嵌入式計算機技術及其應用研究

◎張樓

嵌入式計算機技術與應用研究是一種用途廣泛的系統軟件，它主要應用與工業控制和國防系統領域。本文主要研究內容嵌入式計算機技術概述、嵌入式計算機技術發展現狀、嵌入式計算機技術特點、嵌入式計算機技術的應用。

嵌入式計算機技術是一種專用的計算機系統，作為裝置或設備的一部分。通常嵌入式系統是一個控制程序存儲在ROM中的嵌入式處理器控制板。事實上，所有帶有數字接口的設備，都使用嵌入式系統，有些嵌入式系統還包含操作系統，但大多數嵌入式系統都是由單個程序實現整個控制邏輯，能夠被廣泛應用到其他的一些領域中。

一、嵌入式計算機技術概述

一個嵌入式系統裝置一般都由嵌入式計算機系統和執行裝置組成，嵌入式計算機系統是整個嵌入式系統的核心，由硬件層、中間層、系統軟件層和應用軟件層組成。執行裝置也稱為被控對象，它可以接受嵌入式計算機系統發出的控制命令，執行所規定的操作或任務。

隨之嵌入式系統軟件的發展，如今的嵌入式系統軟件在包括功能、規模和復雜程度等各方面均收獲了大幅度的提高。從硬件方面進行分析，現如今的嵌入式系統顯然已經超越了數年之前的PC平臺。

二、嵌入式計算機技術發展現狀

隨著Internet的進一步發展，以及Internet技術與工業控制技術的結合日益緊密，嵌入式設備與Internet的結合才是嵌入式技術的真正未來。信息時代和數字時代的到來，為嵌入式系統的發展帶來了巨大的機遇，同時也對嵌入式系統廠商提出了新的挑戰。目前，嵌入式技術與Internet技術的結合正在推動著嵌入式技術的飛速發展，新的微處理器層出不窮，嵌入式操作系統自身結構的設計更加便于移植，能夠在短時間內支持更多的微處理器。嵌入式系統的開發成了一項系統工程，開發廠商不僅要提供嵌入式軟硬件系統本身，同時還要提供強大的硬件開發工具和軟件支持包。通用計算機上使用的新技術、新觀念開始逐步移植到嵌入式系統中，如嵌入式數據庫、移動代理、實時CORBA等，嵌入式軟件平臺得到進一步完善。

三、嵌入式計算機技術特點

1.系統內核小。由于嵌入式系統一般是應用于小型電子裝置的，系統資源相對有限，所以內核較之傳統的操作系統要小得多。

2.專用性強。嵌入式系統的個性化很強，其中的軟件系統和硬件的結合非常緊密，一般要針對硬件進行系統的移植，即使在同一品牌、同一系列的產品中也需要根據系統硬件的變化和增減不斷進行修改。同時針對不同的任務，往往需要對系統進行較大更改，程序的編譯下載要和系統相結合。

3.系統精簡。嵌入式系統一般沒有系統軟件和應用軟件的明顯區分，不要求其功能設計及實現上過于復雜，這樣一方面利于控制系統成本，同時也利于實現系統安全。

4.高實時性的系統軟件是嵌入式軟件的基本要求。而且軟件要求固態存儲，以提高速度；軟件代碼要求高質量和高可靠性。

5.嵌入式軟件開發要想走向標準化，就必須使用多任務的操作系統。嵌入式系統的應用程序可以沒有操作系統直接在芯片上運行，但是為了合理地調度多任務、利用系統資源、系統函數以及和專家庫函數接口，這樣才能保證程序執行的實時性、可靠性，并減少開發時間，保障軟件質量。

6.嵌入式系統開發需要開發工具和環境。由于其本身不具備開發能力，即使設計完成以后用戶通常也是不能對其中的程序功能進行修改的，必須有一套開發工具和環境才能進行開發，這些工具和環境一般是基于通用計算機上的軟硬件設備以及各種邏輯分析儀、混合信號示波器等。開發時往往有主機和目標機的概念，主機用于程序的開發，目標機作為最后的執行機，開發時需要交替結合進行。

四、嵌入式計算機技術的應用

1.電子設備。嵌入式計算機技術的應用實質上屬于一種“完全嵌入受控器件內部，為特定的應用設計出來的專用計算機系統，”嵌入式系統同時為控制、監視及輔助設備和機器或者是用作工廠運作的設備儀器。相較于普通的計算機系統不同點在于，嵌入式系統軟件一般執行的屬附帶特定要求的預先定義的任務。又因為嵌入式系統軟件僅針對某一項特定的特殊任務，因此設計人員只能將其優化，并且減小尺寸并降低其成本。一般嵌入式系統都會進行大批量生產，因此單個生產成本就會節約很多，可以隨著產量大小呈數以千計的倍數不斷放大。嵌入式系統軟件具體是用于控制或監視機器、裝置和工廠等比較大規模的設備系統的。國內比較普遍地為嵌入式系統定義為：以應用為中心，以計算機技術作為基礎，并且軟硬件都可以裁剪，適合應用于應用系統對功能、可靠性、成本和體積以及功耗等嚴格控制的專用計算機使用系統，它的應用范圍非常廣泛。

2.工業控制。基于嵌入式芯片的工業自動化設備將獲得長足的發展，目前已經有大量的8、16、32位嵌入式微控制器在應用中，網絡化是提高生產效率和產品質量、減少人力資源主要途徑，如工業過程控制、數字機床、電力系統、電網安全、電網設備監測、石油化工系統。就傳統的工業控制產品而言，低端型采用的往往是8位單片機。但是隨著技術的發展，32位、64位的處理器逐漸成為工業控制設備的核心，在未來幾年內必將獲得長足的發展。

3.交通管理。在車輛導航、流量控制、信息監測與汽車服務方面，嵌入式系統技術已經獲得了廣泛的應用，內嵌GPS模塊，GSM模塊的移動定位終端已經在各種運輸行業獲得了成功的使用。目前GPS設備已經從尖端產品進入了普通百姓的家庭，只需要幾千元，就可以隨時隨地找到你的位置。

4.機器人。嵌入式芯片的發展將使機器人在微型化，高智能方面優勢更加明顯，同時會大幅度降低機器人的價格，使其在工業領域和服務領域獲得更廣泛的應用。

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。所以，開發和探討嵌入式系統有著十分重要的意義。