嵌入式系统的应用与开发

梁正*

（河北省唐山市第二中学，河北唐山，063000）

嵌入式系统的应用与开发

梁正*

（河北省唐山市第二中学，河北唐山，063000）

嵌入式系统随着经济与社会的发展在日常生活中变得越来越重要。无论是热门领域还是相对比较不起眼的领域都应用了嵌入式系统，就像消费电子产品、航天工业，热门的电子应用（如智能手机和平板电脑等）以及人造卫星等领域，对人们生活的方方面面产生了直接或间接地影响。嵌入式系统在各个领域内被广泛应用，究其原因是其具有优质的软硬件平台，从而可以使控制系统更加快捷又科学。本文在阐述嵌入式系统应用实现于多种系统中的基础上，又对嵌入式系统的实用价值和推广前景做了研究论述。

计算机；系统；软件开发

引言

嵌入式系统在各种电子设备中被广泛应用，我国的嵌入式系统的开发和应用技术也日趋成熟，很多公司都自主研发和应用于电子产品之中，嵌入式系统的前景依然是无限的。

1 嵌入式系统发展与应用概述

嵌入式系统设计和开发有很多方面的要求，其中就包括性能和设计，它的设计不仅仅只是简单的软件系统或硬件系统，而是由软硬件密切结合、相互影响的系统设计。嵌入式系统设计的核心是应用，并且它的技术是建立在微电子技术、控制技术、计算机技术和通讯技术基础之上的，做到了软硬件的协同、整合和可剪裁，在满足目标应用的情况下对功能、可靠性、成本、体积、功耗等方面也进行严格要求的一种专用计算机系统。它的特点主要有软件可编程，硬件可剪裁、可重构。该系统在对象环境中常常被嵌入，并通过它在此环境下运行的特定程序，完成采集、处理外界物理参数步骤，实现控制对象响应或人机交互功能[1]。

就当前发展趋势，嵌入式系统主要向解决特定应用问题发展，类似于接口多样性、适应性、灵活性和集成开发环境等的特定应用问题。嵌入式系统最显著的基本特征有应用的底层性和对象系统的紧耦合性。因此选择嵌入式系统的标准就是最大限度的满足对象数据采集、控制、开发环境、功耗，以及适应能力、可靠性等品质因数。

嵌入系统对结构设计紧密结合、坚固可靠，技术的密集、高度分散不断追求，目的在于适应技术发展需求，这就需要系统不断的创新研究。软硬件设计的紧密相关性归属于嵌入系统的高技术，尤其以RTOS系统设计为主，其需透彻了解RTOS的工作机制、系统资源配制以及底层软件，掌握相应系统软件和应用软件的设计、调试方法。

嵌入式系统智能化的关注度在社会上变得越来越高，随之变得愈加重要、必不可少的是可在现场进行编程、调试、引脚配置。因此现阶段嵌入式系统的核心发展技术已变为用户可配置的SCO(在片系统)。系统开发者通过现场可编程阵列进行接口应用设计和系统开发，在灵活、多样的片上进行电路设计使电路板设计变成在片的芯片配置，嵌入系统的设计进入了软硬件可同时编程阶段，产品开发周期得到了一定程度的缩短。而下一代的在片系统将有可能发展成一个MUC数量可缩放的集合体[2]。

高端产品在嵌入式应用系统中出现的频率较高，但因其应用对象、环境的不同特点，嵌入系统的8位机产品仍因其优势在低端应用系统中占据主流地位，例如其应用对象的有限响应时间、完备的集成开发环境、良好的性价比等都是它所具有的优势。

嵌入式系统在发展历程中成功完成了由模拟演进为数字的过程，如今又开始向数模并存情形演进。起初它是软件编程主宰的微处理器(嵌入式微处理器、数字信号处理器、单片机)，接着到了硬编程主宰的专用集成电路时代，最后便是如今的现场可编配置时代。“许氏循环”已成为嵌入式系统核心技术不断发展的趋势所向，而随着科技的逐渐进步，配套的软件设计也得到了不断的完善。由此可以预想到，更加快捷方便的开发环境和技术支持将会随着软硬双可编程的嵌入式系统时代的到来而实现。

2 嵌入系统设计原则与步骤

嵌入系统设计最大特点是具有很强针对性，其设计关键在于软硬件协同设计。软硬件的同步与集成设计问题的解决要结合具体应用进行综合考虑，以确保设计工作的正确性与一致性。对整个系统的各项功能指标和技术要求进行分解时，要针对具体应用系统的功能目标分析，对多方面的因素进行权衡考虑，如结合系统的实时响应要求、接口功能定义与标准、嵌入芯片的处理能力、编程语言、开发环境、产品的升级与维护问题、开发投入能力、产品综合成本等因素。

嵌入式系统是嵌入到对象体系中的专用的计算机系统，所以嵌入式系统设计的基本原则主要是物尽其用。这个原则在一定程度上表明嵌入式系统的硬件和软件设计必须都得高效率完成，将冗余部分尽最大可能去除，在实现最小成本的前提下达到性能最大化，同时为提高系统的整体性能应尽可能的采用高效率的设计算法，完成最高性价比嵌入式应用系统的设计。

嵌入式系统的设计步骤可以用以下几个过程来加以描述，即需求分析，体系结构设计，硬件设计，软件设计，执行机构设计，系统集成和系统测试。在各个阶段之间需要进行反复修改，不断完善，这些操作过程到设计目标的最终完成才可终止。

3 嵌入系统的特点

嵌入式系统是一个应用控制系统，它可利用资源是有限的，专用性特点很强的同时对实时性要求也相当高。这就意味着嵌入系统软件在软件设计方法和实现手段上和PC机软件就会存在很大差异，其差异主要有以下几个方面：

3.1 实时性的控制方法

PC软件很大程度上通过处理器性能的提升来提高速率，其中还依靠缓存方案、动态分配等技术手段。而嵌入式系统就完全不同，这些技术若被应用到此系统中，就会出现种种问题，如硬件资源不足、工作频率低等，从而系统的可靠性有所降低。

3.2 特定的异构特征

设计嵌入式控制软件需要全方位考虑，如对特定的硬件固有部分考虑的同时，也要对来自系统之外的各种通讯、传感器的专用信号处理接口，以及不同控制目标的实时期望和执行机构的异步并发事件处理能力进行考虑。因此系统构建方案将会根据不同的硬件系统或控制目标产生不一样的地方。

3.3 系统的性能目标

嵌入式软件编写必须将与硬件系统相匹配的功耗、不间断运行、故障恢复、高可靠性等方面的约束条件作为首要考虑的对象，以达到控制功能、实时性响应在特定应用环境下的目标要求[3]。嵌入系统要对通用软件技术取精华，遵循软件工程理论，对软件开发过程进行开发，在此基础上，研究开发技术和算法结构需要依据嵌入式系统特点，来对开发效率进行提高的同时，还应给系统软件的质量和可靠性提供保障，以及软件的复用性、可移植性和易维护性。回首嵌入式软件设计方法的发展经历了多个阶段，由最初的结构化设计，发展为面向对象设计，最后是基于构件的设计阶段，经历了从单任务到多任务的系统转变[4]。

若嵌入式系统与通用型计算机系统相比，它所特有的特点是：

（1）嵌入式系统一般是面向特定应用的

嵌入型CPU与通用型最大的不同之处就在于它是被应用到给特定用户群设计系统中，其低耗、体积小、集成度高等特点使通用CPU中使用卡板完成的任务让其集成在芯片内部，让嵌入式系统趋于小型化的同时，大大提高移动能力和网络的耦合紧密程度。

（2）嵌入式系统是集计算机技术、半导体技术、电子技术和各个行业的具体应用于一体的系统，这就决定了它技术与资金的紧密以及它高度分散、不断创新的知识集成系统。

（3）硬件与软件设计的高效率性。在同样大小的硅片上实现更高的性能，使其在具体应用中对处理器的选择更具竞争力。

（4）嵌入式系统与具体应用有机融合使其升级换代也与具体产品同步进行，因此，一旦嵌入式产品进入市场，它的生命周期就会很长。

（5）嵌入式系统软件固化在存储器芯片或单片机本身，这就使其执行速度和系统可靠性得到一定程度的提升，但需要强调的是，嵌入式系统本身不具有自举开发能力，即使已经设计成功用户也不能对其中的程序功能进行修改，开发的前提是必须有一套开发工具和应用的开发环境。

4 结束语

由以上理论总结，嵌入式系统被广泛应用在社会的各个领域的设备中，它凭借其软件的独特优点以及设计原则使其拥有开拓的开发前景与广泛的应用领域，而且它还将软件和硬件巧妙地结合在一起，因此我们绝对不能停止对嵌入式系统的研究，反而需要我们更深入的对其进行研究，尤其是在开发设计上，让系统成本得到更大程度的降低的同时系统性价比得到提高，达到系统软硬件完美配合的要求，以设计出一门新兴技术来满足人类新的控制要求，让人类得到更安全、便捷、可靠的服务。

[1]王丽丽,苏立献. 嵌入式应用软件设计[J]. 电脑知识与技术,2010,(09)： 2166-2168.

[2]杜海江,李玉凯. 小型嵌入式系统的分析方法——IFSM[J]. 单片机与嵌入式系统应用,2006,(04)： 17-19.

[3]何立民. 从嵌入式系统视角看物联网[J]. 单片机与嵌入式系统应用,2010,(10)： 5-8.

[4]张玢,孟开元,田泽. 嵌入式系统定义探讨[J]. 单片机与嵌入式系统应用,2011,(01)： 6-8.

Application and Development of Embedded System

LIANG Zheng*
(Tangshan City second middle school,Hebei,Hebei Tangshan,063000,China)

with the development of economy and society,embedded system becomes more and more important in daily life. It is a hot field is still relatively obscure field of application of the embedded system,like consumer electronics,aerospace industry,electronic applications popular (such as smart mobile phone and tablet computer) and satellites and other fields,on all aspects of people's lives have direct or indirect influence. Embedded system is widely used in various fields,the reason is that it has a high quality hardware and software platform,which can make the control system more efficient and scientific. This paper expounds the application of embedded system in a variety of systems,and discusses the practical value and promotion prospect of embedded system.

computer; system; software development

TP311

A

1672-9129(2017)06-0044-02

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2017.06.014

梁正. 嵌入式系统的应用与开发[J]. 数码设计,2017,6(6)： 44-45.

Cite：LIANG Zheng. Application and Development of Embedded System[J]. Peak Data Science,2017,6(6)： 44-45.

2017-02-05；

2017-03-11。

梁正（1999-），男，河北唐山， 唐山市第二中学 高三学生研究方向：电子信息。

Email：651348489@qq.com