嵌入式系統(tǒng)特點
嵌入式系統(tǒng)是面向用戶、面向產(chǎn)品、面向應用的,它必須與具體應用相結合才會具有生命力、才更具有優(yōu)勢。因此可以這樣理解上述三個面向的含義,即嵌入式系統(tǒng)是與應用緊密結合的,它具有很強的專用性,必須結合實際系統(tǒng)需求進行合理的裁減利用。
嵌入式系統(tǒng)是將先進的計算機技術、半導體技術和電子技術和各個行業(yè)的具體應用相結合后的產(chǎn)物,這一點就決定了它必然是一個技術密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識集成系統(tǒng)。所以,介入嵌入式系統(tǒng)行業(yè),必須有一個正確的定位。例如Palm之所以在PDA領域占有70%以上的市場,就是因為其立足于個人電子消費品,著重發(fā)展圖形界面和多任務管理;而風河的Vxworks之所以在火星車上得以應用,則是因為其高實時性和高可靠性。
嵌入式系統(tǒng)必須根據(jù)應用需求對軟硬件進行裁剪,滿足應用系統(tǒng)的功能、可靠性、成本、體積等要求。所以,如果能建立相對通用的軟硬件基礎,然后在其上開發(fā)出適應各種需要的系統(tǒng),是一個比較好的發(fā)展模式。目前的嵌入式系統(tǒng)的核心往往是一個只有幾K到幾十K微內核,需要根據(jù)實際的使用進行功能擴展或者裁減,但是由于微內核的存在,使得這種擴展能夠非常順利的進行。
實際上,嵌入式系統(tǒng)本身是一個外延極廣的名詞,凡是與產(chǎn)品結合在一起的具有嵌入式特點的控制系統(tǒng)都可以叫嵌入式系統(tǒng),而且有時很難以給它下一個準確的定義,F(xiàn)在人們講嵌入式系統(tǒng)時,某種程度上指近些年比較熱的具有操作系統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng),本文在進行分析和展望時,也沿用這一觀點。
一般而言,嵌入式系統(tǒng)的構架可以分成四個部分:處理器、存儲器、輸入輸出(I/O)和軟件(由于多數(shù)嵌入式設備的應用軟件和操作系統(tǒng)都是緊密結合的,在這里我們對其不加區(qū)分,這也是嵌入式系統(tǒng)和一般的PC操作系統(tǒng)的最大區(qū)別)。
這些年來掀起了嵌入式系統(tǒng)應用熱潮的原因主要有幾個方面:一是芯片技術的發(fā)展,使得單個芯片具有更強的處理能力,而且使集成多種接口已經(jīng)成為可能,眾多芯片生產(chǎn)廠商已經(jīng)將注意力集中在這方面。另一方面的原因就是應用的需要,由于對產(chǎn)品可靠性、成本、更新?lián)Q代要求的提高,使得嵌入式系統(tǒng)逐漸從純硬件實現(xiàn)和使用通用計算機實現(xiàn)的應用中脫穎而出,成為近年來令人關注的焦點。
從上面的定義,我們可以看出嵌入式系統(tǒng)的幾個重要特征:
1.系統(tǒng)內核小。由于嵌入式系統(tǒng)一般是應用于小型電子裝置的,系統(tǒng)資源相對有限,所以內核較之傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)要小得多。比如Enea公司的OSE分布式系統(tǒng),內核只有5K,而Windows的內核?簡直沒有可比性。
2.專用性強。嵌入式系統(tǒng)的個性化很強,其中的軟件系統(tǒng)和硬件的結合非常緊密,一般要針對硬件進行系統(tǒng)的移植,即使在同一品牌、同一系列的產(chǎn)品中也需要根據(jù)系統(tǒng)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(tǒng)進行較大更改,程序的編譯下載要和系統(tǒng)相結合,這種修改和通用軟件的“升級”是完全兩個概念。
3.系統(tǒng)精簡。嵌入式系統(tǒng)一般沒有系統(tǒng)軟件和應用軟件的明顯區(qū)分,不要求其功能設計及實現(xiàn)上過于復雜,這樣一方面利于控制系統(tǒng)成本,同時也利于實現(xiàn)系統(tǒng)安全。
4.高實時性的系統(tǒng)軟件(OS)是嵌入式軟件的基本要求。而且軟件要求固態(tài)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(fā)要想走向標準化,就必須使用多任務的操作系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)的應用程序可以沒有操作系統(tǒng)直接在芯片上運行;但是為了合理地調度多任務、利用系統(tǒng)資源、系統(tǒng)函數(shù)以及和專家?guī)旌瘮?shù)接口,用戶必須自行選配RTOS(Real-Time Operating System)開發(fā)平臺,這樣才能保證程序執(zhí)行的實時性、可靠性,并減少開發(fā)時間,保障軟件質量。
6.嵌入式系統(tǒng)開發(fā)需要開發(fā)工具和環(huán)境。由于其本身不具備自舉開發(fā)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(fā)工具和環(huán)境才能進行開發(fā),這些工具和環(huán)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(fā)時往往有主機和目標機的概念,主機用于程序的開發(fā),目標機作為最后的執(zhí)行機,開發(fā)時需要交替結合進行。
7.嵌入式系統(tǒng)與具體應用有機結合在一起,升級換代也是同步進行。因此,嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品一旦進入市場,具有較長的生命周期。
8.為了提高運行速度和系統(tǒng)可靠性,嵌入式系統(tǒng)中的軟件一般都固化在存儲器芯片中。
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