嵌入式软硬件系统的工作原理

计算机作为20世纪人类社会最伟大的发明之一，近期也逐步迈入后PC时代。后PC时代的到来也标志着嵌入式产品的诞生，如手机、PDA、数控机床等。

中国拥有世界上最大的消费电子产品市场，手机、彩电、VCD、家用电器等的拥有量都居世界第一。随着经济水平的提高和消费结构的改变，人们对消费电子产品的要求越来越高，如产品的灵活性、可控性、耐用性、高性价比等，这些都可以通过合理、有效的嵌入式系统设计和优化来实现。另外，在现代化的医疗、测控仪器和机电产品中对系统的可靠性、实时性要求较高，更需要有专用的嵌入式系统的支持，这些需求都极大地刺激了嵌入式系统的发展和产业化的进程。嵌入式系统的发展将会更加完善信息产业的框架，成为信息产业发展的加速器。随着嵌入式系统复杂度的提高，软硬件的协同是嵌入式系统的关键。

从产品的应用角度来说，嵌入式系统是控制、监视或者辅助设备机器和车间运行的装置。而众多不同专业的人士从各自不同的角度思考和定位嵌入式系统，所以目前对嵌入式系统的定义非常多。嵌入式系统按照目前业界和学术界对嵌入式系统的普遍看法，是以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。

大多数嵌入式系统的硬件平台。它包括两部分：1、以通用处理器为中心的协议处理模块，用于网络控制协议的处理;2、以数字信号处理器(DSP)为中心的信号处理模块，用于调制、解调和数/模信号转换。嵌入式系统的核心部件是各种类型的嵌入式处理器，目前据不完全统计，当前全世界嵌入式处理器的品种总量已经超过1000多种，流行体系结构有30几个系列。由于嵌入式系统设计的差异性极大，因此选择是多样化的。

嵌入式处理器的功耗、体积、成本、可靠性、速度、处理能力、电磁兼容性等均受到应用要求的制约。在选择处理器时要考虑的主要因素在于调查上市的CPU供应商、处理器的处理速度、技术指标、处理器的低工耗、处理器的软件支持工具、处理器是否内置调试工具、处理器供应商是否提供评估板等。

尽管嵌入式系统有着无比广阔的市场需求和发展前景，但嵌入式系统的发展多年来却经历了一个曲折和痛苦的历程。随着微处理器的产生，价格低廉、结构小巧的CPU和外设连接提供了稳定可靠的硬件架构，那么限制嵌入式系统发展的瓶颈就突出表现在了软件方面。

从运行平台来分，嵌入式软件可以分为：运行在开发平台上的软件：设计、开发、测试工具等，运行在嵌入式系统上的软件：嵌入式操作系统、应用程序、驱动程序及部分开发工具。

可用于嵌入式系统软件开发的操作系统很多，但选择一个适合的操作系统，关键是从操作系统提供那些开发工具、操作系统向硬件接口移植的难度、操作系统的内存要求、开发人员是否熟悉此操作系统及其提供的API、操作系统是否有提供硬件的驱动程序、操作系统是否具有可剪裁、操作系统的实时性等方面进行考虑。

嵌入式应用软件是实现嵌入式系统功能的关键，为了提高执行速度和系统可靠性，嵌入式软件一般都固化在存储器芯片或单片机本身中，而不是存储于磁盘等载体中，软件代码要求高质量、高可靠性和高实时性。

嵌入式系统的硬件和软件都必须量体裁衣，与通用型处理器相比，嵌入式处理器的最大不同是将大部分工作用在为特定用户群设计的系统中，它通常都具有低功耗、体积小、集成度高等特点，能够把很多任务集成在芯片内部，从而有利于嵌入式系统设计趋于小型化，使得移动能力大大增强。

嵌入式处理器的功耗、体积、成本、可靠性、速度、处理能力、电磁兼容性等均受到应用要求的制约。

嵌入式微处理器特点：对实时多任务有很强的支持能力，嵌入式系统能完成多任务并且有较短的中断响应时间，从而使内部的代码和实时内核的执行时间减少到最低限度。具有功能很强的存储区保护功能，由于嵌入式系统的软件结构已模块化，而为了避免在软件模块之间出现错误的交叉作用，需要设计强大的存储区保护功能，同时也有利于软件诊断。

可扩展的处理器结构，可扩展的处理器结构能最迅速地开发出满足应用的最高性能的嵌入式微处理器。功耗很低，用于便携式的无线及移动的计算和通信设备中，靠电池供电的嵌入式系统功耗是mW甚至μW级。