系统架构设计师教程（十六）嵌入式系统架构设计理论与实践

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16.1 嵌入式系统概述

16.1.1 嵌入式系统发展历程

嵌入式系统的发展经历了五个阶段:

1. 单片机阶段: 使用单片机作为硬件，采用汇编语言实现系统功能，没有操作系统，系统结构简单，处理效率低。

2. 微控制器阶段: 使用嵌入式微处理器作为基础，配合简单操作系统，外围电路和接口电路不断扩展，提高智能化控制能力。

3. 片上系统阶段: 嵌入式系统可在不同类型的微处理器上运行，兼容性好，操作系统内核小、效率高。

4. 基于Internet的嵌入式系统阶段: 嵌入式处理器集成网络接口，嵌入式设备应用于网络环境。

5. 智能化、云技术推动下的嵌入式系统阶段: 低能耗、高速度、高集成、高可信，嵌入式系统向端到端系统微型传感器设备和智能服务设备两个方向发展。

16.1.2 嵌人式系统硬件体系结构

传统的嵌入式系统主要由嵌入式微处理器（MCU）、存储器、内（外）总线逻辑、定时/计数器、看门狗电路、I/O接口和外部设备等部件组成。嵌入式系统的硬件组成结构如图16-1所示。

嵌入式微处理器主要用于处理相关任务。选择处理器芯片时，需要考虑不同使用环境的温度、湿度、震动和加速度等因素。根据使用场景的不同，嵌入式处理器可分为微处理器（MPU）、微控制器（MCU）、信号处理器（DSP）、图形处理器（GPU）和片上系统（SoC）等类型。

存储器主要用于存储程序和数据信息，包括只读存储器（ROM）和随机存储器（RAM）等多种类型。

总线是计算机各种功能部件之间传输信息的公共通信干线，包括数据总线、地址总线和控制总线。通常存在星形、树状、环形、总线型和交叉开关型等五种拓扑结构，以及片内总线、系统总线、局部总线和通信总线等四种连接方式。