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技术文章:嵌入式系统4大分类和特点

关键词:嵌入式系统

时间:2021-04-01 11:41:58      来源:网络

嵌入式系统作为主流系统之一,在各大行业中都有其身影。为增进大家对嵌入式系统的认识,本文将对嵌入式系统的分类和嵌入式系统的特点予以介绍。如果你对嵌入式系统具有兴趣,不妨继续往下阅读哦。

嵌入式系统作为主流系统之一,在各大行业中都有其身影。为增进大家对嵌入式系统的认识,本文将对嵌入式系统的分类和嵌入式系统的特点予以介绍。如果你对嵌入式系统具有兴趣,不妨继续往下阅读哦。 

一、嵌入式系统的分类
 
有些人把单个嵌入式微处理器就当作嵌入式系统,这是不对的。因为嵌入式系统实质上是一个嵌入式计算机系统,因此,只有将嵌入式微处理器构成了一个计算机系统,并作为嵌入式应用时,这样的计算机系统才可称为嵌入式系统。
 
根据不同的分类标准嵌入式系统有不同的分类方法,如按其形态的差异,一般可将嵌入式系统分为:芯片级(MCU、SoC)、板级(单片机、模块)和设备级(工控机)三级。如按其复杂程度的不同,又可将嵌入式系统分为以下四类:
 
(1)主要由微处理器构成的嵌入式系统,常常用于小型设备中(如温度传感器、烟雾和气体探测器及断路器);
 
(2)不带计时功能的微处理器装置,可在过程控制、信号放大器、位置传感器及阀门传动器等中找到;
 
(3)带计时功能的组件,这类系统多见于开关装置、控制器、电话交换机、包装机、数据采集系统、医药监视系统、诊断及实时控制系统等等;
 
(4)在制造或过程控制中使用的计算机系统,这也就是由工控机级组成的嵌入式计算机系统,是这四类中最复杂的一种。也是现代印刷设备中经常应用一种。

二、嵌入式系统的特点
 
(1)嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合后的产物。这一点就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。嵌入式CPU能够把通用CPU中许多由板卡完成的任务集成在芯片内部,从而有利于嵌入式系统设计趋于小型化,移动能力大大增强,跟网络的耦合也越来越紧密。
 
(2)嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计,量体裁衣、去除冗余,力争在同样的硅片面积上实现更高的性能,这样才能在具体应用中对微处理器的选择更具有竞争力。
 
(3)嵌入式系统和具体应用有机地结合在一起,它的升级换代也是和具体产品同步进行,因此嵌入式系统产品一旦进入市场,具有较长的生命周期。
 
(4)高实时性的系统软件(OS)是嵌入式软件的基本要求。而且软件要求固态存储,以提高速度;软件代码要求高质量和高可靠性。
 
(5)嵌入式系统本身不具备自举开发能力,即使设计完成后用户通常也不能对其中的程序、功能进行修改。而且还必须有一套开发工具和环境才能进行开发。
 
(6)专用性强。由于嵌入式系统通常是面向某个特定应用的,所以嵌入式系统的硬件和软件,尤其是软件,都是为特定用户群设计的,通常具有某种专用性的特点。
 
(7)体积小型化。嵌入式计算机把通用计算机系统中许多由板卡完成的任务集成在芯片内部,从而有利于实现小型化,方便将嵌入式系统嵌入目标系统中。
 
(8)实时性好。嵌入式系统广泛应用于生产过程控制、数据采集、传输通信等场合,主要用来对宿主对象进行控制,所以对嵌入式系统有或多或少的实时性要求。例如,对武器中的嵌入式系统,某些工业控制装置中的控制系统等的实时性要求就极高。有些系统对实时性要求也并不是很高,例如,近年来发展速度比较快的掌上电脑等。但总体来说,实时性是对嵌入式系统的普遍要求,是设计者和用户应重点考虑的一个重要指标。
 
(9)可裁剪性好。从嵌入式系统专用性的特点来看,嵌入式系统的供应者理应提供各式各样的硬件和软件以备选用,力争在同样的硅片面积上实现更高的性能,这样才能在具体应用中更具竞争力。
 
(10)可靠性高。由于有些嵌入式系统所承担的计算任务涉及被控产品的关键质量、人身设备安全,甚至国家机密等重大事务,且有些嵌入式系统的宿主对象工作在无人值守的场合,如在危险性高的工业环境和恶劣的野外环境中的监控装置。所以,与普通系统相比较,嵌入式系统对可靠性的要求极高。
 
(11)功耗低。有许多嵌入式系统的宿主对象是一些小型应用系统,如移动电话、MP3、数码相机等,这些设备不可能配置交流电源或容量较大的电源,因此低功耗一直是嵌入式系统追求的目标。
 
(12)嵌入式系统本身不具备自我开发能力,必须借助通用计算机平台来开发。嵌入式系统设计完成以后,普通用户通常没有办法对其中的程序或硬件结构进行修改,必须有一套开发工具和环境才能进行。
 
(13)嵌入式系统通常采用“软硬件协同设计”的方法实现。早期的嵌入式系统设计方法经常采用的是“硬件优先”原则,即在只粗略估计软件任务需求的情况下,首先进行硬件设计与实现,然后在此硬件平台之上进行软件设计。如果采用传统的设计方法,则一旦在测试中发现问题,需要对设计进行修改时,整个设计流程将重新进行,对成本和设计周期的影响很大。系统的设计在很大程度上依赖于设计者的经验。20世纪90年代以来,随着电子和芯片等相关技术的发展,嵌入式系统的设计和实现出现了软硬件协同设计方法,即使用统一的方法和工具对软件和硬件进行描述、综合和验证。在系统目标要求的指导下,通过综合分析系统软硬件功能及现有资源,协同设计软硬件体系结构,以最大限度地挖掘系统软硬件能力,避免由于独立设计软硬件体系结构而带来的种种弊病,得到高性能、低代价的优化设计方案。

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