嵌入式系統的應用和開發
基於嵌入式系統的具體產品應用是計算機工程史上的里程碑。深入到了各行各業，其已成為高科技領域中必不可少的工具。 yjbys小編下面為你整理了關於嵌入式系統的應用和開發的文章，希望對你有所幫助。
1嵌入式系統簡介
嵌入式系統可以抽象出一個典型的組成模型，其可劃分為硬體層、軟體層及功能層。
1.1嵌入式系統定義
嵌入式系統最通用的定義是以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟硬體可裁剪、功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機[1]。
根據IEEE9(國際電氣和電子工程師協會)的定義，嵌入式系統也可定義為控制監視或輔助設備機器和車間運行裝置。
嵌入式系統的定義很多，統一起來很難。對於其定義有疑問的部分研究人員將嵌入式系統定義為：“嵌入式系統是以嵌入式微處理器為內核，以微電子技術，計算機技術，電子技術、對象技術為基礎，軟硬體可根據對象需要所設置，並且嵌入到對象器件內，適用於應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專用智能化的控制系統。”[2]
1.2嵌入式系統的特點
嵌入式系統是面向專業應用領域的，從其應用角度分析，具有以下特點：
(1)硬體層，是所有軟體的運行基礎，嵌入式系統至少擁有一個高性能處理器為硬體平台。如ARM處理器。
(2)軟體層，其能擴充和充分發揮硬體層功能。嵌入式系統需有一個多任務作業系統的軟體平台，來控制管理計算機硬體和軟體資源以及合理的組織計算機工作流程。如Liunx，UC/OSⅡ等作業系統。
(3)嵌入式系統是先進的技術及資金密集、知識產業化不斷創新的集成系統。其將先進的電子科學技術與各行各業的具體應用相結合。
(4)是面向用戶、產品及特定應用的。
(5)具有較長的生命周期。與實際產品相結合，並與產品升級同步進行。
(6)對程序質量要求較高。一般都將系統中的軟體固化在存儲器中，大部分都具有較高的實時性。
(7)嵌入式系統不具備在其上進行進一步開發的能力。需要藉助專門的開發工具和環境來滿足產品設計完成後的程序功能修改工作。
2基於ARM的嵌入式系統技術應用及開發方法
2.1ARM的技術應用特點
ARM(Advanced RISC Machines)是一種嵌入式微處理器，它具有低功耗、低成本、高性能的特點，採用RISC體系結構，大量使用寄存器，具有高效的指令系統，在實際嵌入式應用中，只保留和嵌入式應用緊密相關的`功能硬體，去除其他的冗餘功能部分，來實現嵌入式應用的特殊要求[3]。基於ARM微處理器的嵌入式系統不同於單片機、DSP系統，其高性能的特點，在硬體部分的電路板設計方面是比較困難的，絕大多數的ARM板都要在4層以上。其實ARM最關鍵的是軟體部分的作業系統，系統開發應更側重於軟體方面，包括系統裁減，底層驅動和應用程式等。
2.2ARM嵌入式系統的開發流程
基於ARM的嵌入式系統設計的開發流程如圖1所示。
2.3ARM嵌入式系統的開發方法
(1)建立系統的開發環境
嵌入式系統資源受限制，如果在其硬體平台上直接編寫軟體，比較困難。因此根據其特點須在特定的開發環境下進行。搭建相應的軟硬體平台：在宿主機(HOST)也就是PC機上安裝開發工具，並將編寫好的軟體程序進行交叉編譯生成二進制代碼，最後將其移植到目標板的特定位置運行。這種在宿主機(HOST)環境下開發，在目標板(TARGET)上運行的開發模式叫交叉開發模式，交叉開發模型如圖2所示。
(2)Boot Loader引導程序開發
Boot loader是在嵌入式作業系統內核運行前運行的一段程序，與我們經常提到的BIOS功能相近，每種體系結構都有與其相匹配的Boot Loader。通過Boot loader程序的運行，可以初始化硬體設備，建立系統的內存空間映射圖，這樣就可以將系統的軟、硬體環境設定在一個合適的狀態，方便於最終調用作業系統內核，並且為運行用戶應用程式準備好正確的環境。
Boot loader程序由彙編和C程序兩部分組成，程序執行過程也分為彙編和C程序代碼部分兩個階段。彙編程序與硬體設備相關，不便移植，第一階段需要完成初始化看門狗、設置中斷異常向量表、堆棧、配置存儲器等，之後再跳轉到第二階段的C語言程序入口處。C程序代碼部分主要完成初始化本階段所需要的外部設備，調用NANDFLASH的API函數，配置SDRAM空間，並將用戶的程序代碼從NANDFLASH存儲器中複製到SDRAM中，最後再跳轉到用戶程序的入口[4]。
3嵌入式技術的應用領域
嵌入式技術無處不在，已經深入到了生活的各個領域，為我們的生活帶來了很大的方便。
(1)無線通訊領域。特別是智慧型手機，全球95%的手機採用了ARM晶片，隨著手機功能愈像電腦，手機更需要功能強大的嵌入式晶片。現在，全球售出的每一部手機中平均就有2.4塊ARM晶片。
(2)工業控制領域。基於ARM核的32位微控制器晶片逐漸向低端微控制器應用領域擴展，在工業控制領域發揮了很大的作用。
(3)網絡應用。網絡寬頻技術不斷發展，基於ARM技術的ADSL晶片也逐步進入競爭範圍，並取得一定優勢。而且，語音及視頻處理也應用了ARM技術，同時對DSP的應用領域提出了新的挑戰。
(4)儀器儀表方面。有智能儀器、智能儀表、醫療器械、色譜儀、示波器等。
(5)民用方面。如電子玩具、電子字典、遊戲機、錄像機、復讀機、投影儀、照相機、空調、冰箱、洗衣機、數據機、防盜控制器、雷射驅動器、變速控制器、汽車點火控制器、避雷控制、農業節水控制系統、保安控制系統等方面。
(6)導航控制方面。如飛彈控制、航天導航系統、電子干擾系統等。
(7)數據處理方面。如圖文圖表終端、複印機、硬碟驅動器等。
(8)農業交通方面。智能公路(汽車導航、流量控制、信息監測與汽車服務)、植物工廠(特種植物工廠、無土栽培技術、智能種子工程)、虛擬顯示VR機器人、信息家電(家用電器的網絡化)等等。
除此以外，眾多領域都用到了基於ARM微處理器的嵌入式技術，在生活的各個領域得到了廣泛的應用。
基於嵌入式系統的具體產品應用是計算機工程史上的里程碑。深入到了各行各業，其已成為高科技領域中必不可少的工具。 yjbys小編下面為你整理了關於嵌入式系統的應用和開發的文章，希望對你有所幫助。
1嵌入式系統簡介
嵌入式系統可以抽象出一個典型的組成模型，其可劃分為硬體層、軟體層及功能層。
1.1嵌入式系統定義
嵌入式系統最通用的定義是以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟硬體可裁剪、功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機[1]。
根據IEEE9(國際電氣和電子工程師協會)的定義，嵌入式系統也可定義為控制監視或輔助設備機器和車間運行裝置。
嵌入式系統的定義很多，統一起來很難。對於其定義有疑問的部分研究人員將嵌入式系統定義為：“嵌入式系統是以嵌入式微處理器為內核，以微電子技術，計算機技術，電子技術、對象技術為基礎，軟硬體可根據對象需要所設置，並且嵌入到對象器件內，適用於應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專用智能化的控制系統。”[2]
1.2嵌入式系統的特點
嵌入式系統是面向專業應用領域的，從其應用角度分析，具有以下特點：
(1)硬體層，是所有軟體的運行基礎，嵌入式系統至少擁有一個高性能處理器為硬體平台。如ARM處理器。
(2)軟體層，其能擴充和充分發揮硬體層功能。嵌入式系統需有一個多任務作業系統的軟體平台，來控制管理計算機硬體和軟體資源以及合理的組織計算機工作流程。如Liunx，UC/OSⅡ等作業系統。
(3)嵌入式系統是先進的技術及資金密集、知識產業化不斷創新的集成系統。其將先進的電子科學技術與各行各業的具體應用相結合。
(4)是面向用戶、產品及特定應用的。
(5)具有較長的生命周期。與實際產品相結合，並與產品升級同步進行。
(6)對程序質量要求較高。一般都將系統中的軟體固化在存儲器中，大部分都具有較高的實時性。
(7)嵌入式系統不具備在其上進行進一步開發的能力。需要藉助專門的開發工具和環境來滿足產品設計完成後的程序功能修改工作。
2基於ARM的嵌入式系統技術應用及開發方法
2.1ARM的技術應用特點
ARM(Advanced RISC Machines)是一種嵌入式微處理器，它具有低功耗、低成本、高性能的特點，採用RISC體系結構，大量使用寄存器，具有高效的指令系統，在實際嵌入式應用中，只保留和嵌入式應用緊密相關的`功能硬體，去除其他的冗餘功能部分，來實現嵌入式應用的特殊要求[3]。基於ARM微處理器的嵌入式系統不同於單片機、DSP系統，其高性能的特點，在硬體部分的電路板設計方面是比較困難的，絕大多數的ARM板都要在4層以上。其實ARM最關鍵的是軟體部分的作業系統，系統開發應更側重於軟體方面，包括系統裁減，底層驅動和應用程式等。
2.2ARM嵌入式系統的開發流程
基於ARM的嵌入式系統設計的開發流程如圖1所示。
2.3ARM嵌入式系統的開發方法
(1)建立系統的開發環境
嵌入式系統資源受限制，如果在其硬體平台上直接編寫軟體，比較困難。因此根據其特點須在特定的開發環境下進行。搭建相應的軟硬體平台：在宿主機(HOST)也就是PC機上安裝開發工具，並將編寫好的軟體程序進行交叉編譯生成二進制代碼，最後將其移植到目標板的特定位置運行。這種在宿主機(HOST)環境下開發，在目標板(TARGET)上運行的開發模式叫交叉開發模式，交叉開發模型如圖2所示。
(2)Boot Loader引導程序開發
Boot loader是在嵌入式作業系統內核運行前運行的一段程序，與我們經常提到的BIOS功能相近，每種體系結構都有與其相匹配的Boot Loader。通過Boot loader程序的運行，可以初始化硬體設備，建立系統的內存空間映射圖，這樣就可以將系統的軟、硬體環境設定在一個合適的狀態，方便於最終調用作業系統內核，並且為運行用戶應用程式準備好正確的環境。
Boot loader程序由彙編和C程序兩部分組成，程序執行過程也分為彙編和C程序代碼部分兩個階段。彙編程序與硬體設備相關，不便移植，第一階段需要完成初始化看門狗、設置中斷異常向量表、堆棧、配置存儲器等，之後再跳轉到第二階段的C語言程序入口處。C程序代碼部分主要完成初始化本階段所需要的外部設備，調用NANDFLASH的API函數，配置SDRAM空間，並將用戶的程序代碼從NANDFLASH存儲器中複製到SDRAM中，最後再跳轉到用戶程序的入口[4]。
3嵌入式技術的應用領域
嵌入式技術無處不在，已經深入到了生活的各個領域，為我們的生活帶來了很大的方便。
(1)無線通訊領域。特別是智慧型手機，全球95%的手機採用了ARM晶片，隨著手機功能愈像電腦，手機更需要功能強大的嵌入式晶片。現在，全球售出的每一部手機中平均就有2.4塊ARM晶片。
(2)工業控制領域。基於ARM核的32位微控制器晶片逐漸向低端微控制器應用領域擴展，在工業控制領域發揮了很大的作用。
(3)網絡應用。網絡寬頻技術不斷發展，基於ARM技術的ADSL晶片也逐步進入競爭範圍，並取得一定優勢。而且，語音及視頻處理也應用了ARM技術，同時對DSP的應用領域提出了新的挑戰。
(4)儀器儀表方面。有智能儀器、智能儀表、醫療器械、色譜儀、示波器等。
(5)民用方面。如電子玩具、電子字典、遊戲機、錄像機、復讀機、投影儀、照相機、空調、冰箱、洗衣機、數據機、防盜控制器、雷射驅動器、變速控制器、汽車點火控制器、避雷控制、農業節水控制系統、保安控制系統等方面。
(6)導航控制方面。如飛彈控制、航天導航系統、電子干擾系統等。
(7)數據處理方面。如圖文圖表終端、複印機、硬碟驅動器等。
(8)農業交通方面。智能公路(汽車導航、流量控制、信息監測與汽車服務)、植物工廠(特種植物工廠、無土栽培技術、智能種子工程)、虛擬顯示VR機器人、信息家電(家用電器的網絡化)等等。
除此以外，眾多領域都用到了基於ARM微處理器的嵌入式技術，在生活的各個領域得到了廣泛的應用。
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