嵌入式系統(tǒng)主要由哪幾部分組成

嵌入式系統(tǒng)由硬件和軟件組成.是能夠獨(dú)立進(jìn)行運(yùn)作的器件。其軟件內(nèi)容只包括軟件運(yùn)行環(huán)境及其操作系統(tǒng)。硬件內(nèi)容包括信號(hào)處理器、存儲(chǔ)器、通信模塊等在內(nèi)的多方面的內(nèi)容。相比于一般的計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)而言，嵌入式系統(tǒng)存在較大的差異性， 它不能實(shí)現(xiàn)大容量的存儲(chǔ)功能，因?yàn)闆]有與之相匹配的大容量介質(zhì)，大部分采用的存儲(chǔ)介質(zhì)有E-PROM、EEPROM 等， 軟件部分以API編程接口作為開發(fā)平臺(tái)的核心。

?通信領(lǐng)域?：嵌入式系統(tǒng)在通信設(shè)備中起著重要作用，包括移動(dòng)電話、調(diào)制解調(diào)器、路由器和交換機(jī)等。它們?yōu)橥ㄐ旁O(shè)備提供穩(wěn)定的操作系統(tǒng)和高效的通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換和全球范圍內(nèi)的連接性。

?航空航天?：嵌入式系統(tǒng)在航空航天領(lǐng)域有高需求，用于航空控制系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、飛行儀表和通信系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)確保了飛行的安全和高效。

?物聯(lián)網(wǎng)(IoT)?：隨著物聯(lián)網(wǎng)的興起，嵌入式系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于各種連接設(shè)備，包括智能家居設(shè)備、智能城市基礎(chǔ)設(shè)施、傳感器網(wǎng)絡(luò)和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等。它們使設(shè)備能夠互相連接和交互，提供更智能的服務(wù)。

嵌入式系統(tǒng)由硬件和軟件兩大部分組成，硬件一般由高性能微處理器和外圍接口電路組成，軟件一般由操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序構(gòu)成，軟件和硬件之間由所謂的中間層(BSP層，板級(jí)支持包)連接。嵌入式系統(tǒng)的硬件有：嵌入式微處理器、存儲(chǔ)器、輸入輸出(I/O、A/D、D/A)。 嵌入式系統(tǒng)的軟件有：操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件。本文主要詳解嵌入式系統(tǒng)有哪些部分組成以及嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域，首先介紹了嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)，其次闡述了嵌入式系統(tǒng)的組成及部分組成，最后介紹了應(yīng)用領(lǐng)域。

硬件層與軟件層之間為中間層，也稱為硬件抽象層(Hardware Abstract Layer，HAL)或者板級(jí)支持包(Board Support Package，BSP)，它半系統(tǒng)上層軟件與底層硬件分離開來(lái)，使系統(tǒng)的底層驅(qū)動(dòng)程序與硬件無(wú)關(guān)，上層軟件開發(fā)人員無(wú)需關(guān)心底層硬件的具體情況，根據(jù)BSP層提供的接口即可進(jìn)行開發(fā)。該層一般包含相關(guān)底層硬件的初始化、數(shù)據(jù)的輸入/輸出操作和硬件設(shè)備的配置功能。 實(shí)際上，BSP是一個(gè)介于操作系統(tǒng)和底層硬件之間的軟件層次，包括了系統(tǒng)中大部分與硬件聯(lián)系緊密的軟件模塊。設(shè)計(jì)一個(gè)完整的BSP需要完成兩部分工作：嵌入工系統(tǒng)的硬件初始化的BSP功能，設(shè)計(jì)硬件相關(guān)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)。

硬件層中包含嵌入式微處理器、存儲(chǔ)器(SDRAM、ROM、Flash等)、通用設(shè)備接口和I/O接口(A/D、D/A、I/O等)。在一嵌入式處理器基礎(chǔ)上添加電源電路、時(shí)鐘電路和存儲(chǔ)器電路，就構(gòu)成了一個(gè)嵌入式核心控制模塊。其中操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序都可以固化在ROM中。

嵌入式系統(tǒng)主要由哪幾部分組成

1、處理器內(nèi)核

嵌入式系統(tǒng)的心臟是處理器內(nèi)核。處理器內(nèi)核從一個(gè)簡(jiǎn)單便宜的8位微控制器，到更復(fù)雜的32位或64位微處理器，甚至多個(gè)處理器。嵌入式設(shè)計(jì)人員必須為能夠滿足所有功能和非功能時(shí)限、要求的應(yīng)用選擇成本最低的設(shè)備。

2、模擬I/O

D/A和A/D轉(zhuǎn)換器是用來(lái)從環(huán)境中搜集數(shù)據(jù)并反饋的。嵌人式設(shè)計(jì)人員必須了解需要從環(huán)境中搜集數(shù)據(jù)的類型、數(shù)據(jù)的精度要求和輸入/輸出數(shù)據(jù)的速率，以便為應(yīng)用程序選擇合適的轉(zhuǎn)換器。嵌入式系統(tǒng)的反應(yīng)特性受外部環(huán)境決定。嵌入式系統(tǒng)必須有足夠快的速度跟上環(huán)境變化，以此來(lái)模擬信息，例如光、聲壓或加速度被感知并輸入到嵌入式系統(tǒng)中。

3、傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)

傳感器一般從環(huán)境中感知模擬信息。執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過(guò)某些方式控制環(huán)境。

4、用戶界面

這些界面可以像LED屏一樣簡(jiǎn)單，也可以像工藝精良的手機(jī)和數(shù)碼相機(jī)的屏幕那樣復(fù)雜。

5、應(yīng)用程序的特定入口

類似于ASIC或者FPGA的硬件加速，是用來(lái)加速在應(yīng)用程序中有高性能要求的特定功能模塊。嵌入式設(shè)計(jì)師必須利用加速器獲得最大的應(yīng)用程序性能，來(lái)對(duì)程序進(jìn)行適當(dāng)?shù)幕I劃或分區(qū)。

6、軟件

在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中軟件是一個(gè)重要的部分。在過(guò)去幾年，嵌入式軟件的數(shù)量已經(jīng)增長(zhǎng)得比摩爾定律還快，幾乎是每十個(gè)月就成倍增長(zhǎng)。嵌入式軟件在某些方面性能、存儲(chǔ)器和功耗、經(jīng)常被優(yōu)化。越來(lái)越多的嵌入式軟件通過(guò)高級(jí)語(yǔ)言來(lái)編寫，如C/C++。而更多的性能關(guān)鍵的代碼段仍然使用匯編語(yǔ)言來(lái)編寫。

7、存儲(chǔ)器

存儲(chǔ)器是嵌入式系統(tǒng)中重要的部分，嵌入式程序可以在沒有RAM或ROM的情況下運(yùn)行。有許多易失的和非易失的存儲(chǔ)器用于嵌入式系統(tǒng)中，關(guān)于此內(nèi)容在書的后面會(huì)有更多的說(shuō)明。

8、仿真和診斷

嵌入式系統(tǒng)很難看見或接觸到。調(diào)試的時(shí)候需要接口與嵌入式系統(tǒng)相連。診斷端口，如JTAG聯(lián)合測(cè)試行動(dòng)組、就常常用于調(diào)試嵌入式系統(tǒng)。片上仿真能用來(lái)提供應(yīng)用程序的可見性行為。這些仿真模塊能可視化地提供運(yùn)行時(shí)的行為和性能，實(shí)際上由板上的自診斷能力取代了外部邏輯分析儀的功能。

嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域

1、工業(yè)控制

基于嵌入式芯片的工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備將獲得長(zhǎng)足的發(fā)展，目前已經(jīng)有大量的8、16、32 位嵌入式微控制器在應(yīng)用中，網(wǎng)絡(luò)化是提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量、減少人力資源主要途徑，如工業(yè)過(guò)程控制、數(shù)字機(jī)床、電力系統(tǒng)、電網(wǎng)安全、電網(wǎng)設(shè)備監(jiān)測(cè)、石油化工系統(tǒng)。就傳統(tǒng)的工業(yè)控制產(chǎn)品而言，低端型采用的往往是8位單片機(jī)。但是隨著技術(shù)的發(fā)展，32位、64位的處理器逐漸成為工業(yè)控制設(shè)備的核心，在未來(lái)幾年內(nèi)必將獲得長(zhǎng)足的發(fā)展。

2、交通管理

在車輛導(dǎo)航、流量控制、信息監(jiān)測(cè)與汽車服務(wù)方面，嵌入式系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)獲得了廣泛的應(yīng)用，內(nèi)嵌GPS模塊，GSM模塊的移動(dòng)定位終端已經(jīng)在各種運(yùn)輸行業(yè)獲得了成功的使用。目前GPS設(shè)備已經(jīng)從尖端產(chǎn)品進(jìn)入了普通百姓的家庭，只需要幾千元，就可以隨時(shí)隨地找到你的位置。

3、信息家電

這將稱為嵌入式系統(tǒng)最大的應(yīng)用領(lǐng)域，冰箱、空調(diào)等的網(wǎng)絡(luò)化、智能化將引領(lǐng)人們的生活步入一個(gè)嶄新的空間。即使你不在家里，也可以通過(guò)電話線、網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。在這些設(shè)備中，嵌入式系統(tǒng)將大有用武之地。

嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，能夠根據(jù)用戶需求(功能、可靠性、成本、體積、功耗、環(huán)境等)靈活裁剪軟硬件模塊的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 [2]要點(diǎn)概括：以應(yīng)用為中心：強(qiáng)調(diào)嵌入式系統(tǒng)的目標(biāo)是滿足用戶的特定需求。就絕大多數(shù)完整的嵌入式系統(tǒng)而言，用戶打開電源即可直接享用其功能，無(wú)需二次開發(fā)或僅需少量配置操作。 [2]專用性：嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)合大多對(duì)可靠性、實(shí)時(shí)性有較高要求，這就決定了服務(wù)于特定應(yīng)用的專用系統(tǒng)是嵌入式系統(tǒng)的主流模式，它并不強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的通用性和可擴(kuò)展。這種專用性通常也導(dǎo)致嵌入式系統(tǒng)是一個(gè)軟硬件緊密集成的最終系統(tǒng)，因?yàn)檫@樣才能更有效地提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性并降低成本，并使之具有更好的用戶體驗(yàn)。 [2]以現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心：嵌入式系統(tǒng)的最基本支撐技術(shù)，大致上包括集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)技術(shù)、傳感與檢測(cè)技術(shù)、嵌入式操作系統(tǒng)和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)技術(shù)、資源受限系統(tǒng)的高可靠軟件開發(fā)技術(shù)、系統(tǒng)形式化規(guī)范與驗(yàn)證技術(shù)、通信技術(shù)、低功耗技術(shù)、特定應(yīng)用領(lǐng)域的數(shù)據(jù)分析、信號(hào)處理和控制優(yōu)化技術(shù)等，它們圍繞計(jì)算機(jī)基本原理，集成進(jìn)特定的專用設(shè)備就形成了一個(gè)嵌入式系統(tǒng)。

嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，主要包括以下幾個(gè)方面?：?1?汽車行業(yè)?：嵌入式系統(tǒng)在汽車行業(yè)中有著重要的應(yīng)用，包括引擎控制單元(ECU)、車載娛樂(lè)系統(tǒng)、智能駕駛系統(tǒng)和車載導(dǎo)航系統(tǒng)等。它們負(fù)責(zé)監(jiān)控和控制車輛的各個(gè)方面，提高行車安全性、駕駛體驗(yàn)和能源效率。

?消費(fèi)電子?：嵌入式系統(tǒng)在消費(fèi)電子產(chǎn)品中也有廣泛應(yīng)用，如智能手機(jī)、平板電腦、智能電視、洗衣機(jī)、冰箱、空調(diào)、智能音箱和游戲機(jī)等。這些設(shè)備依靠嵌入式系統(tǒng)來(lái)控制其功能和操作，提供便捷的使用體驗(yàn)和高度個(gè)性化的功能。

?醫(yī)療設(shè)備?：嵌入式系統(tǒng)在醫(yī)療設(shè)備中用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和調(diào)整患者的生理狀況，例如心電圖機(jī)、血壓計(jì)、病人監(jiān)護(hù)儀和醫(yī)療影像設(shè)備等。這些系統(tǒng)提高了醫(yī)療的安全性和效率。

?工業(yè)自動(dòng)化?：在工業(yè)生產(chǎn)中，嵌入式系統(tǒng)用于控制和監(jiān)測(cè)各種機(jī)械設(shè)備和生產(chǎn)線，例如PLC(可編程邏輯控制器)和工業(yè)機(jī)器人。它們能夠?qū)崿F(xiàn)智能化的生產(chǎn)過(guò)程，提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量。