嵌入式系统开发基础浅谈

一、嵌入式系统概述

当今社会嵌入式系统无处不在。离开嵌入式系统我们将无法融入这个社会，这是因为嵌入式系统已经广泛应用到当今各个领域，与我们的生活息息相关，比例我们日常使用的手机、数媒相机、MP3、MP4、智能玩具等电子产品，当然了我们家里面使用的电冰箱、洗衣机、微波炉、电视机等家庭用品都与我们密不可分。嵌入式系统还应用于我国的航天航空、军事国防、基础建设等领域。嵌入式系统的广泛发展给我们生活带来了革命性的改变。

按照电器工程协会的定义，嵌入式系统是用来控制或者监视机器、装置、工厂等各种规模系统得设备。嵌入式系统是指以应用为中心，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。将一套控制系统嵌入到已具有某种完整的特定功能的系统内以实现对原有系统得计算机控制，此时将这个系统叫做嵌入式系统。它通常由特定功能模块和计算机控制模块组成，主要由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户应用软件等部分组成。它具有“嵌入性”、“专用性”、与“计算机系统”的基本要素。

二、嵌入式系统发展历史

嵌入式系统通过了一单芯片的可编程控制器形式的系统，以嵌入式CPU为基础、以简单操作系统为核心的嵌入式系统，以嵌入式操作系统为标志的嵌入式系统，以Internet、多核计算机为标志的嵌入式系统四个阶段。

三、嵌入式系统的特点

1、面向特定应用的特点；

2、嵌入式系统得硬件和软件都必须进行高效地设计，量体裁衣，力争在同样的硅片面积上实现更高的性能，这样才能在具体应用中对处理器的选择更具有竞争力；

3、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与各个行业的具体应用想结合后的产物；

4、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芯片中或者单片机本身，二不是存储于磁盘中；

5、嵌入式开发的软件代码尤其要求高质量、高可靠性，由于嵌入式设备往往是处在无人职守或条件恶劣的情况下，因此，其代码必须有更高的要求；

6、嵌入式系统本身不具备二次开发能力，即设计完成后用户通常不能在该平台上直接对程序功能进行修改，必须有一套开发工具和环境才能进行再次开发。

四、嵌入式系统的体系结构

嵌入式系统作为一类特殊的计算机系统，一般包括硬件设备、嵌入式操作系统和应用软件，其中硬件设备又包括嵌入式处理器和外围设备。如今，全世界嵌入式处理器已经超过1000多种，流行的体系结构有30多个系列，其中以ARM、PowerPC、MC 68000等使用得最为广泛。外围设备是指嵌入式系统中用于完成存储、通信、调试、显示等辅助功能的其他部件。

五、嵌入式系统的操作系统

1、嵌入式Linux，嵌入式Linux同Linux一样，具有低成本、多种硬件平台支持、优异的性能和良好的网络支持等优点；

2、VxWorks，VxWorks的实时性做得非常好，其系统本身的开销很小，进程调度、进程间通信、中断处理等系统公用程序精炼而有效，使得它们造成的延时很短；

3、QNX，它具有独一无二的微内核实时平台，是建立在微内核和完全地址空间保护基础之上的，它同样具有实时性强、稳定可靠的优点；

4、Windows CE，它具有模块化、结构化和基于Win32应用程序接口以及与处理器无关的特点；

5、Palm OS，它最明显的特点是精简，它的内核只有几千个字节，同时用户也可以方便地开发定制，具有较强的可操作性；

六、嵌入式系统软件的特点

嵌入式处理器的应用软件是实现嵌入式系统功能的关键，对处理器系统软件和应用的要求也和通用计算机有所不同。

1、软件要求固化存储。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芯片或单片机本身中，二不是存贮与磁盘等载体中；

2、软件代码高质量、高可靠性。尽管半导体计算机的发展使处理器速度不断提高、片上存储器容量不断增加，但在大多数应用中，存储空间仍然是宝贵的，还存在实时性的要求。为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长度、提高执行速度；

3、系统软件的高实时性是基本要求。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的速度是无法完成和没有效率的，这种任务调度只能有优化编写的系统软件来完成，因此系统软件的高实时性是基本要求；

4、多任务操作系统是知识集成的平台和走向工业标准化道路的基础。

七、嵌入式系统的主要应用领域

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：工业控制、交通管理、信息家电、家庭智能系统、POS网络及电子商务、环境工程与自然、机器人。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协议也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，开发和探试嵌入式系统有着十分重要的意义。

八、嵌入式系统的发展现状

这几年来，伴随着信息时代和数字时代的到来，为嵌入式系统的发展带来了巨大的机遇，同时也向嵌入式系统厂商提出了新的挑战。目前嵌入式技术与Internet 技术的结合正在推动着嵌入式的飞速发展，嵌入式系统的研究和应用产生了如下新的显著变化：

（1）新的微处理器层出不穷，精简系统内核，优化关键算法，降低功耗和硬件成本。嵌入式操作系统自身结构的设计更加便于移植，能够在短时间内支持更多的微处理器。

（2）嵌入式系统的开发成了一项系统工程，开发厂商不仅要提供嵌入式软/硬件系统本身，同时还要提供强大的硬件开发工具和软件支持包。

（3）通用计算机上使用的新技术、新观念开始逐步移植到嵌入式系统中，嵌入式软件平台得到进一步完善，基本都能提供更加友好的多媒体人机交互界面。

（4）各种开源的嵌入式操作系统（如μCLinux、μC/OS-II）迅速发展，它们具有源代码开放、系统内核小、执行效率高、结构比较完整等特点，很适合信息家电等嵌入式系统的需要，目前已经形成了能与VxWorks、Windows CE等嵌入式操作系统进行有力竞争的局面。

（5）网络化、信息化的要求随着Internet 技术的成熟和带宽的提高而日益突出，以往功能单一的设备功能不再单一，结构变得更加复杂，网络互联成为必然趋势。

九、我国嵌入式系统的现状

由于诸多原因，我国计算机行业未能赶上世界范围软件技术发展的前几次机遇；当我们意识到应组织发展本国软件产业时，微软已在PC软件上处世界垄断地位，我们只得在软件汉化小范围徘徊，对计算机系统软件虽偶有出击，总难冲出重围。二十一世纪之初，微软王国已从登峰造极走向地位下滑的后PC时代。后PC时代，既非PC信息设备大显神通的时代，嵌入式系统正是非PC设备的主体，由于其应用推广、领域特色突出，谁也无力独吞这一市场。互联网技术在世界范围的扩展和中国通信事业的高速发展，已为我国开发嵌入式产品造就了广大市场，此外我国是人口大国，素有软件智力优势。因此，我国软件同仁应该牢牢抓着这一大好机遇，找准出击点，在IP软件、JAVA应用和无线网络等新一轮嵌入式软件技术上，下大力，冲刺一翻，定能使我国软件技术大上一个台阶，对发展我国经济做出应有贡献。

十、我想象中的未来嵌入式系统

随着计算机软硬件技术、电子产品和电子技术的快速猛烈发展，计算机系统的硬件水平不断提高，嵌入式系统势必也会跟随着不断发展提高。硬件方面我认为将会朝着节能环保、更低功耗发展，处理器设计将会更加精密更加小型化集成程度更高，从单核向双核四核多核发展，同时具有低能耗高效率高可靠性等特点，存储设备将会向大容量，可靠稳定方向发展，其他通信、显示等外围设备更加完善更加丰富。软件功能上我认为将会更加注重用户体现性与用户方便性，功能更加齐全，用户界面更加人性化等特点，当然了未来的嵌入式系统实时性、控制性能也将会大大提高，从而想着智能化嵌入式方向发展。

十一、结束语

嵌入式系统有着非常大的市场，据不完全统计截止２０１２年下半年全球有大概３０亿嵌入式设备交货。这样一个势头主要是由于终端用户越来越基于链接行的用户体验机应用程序来购买具有智能、链接行、服务向导的设备。我们相信嵌入式系统是２１世纪科技领域的重大创新，必将推进全球经济社会高速发展，实现人类发展史上的重大突破。科学在发展，人类在进步，随着一代又一代ＩＴ精英们的不断努力，未来的嵌入式系统一定会使人们的工作、学习、生活更加方便高效的。