嵌入式系統定義和使用，嵌入式系統和桌面通用系統的差別，嵌入式系統結構組成，嵌入式軟體組成
嵌入式系統定義和使用
一、嵌入式系統
1、定義：用于控制、監視或者輔助操作機器和裝置的裝置，嵌入式系統的前提是有一個需要被控制的機器。
2、含義：嵌入式系統就是将計算機的硬體或軟體嵌入其他機電裝置或應用系統中，構成新的系統，即嵌入式系統
3、構造原則：嵌入式系統是以應用為中心，以計算機技術為基礎，采用可剪裁軟硬體，适用于對功能、可靠性、成本、體積、功耗等有嚴格要求的專用計算機系統，用于實作對其他裝置的控制監視或管理功能，讓機器變得智能。
二、嵌入式系統使用場合
1、監測控制：數控機床，單電機，儀表
2、小型化，微型化期間，裝置：通訊，醫療，移動，辦公
3、大吞吐量型号處理：視訊流處理
4、移動媒體信号處理：DC，MP3，MP4
5、多機電協同工作：汽車電子，航空電子
6、基本上不是計算機但是有類似計算機能提供的服務的裝置都屬于嵌入式了。
嵌入式系統和桌面通用系統的差別
一、任務專一
1、嵌入式系統
1.1、嵌入式系統中的任務是專用而确定的
1.2、如：心髒螢幕隻需運作信号輸入，信号處理，心電圖顯示任務
1.3、如果要更改任務，需要對整個系統進行重新設計或線上維護
2、桌面通用系統
2.1、桌面通用系統需要支援大量的、需求多樣的應用程式
2.2、對系統中運作的程式不做假設
2.3、程式更新，更新很友善
二、響應實時
1、嵌入式系統
1.1、嵌入式系統對實時性有較高要求
1.2、實時性：指系統能在限定的響應時間内提供所需水準的服務。（POSIX 1003.b）
1.3、嵌入式實時系統可分為：
A、強實時性：響應時間us~ms級
B、一般實時：響應時間ms~s級
C、弱實時：響應時間s級以上
三、實時性作業系統
1、嵌入式系統中使用的作業系統一般是實時作業系統
1.1、嵌入式實時作業系統如：VxWorks，Windows CE，PSOS，QNX
1.2、國産嵌入式實時作業系統如：HOPEN，DeltaOS，SmartOS
四、運作環境
1、嵌入式系統運作需要高可靠性保障，比桌面系統的故障容忍能力弱很多
2、嵌入式系統需要在長時間無人看守的條件下運作
3、嵌入式系統運作的環境惡劣
五、功耗要求
1、嵌入式系統大多有功耗限制
2、如：珍貴文物微氣象環境檢測，要求一分鐘采樣一次，每個節點采用電池供電，一年更新一次。采用正常方法，能量隻能持續工作5天，引入間歇工作方式降低功耗，節省能量
六、資源更少
1、嵌入式系統比桌面通用系統的可用資源少的多，為了降低系統成本，降低功耗，嵌入式系統的資源配置遵循夠用就行。
2、嵌入式系統的開發需要專用工具和特殊方法
2.1、開發：交叉編譯，交叉連結
2.2、調試：仿真器，虛拟機
2.3、更新：線上更新等
七、綜合性
1、嵌入式系統開發是一項綜合的計算機應用技術
1.1、系統結構：狀态控制器，中斷控制器處理
1.2、彙編語言：操作外圍裝置、端口
1.3、作業系統：設定通訊任務、通訊、互斥
1.4、編譯原理：交叉編譯、BootLoader加載
嵌入式系統結構組成
一、組成
1、嵌入式微處理器
2、外圍硬體裝置
3、嵌入式作業系統（可選）
4、使用者應用軟體
一個典型的嵌入式系統應用
上圖中包括：
一、硬體層（開發闆形式）
ARM處理器
MMU記憶體管理系統
DSP數字型号處理單元，或叫浮點運算器
GPIO通用目的的IO接口
IIS音頻接口
USB接口
LCD接口，嵌入式系統中LCD用的比VGA多一些
ADC/DAC接口，用于AD或DA的轉換
FPGA/CPLD：可程式設計邏輯陣列
UART和IrDA：序列槽和紅外
DMA：直接存儲通路
以太網：網絡
CAN總線：常用于工業控制
Timer/RTC：提供時間
電源管理：供電方式，直流電交流電
記憶體：包括flash存儲，EEPROM，SDRAM，SRAM
看門狗複位電路：watchdog，系統出現異常時自動複位reset
人機互動接口：LCD，觸摸屏，鍵鼠等
輸入輸出接口：傳感器，網絡之類
二、軟體層：
1、驅動層，
1.1、裝置驅動程式，
1.2、HAL硬體抽象層，對硬體有一個抽象的描述
1.3、BSP，闆機支援包，支援這個硬體開發闆的軟體包
2、作業系統OS層，通常運作一個實時作業系統RTOS
3、應用層：檔案系統，圖形使用者應用程式接口等
三、嵌入式微處理器分類
1、嵌入式微控制器MCU，8位為主，8051之類的
2、嵌入式DSP處理器：
3、嵌入式微處理器MPU，32位為主，ARM之類的
4、嵌入式片上系統system on chip
四、外圍硬體裝置
1、片外總線：連接配接各個部件，進行互聯和傳輸資訊的信号線
1.1、ESIA總線、SCSI總線、PCI總線
1.2、AMBA總線：ARM研發的總線規範
1.3、專用總線：CompactPCI總線用于工業控制，CAN總線用于汽車電子總線，1553B總線用于航空工業總線。
2、電子盤（電子硬碟，不是磁盤，磁盤對環境要求高）：采用flash晶片存儲資料，體積小、功耗低、抗震，不過讀寫次數有限，要避免頻繁讀寫。
2.1、DOC：Dist on chip
2.2、DOM：IDE電子盤
2.3、CF：CompactFlash
2.4、SM：Smart Media
2.5：MS：Memory stick
3、IO裝置
3.1、A/D，D/A轉換
3.2、中斷控制器
3.3、UART，序列槽
3.4、LCD，連接配接顯示器的接口
4、通訊裝置
4.1、有線通訊：IEEE1394，USB
4.2、無線通訊：IaDA（短距離高速紅外），Bluetooth，802.11b/g
五、嵌入式實時作業系統
1、典型的實時作業系統RTOS
1.1、近200種，VxWorks（航天航空，可靠性性能最強）、QNX（歐美航天航空）、WinCE（簡單用）、PalmOS
1.2、面向SOC的作業系統：Symbian的Epoc、Express Logic的ThreadX、ATI的Nucleus
1.3、開放源碼的作業系統：Linux系列，uC/OS（最小）
2、典型的性能名額
2.1、核心大小：幾k~幾百k
2.2、排程時間片：1ms
2.3、實時任務響應時間：20~40微秒
2.4、一般任務響應時間：20微秒~幾百毫秒
嵌入式軟體組成
一、混合程式設計
1、嵌入式軟體經常需要直接控制外設，進行寄存器操作等，因而使用較多的進階語言+彙編語言混合程式設計。
二、固定記憶體位址通路
1、嵌入式系統經常要求通路某特定的記憶體位址，這點差別于程序通路的虛拟位址
2、嵌入式系統上運作的應用是固定的，是以會将應用和記憶體位址直接綁定
三、存儲限定符volatile
1、編譯器優化工作中的一個假設
2、在多任務共享變量、中斷與任務共享變量時，必須使用volatile限定符，強制讀取記憶體中的值
四、代碼共享和可重入
1、在嵌入式系統中，多個任務使用一個子程式的一個單一拷貝很常見，這些子程式稱為共享代碼
2、由于實時系統的任務是可搶占的，因而必須保證共享代碼同時被幾個任務調用而不發生沖突，這就是代碼的可重入
五、位運算
1、嵌入式系統經常要求對變量或寄存器進行位操作。
2、如：給定一個整型變量a，寫兩段代碼，第一個設定a的bit 3，第二個清除a的bit 3，在以上兩個操作中，要保持其它位不變
六、看門狗定時器
1、對于要求高可靠性的嵌入式應用場合，系統往往提供看門狗watchdog機制，以防止使用者程式進入死循環。
2、程式能夠生成一個看門狗，并傳遞執行動作，如果應用程式在指定的時間内不能将看門狗置位，将觸發指定的程式。
3、看門狗執行動作包括：系統重新開機，任務重新開機，跳出循環