第1部分嵌入式系統(tǒng)硬件開發(fā)

第1章嵌入式系統(tǒng)概述

1.1 嵌入式系統(tǒng)概念

到目前為止，對嵌入式系統(tǒng)概念并沒有一個統(tǒng)一的定義，這里引用幾個別人的定義：

《嵌入式Linux應用開發(fā)詳解》中說：嵌入式系統(tǒng)就是以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟硬件可裁減，適合應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積和功耗要求的專用的計算機系統(tǒng)。

《Linux與嵌入式系統(tǒng)》中引用IEE（電氣工程師協(xié)會）的定義說：嵌入式系統(tǒng)是用來控制或監(jiān)視機器、裝置或工廠等大規(guī)模系統(tǒng)的設備。

而翻譯過來的《嵌入式Linux》與《構建嵌入式Linux系統(tǒng)》中卻都沒有對“嵌入式系統(tǒng)”下一個明確的定義。

一般來講，可以把由微處理器加上必要的外圍電路，再根據(jù)需求對微處理器進行編程，這樣組成的一個能夠?qū)崿F(xiàn)一定功能的完整系統(tǒng)叫做嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)是硬件與軟件的統(tǒng)一，嵌入式系統(tǒng)中使用的微處理器叫做嵌入式處理器，嵌入式處理器是針對x86架構處理器而言的，廣義上講，可以把所有x86架構之外的其他處理器都叫做嵌入式處理器。但隨著處理器設計技術的發(fā)展和各種新應用的產(chǎn)生，一些x86架構處理器也開始應用到嵌入式系統(tǒng)中，而嵌入式處理器也可以設計成諸如PC、筆記本電腦、服務器等產(chǎn)品，所以要給嵌入式系統(tǒng)和嵌入式處理器下嚴格的定義也就變得越來越困難。基于這些原因，我們主要講講嵌入式系統(tǒng)與嵌入式處理器的特點，了解了這些特點，至于叫什么名字就不必太在意了，名字只是一個代號而已，當然對于理論工作者來說，這或許是個值得花些時間去思考歸納的問題。

x86架構處理器主要用于設計成家用PC、筆記本電腦、服務器以及一些大型的計算機系統(tǒng)，x86架構處理器主要由邏輯算術運算單元、MMU以及片內(nèi)cache組成，片內(nèi)外設資源非常有限，其外設功能都需通過外接擴展芯片來實現(xiàn)，x86架構處理器使用的是復雜指令集CISC，每條指令所占字節(jié)數(shù)不完全一樣，指令周期也不盡一致，而且內(nèi)存空間與I/O空間是相互獨立、分別尋址的。在電腦中，除BIOS之外的操作系統(tǒng)以及應用程序都被存放在硬盤上，只有需要的時候才被調(diào)入內(nèi)存運行。電腦上的軟件面對各種不同需求的廣大用戶，其程序代碼相當冗長而復雜，涉及范圍也最全面。

而嵌入式處理器常常是針對一定的應用進行設計，處理器內(nèi)部除了邏輯算術運算單元、MMU和cache外，還集成了特定應用所需要的外設控制單元，比如以太網(wǎng)MAC、USB host、USB client、iic、UART、PCI、IDE、SPI等控制器，嵌入式處理器常常使用精簡指令集RISC，每條指令的長度和執(zhí)行時間都是固定的，而且嵌入式處理器的內(nèi)存空間與I/O空間通常都是統(tǒng)一尋址的。另外嵌入式系統(tǒng)中一般都是把所有程序都燒寫到非易失存儲設備（如flash、EPROM等）上，系統(tǒng)加電后又把全部程序搬到內(nèi)存中運行。嵌入式系統(tǒng)中的軟件是根據(jù)特定需求編寫的，相對較小且精簡。

從系統(tǒng)功能上講，用x86架構處理器設計出的臺式機或者筆記本電腦，主要通過人機交互實現(xiàn)其功能，而用嵌入式處理器設計出的產(chǎn)品則一般都被嵌入在某種設備中自動完成功能。在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)過程中，用x86架構處理器設計的電腦常常用作嵌入式系統(tǒng)開發(fā)主機，用來編輯和交叉編譯嵌入式處理器的程序代碼，外部連接一定的調(diào)試仿真設備還可以對嵌入式系統(tǒng)進行調(diào)試仿真。

1.2 嵌入式處理器

目前市場上的嵌入式處理器林林總總，令人眼花繚亂，總結起來大致可以分為以下幾類：

■ 各種單片機

這是最簡單的嵌入式處理器，其內(nèi)部架構可以看成是x86處理器的微縮版，片內(nèi)外設資源也相當有限，外設功能都要靠外接擴線芯片來實現(xiàn)，如MCS-51系列、PIC系列等。

■ MC68K系列

具有代表性的主要有Motorola公司出的MC68332、MC68VZ328、MC68EZ328、MC68360（MC68K到PowerPC的過渡產(chǎn)品）等。

■ PowerPC系列

具有代表性的主要有Motorola公司出的850、860、8260，以及IBM公司出的405、440等。

■ ARM系列

生產(chǎn)ARM架構處理器芯片的廠家非常多，ARM處理器的應用也最為廣泛，國內(nèi)最常用的是Atmel公司以及三星公司出的各種ARM處理器，如AT40800、S3C4510、S3C2410等。

■ MIPS系列

如BroadCom公司出的BCM1250、BCM1125等，目前MIPS處理器已經(jīng)發(fā)展到高速率、多級cache、內(nèi)部多CPU、硬件多線程，再加上MIPS處理器與生俱來的簡單化設計思想，使得MIPS處理器的性能得到極大提高，國產(chǎn)“龍芯”就是多核高性能MIPS架構處理器。

■ DSP（Digital Signal Process）

數(shù)字信號處理器，具有較強的運算能力以及數(shù)字信號處理能力，主要用于消費電子領域，如Philip的PNX1500/1700以及TI的DM642等。

1.3 嵌入式系統(tǒng)應用

嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)融合到各行各業(yè)、各個領域；嵌入式系統(tǒng)在電子產(chǎn)品中無處不在，小到手機、PDA、游戲機、冰箱、電視、洗衣機、飲水機等常用電器，大到汽車、輪船、火車、飛機、導彈、宇宙飛船、航天飛機、空間站、火星探測器，處處都有它的身影，所以嵌入式系統(tǒng)的應用領域是相當廣泛的，嵌入式系統(tǒng)的前景是無比美好的，嵌入式系統(tǒng)開發(fā)人員的前途是無限光明的，使命是無上光榮的！