基于单片机的嵌入式系统开发



基于单片机的嵌入式系统开发

陈丽芳

（本溪市机电工程学校，117009）

摘要：近几年随着技术的发展进步，作为嵌入式系统的核心部分嵌入式操作系统已经被越来越多的应用在不同的领域之中，比如手持设备、信息家电等领域尤为突出，嵌入式系统的应用是以计算机技术作为基础的。然而，嵌入式系统的应用开发越来越复杂，一整套完整兼容的开发方法尚未形成，对于单片机的嵌入式系统开发的研究变显得尤为重要。因此，本文主要阐述了关于嵌入式系统的相关内容，并且对基于单片机的嵌入式系统的开发相关思想及运行过程进行梗概。

关键词：嵌入式；单片机；系统；开发；研究

1　嵌入式系统相关概述

1.1嵌入式系统

嵌入式系统的中心为应用，基础为计算机技术，对软硬件可剪裁，对于系统的性能、成本、体积、可靠性等各种要求非常严格的一种专用计算机系统。如今，嵌入式的系统已经被广泛的应用到国防和国民经济的各个领域之中，发展速度之快，嵌入式系统已经成为二十一世纪信息产业新的经济增长点。嵌入式系统不同于其他的系统，具备着许多特点。

（1）在如今智能化盛行的时代，对于产品的体积和成本各个因素的考虑，会要求将计算机的控制部分安装在系统之内，这就要求所占用的空间要小，而嵌入式系统刚好具有体积小的特点。

（2）嵌入式系统的开发周期短，性能较为优越，嵌入式系统的设计目标之一就是要拥有良好的性能，因此，良好的性价比成为嵌入式系统的又一特点。

（3）嵌入式系统中一般是以ROM、FLASH memory等作为存储的介质，是不具备硬盘设备的，由于嵌入式系统体积小，因此容量一般不大。

（4）嵌入式系统对于时间的特性要求很严格，在一些的应用系统中，超过了一定的时限，有时即使得出需要的结果，也不能得到预期的效果，因此嵌入式的又一特点就是实时性比较强。

1.2嵌入式系统现状及发展趋势

嵌入式系统在如今的应用越来越广泛，但是正如之前所说，嵌入式系统目前仍缺少完整的、有效的、通用的一套开发方法，因此，在嵌入式的软件设计的环节仍然是处于起步的初级阶段，这就要求，嵌入式系统要对于包括关键技术、单片机的微内核的研究、嵌入式系统的集成软件的相应测试等问题都要具体的研究。基于上述关于嵌入式系统的特点的分析之后，可以看出如今的嵌入式的操作系统仍存在一些问题，比如性能和效率方便应当是目前所为关注的热点问题，还有另外一个特点就是体积小，导致的内存容量不是很大，加上基于单片机的微内核的体积的发展则是越来越大，这就要求对于嵌入式系统的体积和内容方面也应当有所改进，来满足应用复杂化的发展趋势。

2　基于单片机的嵌入式系统开发

2.1单片机概述

单片机又被称为微处理器或者是单片微型计算机，单片机的原理就是将CPU、ROM、RAM以及I/O等设备全部集成在硅片上的一种微型计算机。现在的这些单片机大多数是采用了超大规模的集成技术，并且将小体积、轻质量等特点完善利用。如今的单片机的应用技术也发展的更加成熟，比如在通信行业、汽车领域、仪器仪表、工业控制等方面都有应用，并且在市场的份额也是逐年递增。

2.2操作系统微内核

单片机是嵌入式系统的主控单元，这些软件都是一个微观的实时的操作系统，并且专门为某一应用而设计的。实时性就要求对随机发生的问题及外部事件及时快速的做出处理，上面说过单片机又称微控制器（MCU），在硬件上，单片机系统照比分时操作系统的计算机系统来说是无法比拟的，尽管如此，单片机系统的设计过程对最终的应用需求是非常明确的，所使用的环境相对单一，这样便对于嵌入单片机的实时操作系统提供了可能性。

2.2.1嵌入式操作系统微内核结构

嵌入式应用系统的微内核主要包括两个部分，即任务管理与调度和硬件抽象层。其中任务管理与调度主要完成的任务包括对任务的调度与控制，任务之间的通信与存储等功能，硬件抽象层则是将特定的硬件平台中的基本硬件进行映射，在系统中进行功能的实现，这样的结构对于减轻核心的负担以及提高核心的性能与效率都有较大的帮助，同时，也使得系统的可剪裁性、可移植性以及可扩展性的各项性能大大提高。

2.2.2微内核结构对系统性能的影响

嵌入式系统的微内核的结构在应用过程中取得了较大的成功，但是同时随着应用的复杂化加深，微内核的体积需要不断加大，这样在设计的过程中便会出现通用性低于嵌入式上市时间中出现了矛盾，学术界有不同的观点，一方认为可以在为核心的结构系统当中采用客户/服务器的模式，因为客户在对服务器进行访问的时候可以通过通信设备来实现此功能，在这个通信过程中加入了核心的参与，使得大量基础核心被引入，与此同时便导致了多频率的对数据进行拷贝，这样大大的增加了开销并影响了系统的性能；另一观点则认为，微核心的思想存在问题的关键便是被传统的操作系统内核的实现所制约，对采用的具体结构不合理，这样对系统的各种性能均会带来不利的影响。

所以说，对于微内核操作系统的性能及效率的改善以及越来越成为当前基于单片机的嵌入式开发系统的热点讨论问题。

2.3EOS51系统结构

基于单片机的嵌入式操作系统的微内核主要的是EOS51，微内核的时间线过程首先要清楚设计的系统结构。

EOS51的基本实现思想是在这样整个的微内核中是由始终控制的，然后进行任务的控制以及上下文的切换，对于任务之间的通信和互斥的控制模块进行工作机制和时机的控制，这样才能胜任整个微内核运转引擎的工作，在运行的过程中，都是基于时钟控制模块的，当单片机嵌入式的应用系统进行电的连接时，就可以从程序的存储器进行地址的读取，得到指令之后，便进行程序的引导，对系统进行前期的初始化工作，其他的存储设备则留给用户进行书写，这样就能够很好的确保系统的正常启动，外部的硬件设备可以用户根据需要进行扩展，这些的操作都为基于单片机的嵌入式系统的开发提供了很大的灵活性，同时，对于微内核的通用性也得到了增强。

3　总结

总之，基于单片机的嵌入式系统的开发尽管尚未完善，但是也称得上日趋成熟，将单片机嵌入到操作系统当中进行软件的开发与设计已经成为嵌入式应用系统的核心，也成为学术界相关专家人员的研究热点问题，随着越来越广泛的应用，更显得基于单片机的嵌入式系统开发的重要性，因此，本文认为对基于单片机的嵌入式系统的设计与开发对于各个领域的应用都有着重要的实用价值与实践意义！

参考文献

[1] 席先觉等.单片微型计算机及其应用[M].北京：高考出版社，1987.

[2] 张毅刚.单片机原理及应用[M].北京：高等教育出版社，2003.

[3] 何立民.单片机应用系统设计[M].北京北京航天航空大学出版社，1990.

陈丽芳，女，汉族，1969.10，高级讲师，本溪市机电工程学校主任

Development of embedded system based on MCU

Chen Lifang

（Benxi mechanical and electrical engineering school，117009）

Abstract：In recent years, with the development and progress of technology,as a core part of embedded operating system of embedded system has been more and more applications in different fields,such as handheld devices,information household appliances,especially,the application of embedded system is to computer technology as the foundation.However,the application and development of the embedded system is more and more complex,and a complete set of compatible development methods are not yet formed,and it is very important for the research of the embedded system development of SCM..Therefore,this paper mainly expounds the relevant content on the embedded system,and the outline of the development thought and operation process based on embedded system.

Keywords：embedded;SCM;system;development;research

作者简介