试论嵌入式系统的处理器技术分析

原 虹

(晋中学院,山西 晋中 030600)



试论嵌入式系统的处理器技术分析

原 虹

(晋中学院,山西 晋中 030600)

随着互联网时代的到来，电子设备的开发研制使人们的生活方式发生了巨大的改变，人们越来越追求简易、便捷的生活方式。智能手机、家电、玩具等电子设备的控制核心，都与嵌入式系统息息相关。因此，嵌入式系统技术在人们的日常生活中运用广泛，并逐渐成为最热门的系统技术之一，互联网与嵌入式系统之间关系日益密切，预示着嵌入式系统将迎来更大的发展机遇。文章介绍了嵌入式系统的概念、特点、应用领域及其发展前景，重点介绍了嵌入式处理器技术的开发与使用，并针对其中存在的一些问题，提出了相应的解决方案，希望通过本次研究能够给嵌入式系统的处理器技术研究打开一个新的局面。

嵌入式系统；处理器；开发；应用

全球化的到来使嵌入式系统技术迎来了更广阔的发展空间，运用的领域也越来越广泛，无论是教育科研、国防工程、医疗设备等基础设施，还是人们日常生活中常用的通信工具、交通工具、家用电器都涉及到嵌入式系统的运用。当今社会是一个竞争的时代，是一个追求速度的时代，在这样的社会中，传统的嵌入式系统已经逐渐不能满足人们的需要，其功能正渐渐弱化，主要原因是：传统的嵌入式系统只能简单地处理对外界有关控制的请求，没有进行实际的系统操作，这样的嵌入式系统已经不能满足和适应当今快节奏的人类生活。为了赶上时代的步伐，研究人员只能对嵌入式系统进行一次又一次的开发、研究、更新，技术上得到了很大的进步，也给人们的生活带来了更多的方便。

1嵌入式系统

1.1嵌入式系统的概念

英国电气工程师协会(U.K.Institution of Electrical Engineer)根据嵌入式系统的功能，给它下了这样的定义：嵌入式系统是为了控制、监视或辅助设备、机器和用于工厂运作的系统设备。我国普遍认同的嵌入式系统定义为：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统[1]。与计算机执行的任务不同，嵌入式系统执行的任务必须是提前预定、带有特定要求，也就是说，嵌入式系统针对的只是一项特定的任务。

1.2嵌入式系统的特征分析

1.2.1每一项技术的研发都是为了使其产品得到更好的应用，因此，嵌入式系统必须是服务于产品，服务于应用、服务于用户的。嵌入式系统的研发以及相关产品的生产，最终的目的都是为了满足消费者的需求。嵌入式系统的应用只有为消费者带来了便利，才能使嵌入式产品成为人们需要的嵌入式商品，发挥出它的作用，甚至推动它的进一步研究。

1.2.2嵌入式系统具有可裁剪性和可制定性的特点。嵌入式系统执行的任务都是按照特殊要求提前预定的，是一对一的执行模式。操作者可以根据任务的需要，对嵌入式系统的功能、体积、消耗等各方面进行裁剪，使该系统能够高效稳定地完成这项任务。嵌入式系统的可制定性体现在可以根据实际的需要进行产品的研究和制作，在数量上有一个准确的数据，不会造成产品的浪费。

1.2.3嵌入式系统运行的效率高，安全可靠故障少。嵌入式系统在设计中结合了先进的电子技术和互联网技术，针对的是某一项特定的任务，所有的属性都是为了该项任务的完成，展示出了它的可靠性。为了提高嵌入式系统的可靠性，采用的都是固化的硬件设备。电子技术的最大特点就是快，嵌入式系统结合了电子技术，适应了电子技术的快节奏，使其能够高效率地运行。

1.2.4产品的开发都要在一定的环境和条件中进行，嵌入式系统本身不具备开发能力，只有借助外在的设备才能进行开发设计，因此，用户不能对其中的程序和功能进行更改。这是嵌入式系统的最大缺点之一，只有进一步地完善，才能使其能够进一步地满足消费者的需求。

1.3嵌入式系统的应用领域

嵌入式系统的特点决定了它将在多个领域中发挥至关重要的作用，应用前景非常广阔。

1.3.1国防安全。嵌入式芯片的发展使机器人向微型化、智能化方向发展，同时由于先进的技术，大幅度地减少了生产该设备的价格，使其能够在国防方面大范围的使用。大部分的远程控制器件都是基于网络才能运行，而这些器件都需要与嵌入式系统实现对接，再由嵌入式系统利用网络实现控制。因此，嵌入式系统的远程控制技术在航空航天方面发挥了巨大的作用，对嵌入式系统的研究和开发更具重大意义。

1.3.2社会基础设施。包括金融设施、医疗设备、交通管理等方面，其中应用最为广泛的就是交通管理方面[2]。目前，由于技术的发展，嵌入式系统电子设备的价格大幅度降低，GPS设备已经从高端产品进入了普通百姓的日常生活，所有的汽车都装有导航设备，可以随时随地确定你的位置。在信息监测、流量控制和汽车服务方面，嵌入式技术也获得了广泛的应用。

1.3.3家庭智能化管理。百姓生活水平的提高为家用电器打开了市场，同时也成为嵌入式系统应用的最大领域。冰箱、空调等家用电器逐渐智能化、网络化，即使你不在家，你也可以通过手机、网络进行远程操作。这不仅能给人们节约时间，提供便利，还能减少家庭事故的发生。

1.4嵌入式系统的技术发展与前景展望

数字时代的到来，给嵌入式产品提供了发展的空间，扩大了嵌入式产品的销售市场，同时嵌入式产品也面临更大的挑战。面对机遇和挑战并存的状况，嵌入式系统也在不断地发展和更新，其发展趋势也逐渐明显。

1.4.1嵌入式系统的开发过程具有系统性和整体性，因此要求厂商不仅要提供嵌入式系统本身所需的零件，同时还需要提供一定的开发设备，合适的开发环境。目前，很多的厂商都没有注意到这一点，在推出系统的同时不会对开发环境和开发工具进行推广。

1.4.2小体积、微功耗、低成本。嵌入式产品是由软件和硬件组成，两者紧密结合才能设计出拥有特定功能的系统，为了减低功耗和成本，设计者要选用最佳的编程模型，不断地改进算法，在不影响嵌入式产品功能的情况下尽可能地简化系统内部结构，只保留对系统功能起决定性作用的零件，实现用最少的资源生产出高质量、高性能产品的目标。

1.4.3与互联网结合成为必然趋势。互联网技术和电子技术的成熟使电话、手机、冰箱等设备逐渐向智能化方向发展，内部结构更加的复杂，传统的嵌入式系统对于网络逐渐显现出了其功能的缺乏。为了使嵌入式系统能够与网络系统实现技术上的对接，嵌入式设备必须配有更多的网络通信接口。

1.4.4实现友好的人机互动。人们接受嵌入式设备，不仅是因为它齐全的功能，还有它在工作中的感染力、说服力和亲和力。嵌入式系统能用直观的图像，机动的控制方式，提供人机之间自然的交流界面。这种互动模式为嵌入式设备增添了不少的亲和力，两者之间的互动就像是老朋友之间的交谈。

2嵌入式系统的处理器

2.1嵌入式处理器概念

嵌入式处理器是嵌入式系统的重要组成部分，它的性能将直接影响着整个嵌入式系统的功能。一般情况下，嵌入式处理器都被认为是嵌入式系统中的运算器件和控制核心器件[3]。

2.2嵌入式处理器的特点

2.2.1小尺寸、低功耗、低成本[4]。为了满足用户的需要，提供便捷的携带方式，嵌入式处理器逐渐向小型化发展。各种手持式的、可移动的嵌入式设备的能源都来自于电池，只有嵌入式处理器低功耗才能保证工作时间和效率。提高处理器芯片的复用率是降低成本的关键，这就要求开发人员利用先进的技术，选用最佳的材料生产出高性能的处理器芯片。

2.2.2存储区的保护功能。为了避免软件模块之间产生交叉作用，出现错误，嵌入式系统的软件结构采取的是模块化的方式，这样的设计不仅为存储区提供了强大的保护功能，还为软件提供了诊断技术，使用者能够在第一时间了解系统情况，及时排除故障。

2.2.3可扩展的结构。嵌入式系统的功能是单一的、有针对性的，但这并不意味着构成这一设备的所有零件都是一次性的。比如，嵌入式处理器的结构可以扩展，对零件可以进行再一次的重组，重新设计出具有另一功能的嵌入式产品，这就极大地提高了嵌入式芯片的复用率和嵌入式处理器的使用性能。

2.3处理器技术分析

嵌入式处理器作为嵌入式系统的核心器件，开发处理器的技术是提高嵌入式系统技术的关键。发挥好处理器的技术，可以提高数据存储的安全性、程序执行的有序性[5]。

2.3.1专用技术。嵌入式系统的作用针对的是某一特定的任务，是可制定和可裁剪的。在这一点上，与计算机的通用技术是不一样的。计算机的通用技术执行的是多方面的任务，嵌入式系统执行的是单方面的任务，将嵌入式处理器的研究走向专业化，做到具体问题具体分析，可以优化嵌入式系统的结构体系。

2.3.2单一技术。单一技术的处理器，是根据用户的某一项具体要求来进行程序指令，其功能进行了简化，具有针对性。单一技术应用的典型是解码器，其要求的是单一和一对一。这种技术针对性强，但是效率低，存储量小，缺乏安全性和稳定性。

2.3.3通用技术。通用型的处理器在运用上的范围较为广泛，可以将嵌入式系统改造成多功能的系统。嵌入式系统为用户提供了多种功能的接口，在一定程度上达到了兼容性、扩展性和灵活性。利用先进的电子技术、互联网技术和集成电路的技术，在嵌入式处理器的制作上加以研究，开发出能够适配多种功能的处理器结构，实现嵌入式处理器的最优化。

3结语

随着科学的发展，互联网技术的不断成熟，宽带速度的提高，嵌入式系统的技术也在不断地发展和完善。在未来的生活中，嵌入式系统的技术将会运用得更加广泛，逐渐走进寻常百姓家，并且与他们的生活息息相关。这给嵌入式系统的研发工作奠定了强有力的民众基础。现有阶段的嵌入式系统技术不能满足未来人们的需求，但是能为今后的研究人员提供帮助和经验上的借鉴。未来的研究人员应以民众为基础，以消费者的需求为研究方向，以提供优质的服务为工作的出发点和落脚点，遵照嵌入式产品的开发规律，认真努力地工作，创造出性能高、价格低、种类多的嵌入式产品。

[1]徐德.嵌入式处理器和嵌入式操作系统研究概述[J].电脑知识与技术,2016(6):3813-3816.

[2]李传娣.嵌入式系统关键技术分析与开发运用[J].黑龙江科学,2014(2):30-31.

[3]廖娜.嵌入式系统关键技术分析与开发应用探讨[J].电子测试,2013(5):81-83.

[4]余东海.嵌入式系统关键技术分析与开发运用[J].信息通信,2014(3):98.

[5]庞春辉.浅析计算机嵌入式系统开发的核心技术[J].网络安全技术与应用,2015(3):49.

(责任编辑：高 坚)

2016-03-26

晋中学院教学改革创新项目(ZL2016jg06)

TP368.1

A

167-8535(2016)03-0018-04

原虹(1981-),女，山西临猗人，晋中学院信息技术与工程学院讲师，硕士，研究方向：计算机应用。