一文了解什麼是嵌入式?

2021-10-10 16:17:03 字數 3781 閱讀 1002

如何理解嵌入式?我們做的哪些工作可以理解為嵌入式的工作?

嵌入式即嵌入式系統,ieee(美國電氣和電子工程師協會)對其定義是用於控制、監視或者輔助操作機器和裝置的裝置,是一種專用的計算機系統;國內普遍認同的嵌入式系統定義是以應用為中心,以計算機技術為基礎,軟硬體可裁剪,適應應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴格要求的專用計算機系統;從應用物件上加以定義來說,嵌入式系統是軟體和硬體的綜合體,還可以涵蓋機械等附屬裝置。嵌入式系統作為裝置或裝置的一部分,它是乙個控制程式儲存在rom中的嵌入式處理器控制板。事實上,所有帶有數字介面的裝置,如手錶、微波爐、錄影機、汽車等,都使用嵌入式系統,有些嵌入式系統還包含作業系統,但大多數嵌入式系統都是由單個程式實現整個控制邏輯。

嵌入式系統發展:分為四個階段

1)單片微型計算機(scm)階段,即微控制器時代:系統功能由組合語言實現。

這一時代系統硬體:微控制器。軟體:無作業系統。

主要特點:系統結構相對單一,處理效率低,儲存容量十分有限,幾乎無使用者

介面。2)微控制器(muc)階段,:主要技術方向:不斷擴充套件物件系統要求的各種外圍電路

和介面電路,突顯其物件的智慧型化控制能力

這一階段基礎:嵌入式微處理器。這一階段核心:簡單作業系統。

主要特點:硬體使用嵌入式微處理器,微處理器的種類繁多,通用性弱;系統開銷小,效率較高。

3)片上系統(soc):主要特點:嵌入式系統能夠執行於各種不同的微處理器上,

相容性好,作業系統的核心小,效果好。

4)internet為標誌的嵌入式系統:嵌入式網路化主要表現:一方面是嵌入式

處理器整合了網路介面

另一方面是嵌入式裝置應用於網路環境中。

一、硬體層中包含1.嵌入式微處理器2.儲存器(sdram、rom、flash等)

3.通用裝置介面和i/o介面(a/d、d/a、i/o等)

在一片嵌入式處理器基礎上新增電源電路、時鐘電路和儲存器電路,就構成了乙個嵌入式核心控制模組。也就是我們所說的微控制器,其中作業系統和應用程式都可以固化在rom中。

(1)嵌入式微處理器:硬體層的核心

嵌入式系統硬體層的核心是嵌入式微處理器,嵌入式微處理器與通用cpu最大的不同在於嵌入式微處理器大多任務作在為特定使用者群所專用設計的系統中,它將通用cpu(例如51微控制器)許多由板卡完成的任務整合在晶元內部,從而有利於嵌入式系統在設計時趨於小型化,同時還具有很高的效率和可靠性。這裡可以理解為stm32微控制器和51微控制器的不同。

嵌入式微處理器的體系結構可以採用馮·諾依曼體系或哈佛體系結構;

1)馮諾依曼體系結構:也稱普林斯頓結構,是一種將程式指令儲存器和資料儲存器 合併在一起 的儲存器結構。取指令和取運算元都在同一匯流排上,通過分時復用的方式進行;缺點是在高速執行時,不能達到同時取指令和取運算元,從而形成了傳輸過程的瓶頸。由於程式指令儲存位址和資料儲存位址指向同乙個儲存器的不同物理位置,因此程式指令和資料的寬度相同,如英特爾公司的8086**處理器的程式指令和資料都是16位寬。

指令系統可以選用精簡指令系統(reduced instruction set computer,risc)和複雜指令系統cisc(complex instruction set computer,cisc)。risc計算機在通道中只包含最有用的指令,確保資料通道快速執行每一條指令,從而提高了執行效率並使cpu硬體結構設計變得更為簡單。嵌入式微處理器有各種不同的體系,即使在同一體系中也可能具有不同的時鐘頻率和資料匯流排寬度,或整合了不同的外設和介面。據不完全統計,全世界嵌入式微處理器已經超過1000多種,**體系結構有30多個系列,其中主流的體系有arm、mips、powerpc、x86和sh等。**但與全球pc市場不同的是,沒有一種嵌入式微處理器可以主導市場,僅以32位的產品而言,就有100種以上的嵌入式微處理器。嵌入式微處理器的選擇是根據具體的應用而決定的。

(2)儲存器:嵌入式系統需要儲存器來存放和執行**。

嵌入式系統的儲存器包含cache、主存和輔助儲存器。

1、cache

cache是一種容量小、速度快的儲存器陣列它位於主存和嵌入式微處理器核心之間,存放的是一段時間微處理器使用最多的程式**和資料。在需要進行資料讀取操作時,微處理器盡可能的從cache中讀取資料,而不是從主存中讀取,這樣就大大改善了系統的效能,提高了微處理器和主存之間的資料傳輸速率。cache的主要目標就是:減小儲存器(如主存和輔助儲存器)給微處理器核心造成的儲存器訪問瓶頸,使處理速度更快,實時性更強。在嵌入式系統中cache全部整合在嵌入式微處理器內,可分為資料cache、指令cache或混合cache,cache的大小依不同處理器而定。一般中高檔的嵌入式微處理器才會把cache整合進去。

2、主存

主存是嵌入式微處理器能直接訪問的暫存器,用來存放系統和使用者的程式及資料。它可以位於微處理器的內部或外部,其容量為256kb~1gb,根據具體的應用而定,一般片記憶體儲器容量小,速度快,片外儲存器容量大。常用作主存的儲存器有:rom類:nor flash、eprom和prom等。ram類:sram、dram和sdram等。其中nor flash 憑藉其可擦寫次數多、儲存速度快、儲存容量大、**便宜等優點,在嵌入式領域內得到了廣泛應用。

3、輔助儲存器

輔助儲存器用來存放大資料量的程式**或資訊,它的容量大、但讀取速度與主存相比就慢的很多,用來長期儲存使用者的資訊。嵌入式系統中常用的外存有:硬碟、nand flash、cf卡、mmc和sd卡等。

(3)通用裝置介面和i/o介面二、中間層:

硬體層與軟體層之間為中間層,也稱為硬體抽象層(hardware abstract layer,hal)或板級支援包(board support package,bsp),它將系統上層軟體與底層硬體分離開來,使系統的底層驅動程式與硬體無關,上層軟體開發人員無需關心底層硬體的具體情況,根據bsp 層提供的介面即可進行開發。

該層一般包含相關底層硬體的初始化、資料的輸入/輸出操作和硬體裝置的配置功能。

bsp具有以下兩個特點:

1.硬體相關性:因為嵌入式實時系統的硬體環境具有應用相關性,而作為上層軟 件與硬體平台之間的介面,bsp需要為作業系統提供操作和控制具體硬體的方法。

2.作業系統相關性:不同的作業系統具有各自的軟體層次結構,因此,不同的作業系統具有特定的硬體介面形式。實際上,bsp是乙個介於作業系統和底層硬體之間的軟體層次,包括了系統中大部分與硬體聯絡緊密的軟體模組。設計乙個完整的bsp需要完成兩部分工作:嵌入式系統的硬體初始化以及bsp功能,設計硬體相關的裝置驅動。

三、系統軟體層:

由實時多工作業系統(real-timeoperation system , rtos)、檔案系統、圖形使用者介面介面(graphic user inte***ce , gui)、網路系統及通用元件模組組成

什麼是嵌入式?

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