tǒng)還包含操作系統(tǒng)，但大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)都是由單個程序?qū)崿F(xiàn)整個控制邏輯。嵌入式系統(tǒng)的核心是由一個或幾個預(yù)先編程好以用來執(zhí)行少數(shù)幾項(xiàng)任務(wù)的微處理器或者單片機(jī)組成。與通用計(jì)算機(jī)能夠運(yùn)行用戶選擇的軟件不同，嵌入式系統(tǒng)上的軟件通常是暫時不變的；所以經(jīng)常稱為“固件”。

嵌入式系統(tǒng)_嵌入式系統(tǒng) -物聯(lián)網(wǎng)

隨著醫(yī)療電子、智能家居、物流管理和電力控制等方面的不斷風(fēng)靡，嵌入式系統(tǒng)利用自身積累的底蘊(yùn)經(jīng)驗(yàn)，重視和把握這個機(jī)會，想辦法在已經(jīng)成熟的平臺和產(chǎn)品基礎(chǔ)上與應(yīng)用傳感單元的結(jié)合，擴(kuò)展物聯(lián)和感知的支持能力，發(fā)掘某種領(lǐng)域物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。作為物聯(lián)網(wǎng)重要技術(shù)組成的嵌入式系統(tǒng)，嵌入式系統(tǒng)的視角有助于深刻地、全面地理解物聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)。

這有兩層意思：第一，物聯(lián)網(wǎng)的核心仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò);第二，其用戶端延伸和擴(kuò)展到了任何物品與物品之間，進(jìn)行信息交換和通信，必須具備嵌入式系統(tǒng)構(gòu)建的智能終端。因此，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)是通過射頻識別(RFID)、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通信的系統(tǒng)架構(gòu)。

物聯(lián)網(wǎng)不僅僅提供了傳感器的連接，其本身也具有智能處理的能力，能夠?qū)ξ矬w實(shí)施智能控制，這就是我們嵌入式系統(tǒng)所能做到的。誠然，物聯(lián)網(wǎng)將傳感器和智能處理相結(jié)合，利用云計(jì)算、模式識別等各種智能技術(shù)，擴(kuò)充其應(yīng)用領(lǐng)域。從傳感器獲得的海量信息中分析、加工和處理出有意義的數(shù)據(jù)，以適應(yīng)不同用戶的不同需求，發(fā)現(xiàn)新的應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用模式。

嵌入式系統(tǒng)_嵌入式系統(tǒng) -組成

簡介

一個嵌入式系統(tǒng)裝置一般都由嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和執(zhí)行裝置組成，嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是整個嵌入式系統(tǒng)的核心，由硬件層、中間層、系統(tǒng)軟件層和應(yīng)用軟件層組成。執(zhí)行裝置也稱為被控對象，它可以接受嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)發(fā)出的控制命令，執(zhí)行所規(guī)定的操作或任務(wù)。執(zhí)行裝置可以很簡單，如手機(jī)上的一個微小型的電機(jī)，當(dāng)手機(jī)處于震動接收狀態(tài)時打開;也可以很復(fù)雜，如SONY智能機(jī)器狗，上面集成了多個微小型控制電機(jī)和多種傳感器，從而可以執(zhí)行各種復(fù)雜的動作和感受各種狀態(tài)信息。

下面對嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成進(jìn)行介紹。

硬件層

硬件層中包含嵌入式微處理器、存儲器(SDRAM、ROM、Flash等)、通用設(shè)備接口和I/O接口(A/D、D/A、I/O等)。在一片嵌入式處理器基礎(chǔ)上添加電源電路、時鐘電路和存儲器電路，就構(gòu)成了一個嵌入式核心控制模塊。其中操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序都可以固化在ROM中。

1、嵌入式微處理器

嵌入式系統(tǒng)硬件層的核心是嵌入式微處理器，嵌入式微處理器與通用CPU最大的不同在于嵌入式微處理器大多工作在為特定用戶群所專用設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，它將通用CPU許多由板卡完成的任務(wù)集成在芯片內(nèi)部，從而有利于嵌入式系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時趨于小型化，同時還具有很高的效率和可靠性。

嵌入式微處理器的體系結(jié)構(gòu)可以采用馮?諾依曼體系或哈佛體系結(jié)構(gòu);指令系統(tǒng)可以選用精簡指令系統(tǒng)(Reduced Instruction Set Computer，RISC)和復(fù)雜指令系統(tǒng)CISC(Complex Instruction Set Computer，CISC)。RISC計(jì)算機(jī)在通道中只包含最有用的指令，確保數(shù)據(jù)通道快速執(zhí)行每一條指令，從而提高了執(zhí)行效率并使CPU硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變得更為簡單。

嵌入式微處理器有各種不同的體系，即使在同一體系中也可能具有不同的時鐘頻率和數(shù)據(jù)總線寬度，或集成了不同的外設(shè)和接口。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前全世界嵌入式微處理器已經(jīng)超過1000多種，體系結(jié)構(gòu)有30多個系列，其中主流的體系有ARM、MIPS、PowerPC、X86和SH等。但與全球PC市場不同的是，沒有一種嵌入式微處理器可以主導(dǎo)市場，僅以32位的產(chǎn)品而言，就有100種以上的嵌入式微處理器。嵌入式微處理器的選擇是根據(jù)具體的應(yīng)用而決定的。

2、存儲器

嵌入式系統(tǒng)需要存儲器來存放和執(zhí)行代碼。嵌入式系統(tǒng)的存儲器包含Cache、主存和輔助存儲器。

1>Cache

Cache是一種容量小、速度快的存儲器陣列它位于主存和嵌入式微處理器內(nèi)核之間，存放的是最近一段時間微處理器使用最多的程序代碼和數(shù)據(jù)。在需要進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取操作時，微處理器盡可能的從Cache中讀取數(shù)據(jù)，而不是從主存中讀取，這樣就大大改善了系統(tǒng)的性能，提高了微處理器和主存之間的數(shù)據(jù)傳輸速率。Cache的主要目標(biāo)就是：減小存儲器(如主存和輔助存儲器)給微處理器內(nèi)核造成的存儲器訪問瓶頸，使處理速度更快，實(shí)時性更強(qiáng)。

在嵌入式系統(tǒng)中Cache全部集成在嵌入式微處理器內(nèi)，可分為數(shù)據(jù)Cache、指令Cache或混合Cache，Cache的大小依不同處理器而定。一般中高檔的嵌入式微處理器才會把Cache集成進(jìn)去。

2>主存

主存是嵌入式微處理器能直接訪問的寄存器，用來存放系統(tǒng)和用戶的程序及數(shù)據(jù)。它可以位于微處理器的內(nèi)部或外部，其容量為256KB~1GB，根據(jù)具體的應(yīng)用而定，一般片內(nèi)存儲器容量小，速度快，片外存儲器容量大。

常用作主存的存儲器有：

ROM類 NOR Flash、EPROM和PROM等。

RAM類 SRAM、DRAM和SDRAM等。

其中NOR Flash 憑借其可擦寫次數(shù)多、存儲速度快、存儲容量大、價格便宜等優(yōu)點(diǎn)，在嵌入式領(lǐng)域內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。

3>輔助存儲器

輔助存儲器用來存放大數(shù)據(jù)量的程序代碼或信息，它的容量大、但讀取速度與主存相比就慢的很多，用來長期保存用戶的信息。

嵌入式系統(tǒng)中常用的外存有：硬盤、NAND Flash、CF卡、MMC和SD卡等。

3、通用設(shè)備接口和I/O接口

嵌入式系統(tǒng)和外界交互需要一定形式的通用設(shè)備接口，如A/D、D/A、I/O等，外設(shè)通過和片外其他設(shè)備的或傳感器的連接來實(shí)現(xiàn)微處理器的輸入/輸出功能。每個外設(shè)通常都只有單一的功能，它可以在芯片外也可以內(nèi)置芯片中。外設(shè)的種類很多，可從一個簡單的串行通信設(shè)備到非常復(fù)雜的802.11無線設(shè)備。

目前嵌入式系統(tǒng)中常用的通用設(shè)備接口有A/D(模/數(shù)轉(zhuǎn)換接口)、D/A(數(shù)/模轉(zhuǎn)換接口)，I/O接口有RS-232接口(串行通信接口)、Ethernet(以太網(wǎng)接口)、USB(通用串行總線接口)、音頻接口、VGA視頻輸出接口、I2C(現(xiàn)場總線)、SPI(串行外圍設(shè)備接口)和IrDA(紅外線接口)等。

中間層

硬件層與軟件層之間為中間層，也稱為硬件抽象層(Hardware Abstract Layer，HAL)或板級支持包(Board Support Package，BSP)，它將系統(tǒng)上層軟件與底層硬件分離開來，使系統(tǒng)的底層驅(qū)動程序與硬件無關(guān)，上層軟件開發(fā)人員無需關(guān)心底層硬件的具體情況，根據(jù)BSP 層提供的接口即可進(jìn)行開發(fā)。該層一般包含相關(guān)底層硬件的初始化、數(shù)據(jù)的輸入/輸出操作和硬件設(shè)備的配置功能。BSP具有以下兩個特點(diǎn)。

硬件相關(guān)性：因?yàn)榍度胧綄?shí)時系統(tǒng)的硬件環(huán)境具有應(yīng)用相關(guān)性，而作為上層軟 件與硬件平臺之間的接口，BSP需要為操作系統(tǒng)提供操作和控制具體硬件的方法。

操作系統(tǒng)相關(guān)性：不同的操作系統(tǒng)具有各自的軟件層次結(jié)構(gòu)，因此，不同的操作系統(tǒng)具有特定的硬件接口形式。

實(shí)際上，BSP是一個介于操作系統(tǒng)和底層硬件之間的軟件層次，包括了系統(tǒng)中大部分與硬件聯(lián)系緊密的軟件模塊。設(shè)計(jì)一個完整的BSP需要完成兩部分工作：嵌入式系統(tǒng)的硬件初始化以及BSP功能，設(shè)計(jì)硬件相關(guān)的設(shè)備驅(qū)動。

1、嵌入式系統(tǒng)硬件初始化

系統(tǒng)初始化過程可以分為3個主要環(huán)節(jié)，按照自底向上、從硬件到軟件的次序依次為：片級初始化、板級初始化和系統(tǒng)級初始化。

片級初始化

完成嵌入式微處理器的初始化，包括設(shè)置嵌入式微處理器的核心寄存器和控制寄存器、嵌入式微處理器核心工作模式和嵌入式微處理器的局部總線模式等。片級初始化把嵌入式微處理器從上電時的默認(rèn)狀態(tài)逐步設(shè)置成系統(tǒng)所要求的工作狀態(tài)。這是一個純硬件的初始化過程。

板級初始化

完成嵌入式微處理器以外的其他硬件設(shè)備的初始化。另外，還需設(shè)置某些軟件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和參數(shù)，為隨后的系統(tǒng)級初始化和應(yīng)用程序的運(yùn)行建立硬件和軟件環(huán)境。這是一個同時包含軟硬件兩部分在內(nèi)的初始化過程。

系統(tǒng)初始化

該初始化過程以軟件初始化為主，主要進(jìn)行操作系統(tǒng)的初始化。BSP將對嵌入式微處理器的控制權(quán)轉(zhuǎn)交給嵌入式操作系統(tǒng)，由操作系統(tǒng)完成余下的初始化操作，包含加載和初始化與硬件無關(guān)的設(shè)備驅(qū)動程序，建立系統(tǒng)內(nèi)存區(qū)，加載并初始化其他系統(tǒng)軟件模塊，如網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、文件系統(tǒng)等。最后，操作系統(tǒng)創(chuàng)建應(yīng)用程序環(huán)境，并將控制權(quán)交給應(yīng)用程序的入口。

2、硬件相關(guān)的設(shè)備驅(qū)動程序

BSP的另一個主要功能是硬件相關(guān)的設(shè)備驅(qū)動。硬件相關(guān)的設(shè)備驅(qū)動程序的初始化通常是一個從高到低的過程。盡管BSP中包含硬件相關(guān)的設(shè)備驅(qū)動程序，但是這些設(shè)備驅(qū)動程序通常不直接由BSP使用，而是在系統(tǒng)初始化過程中由BSP將他們與操作系統(tǒng)中通用的設(shè)備驅(qū)動程序關(guān)聯(lián)起來，并在隨后的應(yīng)用中由通用的設(shè)備驅(qū)動程序調(diào)用，實(shí)現(xiàn)對硬件設(shè)備的操作。與硬件相關(guān)的驅(qū)動程序是BSP設(shè)計(jì)與開發(fā)中另一個非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。

系統(tǒng)軟件層

系統(tǒng)軟件層由實(shí)時多任務(wù)操作系統(tǒng)(Real-time Operation System，RTOS)、文件系統(tǒng)、圖形用戶接口(Graphic User Interface，GUI)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及通用組件模塊組成。RTOS是嵌入式應(yīng)用軟件的基礎(chǔ)和開發(fā)平臺。

嵌入式操作系統(tǒng)

嵌入式操作系統(tǒng)(Embedded Operation System，EOS)是一種用途廣泛的系統(tǒng)軟件，過去它主要應(yīng)用與工業(yè)控制和國防系統(tǒng)領(lǐng)域。EOS負(fù)責(zé)嵌入系統(tǒng)的全部軟、硬件資源的分配、任務(wù)調(diào)度，控制、協(xié)調(diào)并發(fā)活動。它必須體現(xiàn)其所在系統(tǒng)的特征，能夠通過裝卸某些模塊來達(dá)到系統(tǒng)所要求的功能。目前，已推出一些應(yīng)用比較成功的EOS產(chǎn)品系列。隨著Internet技術(shù)的發(fā)展、信息家電的普及應(yīng)用及EOS的微型化和專業(yè)化，EOS開始從單一的弱功能向高專業(yè)化的強(qiáng)功能方向發(fā)展。嵌入式操作系統(tǒng)在系統(tǒng)實(shí)時高效性、硬件的相關(guān)依賴性、軟件固化以及應(yīng)用的專用性等方面具有較為突出的特點(diǎn)。EOS是相對于一般操作系統(tǒng)而言的，它除具備了一般操作系統(tǒng)最基本的功能，如任務(wù)調(diào)度、同步機(jī)制、中斷處理、文件功能等外，還有以下特點(diǎn)：

(1)可裝卸性。開放性、可伸縮性的體系結(jié)構(gòu)。

(2)強(qiáng)實(shí)時性。EOS實(shí)時性一般較強(qiáng)，可用于各種設(shè)備控制當(dāng)中。

(3)統(tǒng)一的接口。提供各種設(shè)備驅(qū)動接口。

(4)操作方便、簡單、提供友好的圖形GUI，圖形界面，追求易學(xué)易用。

(5)提供強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能，支持TCP/IP協(xié)議及其它協(xié)議，提供TCP/UDP/IP/PPP協(xié)議支持及統(tǒng)一的MAC訪問層接口，為各種移動計(jì)算設(shè)備預(yù)留接口。

(6)強(qiáng)穩(wěn)定性，弱交互性。嵌入式系統(tǒng)一旦開始運(yùn)行就不需要用戶過多的干預(yù)，這就要負(fù)責(zé)系統(tǒng)管理的EOS具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性。嵌入式操作系統(tǒng)的用戶接口一般不提供操作命令，它通過系統(tǒng)調(diào)用命令向用戶程序提供服務(wù)。

(7)固化代碼。在嵌入系統(tǒng)中，嵌入式操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件被固化在嵌入式系統(tǒng)計(jì)算機(jī)的ROM中。輔助存儲器在嵌入式系統(tǒng)中很少使用，因此，嵌入式操作系統(tǒng)的文件管理功能應(yīng)該能夠很容易地拆卸，而用各種內(nèi)存文件系統(tǒng)。

(8)更好的硬件適應(yīng)性，也就是良好的移植性。

嵌入式系統(tǒng)_嵌入式系統(tǒng) -應(yīng)用領(lǐng)域

嵌入式系統(tǒng)技術(shù)具有非常廣闊的應(yīng)用前景，其應(yīng)用領(lǐng)域可以包括：

工業(yè)控制

基于嵌入式芯片的工業(yè)自動化設(shè)備將獲得長足的發(fā)展，目前已經(jīng)有大量的8、16、32 位嵌入式微控制器在應(yīng)用中，網(wǎng)絡(luò)化是提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量、減少人力資源主要途徑，如工業(yè)過程控制、數(shù)字機(jī)床、電力系統(tǒng)、電網(wǎng)安全、電網(wǎng)設(shè)備監(jiān)測、石油化工系統(tǒng)。就傳統(tǒng)的工業(yè)控制產(chǎn)品而言，低端型采用的往往是8位單片機(jī)。但是隨著技術(shù)的發(fā)展，32位、64位的處理器逐漸成為工業(yè)控制設(shè)備的核心，在未來幾年內(nèi)必將獲得長足的發(fā)展。

交通管理

在車輛導(dǎo)航、流量控制、信息監(jiān)測與汽車服務(wù)方面，嵌入式系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)獲得了廣泛的應(yīng)用，內(nèi)嵌GPS模塊，GSM模塊的移動定位終端已經(jīng)在各種運(yùn)輸行業(yè)獲得了成功的使用。目前GPS設(shè)備已經(jīng)從尖端產(chǎn)品進(jìn)入了普通百姓的家庭，只需要幾千元，就可以隨時隨地找到你的位置。

信息家電

這將稱為嵌入式系統(tǒng)最大的應(yīng)用領(lǐng)域，冰箱、空調(diào)等的網(wǎng)絡(luò)化、智能化將引領(lǐng)人們的生活步入一個嶄新的空間。即使你不在家里，也可以通過電話線、網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。在這些設(shè)備中，嵌入式系統(tǒng)將大有用武之地。

家庭智能管理

水、電、煤氣表的遠(yuǎn)程自動抄表，安全防火、防盜系統(tǒng)，其中嵌有的專用控制芯片將代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工檢查，并實(shí)現(xiàn)更高，更準(zhǔn)確和更安全的性能。目前在服務(wù)領(lǐng)域，如遠(yuǎn)程點(diǎn)菜器等已經(jīng)體現(xiàn)了嵌入式系統(tǒng)的優(yōu)勢。

POS網(wǎng)絡(luò)

公共交通無接觸智能卡(Contactless Smartcard, CSC)發(fā)行系統(tǒng)，公共電話卡發(fā)行系統(tǒng)，自動售貨機(jī)，各種智能ATM終端將全面走入人們的生活，到時手持一卡就可以行遍天下。

環(huán)境工程

水文資料實(shí)時監(jiān)測，防洪體系及水土質(zhì)量監(jiān)測、堤壩安全，地震監(jiān)測網(wǎng)，實(shí)時氣象信息網(wǎng)，水源和空氣污染監(jiān)測。在很多環(huán)境惡劣，地況復(fù)雜的地區(qū)，嵌入式系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)無人監(jiān)測。

嵌入式系統(tǒng)_嵌入式系統(tǒng) -國防與航天

嵌入式芯片的發(fā)展將使機(jī)器人在微型化，高智能方面優(yōu)勢更加明顯，同時會大幅度降低機(jī)器人的價格，使其在工業(yè)領(lǐng)域和服務(wù)領(lǐng)域獲得更廣泛的應(yīng)用。

這些應(yīng)用中，可以著重于在控制方面的應(yīng)用。就遠(yuǎn)程家電控制而言，除了開發(fā)出支持TCP/IP的嵌入式系統(tǒng)之外，家電產(chǎn)品控制協(xié)議也需要制訂和統(tǒng)一，這需要家電生產(chǎn)廠家來做。同樣的道理，所有基于網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程控制器件都需要與嵌入式系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)接口，然后再由嵌入式系統(tǒng)來控制并通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)控制。所以，開發(fā)和探討嵌入式系統(tǒng)有著十分重要的意義。

嵌入式系統(tǒng)_嵌入式系統(tǒng) -方案

基于嵌入式系統(tǒng)在電網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控中的應(yīng)用方案

基于嵌入式系統(tǒng)在電網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控中的應(yīng)用方案可實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)參數(shù)的主動測量、分析、自動存儲等功能，通過Internet光纖環(huán)網(wǎng)將電網(wǎng)監(jiān)測數(shù)據(jù)傳送到調(diào)度室的監(jiān)控主機(jī)，工作人員可以對遠(yuǎn)程設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行及時、準(zhǔn)確的監(jiān)控，對其故障先兆做出判斷和預(yù)測，采取有效措施解決問題，保證大型機(jī)組安全運(yùn)行，防止惡性事故的發(fā)生，避免了定期檢修引起的生產(chǎn)停頓，起到預(yù)防和消除故障的作用，提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性、安全性和有效性。

基于嵌入式系統(tǒng)的RFID手持機(jī)系統(tǒng)方案

基于嵌入式系統(tǒng)的RFID手持機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以微處理器LPC2142 為主控制器，根據(jù)系統(tǒng)的需求外擴(kuò)了SRAM、Flash、SD 卡、鍵盤、LCD 顯示、聲響提示進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲、人機(jī)交互以及出錯報(bào)警提示，通過USB 接口可以與主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，背光模塊可以為LCD 和鍵盤提供背光，電壓檢測模塊通過核心處理器的A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行電池電壓的檢測，從而間接檢測出電池的剩余電量，RF 模塊能夠進(jìn)行讀寫器與標(biāo)簽之間射頻信號的收發(fā)，通過JTAG 接口可以進(jìn)行程序的調(diào)試與下載。電源部分可以為系統(tǒng)中需要電源的各個模塊提供電源。

嵌入式系統(tǒng)_嵌入式系統(tǒng) -學(xué)習(xí)方法

隨著現(xiàn)代社會信息化進(jìn)程的加快，嵌入式系統(tǒng)被廣泛的地應(yīng)用于軍事、家用、工業(yè)、商業(yè)、辦公、醫(yī)療等社會各個方面，表現(xiàn)出很強(qiáng)的投資價值。從國際范圍來看，作為數(shù)字化電子信息產(chǎn)品核心的嵌入式系統(tǒng)目前其硬件和軟件開發(fā)工具市場已經(jīng)突破2000億美元，嵌入式系統(tǒng)帶來的全球工業(yè)年產(chǎn)值更是達(dá)到了一萬億美元，隨著全球經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長以及信息化的加速發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)市場必將進(jìn)一步增長。

根據(jù)中國物聯(lián)網(wǎng)校企聯(lián)盟的建議，學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)的必備知識與學(xué)習(xí)方法如下：

1、C開發(fā)經(jīng)驗(yàn)

條件：Linux

方法：主要是掌握ANSI C編程（不包括gtk,qt等圖形可視化開發(fā)）

2、網(wǎng)絡(luò)、操作系統(tǒng)、體系結(jié)構(gòu)

條件：Linux，各種書，算法、例程。

方法：通過C編程實(shí)現(xiàn)簡單的網(wǎng)絡(luò)等知識的算法和過程。

3、嵌入式系統(tǒng)概念

條件：各個嵌入式網(wǎng)站，討論組，書籍

方法：少提問，多留給自己思考的空間。

4、嵌入式開發(fā)實(shí)踐

條件：各種嵌入式系統(tǒng)開發(fā)工具的demo版，包括編譯器，仿真器。

方法：一個是基于MCU/MDSP的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)，另一個是像Palm OS，WinCE，uC/OS II等RTOS下的應(yīng)用軟件開發(fā)。第一個是針對硬件開發(fā)而言的，而第二個則是針對軟件開發(fā)而言的。

5、硬件開發(fā)

條件：各種嵌入式芯片、存儲器等電路器件，protel99等電路設(shè)計(jì)軟件，電路板制作。

方法：這時候該有開發(fā)條件了，最起碼是51系列，這個比較方便。電路的設(shè)計(jì)內(nèi)容較多，不過看起來嚇人，實(shí)際上比軟件要簡單的多。只要下功夫，實(shí)踐會告訴你一切。

嵌入式系統(tǒng)_嵌入式系統(tǒng) -調(diào)試

調(diào)試通常使用內(nèi)部電路仿真器或者其他一些能夠在單片機(jī)微碼(microcode)內(nèi)部產(chǎn)生中斷的調(diào)試器。微碼中斷讓調(diào)試器能夠在只有CPU工作的硬件中進(jìn)行操作，基于CPU的調(diào)試器能夠從CPU的角度來測試和調(diào)試計(jì)算機(jī)的電路。PDP-11開創(chuàng)了這種特性的先河。

開發(fā)人員能夠仍然使用斷點(diǎn)、單步執(zhí)行以及高級語言進(jìn)行調(diào)試，在許多的調(diào)試工具上都有這種能力。另外開發(fā)人員在調(diào)試實(shí)時事件順序的時候需要記錄、使用簡單的記錄工具。

首先遇到這種問題的個人電腦和大型機(jī)程序員經(jīng)常在設(shè)計(jì)優(yōu)先級和可行方法的時候感到困惑。指導(dǎo)、代碼審查和非個人風(fēng)格(egoless)的編程是值得推薦的。

隨著嵌入式系統(tǒng)變得越來越復(fù)雜，更高層次的工具和操作系統(tǒng)逐漸移植到可行的設(shè)備上。例如，蜂窩電話、個人數(shù)字助理和其他的消費(fèi)用計(jì)算機(jī)需要一些從個人或者這些電子設(shè)備制造商之外的公司購買或者提供的一些重要軟件。在這些系統(tǒng)中，需要如Linux、OSGi或者Java這樣的開放編程環(huán)境，這樣第三方軟件提供上才能夠在大規(guī)模的市場上銷售軟件。

大多數(shù)這樣的開發(fā)環(huán)境都有一個運(yùn)行在個人電腦上的參考設(shè)計(jì)，這種軟件的絕大部分都可以在傳統(tǒng)的個人電腦上開發(fā)。然而，從開放環(huán)境移植到專用的電子設(shè)備和電子設(shè)備的驅(qū)動程序開發(fā)通常仍然是傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)軟件工程師的工作。在有些情況下， the engineer works for the integrated circuit manufacturer, but there is still such a person somewhere.

嵌入式系統(tǒng)_嵌入式系統(tǒng) -Windows

微軟嵌入式產(chǎn)品MSEmbed，尤其是微軟嵌入式系統(tǒng)，和普通OS并沒有本質(zhì)上的區(qū)別。從某種程度上說，微軟嵌入式系統(tǒng)，就是根據(jù)環(huán)境的需求，將普通的OS進(jìn)行定制和精簡，從而形成符合應(yīng)用環(huán)境需求的、特定的系統(tǒng)。

微軟嵌入式系統(tǒng)，經(jīng)過定制以及二次開發(fā)，能夠最大程度的滿足客戶需求，同時在安全性、可靠性、可維護(hù)性以及整體性能方面，得到了良好體現(xiàn)。隨著windows 7 OS進(jìn)入嵌入式領(lǐng)域，其對于各種硬件的兼容性，以及在各個硬件平臺上的可移植性，再一次得到極大完善。

1996 年11 月，Microsoft 發(fā)布了 Windows Embedded CE 1.0，從此正式進(jìn)入了嵌入式產(chǎn)品市場。此后，Microsoft 逐漸擴(kuò)展出全系列的嵌入式操作系統(tǒng)，使開發(fā)人員能夠通過一系列產(chǎn)品來構(gòu)建下一代的 32 位設(shè)備，這些產(chǎn)品為空間占用量大小不等的設(shè)備提供了工具集和開發(fā)平臺。 微軟發(fā)布Win CE 1.0之后的十年間，繼續(xù)推出了2.0到6.0的Win CE產(chǎn)品。

2010年6月1日，微軟發(fā)布了新的嵌入式Windows，并命名為Windows Embedded Compact 7，不再采用之前一貫沿用的名稱Windows Embedded CE（簡稱Windows CE）。新版的全國人民Winddows做出了一系列的改進(jìn)，例如將所有系統(tǒng)元件都由EXE改為DLL，并移到 kernel space，并采用全新設(shè)計(jì)的虛擬內(nèi)存架構(gòu)、全新的設(shè)備驅(qū)動程序架構(gòu)，支持更多的平臺像x86、ARM、SH4、MIPS 等。

嵌入式系統(tǒng)_嵌入式系統(tǒng) -Linux

嵌入式Linux 是將日益流行的Linux操作系統(tǒng)進(jìn)行裁剪修改，使之能在嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上運(yùn)行的一種操作系統(tǒng)。嵌入式linux既繼承了Internet上無限的開放源代碼資源，又具有嵌入式操作系統(tǒng)的特性。嵌入式Linux的特點(diǎn)是版權(quán)費(fèi)免費(fèi);購買費(fèi)用媒介成本技術(shù)支持全世界的自由軟件開發(fā)者提供支持網(wǎng)絡(luò)特性免費(fèi)，而且性能優(yōu)異，軟件移植容易，代碼開放，有許多應(yīng)用軟件支持，應(yīng)用產(chǎn)品開發(fā)周期短，新產(chǎn)品上市迅速，因?yàn)橛性S多公開的代碼可以參考和移植，實(shí)時性能RT_Linux Hardhat Linux 等嵌入式Linux支持，實(shí)時性能穩(wěn)定性好安全性好。

有巨大的市場前景和商業(yè)機(jī)會，出現(xiàn)了大量的專業(yè)公司和產(chǎn)品，如Montavista Lineo Emi等，有行業(yè)協(xié)會如Embedded Linux Consortum等，得到世界著名計(jì)算機(jī)公司和OEM板級廠商的支持，例如IBM、Motorola、Intel，目前Google的基于Linux開發(fā)的Android操作系統(tǒng)也已經(jīng)廣泛應(yīng)用于嵌入式領(lǐng)域。傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)廠商也采用了Linux策略，如Lynxworks Windriver QNX等，還有Internet上的大量嵌入式Linux愛好者的支持。嵌入式Linux支持幾乎所有的嵌入式CPU和被移植到幾乎所有的嵌入式OEM板。

嵌入式Linux領(lǐng)域非常廣泛，主要的應(yīng)用領(lǐng)域有信息家電、PDA 、機(jī)頂盒、數(shù)字電話、應(yīng)答機(jī)、大屏幕功能手機(jī)、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)、交換器、路由器、網(wǎng)橋、接線串口、遙控器訪問服務(wù)、ATM機(jī)、設(shè)備固件、遠(yuǎn)程通信、醫(yī)療電子、交通運(yùn)輸計(jì)算機(jī)外設(shè)、工業(yè)控制、航空航天領(lǐng)域等。

嵌入式系統(tǒng)_嵌入式系統(tǒng) -相關(guān)

嵌入式系統(tǒng)中有許多非常重要的概念：

1、嵌入式處理器

嵌入式系統(tǒng)的核心，是控制、輔助系統(tǒng)運(yùn)行的硬件單元。范圍極其廣闊，從最初的4位處理器，目前仍在大規(guī)模應(yīng)用的8位單片機(jī)，到最新的受到廣泛青睞的32位，64位嵌入式CPU。

2、實(shí)時操作系統(tǒng)

◆實(shí)時操作系統(tǒng)(RTOS-Real Time Operating System)：

嵌入式系統(tǒng)目前最主要的組成部分。根據(jù)操作系統(tǒng)的工作特性，實(shí)時是指物理進(jìn)程的真實(shí)時間。實(shí)時操作系統(tǒng)具有實(shí)時性，能從硬件方面支持實(shí)時控制系統(tǒng)工作的操作系統(tǒng)。其中實(shí)時性是第一要求，需要調(diào)度一切可利用的資源完成實(shí)時控制任務(wù)，其次才著眼于提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的使用效率，重要特點(diǎn)是要滿足對時間的限制和要求。

3、分時操作系統(tǒng)

對于分時操作系統(tǒng)，軟件的執(zhí)行在時間上的要求，并不嚴(yán)格，時間上的錯誤，一般不會造成災(zāi)難性的后果。目前分時系統(tǒng)的強(qiáng)項(xiàng)在于多任務(wù)的管理，而實(shí)時操作系統(tǒng)的重要特點(diǎn)是具有系統(tǒng)的可確定性，即系統(tǒng)能對運(yùn)行情況的最好和最壞等的情況能做出精確的估計(jì)。

4、多任務(wù)操作系統(tǒng)

系統(tǒng)支持多任務(wù)管理和任務(wù)間的同步和通信，傳統(tǒng)的單片機(jī)系統(tǒng)和DOS系統(tǒng)等對多任務(wù)支持的功能很弱，而目前的Windows是典型的多任務(wù)操作系統(tǒng)。在嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域中，多任務(wù)是一個普遍的要求。

5、實(shí)時操作系統(tǒng)中的重要概念

系統(tǒng)響應(yīng)時間(System response time)：系統(tǒng)發(fā)出處理要求到系統(tǒng)給出應(yīng)答信號的時間。

任務(wù)換道時間(Context-switching time)：任務(wù)之間切換而使用的時間。

中斷延遲(Interrupt latency)：計(jì)算機(jī)接收到中斷信號到操作系統(tǒng)作出響應(yīng)，并完成換道轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)程序的時間。

6、實(shí)時操作系統(tǒng)的工作狀態(tài)

實(shí)時系統(tǒng)中的任務(wù)有四種狀態(tài)：運(yùn)行(Executing)，就緒(Ready)，掛起(Suspended)，冬眠(Dormant)。

運(yùn)行：獲得CPU控制權(quán)。

就緒：進(jìn)入任務(wù)等待隊(duì)列，通過調(diào)度轉(zhuǎn)為運(yùn)行狀態(tài)。

掛起：任務(wù)發(fā)生阻塞，移出任務(wù)等待隊(duì)列，等待系統(tǒng)實(shí)時事件的發(fā)生而喚醒，從而轉(zhuǎn)為就緒或運(yùn)行。

冬眠：任務(wù)完成或錯誤等原因被清除的任務(wù)，也可以認(rèn)為是系統(tǒng)中不存在的任務(wù)。

任何時刻系統(tǒng)中只能有一個任務(wù)在運(yùn)行狀態(tài)，各任務(wù)按級別通過時間片分別獲得對CPU的訪問權(quán)。

嵌入式系統(tǒng)_嵌入式系統(tǒng) -實(shí)例

1.自動柜員機(jī)（ATM）

2.航空電子，例如慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、飛行控制硬件和軟件以及其他飛機(jī)和導(dǎo)彈中的集成系統(tǒng)

3.移動電話和電信交換機(jī)

4.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，包括路由器、時間服務(wù)器和防火墻

5.辦公設(shè)備，包括打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、傳真機(jī)、多功能打印機(jī)（MFPs）

6.磁盤驅(qū)動器（軟盤驅(qū)動器和硬盤驅(qū)動器）

7.汽車發(fā)動機(jī)控制器和防鎖死剎車系統(tǒng)

8.家庭自動化產(chǎn)品，如恒溫器、冷氣機(jī)、灑水裝置和安全監(jiān)視系統(tǒng)

9.手持計(jì)算器

10.家用電器，包括微波爐、洗衣機(jī)、電視機(jī)、DVD播放器和錄制器

11.醫(yī)療設(shè)備，如X光機(jī)、核磁共振成像儀

12.測試設(shè)備，如數(shù)字存儲示波器、邏輯分析儀、頻譜分析儀

13.多功能手表

14.多媒體電器：因特網(wǎng)無線接收機(jī)、電視機(jī)頂盒、數(shù)字衛(wèi)星接收器

15.個人數(shù)碼助理（PDA），也就是帶有個人信息管理和其他應(yīng)用程序的小型手持計(jì)算機(jī)

16.帶有其他能力移動電話，如帶有蜂窩電話、個人數(shù)碼助理（PDA）和Java的移動數(shù)字助理（MIDP）

17.用于工業(yè)自動化和監(jiān)測的可編程邏輯控制器（PLCs）

18.固定游戲機(jī)和便攜式游戲機(jī)

19.可穿戴計(jì)算機(jī)

嵌入式系統(tǒng)_嵌入式系統(tǒng) -類型

常用的嵌入式軟件架構(gòu)有幾種不同的基本類型。

控制循環(huán)

在這種設(shè)計(jì)中，軟件有一個簡單的循環(huán)，這個循環(huán)調(diào)用各個子程序，每個子程序管理硬件或者軟件的某一部分。中斷通常用來設(shè)置標(biāo)記或者更新軟件其他部分能夠讀取的暫存器。

系統(tǒng)使用簡單的API來完成允許和禁止中斷設(shè)置。如果處理得當(dāng)?shù)脑?，它能夠在嵌套子程序中處理嵌套調(diào)用，在最外面的中斷允許嵌套中恢復(fù)前面的中斷狀態(tài)。這種方法是實(shí)現(xiàn)Exokernel的一個最簡單的方法。

通常在循環(huán)中有一些子程序使用周期性的實(shí)時中斷控制一組軟件定時器，當(dāng)一個定時器時間到的時候就會運(yùn)行相應(yīng)的子程序或者設(shè)置相應(yīng)的標(biāo)志。

任何可能發(fā)生的硬件事件都應(yīng)該有軟件定時器的支持，硬件事件大概每萬億次出現(xiàn)一次錯誤，對于現(xiàn)代的硬件來說大概是一年發(fā)生一次，對于以百萬計(jì)大規(guī)模生產(chǎn)的設(shè)備來說，遺漏一個軟件軟件定時器在商業(yè)上可能是災(zāi)難性的。

有時測試軟件運(yùn)行一組基于軟件的安全定時器，它們周期性地復(fù)位硬件中的軟件看門狗。如果軟件錯過一個事件，安全定時器軟件將會捕捉到它。如果安全定時器出錯，看門狗硬件將會復(fù)位系統(tǒng)。

可以使用指向每個狀態(tài)機(jī)函數(shù)的指針實(shí)現(xiàn)狀態(tài)機(jī)，函數(shù)可以用C++、C或者匯編語言等實(shí)現(xiàn)。變化的狀態(tài)將不同的函數(shù)放到指針中，每次循環(huán)運(yùn)行時都會運(yùn)行函數(shù)指針。

許多設(shè)計(jì)人員建議每個循環(huán)讀一次輸入輸出設(shè)備、并且保存得到的結(jié)果，這樣可以保證邏輯過程的在一致的參數(shù)上運(yùn)行。

許多設(shè)計(jì)人員喜歡將狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)成每個狀態(tài)僅僅檢查一到兩項(xiàng)內(nèi)容，通常是檢查硬件事件和軟件定時器。

設(shè)計(jì)人員建議多級狀態(tài)機(jī)應(yīng)該讓低層狀態(tài)機(jī)早于高層狀態(tài)機(jī)運(yùn)行，這樣高層就能夠根據(jù)正確的信息運(yùn)行。

如內(nèi)部燃燒控制這樣的復(fù)雜功能通常根據(jù)多維表格進(jìn)行處理，代碼通常進(jìn)行查表處理而不進(jìn)行復(fù)雜的計(jì)算，為了減小表格的大小以及成本軟件可以在條目之間進(jìn)行差值運(yùn)算。

在最小的單片機(jī)中，尤其是只有128位組堆棧的8051中，控制環(huán)允許好的連接器使用靜態(tài)分配的數(shù)據(jù)復(fù)蓋本地變量。在這種機(jī)制中，離子程序調(diào)用樹末端越近的變量得到的存儲器地址越高。當(dāng)開始一個新的分支的時候，它的變量可以在以前分支遺棄的空間中進(jìn)行重新分配。

簡單控制循環(huán)的一個主要缺點(diǎn)是它無法保證響應(yīng)特定硬件事件的時間。

細(xì)心的設(shè)計(jì)可以很容易地保證中斷不會被長時間禁止，這樣中斷代碼就可以在非常精確的時間運(yùn)行。

控制環(huán)的另外一個主要缺陷是增加新的特性的時候會變得復(fù)雜。需要花費(fèi)很長時間的算法必須小心地進(jìn)行分解以使得每次只有一小部分在主循環(huán)中運(yùn)行。

這種系統(tǒng)的優(yōu)勢是它的簡單性，并且在很小的軟件上，循環(huán)運(yùn)行地很快幾乎沒有人關(guān)心它是不可預(yù)測的。

它的另外一個優(yōu)勢是這種系統(tǒng)保證運(yùn)行軟件的質(zhì)量，無法將不好的運(yùn)行結(jié)果歸咎為其他的操作系統(tǒng)。

非搶先式任務(wù)

非搶先式任務(wù)系統(tǒng)非常類似于上面的系統(tǒng)，只是這個循環(huán)是隱藏在API中的。我們定義一系列的任務(wù)，每個任務(wù)獲得自己的子程序棧;然后，當(dāng)一個任務(wù)空閑的時候，它調(diào)用一個空閑子程序(通常調(diào)用“暫?！?、“等候”、“交出(yield)”等等)。

帶有類似屬性的架構(gòu)都帶有一個事件隊(duì)列，有一個循環(huán)根據(jù)隊(duì)列列表中的一個域確定刪除時間和調(diào)用子程序。

這種架構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)都非常類似于控制環(huán)，只是這種方法添加新的軟件更加簡單，只需要簡單地編寫新的任務(wù)或者將它添加到隊(duì)列解釋器中。

搶先式定時器

使用上面的任何一種系統(tǒng)，但是添加一個按照定時器中斷運(yùn)行子程序的定時器系統(tǒng)，這樣就給系統(tǒng)添加了嶄新的能力，這樣定時器子程序第一次能在一個有保證的時間內(nèi)運(yùn)行。

另外，代碼第一次能夠在非預(yù)期的時間訪問自己的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。定時器子程序必須要象中斷子程序一樣進(jìn)行處理。

搶先式任務(wù)

使用上面的非搶先式任務(wù)系統(tǒng)，從一個搶先式定時器或者其他中斷運(yùn)行。

這樣系統(tǒng)就突然變得很不一樣了。任何一個任務(wù)的代碼都有可能損害其他任務(wù)的數(shù)據(jù) &emdash; 所以它們必須進(jìn)行切缺的切分。對于共享數(shù)據(jù)的訪問必須使用一些同步策略進(jìn)行控制，如消息隊(duì)列、信號燈或者非阻塞同步機(jī)制。

經(jīng)常在這一步開發(fā)組織就會購買一套實(shí)時操作系統(tǒng)。如果一個組織缺少能夠編寫操作系統(tǒng)的人才或者操作系統(tǒng)將要在幾個產(chǎn)品之上，這可能是一個明智的選擇。這通常要將開發(fā)計(jì)劃增加六到八周，and forever after programmers can blame delays on it.

微內(nèi)核與外內(nèi)核

這種方法試圖將系統(tǒng)組織得比宏內(nèi)核更易于配置，而同時提供類似的特點(diǎn)。

微內(nèi)核是實(shí)時操作系統(tǒng)的一個邏輯發(fā)展，通常的組織方式是操作系統(tǒng)內(nèi)核分配內(nèi)存并且將CPU在不同的線程之間進(jìn)行切換。用戶模式的進(jìn)程實(shí)現(xiàn)如文件系統(tǒng)、用戶接口等主要的功能。

微內(nèi)核在二十世紀(jì)五十年代開始首次嘗試，但是由于計(jì)算機(jī)在任務(wù)間切換以及在任務(wù)間交換數(shù)據(jù)速度非常緩慢，所以人們放棄了微內(nèi)核而鐘情于MULTICS和UNIX風(fēng)格的大內(nèi)核?？傮w上來說，微內(nèi)核在任務(wù)切換以及任務(wù)間通信速度快的時候是比較成功的，在速度慢的時候是失敗的。

外內(nèi)核通過使用普通的子程序調(diào)用獲得的通信效率很高，硬件以及系統(tǒng)中的軟件都是程序員能用也能擴(kuò)展的。資源內(nèi)核(可能是庫的一部分)分配CPU時間、內(nèi)存以及其他資源。如多任務(wù)、網(wǎng)絡(luò)以及文件系統(tǒng)這樣的大內(nèi)核特性通過代碼庫來提供。庫可以進(jìn)行動態(tài)的連接、擴(kuò)展或者共享。不同的應(yīng)用甚至可以使用的不同的庫，但是所有的資源都來自于資源內(nèi)核。

虛擬機(jī)

一些航空電子系統(tǒng)使用幾個商用計(jì)算機(jī)。這樣更進(jìn)一步，每個計(jì)算機(jī)都在模擬它們自身的幾個副本，重要的程序同時在幾個計(jì)算機(jī)上運(yùn)行并且進(jìn)行投票控制(vote)。

模擬環(huán)境的優(yōu)點(diǎn)就是即使一個計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障，軟件的不同例程能夠遷移到正常工作的軟件分區(qū)，表決的票數(shù)并不受影響。

通常虛擬軟件運(yùn)行在計(jì)算機(jī)的用戶模式下，它捕捉、模擬硬件訪問和不在用戶模式下運(yùn)行的指令。

檢查點(diǎn)計(jì)算

另外一種常用的機(jī)制是兩個計(jì)算機(jī)計(jì)算 for a bit，然后將它們的計(jì)算結(jié)果報(bào)到那個點(diǎn)上。如果一個計(jì)算機(jī)的計(jì)算是 nut，它就會被關(guān)閉。

辦公用(宏內(nèi)核)操作系統(tǒng)

這種系統(tǒng)通常在沒有系統(tǒng)經(jīng)費(fèi)的嵌入式項(xiàng)目中流行，但是從這篇文章的多個作者來看，這通常是不正確的，它們的邏輯是：

操作系統(tǒng)是經(jīng)過特殊封裝的重用代碼庫。如果這些代碼有用，設(shè)計(jì)人員就會節(jié)省時間和金錢，否則它們就是無用的。

商務(wù)系統(tǒng)的操作系統(tǒng)沒有嵌入式硬件的接口。例如，如果要用Linux寫一個馬達(dá)控制器或者電話交換機(jī)，絕大部分的實(shí)際控制操作都是IOCTL調(diào)用，同時，正常的讀、寫和查詢界面都是無用的。所以操作系統(tǒng)對于實(shí)際的開發(fā)妨礙很大。

大多數(shù)的嵌入式系統(tǒng)不處理辦公事務(wù)，所以辦公操作系統(tǒng)的大部分代碼都被浪費(fèi)了。例如，絕大多數(shù)的嵌入式系統(tǒng)從來都不使用文件系統(tǒng)或者屏幕，所以文件系統(tǒng)和圖形用戶界面部分就是浪費(fèi)的，這些不用的代碼只會影響系統(tǒng)的可靠性。

辦公用操作系統(tǒng)保護(hù)硬件不讓用戶程序操作，這就嚴(yán)重地妨礙了嵌入式開發(fā)工作。

操作系統(tǒng)必須移植到嵌入式系統(tǒng)上，也就是說，硬件驅(qū)動程序無論如何都必須重寫，這也是操作系統(tǒng)最難的部分，所以使用這樣的操作系統(tǒng)幾乎沒有功效。

操作系統(tǒng)真正有用、可移植的特性是小段代碼。例如，一個基本的TCP/IP接口大約有3000行代碼，另外的一個例子是大約同樣大小的簡單文件系統(tǒng)。如果設(shè)計(jì)需要這些代碼，能夠使用少于嵌入式系統(tǒng)開發(fā)10%的經(jīng)費(fèi)就能完成，不需要支付版權(quán)費(fèi)用，只需要簡單地重寫就可以了。如果系統(tǒng)這些代碼有足夠的通用性，嵌入式系統(tǒng)雜志封面的后面通常有公司銷售沒有版權(quán)費(fèi)的C語言實(shí)現(xiàn)代碼。

然而許多任務(wù)程師并不認(rèn)同這一點(diǎn)，嵌入式Linux越來越受到人們的歡迎，尤其是在無線路由器和全球定位系統(tǒng)這樣的功能強(qiáng)大的嵌入式系統(tǒng)中。其中有下面一些原因：

有現(xiàn)成的移植到普通嵌入式芯片的實(shí)現(xiàn)代碼。

它們允許重用公開獲得的設(shè)備驅(qū)動程序、網(wǎng)頁服務(wù)器、防火墻或者其他代碼。

開發(fā)系統(tǒng)能夠從許多特性組合開始，在發(fā)布的時候可以剔除不需要的功能，從而節(jié)約所消耗的內(nèi)存。

許多任務(wù)程師認(rèn)為在用戶模式運(yùn)行應(yīng)用程序更為可靠、更容易調(diào)試，所以開發(fā)過程更容易、代碼更易于移植。

許多嵌入式系統(tǒng)沒有控制系統(tǒng)那樣對于實(shí)時性的嚴(yán)格要求，對于許多應(yīng)用來說如嵌入式Linux這樣的系統(tǒng)的響應(yīng)速度就已經(jīng)足夠了。

要求更快的響應(yīng)速度，而不是可靠性的特性，通常放到了硬件上。

許多實(shí)時操作系統(tǒng)都針對每件產(chǎn)品收取費(fèi)用，當(dāng)產(chǎn)品是消費(fèi)品時，這項(xiàng)費(fèi)用是巨大的。

Exotic custom 操作系統(tǒng)

一些系統(tǒng)需要安全、及時、可靠或者高效的特性，上面的架構(gòu)卻無法達(dá)到，構(gòu)建這樣的系統(tǒng)有一些廣為人知的技巧：

1.雇傭一個真正的系統(tǒng)程序員。他們的花費(fèi)很小，但是能夠節(jié)約數(shù)年的調(diào)試以及相關(guān)的收入損失。

2.RMA (rate monotonic analysis)，可以用來評估一組任務(wù)能否在特定的硬件系統(tǒng)下運(yùn)行，在最簡單的形式下，設(shè)計(jì)人員保證最快完成的任務(wù)有最高的優(yōu)先級，平均來說 CPU 至少有 30% 的空閑時間。

3.和諧的任務(wù)能夠高效地優(yōu)化CPU?；旧蟻碚f，設(shè)計(jì)人員保證每件工作都是從heartbeat timer開始工作的。在實(shí)時操作系統(tǒng)上很難這樣做，因?yàn)樗鼈冊诘群蜉斎胼敵鲈O(shè)備的時候通常就會切換任務(wù)。

4.剛好有兩個優(yōu)先級(通常是運(yùn)行和禁止中斷)的系統(tǒng)不能出現(xiàn)高優(yōu)先級任務(wù)等候低優(yōu)先級任務(wù)釋放信號燈或者其他資源的優(yōu)先級倒置問題，

5.有監(jiān)視器(monitor)的系統(tǒng)不能出現(xiàn)死鎖。監(jiān)視器鎖住一段代碼禁止中斷和其他搶先任務(wù)。如果這個監(jiān)視器只用于一小段快速運(yùn)行的代碼，系統(tǒng)可能工作正常。如果能夠證明監(jiān)視器 API 在所有情況下都能夠完整運(yùn)行，例如僅僅禁止中斷，那么就不會產(chǎn)生系統(tǒng)掛起的情況。

這就意味著使用兩個優(yōu)先級和監(jiān)視器的系統(tǒng)是安全、可靠的，因?yàn)樗鼈儧]有死鎖和優(yōu)先級倒置的問題。如果監(jiān)視器能夠執(zhí)行到結(jié)束，那么就永遠(yuǎn)不會掛起。如果使用和諧的任務(wù)，可能還會相當(dāng)高效。然而，RMA 無法描述這些系統(tǒng)，優(yōu)先級最好也不要到處都有，其中包括操作系統(tǒng)和硬件。

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