嵌入式系統(tǒng)有哪些部分組成_嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域

　　嵌入式系統(tǒng)由硬件和軟件兩大部分組成，硬件一般由高性能微處理器和外圍接口電路組成，軟件一般由操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序構(gòu)成，軟件和硬件之間由所謂的中間層（BSP層，板級(jí)支持包）連接。嵌入式系統(tǒng)的硬件有：嵌入式微處理器、存儲(chǔ)器、輸入輸出（I/O、A/D、D/A）。 嵌入式系統(tǒng)的軟件有：操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件。本文主要詳解嵌入式系統(tǒng)有哪些部分組成以及嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域，首先介紹了嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)，其次闡述了嵌入式系統(tǒng)的組成及部分組成，最后介紹了應(yīng)用領(lǐng)域。

　　嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)

　　（1）較硬件一體化，集計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、行業(yè)技術(shù)于一體;

　?。?）需要操作系統(tǒng)支持，代碼小，執(zhí)行速度快;

　?。?）專用進(jìn)抽，用途固定，成本敏感;

　　（4）可靠性要求高;

　?。?）多樣性，應(yīng)用廣泛，種類繁多。

　　嵌入式系統(tǒng)的組成

　　嵌入式系統(tǒng)從組織層次上看，嵌入式系統(tǒng)一般由硬件層、中間層、軟件層和功能層組成。

　?。?）功能層

　　功能層由基于RTOS開發(fā)的應(yīng)用程序組成，用來(lái)完成對(duì)被控對(duì)象的控制功能。功能層是面向被控對(duì)象和用戶的。

　?。?）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）或者板級(jí)支持包（Board Support Package，BSP），它半系統(tǒng)上層軟件與底層硬件分離開來(lái)，使系統(tǒng)的底層驅(qū)動(dòng)程序與硬件無(wú)關(guān)，上層軟件開發(fā)人員無(wú)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。 實(shí)際上，BSP是一個(gè)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(gè)完整的BSP需要完成兩部分工作：嵌入工系統(tǒng)的硬件初始化的BSP功能，設(shè)計(jì)硬件相關(guān)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)。

　　（3）軟件層

　　系統(tǒng)軟件層由實(shí)時(shí)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(tái)。

　?。?）硬件層

　　硬件層中包含嵌入式微處理器、存儲(chǔ)器（SDRAM、ROM、Flash等）、通用設(shè)備接口和I/O接口（A/D、D/A、I/O等）。在一嵌入式處理器基礎(chǔ)上添加電源電路、時(shí)鐘電路和存儲(chǔ)器電路，就構(gòu)成了一個(gè)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。

　　嵌入式系統(tǒng)主要由哪幾部分組成

　　1、處理器內(nèi)核

　　嵌入式系統(tǒng)的心臟是處理器內(nèi)核。處理器內(nèi)核從一個(gè)簡(jiǎn)單便宜的8位微控制器，到更復(fù)雜的32位或64位微處理器，甚至多個(gè)處理器。嵌入式設(shè)計(jì)人員必須為能夠滿足所有功能和非功能時(shí)限、要求的應(yīng)用選擇成本最低的設(shè)備。

　　2、模擬I/O

　　D/A和A/D轉(zhuǎn)換器是用來(lái)從環(huán)境中搜集數(shù)據(jù)并反饋的。嵌人式設(shè)計(jì)人員必須了解需要從環(huán)境中搜集數(shù)據(jù)的類型、數(shù)據(jù)的精度要求和輸入/輸出數(shù)據(jù)的速率，以便為應(yīng)用程序選擇合適的轉(zhuǎn)換器。嵌入式系統(tǒng)的反應(yīng)特性受外部環(huán)境決定。嵌入式系統(tǒng)必須有足夠快的速度跟上環(huán)境變化，以此來(lái)模擬信息，例如光、聲壓或加速度被感知并輸入到嵌入式系統(tǒng)中。

　　3、傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)

　　傳感器一般從環(huán)境中感知模擬信息。執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過(guò)某些方式控制環(huán)境。

　　4、用戶界面

　　這些界面可以像LED屏一樣簡(jiǎn)單，也可以像工藝精良的手機(jī)和數(shù)碼相機(jī)的屏幕那樣復(fù)雜。

　　5、應(yīng)用程序的特定入口

　　類似于ASIC或者FPGA的硬件加速，是用來(lái)加速在應(yīng)用程序中有高性能要求的特定功能模塊。嵌入式設(shè)計(jì)師必須利用加速器獲得最大的應(yīng)用程序性能，來(lái)對(duì)程序進(jìn)行適當(dāng)?shù)幕I劃或分區(qū)。

　　6、軟件

　　在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中軟件是一個(gè)重要的部分。在過(guò)去幾年，嵌入式軟件的數(shù)量已經(jīng)增長(zhǎng)得比摩爾定律還快，幾乎是每十個(gè)月就成倍增長(zhǎng)。嵌入式軟件在某些方面性能、存儲(chǔ)器和功耗、經(jīng)常被優(yōu)化。越來(lái)越多的嵌入式軟件通過(guò)高級(jí)語(yǔ)言來(lái)編寫，如C/C++。而更多的性能關(guān)鍵的代碼段仍然使用匯編語(yǔ)言來(lái)編寫。

　　7、存儲(chǔ)器

　　存儲(chǔ)器是嵌入式系統(tǒng)中重要的部分，嵌入式程序可以在沒(méi)有RAM或ROM的情況下運(yùn)行。有許多易失的和非易失的存儲(chǔ)器用于嵌入式系統(tǒng)中，關(guān)于此內(nèi)容在書的后面會(huì)有更多的說(shuō)明。

　　8、仿真和診斷

　　嵌入式系統(tǒng)很難看見或接觸到。調(diào)試的時(shí)候需要接口與嵌入式系統(tǒng)相連。診斷端口，如JTAG聯(lián)合測(cè)試行動(dòng)組、就常常用于調(diào)試嵌入式系統(tǒng)。片上仿真能用來(lái)提供應(yīng)用程序的可見性行為。這些仿真模塊能可視化地提供運(yùn)行時(shí)的行為和性能，實(shí)際上由板上的自診斷能力取代了外部邏輯分析儀的功能。

　　嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域

　　1、工業(yè)控制

　　基于嵌入式芯片的工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備將獲得長(zhǎng)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(guò)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(cè)、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(lái)幾年內(nèi)必將獲得長(zhǎng)足的發(fā)展。

　　2、交通管理

　　在車輛導(dǎo)航、流量控制、信息監(jiān)測(cè)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(dòng)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(shí)隨地找到你的位置。

　　3、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(gè)嶄新的空間。即使你不在家里，也可以通過(guò)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。

　　4、家庭智能管理

　　水、電、煤氣表的遠(yuǎn)程自動(dòng)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(shì)。

　　5、POS網(wǎng)絡(luò)

　　公共交通無(wú)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(dòng)售貨機(jī)，各種智能ATM終端將全面走入人們的生活，到時(shí)手持一卡就可以行遍天下。

　　6、環(huán)境工程

　　水文資料實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，防洪體系及水土質(zhì)量監(jiān)測(cè)、堤壩安全，地震監(jiān)測(cè)網(wǎng)，實(shí)時(shí)氣象信息網(wǎng)，水源和空氣污染監(jiān)測(cè)。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(wú)人監(jiān)測(cè)。