基于單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)

?

基于單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)

陳麗芳

（本溪市機(jī)電工程學(xué)校，117009）

摘要：近幾年隨著技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，作為嵌入式系統(tǒng)的核心部分嵌入式操作系統(tǒng)已經(jīng)被越來越多的應(yīng)用在不同的領(lǐng)域之中，比如手持設(shè)備、信息家電等領(lǐng)域尤為突出，嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用是以計(jì)算機(jī)技術(shù)作為基礎(chǔ)的。然而，嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用開發(fā)越來越復(fù)雜，一整套完整兼容的開發(fā)方法尚未形成，對于單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的研究變顯得尤為重要。因此，本文主要闡述了關(guān)于嵌入式系統(tǒng)的相關(guān)內(nèi)容，并且對基于單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)相關(guān)思想及運(yùn)行過程進(jìn)行梗概。

關(guān)鍵詞：嵌入式；單片機(jī)；系統(tǒng)；開發(fā)；研究

1　嵌入式系統(tǒng)相關(guān)概述

1.1嵌入式系統(tǒng)

嵌入式系統(tǒng)的中心為應(yīng)用，基礎(chǔ)為計(jì)算機(jī)技術(shù)，對軟硬件可剪裁，對于系統(tǒng)的性能、成本、體積、可靠性等各種要求非常嚴(yán)格的一種專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。如今，嵌入式的系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用到國防和國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域之中，發(fā)展速度之快，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)成為二十一世紀(jì)信息產(chǎn)業(yè)新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。嵌入式系統(tǒng)不同于其他的系統(tǒng)，具備著許多特點(diǎn)。

（1）在如今智能化盛行的時(shí)代，對于產(chǎn)品的體積和成本各個(gè)因素的考慮，會要求將計(jì)算機(jī)的控制部分安裝在系統(tǒng)之內(nèi)，這就要求所占用的空間要小，而嵌入式系統(tǒng)剛好具有體積小的特點(diǎn)。

（2）嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)周期短，性能較為優(yōu)越，嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)之一就是要擁有良好的性能，因此，良好的性價(jià)比成為嵌入式系統(tǒng)的又一特點(diǎn)。

（3）嵌入式系統(tǒng)中一般是以ROM、FLASH memory等作為存儲的介質(zhì)，是不具備硬盤設(shè)備的，由于嵌入式系統(tǒng)體積小，因此容量一般不大。

（4）嵌入式系統(tǒng)對于時(shí)間的特性要求很嚴(yán)格，在一些的應(yīng)用系統(tǒng)中，超過了一定的時(shí)限，有時(shí)即使得出需要的結(jié)果，也不能得到預(yù)期的效果，因此嵌入式的又一特點(diǎn)就是實(shí)時(shí)性比較強(qiáng)。

1.2嵌入式系統(tǒng)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

嵌入式系統(tǒng)在如今的應(yīng)用越來越廣泛，但是正如之前所說，嵌入式系統(tǒng)目前仍缺少完整的、有效的、通用的一套開發(fā)方法，因此，在嵌入式的軟件設(shè)計(jì)的環(huán)節(jié)仍然是處于起步的初級階段，這就要求，嵌入式系統(tǒng)要對于包括關(guān)鍵技術(shù)、單片機(jī)的微內(nèi)核的研究、嵌入式系統(tǒng)的集成軟件的相應(yīng)測試等問題都要具體的研究。基于上述關(guān)于嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)的分析之后，可以看出如今的嵌入式的操作系統(tǒng)仍存在一些問題，比如性能和效率方便應(yīng)當(dāng)是目前所為關(guān)注的熱點(diǎn)問題，還有另外一個(gè)特點(diǎn)就是體積小，導(dǎo)致的內(nèi)存容量不是很大，加上基于單片機(jī)的微內(nèi)核的體積的發(fā)展則是越來越大，這就要求對于嵌入式系統(tǒng)的體積和內(nèi)容方面也應(yīng)當(dāng)有所改進(jìn)，來滿足應(yīng)用復(fù)雜化的發(fā)展趨勢。

2　基于單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)

2.1單片機(jī)概述

單片機(jī)又被稱為微處理器或者是單片微型計(jì)算機(jī)，單片機(jī)的原理就是將CPU、ROM、RAM以及I/O等設(shè)備全部集成在硅片上的一種微型計(jì)算機(jī)。現(xiàn)在的這些單片機(jī)大多數(shù)是采用了超大規(guī)模的集成技術(shù)，并且將小體積、輕質(zhì)量等特點(diǎn)完善利用。如今的單片機(jī)的應(yīng)用技術(shù)也發(fā)展的更加成熟，比如在通信行業(yè)、汽車領(lǐng)域、儀器儀表、工業(yè)控制等方面都有應(yīng)用，并且在市場的份額也是逐年遞增。

2.2操作系統(tǒng)微內(nèi)核

單片機(jī)是嵌入式系統(tǒng)的主控單元，這些軟件都是一個(gè)微觀的實(shí)時(shí)的操作系統(tǒng)，并且專門為某一應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。實(shí)時(shí)性就要求對隨機(jī)發(fā)生的問題及外部事件及時(shí)快速的做出處理，上面說過單片機(jī)又稱微控制器（MCU），在硬件上，單片機(jī)系統(tǒng)照比分時(shí)操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來說是無法比擬的，盡管如此，單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程對最終的應(yīng)用需求是非常明確的，所使用的環(huán)境相對單一，這樣便對于嵌入單片機(jī)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)提供了可能性。

2.2.1嵌入式操作系統(tǒng)微內(nèi)核結(jié)構(gòu)

嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)的微內(nèi)核主要包括兩個(gè)部分，即任務(wù)管理與調(diào)度和硬件抽象層。其中任務(wù)管理與調(diào)度主要完成的任務(wù)包括對任務(wù)的調(diào)度與控制，任務(wù)之間的通信與存儲等功能，硬件抽象層則是將特定的硬件平臺中的基本硬件進(jìn)行映射，在系統(tǒng)中進(jìn)行功能的實(shí)現(xiàn)，這樣的結(jié)構(gòu)對于減輕核心的負(fù)擔(dān)以及提高核心的性能與效率都有較大的幫助，同時(shí)，也使得系統(tǒng)的可剪裁性、可移植性以及可擴(kuò)展性的各項(xiàng)性能大大提高。

2.2.2微內(nèi)核結(jié)構(gòu)對系統(tǒng)性能的影響

嵌入式系統(tǒng)的微內(nèi)核的結(jié)構(gòu)在應(yīng)用過程中取得了較大的成功，但是同時(shí)隨著應(yīng)用的復(fù)雜化加深，微內(nèi)核的體積需要不斷加大，這樣在設(shè)計(jì)的過程中便會出現(xiàn)通用性低于嵌入式上市時(shí)間中出現(xiàn)了矛盾，學(xué)術(shù)界有不同的觀點(diǎn)，一方認(rèn)為可以在為核心的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)當(dāng)中采用客戶/服務(wù)器的模式，因?yàn)榭蛻粼趯Ψ?wù)器進(jìn)行訪問的時(shí)候可以通過通信設(shè)備來實(shí)現(xiàn)此功能，在這個(gè)通信過程中加入了核心的參與，使得大量基礎(chǔ)核心被引入，與此同時(shí)便導(dǎo)致了多頻率的對數(shù)據(jù)進(jìn)行拷貝，這樣大大的增加了開銷并影響了系統(tǒng)的性能；另一觀點(diǎn)則認(rèn)為，微核心的思想存在問題的關(guān)鍵便是被傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)內(nèi)核的實(shí)現(xiàn)所制約，對采用的具體結(jié)構(gòu)不合理，這樣對系統(tǒng)的各種性能均會帶來不利的影響。

所以說，對于微內(nèi)核操作系統(tǒng)的性能及效率的改善以及越來越成為當(dāng)前基于單片機(jī)的嵌入式開發(fā)系統(tǒng)的熱點(diǎn)討論問題。

2.3EOS51系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

基于單片機(jī)的嵌入式操作系統(tǒng)的微內(nèi)核主要的是EOS51，微內(nèi)核的時(shí)間線過程首先要清楚設(shè)計(jì)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

EOS51的基本實(shí)現(xiàn)思想是在這樣整個(gè)的微內(nèi)核中是由始終控制的，然后進(jìn)行任務(wù)的控制以及上下文的切換，對于任務(wù)之間的通信和互斥的控制模塊進(jìn)行工作機(jī)制和時(shí)機(jī)的控制，這樣才能勝任整個(gè)微內(nèi)核運(yùn)轉(zhuǎn)引擎的工作，在運(yùn)行的過程中，都是基于時(shí)鐘控制模塊的，當(dāng)單片機(jī)嵌入式的應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行電的連接時(shí)，就可以從程序的存儲器進(jìn)行地址的讀取，得到指令之后，便進(jìn)行程序的引導(dǎo)，對系統(tǒng)進(jìn)行前期的初始化工作，其他的存儲設(shè)備則留給用戶進(jìn)行書寫，這樣就能夠很好的確保系統(tǒng)的正常啟動，外部的硬件設(shè)備可以用戶根據(jù)需要進(jìn)行擴(kuò)展，這些的操作都為基于單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)提供了很大的靈活性，同時(shí)，對于微內(nèi)核的通用性也得到了增強(qiáng)。

3　總結(jié)

總之，基于單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)盡管尚未完善，但是也稱得上日趨成熟，將單片機(jī)嵌入到操作系統(tǒng)當(dāng)中進(jìn)行軟件的開發(fā)與設(shè)計(jì)已經(jīng)成為嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)的核心，也成為學(xué)術(shù)界相關(guān)專家人員的研究熱點(diǎn)問題，隨著越來越廣泛的應(yīng)用，更顯得基于單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的重要性，因此，本文認(rèn)為對基于單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)對于各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用都有著重要的實(shí)用價(jià)值與實(shí)踐意義！

參考文獻(xiàn)

[1] 席先覺等.單片微型計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用[M].北京：高考出版社，1987.

[2] 張毅剛.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].北京：高等教育出版社，2003.

[3] 何立民.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京北京航天航空大學(xué)出版社，1990.

陳麗芳，女，漢族，1969.10，高級講師，本溪市機(jī)電工程學(xué)校主任

Development of embedded system based on MCU

Chen Lifang

（Benxi mechanical and electrical engineering school，117009）

Abstract：In recent years, with the development and progress of technology,as a core part of embedded operating system of embedded system has been more and more applications in different fields,such as handheld devices,information household appliances,especially,the application of embedded system is to computer technology as the foundation.However,the application and development of the embedded system is more and more complex,and a complete set of compatible development methods are not yet formed,and it is very important for the research of the embedded system development of SCM..Therefore,this paper mainly expounds the relevant content on the embedded system,and the outline of the development thought and operation process based on embedded system.

Keywords：embedded;SCM;system;development;research

作者簡介