2.3 嵌入式系統

嵌入式系統的常規定義是在一塊計算機硬件上運行軟件以執行特定的任務。例如，電視機頂盒、智能卡、路由器、磁盤驅動器、打印機、汽車發動機管理系統、MP3或復印機。與計算機系統相比，不同之處在于計算機上具有各種各樣的通用軟件，以及輸入和輸出的設備，如鍵盤和某種類型的圖形化顯示器。

現在，這種區分變得越來越模糊，如移動電話，一個基本電話原型可能只能執行撥打電話的任務，但現代智能手機還可以運行一個復雜的操作系統，甚至可下載成千上萬的應用程序。

嵌入式系統可能包含簡單的8位微處理器，如Intel 8051或PIC微控制器，或者包含一些復雜的32位或64位處理器，如ARM系列。因此產生了本書的題材。系統需要一些RAM和某種形式的非易失性存儲空間來保存系統執行的程序，需要一些額外的外圍設備，對于這些設備的實際功能（通常包括通用異步收發器（UART）、中斷控制器、定時器、GPIO控制器）也可能是相當復雜的模塊，如DSP、GPU（圖形處理器）或DMA控制器。

在嵌入式系統上運行的軟件通常分為兩個獨立的部分：操作系統（OS）和在OS上運行的應用程序。大量投入使用的操作系統，從簡單的內核、復雜的實時操作系統（RTOS），到全功能的、存在于電腦上的復雜操作系統。電腦上的系統是我們熟悉的Windows或Linux系統。本書將主要集中在Linux上，Linux的源碼可以很容易被讀者找到，也是許多程序員所熟悉的。Linux系統的課程學習也同樣適用于其他操作系統。

由于嵌入式系統上很多限制存在，與通用PC的編程相比，嵌入式系統的編程可能會面臨更多的挑戰。

（1）內存占用。在許多系統中，為了最大限度地降低成本，內存的大小是被限制的。程序員可能會被迫考慮程序的規模，以及在程序運行時如何減少對內存的使用。

（2）實時性。某些系統的特點是對外部事件的響應有一定的時間限制。這可能是“硬性”的要求（如汽車制動系統必須在一定時間內響應）或“軟性”的要求（如音頻處理必須某個時間幀下完成，以避免糟糕的用戶體驗，不能滿足則可能導致這個系統不值錢）。

（3）功率。許多嵌入式系統中的電源都是電池，程序員和硬件設計師必須最大限度地減少對系統的能源使用。這是可以做到的，例如通過減慢時鐘、減少供應電壓或在沒有工作的時候關閉處理器。

（4）成本。成本可能是一個系統設計的最大約束點。

（5）上市時間。在競爭激烈的市場中，開發一個產品所用的時間是影響該產品的成功的一個重要因素。