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嵌入式复习第一章

news 来源：原创 2025/4/30 8:57:51

1. 嵌入式系统概念、应用与特点

2. 嵌入式系统的硬件（ CPU 、外设）

3. 主要嵌入式软件系统（应用及 OS ）

4. 嵌入式系统的发展趋势

嵌入式系统定义

“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”

嵌入式系统特点

(1)系统内核小

 由于嵌入式系统一般是应用于小型电子装置的，系统资源相对有限，所以内核较之传统的操作系

统要小得多。

(２)专用性强

 嵌入式系统的个性化很强，其中的软件系统和硬件的结合非常紧密，一般要针对硬件进行系统的

移植。

 同时针对不同的任务，往往需要对系统进行较大更改，程序的编译下载要和系统相结合，这种修

改和通用软件的“升级”是完全不同的概念。

(３)系统精简

 嵌入式系统一般没有系统软件和应用软件的明显区分，不要求其功能设计及实现上过于复杂，这样一方面利于控制系统成本，同时也利于实现系统安全。

(４)高实时性OS

 这是嵌入式软件的基本要求，而且软件要求固态存储，以提高速度。软件代码要求高质量和高可靠性、实时性。

(5)嵌入式系统需要专用交叉开发环境和工具

 由于其本身不具备自主开发能力，即使设计完成以后，用户通常也是不能对其中的程序功能进行

修改，必须有一套开发工具和环境才能进行开发。

 这些工具和环境一般是基于通用计算机上的软硬件设备以及各种逻辑分析仪、混合信号示波器等。

 开发时往往有主机和目标机的概念，主机用于程序的开发，目标机作为最后的执行机，开发时需

要交替结合进行。

嵌入式系统与PC对比

 嵌入式系统一般是专用系统，而PC是通用计算平台

 嵌入式系统的资源比PC少得多

 嵌入式系统软件故障带来的后果比PC机大得多

 嵌入式系统一般采用实时操作系统

 嵌入式系统大都有成本、功耗的要求

 嵌入式系统得到多种微处理体系的支持

 嵌入式系统需要专用的开发工具

嵌入式系统 VS 单片机系统

 单片机系统多为4位、8位、16位机，不适合运行操作系统，难以进行复杂的运算及处理功能

 嵌入式系统强调基于平台的设计、软硬件协同设计，单片机大多采用软硬件流水设计

 嵌入式系统设计的核心是软件设计（占70%左右的工作量），单片机系统软硬件设计所占比例基本相同

嵌入式硬件概述

嵌入式系统硬件主要指嵌入式微处理器和外围设备。

其中 嵌入式处理器 是嵌入式系统的核心，一般只保留与用户需求紧密相关的功能部件，因此体系小、重量轻、成本低、可靠性高等特点。

外围设备根据功能一般可分为以下三类：存储设备、通信设备和 I/O 设备。

嵌入式处理器

嵌入式系统的核心是各种类型的嵌入式处理器，嵌入式处理器与通用处理器最大的不同在于，嵌入式CPU大多工作在为特定用户群所专门设计的系统中，它将通用 CPU 中许多由板卡完成的任务集成到芯片内部，从而有利于嵌入式系统在设计时趋于小型化，同时还具有很高的效率和可靠性。

嵌入式处理器的种类

嵌入式处理器的体系结构经历了从 CICS （复杂指令集）到 RISC （精简指令集）和 Compact RISC 的转变，位数则由4 位、 8 位、 16 位、 32 位逐步发展到 64 位。目前常用的嵌入式处理器可分为如下几种：

1. 嵌入式微控制器：即单片机

2. 嵌入式微处理器：一般基于通用微处理器，从 8 位、 16 位直到 64 位，目前以 32 位为主。

3. 嵌入式 DSP 处理器：专门用于高速实时信号处理，分为通用 DSP 和专用 DSP 两种。

4. 嵌入式片上系统：将微处理器、模拟 IP 核、数字 IP 核和存储器集成在单一芯片上，进一步降低了功耗，减少了开发成本。

嵌入式微处理器特点

对实时多任务有很强的支持能力，能完成多任务并且有较短的中断响应时间，从而使内部的代码和实时内核的执行时间减少到最低限度。

 具有很强的存储区保护功能。这是由于嵌入式系统的软件结构已模块化，而为了避免在软件模块之间出现错误的交叉作用，需要设计强大的存储区保护功能，同时也有利于软件诊断。

 可扩展的处理器结构，以能最迅速地开发出满足应用的最高性能的嵌入式微处理器。

 嵌入式微处理器必须功耗很低，尤其是用于便携式的无线及移动的计算和通信设备中靠电池供电的嵌入式系统更是如此，如需要功耗只有mW甚至μW级。

嵌入式软件概述

嵌入式软件特点

（l）规模较小

 在一般情况下，嵌入式系统的资源多是比较有限的，要求嵌入式软件必须尽可能地精简。

 （ 2 ）软件固化存储

 为了提高系统的启动速度、执行速度和可靠性，嵌入式系统中的软件一般都固化在存储器芯

片或微处理器中。

（ 3 ）高实时性和可靠性要求

 具有实时处理的能力是许多嵌入式系统的基本要求，实时性要求软件对外部事件做出反应的

时间必须要快，在某些情况下还要求是 确定的、 可重复实现的 ，不管系统当时的内部状态如何，

都是 可以预测的 。同时，对于事件的处理一定要在限定的时间期限之前完成 ，否则就有可能引起

系统的崩溃。

（ 4 ）开发难度大

 嵌入式系统由于硬件 资源有限 ，使得嵌入式软件在时间和空间上都受到严格的限制，需要开发人员对编程语言、编译器和操作系统有深刻的了解，才有可能开发出 运行速度快、存储空间少、维护成本低 的软件。嵌入式软件一般都要涉及底层 软件的开发，应用软件的开发也是直接基于操作系统的，这就要求开发人员具有扎实的软、硬件基础，能灵活运用不同的开发手段和工具，具

有较丰富的开发经验。嵌入式软件的运行环境和开发环境比PC 机复杂，嵌入式软件是在 目标系统 上运行的，而嵌入式软件的开发工作则是在另外的开发系统中进行，当应用软件调试无误后，再把它放到目标系统上去。

嵌入式操作系统特点

 可裁剪性。 开放性、可伸缩性的体系结构。

 强实时性。 EOS实时性一般较强，可用于各种设备控制当中。

 统一的接口。提供各种设备驱动接口。

 操作方便、简单 、提供友好的图形GUI，图形界面，追求易学易用。

 提供 强大的网络功能， 支持TCP/IP协议及其它协议，提供 TCP/UDP/IP/PPP协议支持及统一的MAC访问层接口，为各种移动计算设备预留接口。

 强稳定性，弱交互性。 嵌入式系统一旦开始运行就不需要用户过多的干预，这就要负责系统管理的EOS具有较强的稳定性。嵌入式操作系统的用户接口一般不提供操作命令，它通过系统的调用命令向用户程序提供服务。

 固化代码。 在嵌入式系统中，嵌入式操作系统和应用软件被固化在嵌入式系统计算机的ROM中。辅助存储器在嵌入式系统中很少使用，因此，嵌入式操作系统的文件管理功能应该能够很容易地拆卸，而用各种内存文件系统。

 更好的硬件适应性，也就是良好的 移植性。

大部分嵌入式操作系统都是实时系统，而且多是实时多任务系统。它们采用全抢占调度方案，相应时间很短；采用微内核技术，设计追求灵活性，可配置、可裁剪、可扩充、可移植；具备强实时和高可靠性，有适应各种主流CPU 的版本，非常适合嵌入式应用。

μ C/OS-II 实时操作系统