多年前,比尔.盖茨曾经预言,随着后PC时代的到来,PC将无处不在。今天,伴随着二十一世纪的曙光,嵌入式系统的迅猛发展正验证了比尔.盖茨的预言,人类正迎来一个充满希望的新时代——后PC时代。这是一个充满机遇的时代,这是一个充满商机的时代。人类在经历了桌面系统的空前繁荣之后,嵌入式系统的发展正风起云涌,广泛进入到工业,军事,通信,运输,金融,医疗,气象,农业等众多领域。
通常情况下,人们往往会忽视自己身边的嵌入式系统——比如手机,取款机或者电梯等等,在这些随处可见的设备中就存在嵌入式系统,有时人们经常使用嵌入在汽车,电梯,PDA,程控交换机等设备中的小巧的计算机系统,而对此毫无察觉。此外,嵌入式系统还经常在工业机器人,医疗设备,卫星,飞行系统等领域扮演着更为重要的角色。正是"看不见"和"无所不在"这样的特性使得嵌入式计算机系统有别于传统的计算机系统。
一、嵌入式系统简介
嵌入式系统本身是一个相对模糊的定义。目前嵌入式系统已经渗透到我们生活中的每个角落,工业、服务业、消费电子……,而恰恰由于这种范围的扩大,使得“嵌入式系统”更加难于明确定义。
举个简单例子:一个手持的mp3是否可以叫做是嵌入式系统呢?答案肯定是“是”。另外一个PC104的微型工业控制计算机你会认为它是嵌入式系统吗?当然,也是,工业控制是嵌入式系统技术的一个典型应用领域。然而比较两者,你也许会发现二者几乎完全不同,除了其中都嵌入有微处理器。那是否可以说嵌入着微处理器的设备就是嵌入式系统?那鼠标中也有单片机,能叫嵌入式系统嘛?
那到底什么是嵌入式系统?莫非嵌入式系统只是一个难以定义的抽象概念?
二、嵌入式系统的历史
虽然嵌入式系统是近几年才风靡起来的,但是这个概念并非新近才出现。从20世纪七十年代单片机的出现到今天各式各样的嵌入式微处理器,微控制器的大规模应用,嵌入式系统已经有了近30年的发展历史。
作为一个系统,往往是在硬件和软件交替发展的双螺旋的支撑下逐渐趋于稳定和成熟,嵌入式系统也不例外。
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。
在中国嵌入式系统领域,比较认同的嵌入式系统概念是:嵌入式系统是以应用为中心,以计算机技术为基础,并且软硬件可裁剪,适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。它一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等四个部分组成,用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。
三、嵌入式系统的应用领域
嵌入式系统技术具有非常广阔的应用前景,其应用领域可以包括:
1、工业控制:基于嵌入式芯片的工业自动化设备将获得长足的发展,目前已经有大量的8、16、32 位嵌入式微控制器在应用中,网络化是提高生产效率和产品质量、减少人力资源主要途径,如工业过程控制、数字机床、电力系统、电网安全、电网设备监测、石油化工系统。就传统的工业控制产品而言,低端型采用的往往是8位单片机。但是随着技术的发展,32位、64位的处理器逐渐成为工业控制设备的核心,在未来几年内必将获得长足的发展。
2、交通管理:在车辆导航、流量控制、信息监测与汽车服务方面,嵌入式系统技术已经获得了广泛的应用,内嵌GPS模块,GSM模块的移动定位终端已经在各种运输行业获得了成功的使用。目前GPS设备已经从尖端产品进入了普通百姓的家庭,只需要几千元,就可以随时随地找到你的位置。
3、信息家电:这将称为嵌入式系统最大的应用领域,冰箱、空调等的网络化、智能化将引领人们的生活步入一个崭新的空间。即使你不在家里,也可以通过电话线、网络进行远程控制。在这些设备中,嵌入式系统将大有用武之地。
4、家庭智能管理系统:水、电、煤气表的远程自动抄表,安全防火、防盗系统,其中嵌有的专用控制芯片将代替传统的人工检查,并实现更高,更准确和更安全的性能。目前在服务领域,如远程点菜器等已经体现了嵌入式系统的优势。
5、POS网络及电子商务:公共交通无接触智能卡(Contactless Smartcard, CSC)发行系统,公共电话卡发行系统,自动售货机,各种智能ATM终端将全面走入人们的生活,到时手持一卡就可以行遍天下。
6、环境工程与自然:水文资料实时监测,防洪体系及水土质量监测、堤坝安全,地震监测网,实时气象信息网,水源和空气污染监测。在很多环境恶劣,地况复杂的地区,嵌入式系统将实现无人监测。
7、机器人:嵌入式芯片的发展将使机器人在微型化,高智能方面优势更加明显,同时会大幅度降低机器人的价格,使其在工业领域和服务领域获得更广泛的应用。
这些应用中,可以着重于在控制方面的应用。就远程家电控制而言,除了开发出支持TCP/IP的嵌入式系统之外,家电产品控制协议也需要制订和统一,这需要家电生产厂家来做。同样的道理,所有基于网络的远程控制器件都需要与嵌入式系统之间实现接口,然后再由嵌入式系统来控制并通过网络实现控制。所以,开发和探讨嵌入式系统有着十分重要的意义。
分享到:
相关推荐
### 嵌入式系统学习路径详述 嵌入式系统是现代科技产品中的核心组成部分,涉及硬件设计、操作系统、编程语言等多个领域的知识。本文将根据“嵌入式学习步骤”文档的内容,详细阐述嵌入式系统学习的关键步骤,帮助...
本文将详述嵌入式系统半实物仿真测试平台——ETest_RT 的重要性、目的和用途,以及购置该系统的需求和必要性。 ETest_RT 半实物仿真测试平台是一种先进的测试工具,旨在提高嵌入式系统的安全性和可靠性。该平台主要...
接着,会详述嵌入式系统的硬件组成部分,包括微处理器、存储器(ROM、RAM)、输入/输出接口、总线结构以及电源管理。特别是微处理器的选择,它是决定嵌入式系统性能和成本的重要因素,比如ARM架构的广泛应用。此外,...
本书采用Intel公司XScale系列处理器和开放源码的Linux操作作系统,详述嵌入式系统开发的基本原理,系统地介绍了ARM指令系统、XScale构架、Linux操作系统、驱动开发及嵌入式软件开发的关键技术和方法。本书可作为高等...
### 嵌入式Linux系统构建详述 嵌入式Linux系统是指运行在非标准PC架构上的Linux系统,常用于各种资源受限的设备,如智能手机、路由器、工业控制设备等。构建一个嵌入式Linux系统是一项复杂且细致的任务,涉及多个...
虽然简历中没有详述嵌入式开发的具体经验,但通常需要掌握C/C++编程语言,熟悉操作系统如Linux或RTOS,并了解硬件接口和通信协议,如UART、SPI、I2C等。 【网络工程】 网络工程涉及规划、实施和维护计算机网络。...
3. **硬件设计**:详述嵌入式硬件部分,包括传感器选择(如加速度计)、信号调理电路、电源管理、通信接口等。 4. **软件开发**:描述单片机的程序设计,包括数据采集、处理算法、平衡校正策略及用户界面设计。 5. *...
4. **软件实现**:详述嵌入式系统中的控制程序设计,可能涉及编程语言、协议栈的使用等。 5. **安全性考虑**:探讨系统如何防止非法入侵,确保用户数据的安全。 6. **用户使用指南**:提供给用户的操作指南,如何...
3. **ARM微处理器体系结构**:详述ARM处理器的架构,包括其功能模块、指令集和应用范围。 4. **嵌入式系统设计方法**:通过实例介绍从需求分析到系统实现的整体设计流程。 5. **嵌入式硬件设计**:重点讲解人机...
《嵌入式Internet TCP/IP基础、实现及应用》全面系统地介绍了TCP/IP的基本理论,详述了嵌入式TCP/IP协议栈在基于ARM7 MCU的硬件平台上的实现原理,并给出了包括链路层(以太网和PPP)、IP层、运输层及应用层的一个...
6. **芯片数据手册**:每个芯片都有对应的数据手册,详述了其电气特性、引脚功能、操作条件以及编程接口等信息,是设计和调试电路的重要参考资料。 7. **液晶屏参考例程**:液晶屏常用于嵌入式系统的用户界面显示。...
3. **实验内容**:详述每个实验任务,可能包括硬件连接、系统初始化、驱动程序编写、应用程序开发等。例如,学生可能需要实现一个简单的LED灯控制程序,通过GPIO接口与外部设备交互,或者构建一个实时操作系统环境,...
5. **测试与调试**:详述单元测试、集成测试的过程,以及如何利用仿真器或实际硬件进行调试。 6. **性能优化**:讨论如何通过代码优化、内存管理等方式提升系统的响应速度和功耗效率。 7. **PPT展示**:可能包含...
《嵌入式Internet TCP/IP基础、实现及应用》全面系统地介绍了TCP/IP的基本理论,详述了嵌入式TCP/IP协议栈在基于ARM7 MCU的硬件平台上的实现原理,并给出了包括链路层(以太网和PPP)、IP层、运输层及应用层的一个...
9. **电源管理**:详述电源设计和功耗控制,特别是在电池供电设备中的低功耗策略。 10. **维护与升级**:介绍如何进行系统升级,包括固件更新和硬件维护的基本步骤。 在提供的"芯片手册"中,通常会包含更深入的...
- **系统数据结构**:虽未详述,但应包括数据库表结构、数据类型、字段长度等设计细节,确保数据的准确存储和高效检索。 - **出错处理设计**:涵盖错误信息提示、错误恢复策略和系统维护计划,增强系统的稳定性和...
"基于S3C2410嵌入式MDK开发实验与实践.pdf" 这本书很可能详述了如何使用MDK工具进行S3C2410处理器的嵌入式系统开发。S3C2410是Samsung公司生产的一款基于ARM920T内核的微处理器,常用于嵌入式系统设计,特别是在早期...
在系统编程方面,第5章详述了嵌入式Linux开发环境的搭建过程,包括交叉编译工具链的选择和配置,这对于在不同硬件平台上运行代码是必不可少的。第6章涉及文件IO编程,这是任何程序与系统交互的基础,无论是读取配置...
2. **Linux系统环境**:详述Linux操作系统的基本原理,包括进程管理、内存管理、文件系统和网络编程等内容。 3. **C语言编程**:作为嵌入式开发的基础,C语言的重要性不言而喻。书中会深入解析C语言的关键特性,如...
### 嵌入式Linux学习规划详述 #### 一、C语言——编程基础与硬件控制 **核心知识点**: 1. **C语言基础**:掌握C语言的基础语法,包括变量、数据类型、运算符、流程控制语句等。 2. **指针操作**:深入理解指针的...