浅谈嵌入式系统的开发与应用

孙伟峰+李文龙

摘 要：嵌入式系统是设计完成复杂功能的硬件和软件，并使其紧密耦合在一起的计算机系统。本文从嵌入式系统的基本知识出发，介绍其基本概念，组成和特点，并简单的简述了嵌入式系统的开发与设计过程和一些主要的应用。

关键字：嵌入式系统；组成；特点；开发；应用

嵌入式系统的简单定义：嵌入式系统是以应用为中心、以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗和应用环境有特殊要求的专用计算机系统。是将应用程序、操作系统和计算机硬件集成在一起的系统。

1 嵌入式系统的组成和特点

嵌入式系统是专用计算机应用系统，它具有一般计算机体统组成的共性。

（1）嵌入式系统整体分为硬件基本结构和软件基本结构。硬件结构以嵌入式微处理器为中心，配置存储器、I/0设备、通信模块以及电源等必要的辅助接口。

如图为嵌入式系统的软/硬件框架：

（2）嵌入式系统的特点

功耗限制：嵌入式系统中，尤其是在用电池供电的嵌入式系统中，这是一个主要考虑的因素。大耗电量直接影响到硬件费用，并影响电源寿命以及带来散热问题。

低成本：包含硬件成本和软件成本。硬件成本主要决定于所使用的微处理器、所需的内存及相应的外围芯片；软件成本通常难于预测，但一个好的设计方法有利于降低软件成本。

多速率：系统同时运行多个实时性任务，系统必须同时控制这些动作，但这些动作有些速度慢，有些速度快。

实时性：实时性的本质是任务处理所化费时间的可预测性，即任务需要在规定的时限内完成。任务执行的时间可以根据系统的软硬件的信息而进行确定性的预测。也就是说，如果硬件可以做这件工作，那么基于实时操作系统的软件将可以确定性的做这件工作。

除此之外，嵌入式系统還有一个重要的特点就是不可垄断性。PC有WinTel垄断，嵌入式系统工业的基础是以应用为中心的“芯片”设计和面向应用的软件产品开发。

2 嵌入式系统的基本设计与开发过程

系统设计开发从系统需求分析开始；第二步是对于规格的说明，在这一步对所要设计的系统功能进行更加详细地描述，这些描述并不涉及系统的组成；第三步是系统的结构设计，在这一阶段以大的构件为单位设计系统内部详细构造，明确软、硬件功能的划分；第四步是构件设计，它包括系统程序模块设计、专用硬件芯片选择及硬件电路设计；第五步是系统集成，在完成了所有构件设计的基础上进行系统集成，构造出所需的完整系统。

在设计之前，必须明白要设计什么。在设计的最初阶段，应从客户那里收集系统功能的非形式描述，在此称其为需求；对需求进行提炼，以得到系统的规格说明，规格说明中应包含进行系统体系结构设计所需的足够信息。

系统结构设计的目的是描述系统如何实现系统的功能，它是系统整体结构的一个计划。体系结构设计中明确需要什么样的构件，而构件设计中就是设计或选择符合体系结构和规格说明中所需求的构件。构件通常既包括硬件，如FPGA、电路板等，也包括软件模块。在所有工作完成之后就要进行系统的调试与集成。

3 嵌入式系统设计的主要应用

对于嵌入式的信息系统应用来说，其前景是十分广泛的，它已经涉及到了我们生活的各个方面，不仅用在一些家用电器上，例如冰箱、洗衣机，而且还在一些交通工具上有所应用，例如汽车等，还包括一些远程的会议系统管理等，由此可见，嵌入式系统的开发应用具有很大的市场需要.因此在这个过程中，我们一定要按照相关的需求进行科学有效的管理，掌握该系统运用的相关要求以及应用操作规范，在此基础之上把该系统运用到我们的日常生活当中，这样也就大大提高我们生活的水平。

嵌入式系统目前已在国防、国民经济及社会生活各领域普及应用，用于企业、军队、办公室、实验室以及个人家庭等各种场所。如图：

在这些应用中，可以着重于在控制方面的应用。就远程家电控制而言，除了开发出支持TCP/IP的嵌入式系统之外，家电产品控制协议也需要制订和统一，这需要家电生产厂家来做。同样的道理，所有基于网络的远程控制器件都需要与嵌入式系统之间实现接口，然后再由嵌入式系统来控制并通过网络实现控制。

4 结束语

综上所述，通过本文，充分了解了嵌入式系统的组成、开发与应用。如今随着科学技术的迅速发展，嵌入式系统已经渗入到生活的各个领域，嵌入式系统作为科技领域中重要的组成部分，对于未来的可持续发展具有重要作用，它一定会使我国的科学技术迅猛发展。

参考文献

[1]田泽.嵌入式系统开发与应用进程.北京航空航天大学出版社

[2]刘桂荣.浅析嵌入式系统的开发与应用，咸宁学院学报，2012，（32）：30-31