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嵌入式系統的應用和開(kāi)發(fā)
基于嵌入式系統的具體產(chǎn)品應用是計算機工程史上的里程碑。深入到了各行各業(yè)，其已成為高科技領(lǐng)域中必不可少的工具。 yjbys小編下面為你整理了關(guān)于嵌入式系統的應用和開(kāi)發(fā)的文章，希望對你有所幫助。
1嵌入式系統簡(jiǎn)介
嵌入式系統可以抽象出一個(gè)典型的組成模型，其可劃分為硬件層、軟件層及功能層。
1.1嵌入式系統定義
嵌入式系統最通用的定義是以應用為中心，以計算機技術(shù)為基礎，軟硬件可裁剪、功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專(zhuān)用計算機[1]。
根據IEEE9(國際電氣和電子工程師協(xié)會(huì ))的定義，嵌入式系統也可定義為控制監視或輔助設備機器和車(chē)間運行裝置。
嵌入式系統的定義很多，統一起來(lái)很難。對于其定義有疑問(wèn)的部分研究人員將嵌入式系統定義為：“嵌入式系統是以嵌入式微處理器為內核，以微電子技術(shù)，計算機技術(shù)，電子技術(shù)、對象技術(shù)為基礎，軟硬件可根據對象需要所設置，并且嵌入到對象器件內，適用于應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專(zhuān)用智能化的控制系統。”[2]
1.2嵌入式系統的特點(diǎn)
嵌入式系統是面向專(zhuān)業(yè)應用領(lǐng)域的，從其應用角度分析，具有以下特點(diǎn)：
(1)硬件層，是所有軟件的運行基礎，嵌入式系統至少擁有一個(gè)高性能處理器為硬件平臺。如ARM處理器。
(2)軟件層，其能擴充和充分發(fā)揮硬件層功能。嵌入式系統需有一個(gè)多任務(wù)操作系統的軟件平臺，來(lái)控制管理計算機硬件和軟件資源以及合理的組織計算機工作流程。如Liunx，UC/OSⅡ等操作系統。
(3)嵌入式系統是先進(jìn)的技術(shù)及資金密集、知識產(chǎn)業(yè)化不斷創(chuàng )新的集成系統。其將先進(jìn)的電子科學(xué)技術(shù)與各行各業(yè)的具體應用相結合。
(4)是面向用戶(hù)、產(chǎn)品及特定應用的。
(5)具有較長(cháng)的生命周期。與實(shí)際產(chǎn)品相結合，并與產(chǎn)品升級同步進(jìn)行。
(6)對程序質(zhì)量要求較高。一般都將系統中的軟件固化在存儲器中，大部分都具有較高的實(shí)時(shí)性。
(7)嵌入式系統不具備在其上進(jìn)行進(jìn)一步開(kāi)發(fā)的能力。需要借助專(zhuān)門(mén)的開(kāi)發(fā)工具和環(huán)境來(lái)滿(mǎn)足產(chǎn)品設計完成后的程序功能修改工作。
2基于A(yíng)RM的嵌入式系統技術(shù)應用及開(kāi)發(fā)方法
2.1ARM的技術(shù)應用特點(diǎn)
ARM(Advanced RISC Machines)是一種嵌入式微處理器，它具有低功耗、低成本、高性能的特點(diǎn)，采用RISC體系結構，大量使用寄存器，具有高效的指令系統，在實(shí)際嵌入式應用中，只保留和嵌入式應用緊密相關(guān)的功能硬件，去除其他的冗余功能部分，來(lái)實(shí)現嵌入式應用的特殊要求[3]�；贏(yíng)RM微處理器的嵌入式系統不同于單片機、DSP系統，其高性能的特點(diǎn)，在硬件部分的電路板設計方面是比較困難的，絕大多數的ARM板都要在4層以上。其實(shí)ARM最關(guān)鍵的是軟件部分的操作系統，系統開(kāi)發(fā)應更側重于軟件方面，包括系統裁減，底層驅動(dòng)和應用程序等。
2.2ARM嵌入式系統的開(kāi)發(fā)流程
基于A(yíng)RM的嵌入式系統設計的開(kāi)發(fā)流程如圖1所示。
2.3ARM嵌入式系統的開(kāi)發(fā)方法
(1)建立系統的開(kāi)發(fā)環(huán)境
嵌入式系統資源受限制，如果在其硬件平臺上直接編寫(xiě)軟件，比較困難。因此根據其特點(diǎn)須在特定的開(kāi)發(fā)環(huán)境下進(jìn)行。搭建相應的軟硬件平臺：在宿主機(HOST)也就是PC機上安裝開(kāi)發(fā)工具，并將編寫(xiě)好的軟件程序進(jìn)行交叉編譯生成二進(jìn)制代碼，最后將其移植到目標板的特定位置運行。這種在宿主機(HOST)環(huán)境下開(kāi)發(fā)，在目標板(TARGET)上運行的開(kāi)發(fā)模式叫交叉開(kāi)發(fā)模式，交叉開(kāi)發(fā)模型如圖2所示。
(2)Boot Loader引導程序開(kāi)發(fā)
Boot loader是在嵌入式操作系統內核運行前運行的一段程序，與我們經(jīng)常提到的BIOS功能相近，每種體系結構都有與其相匹配的Boot Loader。通過(guò)Boot loader程序的運行，可以初始化硬件設備，建立系統的內存空間映射圖，這樣就可以將系統的軟、硬件環(huán)境設定在一個(gè)合適的狀態(tài)，方便于最終調用操作系統內核，并且為運行用戶(hù)應用程序準備好正確的環(huán)境。
Boot loader程序由匯編和C程序兩部分組成，程序執行過(guò)程也分為匯編和C程序代碼部分兩個(gè)階段。匯編程序與硬件設備相關(guān)，不便移植，第一階段需要完成初始化看門(mén)狗、設置中斷異常向量表、堆棧、配置存儲器等，之后再跳轉到第二階段的C語(yǔ)言程序入口處。C程序代碼部分主要完成初始化本階段所需要的外部設備，調用NANDFLASH的API函數，配置SDRAM空間，并將用戶(hù)的程序代碼從NANDFLASH存儲器中復制到SDRAM中，最后再跳轉到用戶(hù)程序的入口[4]。
3嵌入式技術(shù)的應用領(lǐng)域
嵌入式技術(shù)無(wú)處不在，已經(jīng)深入到了生活的各個(gè)領(lǐng)域，為我們的生活帶來(lái)了很大的方便。
(1)無(wú)線(xiàn)通訊領(lǐng)域。特別是智能手機，全球95%的手機采用了ARM芯片，隨著(zhù)手機功能愈像電腦，手機更需要功能強大的嵌入式芯片�，F在，全球售出的每一部手機中平均就有2.4塊ARM芯片。
(2)工業(yè)控制領(lǐng)域�；贏(yíng)RM核的32位微控制器芯片逐漸向低端微控制器應用領(lǐng)域擴展，在工業(yè)控制領(lǐng)域發(fā)揮了很大的作用。
(3)網(wǎng)絡(luò )應用。網(wǎng)絡(luò )寬帶技術(shù)不斷發(fā)展，基于A(yíng)RM技術(shù)的ADSL芯片也逐步進(jìn)入競爭范圍，并取得一定優(yōu)勢。而且，語(yǔ)音及視頻處理也應用了ARM技術(shù)，同時(shí)對DSP的應用領(lǐng)域提出了新的挑戰。
(4)儀器儀表方面。有智能儀器、智能儀表、醫療器械、色譜儀、示波器等。
(5)民用方面。如電子玩具、電子字典、游戲機、錄像機、復讀機、投影儀、照相機、空調、冰箱、洗衣機、調制解調器、防盜控制器、激光驅動(dòng)器、變速控制器、汽車(chē)點(diǎn)火控制器、避雷控制、農業(yè)節水控制系統、保安控制系統等方面。
(6)導航控制方面。如導彈控制、航天導航系統、電子干擾系統等。
(7)數據處理方面。如圖文圖表終端、復印機、硬盤(pán)驅動(dòng)器等。
(8)農業(yè)交通方面。智能公路(汽車(chē)導航、流量控制、信息監測與汽車(chē)服務(wù))、植物工廠(chǎng)(特種植物工廠(chǎng)、無(wú)土栽培技術(shù)、智能種子工程)、虛擬顯示VR機器人、信息家電(家用電器的網(wǎng)絡(luò )化)等等。
除此以外，眾多領(lǐng)域都用到了基于A(yíng)RM微處理器的嵌入式技術(shù)，在生活的各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應用。
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