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嵌入式系統(tǒng)的分類
嵌入式操作系統(tǒng)是一種用途廣泛的系統(tǒng)軟件，通常包括與硬件相關(guān)的底層驅(qū)動(dòng)軟件、系統(tǒng)內(nèi)核、設(shè)備驅(qū)動(dòng)接口、通信協(xié)議、圖形界面、標(biāo)準(zhǔn)化瀏覽器等。以下是小編整理的嵌入式系統(tǒng)的分類，希望對大家有所幫助。
1、以硬件劃分
1.1 嵌入式微控制器(Microcontroller Unit，也稱MCU)
單片機(jī)就屬于嵌入式微控制器，單片機(jī)機(jī)心由ROM(或EPROM)、總線、總線邏輯、定時(shí)器(或計(jì)數(shù)器)、WatchDog、I/O、串行口、脈寬調(diào)制輸出、A/D、D/A、Flash RAM、EEPROM等組成，它屬于單片式設(shè)計(jì)，體積小、功耗低、成本小、可靠性高的特點(diǎn)，該類型的品種、數(shù)量都是最多的，目前嵌入式系統(tǒng)中，MCU在70年代就已經(jīng)研制出來，但由于以上的特點(diǎn)，直到現(xiàn)在，它依然占有70%的市場份額。
1.2 嵌入式微處理器(Micro Processor Unit，又稱MPU)
嵌入式微處理器是根據(jù)計(jì)算機(jī)的CPU演變來的，然而與計(jì)算機(jī)處理器不同的是，它要求性能高、功耗低、體積小、成本小、重量輕、可靠性高的特點(diǎn)，以滿足嵌入式環(huán)境下的特殊需求，如ARM系列廣泛應(yīng)用于手機(jī)終端，PowerPC系列廣泛應(yīng)用于航空系統(tǒng)。
1.3 嵌入式DSP處理器(Embedded Digital Signal Processor，又稱EDSP)
DSP的算法理論在70年代就已經(jīng)出現(xiàn)，那時(shí)還沒有專門的DSP處理器，只能用MPU的分立元件實(shí)現(xiàn)，然而處理的速度無法滿足DSP算法要求，1982年，首枚DSP處理器誕生，它是專門用于處理信號的處理器，以信號處理的特殊要求在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)處理、算法上進(jìn)行專門設(shè)計(jì)的處理器，它具有很高的編譯效果與執(zhí)行速度的功能。80年代中期，誕生出基于CMOS工藝的DSP處理器，它的儲(chǔ)容量和運(yùn)算速度與前代相比都有飛躍性的提高、現(xiàn)在隨著DSP處理器的不斷發(fā)展，它的集成度更高、應(yīng)用范圍更廣。
1.4 嵌入片上系統(tǒng)(System On Chip，又稱SOC)
嵌入片上系統(tǒng)追求包容性最強(qiáng)的集成器件，它使現(xiàn)了軟硬件無縫結(jié)合，在處理器片上直接嵌入操作系統(tǒng)的代碼模塊，因此具有很高的綜合性。使用SOC，SOC一般是專用的芯片，它具有系統(tǒng)簡潔、體積小、功耗小、可靠性高、生產(chǎn)效率高的特點(diǎn)。
2、從軟件上劃分
1 實(shí)時(shí)系統(tǒng)
實(shí)時(shí)系統(tǒng)是指數(shù)據(jù)產(chǎn)生時(shí)，能以足夠快的速度來進(jìn)行處理，處理的結(jié)果能在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)來控制生產(chǎn)過程與處理系統(tǒng)，讓它做出極快的響應(yīng)。在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，如果指定的時(shí)間沒有完成確定的任務(wù)，整個(gè)系統(tǒng)會(huì)全面失敗，這被稱為硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)，反之，如果在指定的時(shí)間內(nèi)沒有完成確定的任務(wù)，不會(huì)出現(xiàn)致命的錯(cuò)誤就被稱為軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)。
2 分時(shí)系統(tǒng)
分時(shí)系統(tǒng)是把時(shí)間劃為長短基本相同的時(shí)間片，操作系統(tǒng)輪流分配給各個(gè)作業(yè)使用，如果某個(gè)作業(yè)在時(shí)間片結(jié)束完成，這個(gè)作業(yè)被掛起，等下一輪循環(huán)再繼續(xù)使用，分時(shí)操作系統(tǒng)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：多路性，用戶通過各自的終端可以同時(shí)使用一個(gè)系統(tǒng);及時(shí)性，對于提出的要求，系統(tǒng)能在較短的時(shí)間內(nèi)得到響應(yīng)與處理;獨(dú)立性，雖然同一時(shí)間內(nèi)可以多個(gè)用戶使用同一個(gè)CPU，但是用戶之間操作獨(dú)立，彼此不干涉。
3、嵌入式系統(tǒng)選型
選擇自己需要的嵌入式系統(tǒng)，可以從以下幾方面進(jìn)行對比選擇。
3.1 進(jìn)入市場時(shí)間
產(chǎn)品的進(jìn)入時(shí)間與選擇的操作系統(tǒng)有很大的關(guān)系，實(shí)際的產(chǎn)品與演示的產(chǎn)品不同。一些高效推出的操作系統(tǒng)由于研發(fā)時(shí)間不夠、技術(shù)累積不夠，導(dǎo)致成本高、核心競爭能力差。比如WinCE操作系統(tǒng)，它就是在windows系統(tǒng)上作一定程度的改變，去掉一些不需要的功能，很快推出產(chǎn)品，結(jié)果實(shí)用時(shí)出現(xiàn)很多問題。
3.2 可移植性
通常來說，嵌入式系統(tǒng)的移植性越好，可在在不同平臺、不同系統(tǒng)上都能移植，那是處于最理想的狀態(tài)，然而實(shí)際運(yùn)用中并不能達(dá)到這種理想狀態(tài)，如果過于強(qiáng)調(diào)移植性，那么會(huì)付出性能優(yōu)化的代價(jià)。
3.3 可利用資源
嵌入式系統(tǒng)是以快速、低成本、高效率的推平適合用戶需要的一個(gè)系統(tǒng)平臺，而在這個(gè)平臺上能使用多少功能，需要使用第三方的產(chǎn)品，因此這個(gè)平臺上能使用多少第三方的產(chǎn)品是選型的一個(gè)重要條件，有些嵌入式系統(tǒng)為了滿足高性能、高可靠性的要求，使用比較封閉的操作系統(tǒng)，多數(shù)只能使用自己獨(dú)立
3.4 系統(tǒng)定制能力
用戶在使用嵌入式操作系統(tǒng)的時(shí)候，要求能定制不同的硬件平臺，比如會(huì)要求能否對系統(tǒng)提出底層的更動(dòng)要求?能否定制出現(xiàn)能滿足自己需要、更有自己特色的系統(tǒng)、能否開放原代碼等等。
3.5 成本
選擇嵌入式操作系統(tǒng)，需要考慮成本的問題，比如一個(gè)系統(tǒng)是完全免費(fèi)的，還是需要支付許可使用費(fèi)等等，在這個(gè)選擇中，并不是免費(fèi)的就是最好的，這要考慮到硬件設(shè)計(jì)人員的投入、公司的管理、第三方軟件的開發(fā)及使用，等等方面的問題，最后對成本作一個(gè)綜合考量。
3.6 語言內(nèi)核支持
語言內(nèi)核支持指操作系統(tǒng)能使用幾種語言操作，比如西文的、中文的，如果是可以使用中文操作，那么它是否支持雙字節(jié)編碼，是只支持簡體中文系統(tǒng)還是同時(shí)支持繁體系統(tǒng)，同時(shí)還要考慮中文輸入法與處理系統(tǒng)，語言內(nèi)核的支持與第三方軟件資源的利用有非常重要的聯(lián)系。
特點(diǎn)
系統(tǒng)內(nèi)核小
由于嵌入式系統(tǒng)一般是應(yīng)用于小型電子裝置的，系統(tǒng)資源相對有限，所以內(nèi)核較之傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)要小得多。比如Enea公司的OSE分布式系統(tǒng)，內(nèi)核只有5K。
專用性強(qiáng)
嵌入式系統(tǒng)的個(gè)性化很強(qiáng)，其中的軟件系統(tǒng)和硬件的結(jié)合非常緊密，一般要針對硬件進(jìn)行系統(tǒng)的移植，即使在同一品牌、同一系列的產(chǎn)品中也需要根據(jù)系統(tǒng)硬件的變化和增減不斷進(jìn)行修改。同時(shí)針對不同的任務(wù)，往往需要對系統(tǒng)進(jìn)行較大更改，程序的編譯下載要和系統(tǒng)相結(jié)合，這種修改和通用軟件的“升級”是完全兩個(gè)概念。
系統(tǒng)精簡
嵌入式系統(tǒng)一般沒有系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的明顯區(qū)分，不要求其功能設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)上過于復(fù)雜，這樣一方面利于控制系統(tǒng)成本，同時(shí)也利于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)安全。
高實(shí)時(shí)性
高實(shí)時(shí)性的系統(tǒng)軟件(OS)是嵌入式軟件的基本要求。而且軟件要求固態(tài)存儲(chǔ)，以提高速度；軟件代碼要求高質(zhì)量和高可靠性。
多任務(wù)的操作系統(tǒng)
嵌入式軟件開發(fā)要想走向標(biāo)準(zhǔn)化，就必須使用多任務(wù)的操作系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用程序可以沒有操作系統(tǒng)直接在芯片上運(yùn)行；但是為了合理地調(diào)度多任務(wù)、利用系統(tǒng)資源、系統(tǒng)函數(shù)以及和專用庫函數(shù)接口，用戶必須自行選配RTOS（Real－Time Operating System）開發(fā)平臺，這樣才能保證程序執(zhí)行的實(shí)時(shí)性、可靠性，并減少開發(fā)時(shí)間，保障軟件質(zhì)量。
需要開發(fā)工具和環(huán)境
嵌入式系統(tǒng)開發(fā)需要開發(fā)工具和環(huán)境。由于其本身不具備自主開發(fā)能力，即使設(shè)計(jì)完成以后用戶通常也是不能對其中的程序功能進(jìn)行修改的，必須有一套開發(fā)工具和環(huán)境才能進(jìn)行開發(fā)，這些工具和環(huán)境一般是基于通用計(jì)算機(jī)上的軟硬件設(shè)備以及各種邏輯分析儀、混合信號示波器等。開發(fā)時(shí)往往有主機(jī)和目標(biāo)機(jī)的概念，主機(jī)用于程序的開發(fā)，目標(biāo)機(jī)作為最后的執(zhí)行機(jī)，開發(fā)時(shí)需要交替結(jié)合進(jìn)行。
核心
嵌入式系統(tǒng)的核心是嵌入式微處理器。嵌入式微處理器一般具備以下4個(gè)特點(diǎn)：
對實(shí)時(shí)任務(wù)有很強(qiáng)的支持能力，能完成多任務(wù)并且有較短的中斷響應(yīng)時(shí)間，從而使內(nèi)部的代碼和實(shí)時(shí)內(nèi)核心的執(zhí)行時(shí)間減少到最低限度。
具有功能很強(qiáng)的存儲(chǔ)區(qū)保護(hù)功能。這是由于嵌入式系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)已模塊化，而為了避免在軟件模塊之間出現(xiàn)錯(cuò)誤的交叉作用，需要設(shè)計(jì)強(qiáng)大的存儲(chǔ)區(qū)保護(hù)功能，同時(shí)也有利于軟件診斷。
可擴(kuò)展的處理器結(jié)構(gòu)，以能最迅速地開發(fā)出滿足應(yīng)用的最高性能的嵌入式微處理器。
嵌入式微處理器必須功耗很低，尤其是用于便攜式的無線及移動(dòng)的計(jì)算和通信設(shè)備中靠電池供電的嵌入式系統(tǒng)更是如此，如需要功耗只有mW甚至μW級。
應(yīng)用
工業(yè)控制
基于嵌入式芯片的工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備將獲得長足的發(fā)展，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、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，在未來幾年內(nèi)必將獲得長足的發(fā)展。
交通管理
在車輛導(dǎo)航、流量控制、信息監(jiān)測與汽車服務(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。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。
信息家電
這將成為嵌入式系統(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。
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。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。
POS網(wǎng)絡(luò)
公共交通無接觸智能卡(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。
環(huán)境工程與自然
水文資料實(shí)時(shí)監(jiān)測，防洪體系及水土質(zhì)量監(jiān)測、堤壩安全，地震監(jiān)測網(wǎng)，實(shí)時(shí)氣象信息網(wǎng)，水源和空氣污染監(jiān)測。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)無人監(jiān)測。
機(jī)器人
嵌入式芯片的發(fā)展將使機(jī)器人在微型化，高智能方面優(yōu)勢更加明顯，同時(shí)會(huì)大幅度降低機(jī)器人的價(jià)格，使其在工業(yè)領(lǐng)域和服務(wù)領(lǐng)域獲得更廣泛的應(yīng)用。
這些應(yīng)用中，可以著重于在控制方面的應(yīng)用。就遠(yuǎn)程家電控制而言，除了開發(fā)出支持TCP/IP的嵌入式系統(tǒng)之外，家電產(chǎn)品控制協(xié)議也需要制訂和統(tǒng)一，這需要家電生產(chǎn)廠家來做。同樣的道理，所有基于網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程控制器件都需要與嵌入式系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)接口，然后再由嵌入式系統(tǒng)來控制并通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)控制。所以，開發(fā)和探討嵌入式系統(tǒng)有著十分重要的意義。
機(jī)電產(chǎn)品應(yīng)用
相對于其他的領(lǐng)域，機(jī)電產(chǎn)品可以說是嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用最典型最廣泛的領(lǐng)域之一。單片機(jī)到工控機(jī)、SOC在各種機(jī)電產(chǎn)品中均有著巨大的市場。
移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)
移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域很多也需要嵌入式開發(fā)技術(shù)。
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