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摘要：基于嵌入式系统的概念，阐述嵌入式系统的关键技术、嵌入式开发以及广泛的应用。首先，分析嵌入式系统的技术特点，分别从嵌入式处理器和嵌入式操作系统两方面介绍，着重说明它不同于其它操作系统的一些处理方法和过程；在此基础上阐述嵌入式软件的开发过程，并结合作者嵌入式软件开发的实践，阐述嵌入式软件的一些开发应用。
关键词：嵌入式系统；嵌入式处理器；选型原则
数字信息技术和网络技术高速发展的后PC(Post-PC)时代，嵌入式系统已经广泛地渗透到方方面面，同时嵌入式技术已成为通信和消费类产品的共同发展方向。嵌入式系统几乎包括了生活中的所有电器设备，如掌上PDA、移动计算设备、手机上网、数字电视、汽车、数字相机、家庭自动化系统、安全系统、自动售货机、消费电子设备、工业自动化仪表与医疗仪器等。嵌入式系统是先进的计算机技术、半导体技术、电子技术和各个行业的具体应用相结合的产物，这就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。1970年左右出现了嵌入式系统的概念，嵌入式系统一般指非PC系统。它是以应用为中心、软硬件可裁减的、能适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等综合性要求的专用计算机系统，类似于PC中BIOS的工作方式，具有软件代码小、高度自动化、响应速度快等特点，因此特别适合于要求实时和多任务的系统。
1、嵌入式系统的技术特点。嵌入式系统是集软、硬件于一体的可独立工作的“器件”。通常包括构成软件的基本运行环境的硬件和操作系统两部分。嵌入式系统的硬件部分包括处理器／微处理器、存储器及外设器件和I/O端口、通信模块等。这种系统有别于一般的计算机处理系统，它不像硬盘那样有大容量的存储介质，而大多使用E-PROM、EEPROM或闪存(FlashMemory)作为存储介质。软件部分以软件开发平台为核心，向上提供应用编程接口(API)，向下屏蔽具体硬件特性的板级支持包BSP。应用程序控制着系统的运作和行为；而操作系统则控制着应用程序编程与硬件的交互作用。嵌入式计算机系统同通用型计算机系统相比，具有以下特点：(1)嵌入式系统通常是面向特定应用的，嵌入式CPU与通用型的最大不同就是，嵌入式CPU大多工作在为特定用户群设计的系统中，它通常都具有低功耗、小体积、高集成度等特点，能够把通用CPU中许多由板卡完成的任务集成在芯片内部。(2)嵌入式系统的硬件和软件都必须高效地设计，量体裁衣、去除冗余，都求在同样的硅片面积上实现更高的性能，这样也实现在具体应用中对处理器选择的竞争力。(3)当嵌入式系统产品进入市场，其和具体应用有机的结合在一起，并且它的升级换代也和具体产品同步进行，所以都具有较长的生命周期。(4)嵌入式系统中的软件一般都固化在存储器芯片或单片机之中，而不是存贮于磁盘等载体中，从而提高了执行速度和系统可靠性。
2、嵌入式系统的选型原则。嵌入式系统的功能软件集成于硬件系统之中，系统的应用软件与硬件一体化。在嵌入式系统的硬件设备中，嵌入处理器是整个系统的核心部件，其性能的好坏直接决定整个系统的运行效果。由于嵌入式系统应用需求的多样性，市场上基于RISC结构的嵌入式处理器提供商也日渐增多。统计数字表明，1999年底市场销售额排在前三位的公司分别是ARM、Motorola和MWS，其中ARM公司的芯片销售量达1.5亿个，市场份额超过50％。面对这样的嵌入式处理器市场，开发设计人员应该如何选择呢?这里有两个前提条件。(1)深入研究具体的嵌入式系统应用需求，充分的应用需求分析后获取应用系统的性能指标。面向应用是嵌入式系统的特色，具体的应用需求决定着嵌入式处理器的性能选型。在工业控制等特殊领域，系统需求分析员不仅需要和工作人员、上级主管亲自面谈，而且要到工作现场获取第一手信息，收集充分的资料。应用需求分析后，需要定义产品具备的基本功能和性能指标，如系统处理的数据量大小和处理实时性要求、系统正常运行时的工作环境、系统运行过程中可能遇到的突发事件、系统的尺寸大小和功耗指标等。(2)分析研究市场上各大厂商提供的各款嵌入式处理器的性能指标，如功耗、体积、成本、可靠性、速度、处理能力、电磁兼容性等。这些参数也是各个半导体芯片厂商之间竞争的热点。开发人员通过应用需求分析获取了产品的功能性和非功能性指标，研究了市场上嵌入式处理器的性能参数后，能够对嵌入式处理器做出较好的选择。嵌入式处理器选择的基本原则是满足具体功能性和非功能性指标需求的、市场应用反应良好的、硬件配置最少的嵌入式处理器。如简单的智能仪器仪表设计考虑使用4位或者8位低档单片机8051；和数字信号处理密切相关的选用TI公司的TMX320x系列的DSP(数字信号处理)芯片；如果产品偏重于通信功能，考虑Motorola公司的嵌入式处理器68K系列；如果产品功能比较齐全，可选用嵌入式处理器领域的后起之秀ARM公司的高性能嵌入式处理器ARM芯片系列等。挑选最好的硬件是一项很复杂的工作，充满着各种顾忌和干扰，包括其它工程的影响以及缺乏完整或准确的信息，而选择一款既能满足应用需求，性价比又可达到最佳的实时操作系统，对开发工作的顺利开展意义重大。
3、嵌入式系统的开发。图1是一款MP3随身听的设计框图。它的结构由存储器系统、MP3压缩模块、LCD显示模块、键盘模块、RS232通信接口和USB接口组成，该结构在原有的MP3播放功能上进行了扩展。该方案选用了ARM7微处理器和μC/OS嵌入式操作系统。对于MP3压缩数据的解压缩播放，只需要使用ARM7TDMI微处理器架构核心的25MHz工作频率就可以流畅地播放，而ARMTTDMI的工作频率最高可达72MHz，建议工作频率为64MHz，完全能满足需要，空出的微处理器资源还可以实现功能扩展。而且市场中已有成熟的开发平台，其中三星公司的SamArmDvk就是一个完善的开发环境，它可使开发变得可靠简单。
4、结论。信息时代数字时代使得嵌入式产品获得了巨大的发展机遇，也为嵌入式市场展现了美好的前景，同时也对嵌入式系统的开发者提出了新的挑战。在科技快速发展的今天，嵌入式产品将会越来越多地被广泛应用。我们相信，只要遵循嵌入式产品的开发规律，适应市场的需求，就一定能开发出越来越多的嵌入式产品，而开发出的产品除了应具有独特的创新功能外，开发者还应遵循一定的原则，只有这样，才能使嵌入式系统产品的开发事半功倍。
关键词：嵌入式系统；嵌入式处理器；选型原则
数字信息技术和网络技术高速发展的后PC(Post-PC)时代，嵌入式系统已经广泛地渗透到方方面面，同时嵌入式技术已成为通信和消费类产品的共同发展方向。嵌入式系统几乎包括了生活中的所有电器设备，如掌上PDA、移动计算设备、手机上网、数字电视、汽车、数字相机、家庭自动化系统、安全系统、自动售货机、消费电子设备、工业自动化仪表与医疗仪器等。嵌入式系统是先进的计算机技术、半导体技术、电子技术和各个行业的具体应用相结合的产物，这就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。1970年左右出现了嵌入式系统的概念，嵌入式系统一般指非PC系统。它是以应用为中心、软硬件可裁减的、能适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等综合性要求的专用计算机系统，类似于PC中BIOS的工作方式，具有软件代码小、高度自动化、响应速度快等特点，因此特别适合于要求实时和多任务的系统。
1、嵌入式系统的技术特点。嵌入式系统是集软、硬件于一体的可独立工作的“器件”。通常包括构成软件的基本运行环境的硬件和操作系统两部分。嵌入式系统的硬件部分包括处理器／微处理器、存储器及外设器件和I/O端口、通信模块等。这种系统有别于一般的计算机处理系统，它不像硬盘那样有大容量的存储介质，而大多使用E-PROM、EEPROM或闪存(FlashMemory)作为存储介质。软件部分以软件开发平台为核心，向上提供应用编程接口(API)，向下屏蔽具体硬件特性的板级支持包BSP。应用程序控制着系统的运作和行为；而操作系统则控制着应用程序编程与硬件的交互作用。嵌入式计算机系统同通用型计算机系统相比，具有以下特点：(1)嵌入式系统通常是面向特定应用的，嵌入式CPU与通用型的最大不同就是，嵌入式CPU大多工作在为特定用户群设计的系统中，它通常都具有低功耗、小体积、高集成度等特点，能够把通用CPU中许多由板卡完成的任务集成在芯片内部。(2)嵌入式系统的硬件和软件都必须高效地设计，量体裁衣、去除冗余，都求在同样的硅片面积上实现更高的性能，这样也实现在具体应用中对处理器选择的竞争力。(3)当嵌入式系统产品进入市场，其和具体应用有机的结合在一起，并且它的升级换代也和具体产品同步进行，所以都具有较长的生命周期。(4)嵌入式系统中的软件一般都固化在存储器芯片或单片机之中，而不是存贮于磁盘等载体中，从而提高了执行速度和系统可靠性。
2、嵌入式系统的选型原则。嵌入式系统的功能软件集成于硬件系统之中，系统的应用软件与硬件一体化。在嵌入式系统的硬件设备中，嵌入处理器是整个系统的核心部件，其性能的好坏直接决定整个系统的运行效果。由于嵌入式系统应用需求的多样性，市场上基于RISC结构的嵌入式处理器提供商也日渐增多。统计数字表明，1999年底市场销售额排在前三位的公司分别是ARM、Motorola和MWS，其中ARM公司的芯片销售量达1.5亿个，市场份额超过50％。面对这样的嵌入式处理器市场，开发设计人员应该如何选择呢?这里有两个前提条件。(1)深入研究具体的嵌入式系统应用需求，充分的应用需求分析后获取应用系统的性能指标。面向应用是嵌入式系统的特色，具体的应用需求决定着嵌入式处理器的性能选型。在工业控制等特殊领域，系统需求分析员不仅需要和工作人员、上级主管亲自面谈，而且要到工作现场获取第一手信息，收集充分的资料。应用需求分析后，需要定义产品具备的基本功能和性能指标，如系统处理的数据量大小和处理实时性要求、系统正常运行时的工作环境、系统运行过程中可能遇到的突发事件、系统的尺寸大小和功耗指标等。(2)分析研究市场上各大厂商提供的各款嵌入式处理器的性能指标，如功耗、体积、成本、可靠性、速度、处理能力、电磁兼容性等。这些参数也是各个半导体芯片厂商之间竞争的热点。开发人员通过应用需求分析获取了产品的功能性和非功能性指标，研究了市场上嵌入式处理器的性能参数后，能够对嵌入式处理器做出较好的选择。嵌入式处理器选择的基本原则是满足具体功能性和非功能性指标需求的、市场应用反应良好的、硬件配置最少的嵌入式处理器。如简单的智能仪器仪表设计考虑使用4位或者8位低档单片机8051；和数字信号处理密切相关的选用TI公司的TMX320x系列的DSP(数字信号处理)芯片；如果产品偏重于通信功能，考虑Motorola公司的嵌入式处理器68K系列；如果产品功能比较齐全，可选用嵌入式处理器领域的后起之秀ARM公司的高性能嵌入式处理器ARM芯片系列等。挑选最好的硬件是一项很复杂的工作，充满着各种顾忌和干扰，包括其它工程的影响以及缺乏完整或准确的信息，而选择一款既能满足应用需求，性价比又可达到最佳的实时操作系统，对开发工作的顺利开展意义重大。
3、嵌入式系统的开发。图1是一款MP3随身听的设计框图。它的结构由存储器系统、MP3压缩模块、LCD显示模块、键盘模块、RS232通信接口和USB接口组成，该结构在原有的MP3播放功能上进行了扩展。该方案选用了ARM7微处理器和μC/OS嵌入式操作系统。对于MP3压缩数据的解压缩播放，只需要使用ARM7TDMI微处理器架构核心的25MHz工作频率就可以流畅地播放，而ARMTTDMI的工作频率最高可达72MHz，建议工作频率为64MHz，完全能满足需要，空出的微处理器资源还可以实现功能扩展。而且市场中已有成熟的开发平台，其中三星公司的SamArmDvk就是一个完善的开发环境，它可使开发变得可靠简单。
4、结论。信息时代数字时代使得嵌入式产品获得了巨大的发展机遇，也为嵌入式市场展现了美好的前景，同时也对嵌入式系统的开发者提出了新的挑战。在科技快速发展的今天，嵌入式产品将会越来越多地被广泛应用。我们相信，只要遵循嵌入式产品的开发规律，适应市场的需求，就一定能开发出越来越多的嵌入式产品，而开发出的产品除了应具有独特的创新功能外，开发者还应遵循一定的原则，只有这样，才能使嵌入式系统产品的开发事半功倍。