單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)
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一、嵌入式系統(tǒng)和單片機(jī)系統(tǒng)
根據(jù)IEEE的定義,嵌入式系統(tǒng)是用來控制或監(jiān)視機(jī)器、裝置或工廠等大規(guī)模系統(tǒng)的設(shè)備。 從定義我們可以看出,實(shí)際上以前的控制裝置、單片機(jī)系統(tǒng)應(yīng)該也屬于嵌入式系統(tǒng)的范疇。我們可以這樣理解,嵌入式系統(tǒng)是一個(gè)大類,單片機(jī)是其中一個(gè)重要的子類。嵌入式系統(tǒng)顧名思義就是一個(gè)嵌入在其他系統(tǒng)中的系統(tǒng)。例如汽車系統(tǒng)中嵌入姿態(tài)控制系統(tǒng),就可以使汽車駕駛更安全,更有效。電源系統(tǒng)內(nèi)引入自動(dòng)控制系統(tǒng),能夠讓電源工作的更穩(wěn)定。這里的姿態(tài)控制系統(tǒng)和電源的自動(dòng)控制系統(tǒng)就屬于嵌入式系統(tǒng)。
單片機(jī)形成的系統(tǒng)一般是用于自動(dòng)化,工業(yè)控制功能的,這些功能一般不會(huì)獨(dú)立運(yùn)用,是需要和其他系統(tǒng)配合的,因此從廣義上講,單片機(jī)應(yīng)用一般屬于嵌入式系統(tǒng)的一個(gè)分支。目前由于嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用廣泛,還有不是單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng),例如手機(jī),是在手機(jī)的基本功能上(通話、短信)加入了應(yīng)用處理器,使其功能更加強(qiáng)大,但是由于制造工藝的問題,高端手機(jī)還不能做到全部一片集成(一片集成的那個(gè)是山寨機(jī)),但是也屬于嵌入式系統(tǒng)的一個(gè)分支。
二、嵌入式開發(fā)和單片機(jī)開發(fā)的區(qū)別
單片機(jī)由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入輸出設(shè)備構(gòu)成。單片機(jī)是在一塊集成電路芯片中包含了微控制器電路,以及一些通用的輸入輸出接口器件。
嵌入式系統(tǒng)一般由嵌入式微處理器、外圍硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)、特定的應(yīng)用程序組成。嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的第一步是結(jié)合具體的應(yīng)用,綜合考慮系統(tǒng)對(duì)成本、性能、可擴(kuò)展性、開發(fā)周期等各個(gè)方面的要求,確定系統(tǒng)的主控器件,并以之為核心搭建系統(tǒng)硬件平臺(tái)。根據(jù)現(xiàn)代電子技術(shù)發(fā)展水平,嵌入式系統(tǒng)可以用單片機(jī)實(shí)現(xiàn),也可以用其它可編程的電子器件實(shí)現(xiàn)。其余硬件器件根據(jù)目標(biāo)應(yīng)用系統(tǒng)的需求而定。
單片機(jī)與嵌入式在軟件組成上的區(qū)別:制造商出廠的通用單片機(jī)內(nèi)沒有應(yīng)用程序,所以不能直接運(yùn)行。加入應(yīng)用程序后,單片機(jī)才可以獨(dú)立運(yùn)行。嵌入式系統(tǒng)一定要有控制軟件,實(shí)現(xiàn)控制邏輯的方式可以完全用硬件電路,也可以用軟件程序。
嵌入式系統(tǒng)是一個(gè)專用系統(tǒng)。專用系統(tǒng)中,可編程器件的軟件可以在系統(tǒng)構(gòu)建過程中植入,也可以在器件制造過程中直接生成,以降低制造成本??刂七壿嫃?fù)雜的單片機(jī)會(huì)需要操作系統(tǒng)軟件支持;控制邏輯簡(jiǎn)單的嵌入式系統(tǒng)也可以不用操作系統(tǒng)軟件支持。
嵌入式系統(tǒng)應(yīng)定義為:“嵌入到對(duì)象體系中的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”。“嵌入性”、“專用性”與“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”是嵌入式系統(tǒng)的三個(gè)基本要素。對(duì)象系統(tǒng)則是指嵌入式系統(tǒng)所嵌入的宿主系統(tǒng)。
嵌入式開發(fā)就是指在嵌入式操作系統(tǒng)下進(jìn)行開發(fā),一般常用的系統(tǒng)有WinCE,ucos,vxworks,linux,android等。另外,用c,c++或匯編開發(fā);用高級(jí)處理器,arm7,arm9,arm11,powerpc,mips,mipsel等,或加上操作系統(tǒng)也屬于嵌入式的開發(fā)。
嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)
1)可裁剪性。支持開放性和可伸縮性的體系結(jié)構(gòu)。
2)強(qiáng)實(shí)時(shí)性。EOS實(shí)時(shí)性一般較強(qiáng),可用于各種設(shè)備控制中。
3)統(tǒng)一的接口。提供設(shè)備統(tǒng)一的驅(qū)動(dòng)接口。
4)操作方便、簡(jiǎn)單、提供友好的圖形GUI和圖形界面,追求易學(xué)易用。提供強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能,支持TCP/IP協(xié)議及其他協(xié)議,提供TCP/UDP/IP/PPP協(xié)議支持及統(tǒng)一的MAC訪問層接口,為各種移動(dòng)計(jì)算設(shè)備預(yù)留接口。
5)強(qiáng)穩(wěn)定性,弱交互性。嵌入式系統(tǒng)一旦開始運(yùn)行就不需要用戶過多的干預(yù)、這就要負(fù)責(zé)系統(tǒng)管理的EOS具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性。嵌入式操作系統(tǒng)的用戶接口一般不提供操作命令,它通過系統(tǒng)的調(diào)用命令向用戶程序提供服務(wù)。
6)固化代碼。在嵌入式系統(tǒng)中,嵌入式操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件被固化在嵌入式系統(tǒng)計(jì)算機(jī)的ROM中。
7)更好的硬件適應(yīng)性,也就是良好的移植性。
8)嵌入式系統(tǒng)和具體應(yīng)用有機(jī)地結(jié)合在一起,它的升級(jí)換代也是和具體產(chǎn)品同步進(jìn)行,因此嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品一旦進(jìn)入市場(chǎng),具有較長(zhǎng)的生命周期。
由于單片機(jī)構(gòu)成的硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、開發(fā)周期短、控制功能強(qiáng)、可靠性高,因此,在達(dá)到同樣功能的條件下,用單片機(jī)開發(fā)的控制系統(tǒng)比用其它類型的微型計(jì)算機(jī)開發(fā)的控制系統(tǒng)價(jià)格更便宜。