嵌入式系统的研究与运用

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1嵌入式系统的组成

嵌入式系统是集操作系统软件、应用软件和专用硬件平台与一身的专用的计算机系统。简单的说就是系统的软件与硬件一体化。相对与计算机系统来说，嵌入式系统的硬件平台是专门定制的，其特点是功耗低、体积小；软件方面，嵌入式系统代码量小，系统高度自动化、响应速度快。特别适合于一些要求实时性高、多任务、且数据运算量不大的场合，如工业控制、智能家居、智能机器人等领域。嵌入式系统基本结构分为硬件和软件两部分。

1.1嵌入式硬件

硬件方面，嵌入式处理器是整个硬件平台的核心，可分为几大类：嵌入式微处理器、嵌入式微控制器、嵌入式DSP处理器和片上系统。而嵌入式微处理器以其操作系统的良好支持、极强的事务管理能力和应用程序支持等特性，从几种处理器中脱颖而出，成为了嵌入式系统开发者们的首选。最具代表性的便是以ARM为核心的各类微处理器，其在全球手机芯片的市场份额已超过90%，并且在其他行业也在进行不断扩展。此外，还有MIPS、x86架构的处理器，也具有各自的特点。在处理器的外围，开发者根据实际的应用需要，进行各个模块的开发扩展，一般嵌入式系统需要的模块主要有内部/外部存储器（RAM，Flash等）、串口、各类传感器、控制器等，有些还有图形输出（如LCD）控制器。再在处理器周围加入时钟系统、电源系统，就实现了嵌入式硬件平台的搭建。

1.2嵌入式软件

软件部分主要分为两层：系统层与应用层。系统层，是包含了板级支持包（BSP）、经裁剪后的操作系统内核与文件系统的一系列软件的集合。板级支持包主要实现了硬件对操作系统支持，它与操作系统的驱动程序紧密相连，使操作系统能够访问硬件资源。而操作系统和文件系统则是提供给用户操作环境和系统管理工具，以及提供应用程序一个运行的环境。使用较多的嵌入式操作系统有嵌入式Linux、WinCE、VxWorks、uC/OS-II等，其中嵌入式Linux系统较其他系统而言，具有硬件平台支持广泛、内核运行稳定、代码开源、价格低廉的优势。在系统层之上，开发者可根据操作系统提供的接口进行各类应用程序的开发。

2嵌入式系统的开发流程

嵌入式系统以应用为中心，在进行开发之前，首先需要做的是客户需求分析，确定产品的功能、成本、指标参数。在此阶段，开发者除了确认客户明确提出的要求之外，还应对隐性需求进行分析，如在功能上是否需要优化或扩展，是否在将来需要更新换代等等。深度的隐性需求分析能够为开发者在之后的研发过程中省去不少时间和精力。根据需求分析的结果，对处理器、功能模块、操作系统和开发环境进行选型，制定出系统的结构图和软件流程图，并根据资金、人力实际情况安排研发的进度。开发过程分为硬件和软件两个部分，相互并行执行，硬件设计主要包括硬件功能模块设计、原理图绘制、PCB制板、元器件焊接与调试等。软件设计主要包括软件功能设计、编码和调试。嵌入式系统在应用上具有专一性，软硬件协同设计是系统设计的关键。在针对具体应用系统的功能目标分析基础上，分解整个系统的各项功能指标和技术要求，结合系统的实时响应要求、接口功能定义与标准、嵌入芯片的处理能力、编程语言、开发环境、产品的升级与维护问题、开发投入能力、产品综合成本等多方面因素进行权衡考虑。

3嵌入式行业的前景

当整个IT行业前进的步伐迈入第三个十年的时候，物联网、云计算俨然已成为信息产业的主旋律，而这些产业应用技术中最核心、最关键的部分正是嵌入式系统。随着嵌入式技术的广泛应用和高速发展，IT行业的发展也势不可挡地进入了嵌入式时代。嵌入式产品正在以非常迅猛的速度渗透到各个行业、各个领域，并且进入了我们的生活。大到通讯基站、航天卫星、工业控制，小到手机、平板电脑、智能家居，智能化嵌入式产品已在其中占据着不可替代的重要地位。

3.1从事嵌入式开发的优点

随着智能化电子行业的迅猛发展，嵌入式行业凭借其“应用领域广、人才需求大、就业薪资高、行业前景好”等众多优势无疑已成为当前最热门、最有发展前途的行业之一，与此同时，嵌入式研发工程师更是日益成为IT职场的紧缺人才。嵌入式不是一项纯软件或者纯硬件方向的技术，而是软件与硬件的结合，行业知识覆盖面非常广。从事嵌入式开发工作，一般是从嵌入式应用开发做起，随着项目经验的增加，可以选择逐步向驱动程序、硬件设计发展，不断学习新的知识。

3.2从事嵌入式开发的难点

嵌入式行业的入门起点较高，除了要求开发者精通C语言、对操作系统的编程接口有一定理解，在硬件方面还要求能看懂硬件原理图，一般非专业IT人员很难切入这一领域。另一方面，目前嵌入式的发展迅速，技术更新快，对开发者能学习能力要求自然很高，需要开发者能够迅速学习新的知识并将其用于实际项目中。

4结语

信息时代数字时代使得嵌入式产品获得了巨大的发展机遇,也为嵌入式市场展现了美好的前景，同时也对嵌入式系统的开发者提出了新的挑战。开发出的产品除了应具有独特的创新功能外，开发者还应遵循一定的原则，只有这样，才能使嵌入式系统产品的开发事半功倍。另外，嵌入式系统一般都具有不同于大型软件系统的具体要求，如实时性、可靠性、能耗（如电池供电）要求等，因此在实现系统时还应根据开发者的经验进行特别处理。

本文作者：贾峥工作单位：重庆理工大学电子信息与自动化学院