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嵌入式系統的分類(lèi)和特點(diǎn)
嵌入式系統是一種"完全嵌入受控器件內部，為特定應用而設計的專(zhuān)用計算機系統"，那么嵌入式系統的分類(lèi)和特點(diǎn)是什么呢，一起來(lái)看看嵌入式系統的分類(lèi)和特點(diǎn)吧。
嵌入式系統的分類(lèi)和特點(diǎn)1
分類(lèi)
由于嵌入式系統由硬件和軟件兩大部分組成，所以其分類(lèi)也可以從硬件和軟件進(jìn)行劃分。
(1) 嵌入式系統的硬件
從硬件方面來(lái)講，嵌入式系統的核心部件是嵌入式處理器。據不完全統計，全世界嵌入式處理器的品種數量已經(jīng)超過(guò)1000多種，流行體系結構有30多個(gè)，其中8051體系占大多數。生產(chǎn)8051單片機的半導體廠(chǎng)家有20多個(gè)，共350多種衍生產(chǎn)品，僅Philips就有近100種。目前嵌入式處理器的尋址空間可以從64KB到256MB，處理速度從0.1MIPS到2000MIPS。
近年來(lái)嵌入式微處理器的主要發(fā)展方向是小體積、高性能、低功耗。專(zhuān)業(yè)分工也越來(lái)越明顯，出現了專(zhuān)業(yè)的IP(Intellectual Property Core，知識產(chǎn)權核)供應商，如ARM、MIPS等，他們通過(guò)提供優(yōu)質(zhì)、高性能的嵌入式微處理器內核，由各個(gè)半導體廠(chǎng)商生產(chǎn)面向各個(gè)應用領(lǐng)域的芯片。
如圖1-1所示，一般可以將嵌入式處理器分成4類(lèi)，即嵌入式微處理器(Micro Processor Unit，MPU)、嵌入式微控制器(Micro Controller Unit，MCU單片機)、嵌入式DSP處理器(Digital Signal Processor，DSP)和嵌入式片上系統(System On Chip，SOC)。
(2) 嵌入式系統的軟件
嵌入式系統的軟件一般由嵌入式操作系統和應用軟件組成。操作系統是連接計算機硬件與應用程序的系統程序。
操作系統有兩個(gè)基本功能：使計算機硬件便于使用;高效組織和正確地使用計算機的資源。
操作系統有4個(gè)主要任務(wù)：進(jìn)程管理、進(jìn)程間通信與同步、內存管理和I/O資源管理。
目前嵌入式系統的軟件主要有兩大類(lèi)：實(shí)時(shí)系統和分時(shí)系統。如圖1-2所示。
實(shí)時(shí)操作系統是指具有實(shí)時(shí)性，能支持實(shí)時(shí)控制系統工作的操作系統。
實(shí)時(shí)操作系統的首要任務(wù)是調度一切可利用的資源完成實(shí)時(shí)控制任務(wù);
其次才著(zhù)眼于提高計算機系統的使用效率，其重要特點(diǎn)是通過(guò)任務(wù)調度來(lái)滿(mǎn)足對于重要事件在規定的時(shí)間內做出正確的響應。
實(shí)時(shí)操作系統與分時(shí)操作系統的區別:
對于分時(shí)操作系統，軟件的執行在時(shí)間上的要求并不嚴格，時(shí)間上的延誤或者時(shí)序上的錯誤，一般不會(huì )造成災難性的后果。
而對于實(shí)時(shí)操作系統，主要任務(wù)是對事件進(jìn)行實(shí)時(shí)的處理，雖然事件可能在無(wú)法預知的時(shí)刻到達，但是軟件必須在事件隨機發(fā)生時(shí)，在嚴格的時(shí)限內做出響應(系統的響應時(shí)間)。即使是系統處在尖峰負荷下，也應如此，系統時(shí)間響應的超時(shí)就意味著(zhù)致命的失敗。
另外，實(shí)時(shí)操作系統的重要特點(diǎn)是具有系統的可確定性，即系統能對運行的最好和最壞情況做出精確的估計。
Stankovic給出了實(shí)時(shí)系統的定義:
“實(shí)時(shí)系統是這樣一種系統，即系統執行的正確性不僅取決于計算的邏輯結果，而且還取決于結果的產(chǎn)生時(shí)間�！�
實(shí)時(shí)系統又可以分為“硬實(shí)時(shí)系統”和“軟實(shí)時(shí)系統”。硬實(shí)時(shí)和軟實(shí)時(shí)的區別就在于對外界的事件做出反應的時(shí)間。
硬實(shí)時(shí)系統必須是對事件做出及時(shí)的反應，絕對不能錯過(guò)事件處理的時(shí)限。在硬實(shí)時(shí)系統中如果出現了這樣的情況就意味著(zhù)巨大的損失和災難。比如說(shuō)航天飛機的控制系統，如果出現故障，后果不堪想象。
軟實(shí)時(shí)系統是指，如果在系統負荷較重的時(shí)候，允許發(fā)生錯過(guò)時(shí)限的情況而且不會(huì )造成太大的危害。比如液晶屏刷新允許有短暫的延遲。
硬實(shí)時(shí)系統和軟實(shí)時(shí)系統實(shí)現的'區別主要是在選擇調度算法上。
對于軟實(shí)時(shí)系統，選擇基于優(yōu)先級調度的算法足以滿(mǎn)足軟實(shí)時(shí)系統的需求，而且可以提供高速的響應和大的系統吞吐量;
而對硬實(shí)時(shí)系統來(lái)說(shuō)，需要使用的算法就應該是調度方式簡(jiǎn)單，反應速度快的實(shí)時(shí)調度算法。
特點(diǎn)
(1) 系統內核小
由于嵌入式系統一般是應用于小型電子裝置，系統資源相對有限，所以?xún)群溯^之傳統的操作系統要小得多。比如ENEA公司的OSE分布式系統，內核只有5KB而Windows的內核則要大得多。
(2) 專(zhuān)用性強
嵌入式系統的個(gè)性化很強，其中的軟件系統和硬件的結合非常緊密，一般要針對硬件進(jìn)行系統的移植，即使在同一品牌、同一系列的產(chǎn)品中也需要根據系統硬件的變化和增減不斷進(jìn)行修改。同時(shí)，針對不同的任務(wù)，往往需要對系統進(jìn)行較大更改;程序的編譯下載要和系統相結合，這種修改和通用軟件的“升級”是完全不同的概念。
(3) 系統精簡(jiǎn)
嵌入式系統一般沒(méi)有系統軟件和應用軟件的明顯區分，不要求其功能的 設計及實(shí)現過(guò)于復雜，這樣一方面利于控制系統成本，同時(shí)也利于實(shí)現系統安全。
(4) 高實(shí)時(shí)性
高實(shí)時(shí)性的操作系統軟件是嵌入式軟件的基本要求。而且軟件要求固化存儲，以提高速度。軟件代碼要求高質(zhì)量和高可靠性。
(5)多任務(wù)的操作系統
嵌入式軟件開(kāi)發(fā)要想走向標準化，就必須使用多任務(wù)的操作系統。嵌入式系統的應用程序可以沒(méi)有操作系統而直接在芯片上運行;但是為了合理地調度多任務(wù)，利用系統資源、系統函數以及專(zhuān)家庫函數接口，用戶(hù)必須自行選配RTOS(Real Time Operating System)開(kāi)發(fā)平臺，這樣才能保證程序執行的實(shí)時(shí)性、可靠性，并減少開(kāi)發(fā)時(shí)間，保障軟件質(zhì)量。
(6)專(zhuān)門(mén)的開(kāi)發(fā)工具和環(huán)境
嵌入式系統開(kāi)發(fā)需要專(zhuān)門(mén)的開(kāi)發(fā)工具和環(huán)境。由于嵌入式系統本身不具備自主開(kāi)發(fā)能力，即使設計完成以后，用戶(hù)通常也不能對其中的程序功能進(jìn)行修改，因此必須有一套開(kāi)發(fā)工具和環(huán)境才能進(jìn)行開(kāi)發(fā)，這些工具和環(huán)境一般是基于通用計算機上的軟硬件設備以及各種邏輯分析儀、混合信號示波器等。開(kāi)發(fā)時(shí)往往有主機和目標機的概念，主機用于程序的開(kāi)發(fā)，目標機作為最后的執行機，開(kāi)發(fā)時(shí)需要交替結合進(jìn)行。
嵌入式系統的分類(lèi)和特點(diǎn)2
分類(lèi)：主要由微處理器構成的嵌入式系統，常常用于小型設備中（如溫度傳感器、煙霧和氣體探測器及斷路器）。
不帶計時(shí)功能的微處理器裝置，可在過(guò)程控制、信號放大器、位置傳感器及閥門(mén)傳動(dòng)器等中找到。
帶計時(shí)功能的組件，這類(lèi)系統多見(jiàn)于開(kāi)關(guān)裝置、控制器、電話(huà)交換機、包裝機、數據采集系統、醫藥監視系統、診斷及實(shí)時(shí)控制系統等等。
在制造或過(guò)程控制中使用的計算機系統，這也就是由工控機級組成的嵌入式計算機系統，是這四類(lèi)中最復雜的一種。也是現代印刷設備中經(jīng)常應用一種。
特點(diǎn)：嵌入式系統的'硬件和軟件都必須高效率地設計，量體裁衣、去除冗余，力爭在同樣的硅片面積上實(shí)現更高的性能，這樣才能在具體應用中對微處理器的選擇更具有競爭力。
嵌入式系統和具體應用有機地結合在一起，它的升級換代也是和具體產(chǎn)品同步進(jìn)行，因此嵌入式系統產(chǎn)品一旦進(jìn)入市場(chǎng)，具有較長(cháng)的生命周期。
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