淺談嵌入式系統的開發與應用

孫偉峰+李文龍

摘 要：嵌入式系統是設計完成復雜功能的硬件和軟件，并使其緊密耦合在一起的計算機系統。本文從嵌入式系統的基本知識出發，介紹其基本概念，組成和特點，并簡單的簡述了嵌入式系統的開發與設計過程和一些主要的應用。

關鍵字：嵌入式系統；組成；特點；開發；應用

嵌入式系統的簡單定義：嵌入式系統是以應用為中心、以計算機技術為基礎，軟硬件可裁剪，應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗和應用環境有特殊要求的專用計算機系統。是將應用程序、操作系統和計算機硬件集成在一起的系統。

1 嵌入式系統的組成和特點

嵌入式系統是專用計算機應用系統，它具有一般計算機體統組成的共性。

（1）嵌入式系統整體分為硬件基本結構和軟件基本結構。硬件結構以嵌入式微處理器為中心，配置存儲器、I/0設備、通信模塊以及電源等必要的輔助接口。

如圖為嵌入式系統的軟/硬件框架：

（2）嵌入式系統的特點

功耗限制：嵌入式系統中，尤其是在用電池供電的嵌入式系統中，這是一個主要考慮的因素。大耗電量直接影響到硬件費用，并影響電源壽命以及帶來散熱問題。

低成本：包含硬件成本和軟件成本。硬件成本主要決定于所使用的微處理器、所需的內存及相應的外圍芯片；軟件成本通常難于預測，但一個好的設計方法有利于降低軟件成本。

多速率：系統同時運行多個實時性任務，系統必須同時控制這些動作，但這些動作有些速度慢，有些速度快。

實時性：實時性的本質是任務處理所化費時間的可預測性，即任務需要在規定的時限內完成。任務執行的時間可以根據系統的軟硬件的信息而進行確定性的預測。也就是說，如果硬件可以做這件工作，那么基于實時操作系統的軟件將可以確定性的做這件工作。

除此之外，嵌入式系統還有一個重要的特點就是不可壟斷性。PC有WinTel壟斷，嵌入式系統工業的基礎是以應用為中心的“芯片”設計和面向應用的軟件產品開發。

2 嵌入式系統的基本設計與開發過程

系統設計開發從系統需求分析開始；第二步是對于規格的說明，在這一步對所要設計的系統功能進行更加詳細地描述，這些描述并不涉及系統的組成；第三步是系統的結構設計，在這一階段以大的構件為單位設計系統內部詳細構造，明確軟、硬件功能的劃分；第四步是構件設計，它包括系統程序模塊設計、專用硬件芯片選擇及硬件電路設計；第五步是系統集成，在完成了所有構件設計的基礎上進行系統集成，構造出所需的完整系統。

在設計之前，必須明白要設計什么。在設計的最初階段，應從客戶那里收集系統功能的非形式描述，在此稱其為需求；對需求進行提煉，以得到系統的規格說明，規格說明中應包含進行系統體系結構設計所需的足夠信息。

系統結構設計的目的是描述系統如何實現系統的功能，它是系統整體結構的一個計劃。體系結構設計中明確需要什么樣的構件，而構件設計中就是設計或選擇符合體系結構和規格說明中所需求的構件。構件通常既包括硬件，如FPGA、電路板等，也包括軟件模塊。在所有工作完成之后就要進行系統的調試與集成。

3 嵌入式系統設計的主要應用

對于嵌入式的信息系統應用來說，其前景是十分廣泛的，它已經涉及到了我們生活的各個方面，不僅用在一些家用電器上，例如冰箱、洗衣機，而且還在一些交通工具上有所應用，例如汽車等，還包括一些遠程的會議系統管理等，由此可見，嵌入式系統的開發應用具有很大的市場需要.因此在這個過程中，我們一定要按照相關的需求進行科學有效的管理，掌握該系統運用的相關要求以及應用操作規范，在此基礎之上把該系統運用到我們的日常生活當中，這樣也就大大提高我們生活的水平。

嵌入式系統目前已在國防、國民經濟及社會生活各領域普及應用，用于企業、軍隊、辦公室、實驗室以及個人家庭等各種場所。如圖：

在這些應用中，可以著重于在控制方面的應用。就遠程家電控制而言，除了開發出支持TCP/IP的嵌入式系統之外，家電產品控制協議也需要制訂和統一，這需要家電生產廠家來做。同樣的道理，所有基于網絡的遠程控制器件都需要與嵌入式系統之間實現接口，然后再由嵌入式系統來控制并通過網絡實現控制。

4 結束語

綜上所述，通過本文，充分了解了嵌入式系統的組成、開發與應用。如今隨著科學技術的迅速發展，嵌入式系統已經滲入到生活的各個領域，嵌入式系統作為科技領域中重要的組成部分，對于未來的可持續發展具有重要作用，它一定會使我國的科學技術迅猛發展。

參考文獻

[1]田澤.嵌入式系統開發與應用進程.北京航空航天大學出版社

[2]劉桂榮.淺析嵌入式系統的開發與應用，咸寧學院學報，2012，（32）：30-31