嵌入式系统的应用和开发

Posted 2023-03-05

参考技术A

嵌入式系统的应用和开发

　　基于嵌入式系统的具体产品应用是计算机工程史上的里程碑。深入到了各行各业，其已成为高科技领域中必不可少的工具。 我下面为你整理了关于嵌入式系统的应用和开发的文章，希望对你有所帮助。

　　1嵌入式系统简介

　　嵌入式系统可以抽象出一个典型的组成模型，其可划分为硬件层、软件层及功能层。

　　1.1嵌入式系统定义

　　嵌入式系统最通用的定义是以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪、功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机[1]。

　　根据IEEE9(国际电气和电子工程师协会)的定义，嵌入式系统也可定义为控制监视或辅助设备机器和车间运行装置。

　　嵌入式系统的定义很多，统一起来很难。对于其定义有疑问的部分研究人员将嵌入式系统定义为：“嵌入式系统是以嵌入式微处理器为内核，以微电子技术，计算机技术，电子技术、对象技术为基础，软硬件可根据对象需要所设置，并且嵌入到对象器件内，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智能化的控制系统。”[2]

　　1.2嵌入式系统的特点

　　嵌入式系统是面向专业应用领域的，从其应用角度分析，具有以下特点：

　　(1)硬件层，是所有软件的运行基础，嵌入式系统至少拥有一个高性能处理器为硬件平台。如ARM处理器。

　　(2)软件层，其能扩充和充分发挥硬件层功能。嵌入式系统需有一个多任务操作系统的软件平台，来控制管理计算机硬件和软件资源以及合理的组织计算机工作流程。如Liunx，UC/OSⅡ等操作系统。

　　(3)嵌入式系统是先进的技术及资金密集、知识产业化不断创新的集成系统。其将先进的电子科学技术与各行各业的具体应用相结合。

　　(4)是面向用户、产品及特定应用的。

　　(5)具有较长的生命周期。与实际产品相结合，并与产品升级同步进行。

　　(6)对程序质量要求较高。一般都将系统中的软件固化在存储器中，大部分都具有较高的实时性。

　　(7)嵌入式系统不具备在其上进行进一步开发的能力。需要借助专门的开发工具和环境来满足产品设计完成后的程序功能修改工作。

　　2基于ARM的嵌入式系统技术应用及开发方法

　　2.1ARM的技术应用特点

　　ARM(Advanced RISC Machines)是一种嵌入式微处理器，它具有低功耗、低成本、高性能的特点，采用RISC体系结构，大量使用寄存器，具有高效的指令系统，在实际嵌入式应用中，只保留和嵌入式应用紧密相关的功能硬件，去除其他的冗余功能部分，来实现嵌入式应用的特殊要求[3]。基于ARM微处理器的嵌入式系统不同于单片机、DSP系统，其高性能的特点，在硬件部分的电路板设计方面是比较困难的，绝大多数的ARM板都要在4层以上。其实ARM最关键的是软件部分的操作系统，系统开发应更侧重于软件方面，包括系统裁减，底层驱动和应用程序等。

　　2.2ARM嵌入式系统的开发流程

　　基于ARM的嵌入式系统设计的开发流程如图1所示。

　　2.3ARM嵌入式系统的开发方法

　　(1)建立系统的开发环境

　　嵌入式系统资源受限制，如果在其硬件平台上直接编写软件，比较困难。因此根据其特点须在特定的开发环境下进行。搭建相应的软硬件平台：在宿主机(HOST)也就是PC机上安装开发工具，并将编写好的软件程序进行交叉编译生成二进制代码，最后将其移植到目标板的特定位置运行。这种在宿主机(HOST)环境下开发，在目标板(TARGET)上运行的开发模式叫交叉开发模式，交叉开发模型如图2所示。

　　(2)Boot Loader引导程序开发

　　Boot loader是在嵌入式操作系统内核运行前运行的一段程序，与我们经常提到的Bios功能相近，每种体系结构都有与其相匹配的Boot Loader。通过Boot loader程序的运行，可以初始化硬件设备，建立系统的内存空间映射图，这样就可以将系统的软、硬件环境设定在一个合适的状态，方便于最终调用操作系统内核，并且为运行用户应用程序准备好正确的环境。

　　Boot loader程序由汇编和C程序两部分组成，程序执行过程也分为汇编和C程序代码部分两个阶段。汇编程序与硬件设备相关，不便移植，第一阶段需要完成初始化看门狗、设置中断异常向量表、堆栈、配置存储器等，之后再跳转到第二阶段的C语言程序入口处。C程序代码部分主要完成初始化本阶段所需要的外部设备，调用NANDFLASH的API函数，配置SDRAM空间，并将用户的`程序代码从NANDFLASH存储器中复制到SDRAM中，最后再跳转到用户程序的入口[4]。

　　3嵌入式技术的应用领域

　　嵌入式技术无处不在，已经深入到了生活的各个领域，为我们的生活带来了很大的方便。

　　(1)无线通讯领域。特别是智能手机，全球95%的手机采用了ARM芯片，随着手机功能愈像电脑，手机更需要功能强大的嵌入式芯片。现在，全球售出的每一部手机中平均就有2.4块ARM芯片。

　　(2)工业控制领域。基于ARM核的32位微控制器芯片逐渐向低端微控制器应用领域扩展，在工业控制领域发挥了很大的作用。

　　(3)网络应用。网络宽带技术不断发展，基于ARM技术的ADSL芯片也逐步进入竞争范围，并取得一定优势。而且，语音及视频处理也应用了ARM技术，同时对DSP的应用领域提出了新的挑战。

　　(4)仪器仪表方面。有智能仪器、智能仪表、医疗器械、色谱仪、示波器等。

　　(5)民用方面。如电子玩具、电子字典、游戏机、录像机、复读机、投影仪、照相机、空调、冰箱、洗衣机、调制解调器、防盗控制器、激光驱动器、变速控制器、汽车点火控制器、避雷控制、农业节水控制系统、保安控制系统等方面。

　　(6)导航控制方面。如导弹控制、航天导航系统、电子干扰系统等。

　　(7)数据处理方面。如图文图表终端、复印机、硬盘驱动器等。

　　(8)农业交通方面。智能公路(汽车导航、流量控制、信息监测与汽车服务)、植物工厂(特种植物工厂、无土栽培技术、智能种子工程)、虚拟显示VR机器人、信息家电(家用电器的网络化)等等。

　　除此以外，众多领域都用到了基于ARM微处理器的嵌入式技术，在生活的各个领域得到了广泛的应用。

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