1.1 嵌入式系統(tǒng)

1.1.1 系統(tǒng)

系統(tǒng)是一種根據(jù)固定的計(jì)劃、程序或者規(guī)則進(jìn)行工作、組織或者執(zhí)行一項(xiàng)或多項(xiàng)任務(wù)的方式。系統(tǒng)也是一種工作安排方法，其所有單元能夠按照一定的計(jì)劃或者程序裝配在一起，共同完成工作任務(wù)。

1.1.2 嵌入式系統(tǒng)

許多書籍都給出過嵌入式系統(tǒng)的定義，但是對(duì)于何為嵌入式系統(tǒng)，什么樣的技術(shù)又可以稱之為嵌入式技術(shù)，仍在討論之中。以下給出一些文獻(xiàn)中對(duì)于嵌入式系統(tǒng)的定義：

《Computers as Components——Principles of Embedded Computing System Design》一書中指出：什么是嵌入式計(jì)算系統(tǒng)？如果不嚴(yán)格地定義，它是任何一個(gè)包含可編程計(jì)算機(jī)的設(shè)備，但是它本身卻不是一個(gè)通用計(jì)算機(jī)。

《Embedded Microcontrollers》一書作者認(rèn)為：嵌入式系統(tǒng)是一種電子系統(tǒng)，它包含微處理器或者微控制器，但是我們不認(rèn)為它們是計(jì)算機(jī)——計(jì)算機(jī)隱藏或者嵌入在系統(tǒng)中。

英國(guó)電動(dòng)機(jī)工程師協(xié)會(huì)定義：嵌入式系統(tǒng)是控制、監(jiān)視或輔助某個(gè)設(shè)備、機(jī)器甚至工廠運(yùn)行的設(shè)備。它具備4個(gè)特征：① 用來執(zhí)行特定的功能；② 以微型計(jì)算機(jī)與外圍設(shè)備構(gòu)成核心；③ 具有嚴(yán)格的時(shí)序與穩(wěn)定度；④ 全自動(dòng)操作循環(huán)工作。

還可以用以下文字總結(jié)嵌入式系統(tǒng)的概念：嵌入式系統(tǒng)一般指非PC系統(tǒng)，有計(jì)算機(jī)功能但又不稱為計(jì)算機(jī)的設(shè)備，它以應(yīng)用為中心，軟硬件可裁減，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗等綜合性嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。簡(jiǎn)單地說，嵌入式系統(tǒng)集系統(tǒng)的應(yīng)用軟件和硬件于一體，類似于PC中BIOS的工作方式，具有軟件代碼小、高度自動(dòng)化、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)，特別適合于要求實(shí)時(shí)和多任務(wù)的體系。嵌入式系統(tǒng)主要由嵌入式處理器、相關(guān)支撐硬件、嵌入式操作系統(tǒng)及應(yīng)用軟件系統(tǒng)等組成，它是可獨(dú)立工作的“機(jī)器”或“器件”。

嵌入式系統(tǒng)的基本架構(gòu)如圖1.1所示。

1.1.3 嵌入式系統(tǒng)的分類

按照嵌入式系統(tǒng)的規(guī)模，可以將嵌入式系統(tǒng)分為以下三種類型。

1）小型嵌入式系統(tǒng)

小型嵌入式系統(tǒng)采用一個(gè)8位或者16位的微控制器設(shè)計(jì)；硬件和軟件復(fù)雜度小，需要進(jìn)行板級(jí)設(shè)計(jì)。為這些系統(tǒng)開發(fā)嵌入式軟件時(shí)，主要的編程工具是所使用的微控制器或者微處理器專用的編輯器、匯編器和交叉匯編器等，通常利用C語言開發(fā)這些系統(tǒng)的軟件。

2）中型嵌入式系統(tǒng)

中型嵌入式系統(tǒng)采用一個(gè)16 位或者32 位的微控制器、數(shù)字信號(hào)處理器（Digital Signal Processor，DSP）或者精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)（Reduced Instruction Set Computer，RISC）等設(shè)計(jì)，硬件和軟件復(fù)雜度都比較大。對(duì)于復(fù)雜的軟件設(shè)計(jì)，可以使用如下的編程工具：實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（Real-Time Operating System，RTOS）、源代碼設(shè)計(jì)工具、模擬器、調(diào)試器和集成開發(fā)環(huán)境（Integrated Development Environment，IDE）等，軟件工具往往還提供了硬件復(fù)雜性的解決和分析方法。

3）復(fù)雜嵌入式系統(tǒng)

復(fù)雜嵌入式系統(tǒng)的軟件和硬件都非常復(fù)雜，需要可升級(jí)的處理器或者可配置的處理器和可編程邏輯陣列（如FPGA、CPLD等器件）。它們用于特殊應(yīng)用，在這些應(yīng)用中，需要硬件和軟件協(xié)同設(shè)計(jì)，并且都集成到最終的系統(tǒng)中，然而它們又受到硬件單元所提供的處理速度、存儲(chǔ)器等資源的限制。為了解決時(shí)間問題，提高系統(tǒng)運(yùn)行速度，可以在硬件中實(shí)現(xiàn)一部分軟件功能，例如加密和解密算法、TCP/IP協(xié)議棧和網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序等功能。當(dāng)然，系統(tǒng)中某些硬件資源的功能模塊同樣也可以用軟件來實(shí)現(xiàn)。這些系統(tǒng)的開發(fā)工具一般十分昂貴，有時(shí)還需要為這些系統(tǒng)開發(fā)編譯器或者重定目標(biāo)的編譯器等。

由于嵌入式系統(tǒng)由硬件和軟件兩大部分組成，所以其分類也可以從硬件和軟件進(jìn)行劃分。從硬件方面來講，嵌入式系統(tǒng)的核心是嵌入式微處理器，根據(jù)其現(xiàn)狀，嵌入式處理器可以分成嵌入式微處理器（Micro Processor Unit，MPU）、嵌入式微控制器（Microcontroller Unit, MCU）、嵌入式DSP處理器（Embedded Digital Signal Processor, EDSP）和嵌入式片上系統(tǒng)（System On Chip，SOC）等。

從軟件方面來講，主要依據(jù)使用的操作系統(tǒng)類型來分類。目前嵌入式系統(tǒng)的軟件主要有兩大類：實(shí)時(shí)系統(tǒng)和分時(shí)系統(tǒng)，其中實(shí)時(shí)系統(tǒng)又分為硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)和軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)兩類。