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1、 嵌 入 式 系 统 设 计 课程考核小论文专业：学生姓名：班级：学号：授课教师：- 1 -信息工程学院- 2 -浅谈嵌入式系统设计摘要：现在的信息时代，关于嵌入式系统设计的应用随处可见，而 ARM 嵌入式系统应用市场份额约占整个市场的 3/4 左右。从嵌入式系统的基本概念着手，分别从 ARM 的定义、ARM 微处理器、ARM 开发工具及调试方法来介绍 ARM 嵌入式系统基础知识。最后，概括了ARM 技术的应用领域及其产业化发展，并预测 ARM 技术发展的前景。关键字：嵌入式系统；ARM；微处理器1 引言嵌入式计算机系统的出现，是现代计算机发展史上的里程碑。嵌入式系统诞生于微型计算机时代，与通
2、用计算机的发展道路完全不同，形成了独立的单芯片的技术发展道路。由于嵌入式系统的诞生，现代计算机领域出现了通用计算机与嵌入式计算机两大分支。不可兼顾的技术发展道路，形成了两大分支的独立发展：通用计算机按照高速、海量的技术发展；嵌入式计算机系统则为满足对象系统按照嵌入式智能化控制要求发展。由于独立的分工发展。20世纪末。现代计算机的两大分支都得到了迅猛发展。2 嵌入式系统的概念根据英国电机工程师协会的定义，嵌入式系统为控制、监视或辅助设备、机器或甚至工厂运作的装置。它有如下的特征：执行特定功能，与一般桌上型办公设备或数据库服务系统有很大区别。以微电脑与周边设备构成核心，其规模可由如 8051 芯片
3、到先进的 x86 芯片系统不等。严格的时序与稳定度要求，例如在机器控制上，稍有不慎则可能失去控制，酿成灾害。嵌入式系统（Embedded System），是一种完全嵌入受控的机械或电气系统内部、为特定应用而设计的具有专一性和实时计算功能的专用计算机系统。嵌入式系统以系统应用为核心，以计算机技术为基础，其软硬件可裁减以适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等综合性能的严格要求。它是集软、硬件于一体的可独立工作的“器件”。嵌入式系统常被用于高效控制许多常见设备，被嵌入的系统一般是包含数字硬件和机械部件的完整设备，例如汽车的防锁死刹车系统等。通用计算机如个人电脑则与之相反，它设计灵活，可以智能
4、化地处理各式各样的运算情况，能够满足广大用户多样化的需求。现代的嵌入式系统普遍是基于微控制器的，但在较复杂的系统中普通微处理器也很常见。通用型处理器、专门用来进行某类计算的处理器、为手持应用专门设计的处理器等，都可能应用到嵌入式系统。3 嵌入式系统的结构嵌入式系统作为一类特别的计算机系统，其包含有3个主要部分：硬件层、操作系统层- 3 -和应用软件层。（1）硬件层：硬件层为整个嵌入式操作系统和应用程序运行提供硬件平台，其中包含嵌入式微处理器、存储器、通用设备接口和 I/O 接口。在一片嵌入式处理器上添加电源电路、时钟电路和存储器电路，就构成了一个嵌入式核心控制模块。嵌入式处理器是一个一个硬件单
5、元，由它来控制并辅助系统的运行。其中操作系统和应用程序都可以固化在 ROM中。（2）嵌入式操作系统：嵌入式操作系统（Embedded Operation System，EOS）是一种有着广泛用途的的系统软件。EOS 负责嵌入系统的全部软、硬件资源的分配及任务调度，控制和协调并发活动。它需要体现它所在系统的特征，能以安装或者卸载某些模块来实现系统所需要的功能。嵌入式操作系统在系统实时高效性、硬件的相关依赖性、软件固化以及应用的专用性等方面具有较为突出的特点。（3）嵌入式应用程序：运行在操作系统中，利用操作系统提供的机制完成特定功能的嵌入式应用。不同的系统需要设计不同的嵌入式应用程序。4 嵌入式系
6、统特点（1）系统内核小。因为嵌入式系统普遍是应用在小型电子仪器上的，所以系统资源相对而言有限，所以嵌入式系统的内核比起传统的操作系统中的内核要小很多。 （2）专用性强。嵌入式系统的个性化很强，其中软硬件的结合非常紧密，一般要针对硬件来移植嵌入式操作系统，即使是同一品牌的同一系列的产品中也需要根据不同的硬件环境不断进行修改。而对于不一样的任务，一般都需要对系统进行较大更改，程序的编译下载要与目标系统相结合，这种系统层面的修改和通用软件的“升级”是完全不同的。（3）系统精简。嵌入式系统通常没有系统软件和应用软件的明显分别，不要求其功能设计及实现上过于复杂，这样既有效的控制了系统成本，同时也是出于系
7、统安全的考虑。（4）系统稳定性高。由于嵌人式系统的对象是企业和用户，因而嵌入式系统需要和具体应用紧密结合在一起，依据对象用户的需求选择软硬件。在软件功能和软件的运行速度能得到保证的前提下，尽量避免冗余争取在满足用户的需求的前提下把硬件投入降到最小。5 ARM 简介ARM公司是一家知识产权供应商，它与一般的半导体公司最大的不同就是不制造芯片且不向终端用户出售芯片，而是通过转让设计方案由合作伙伴生产出各具特色的芯片。ARM公司利用这种双拥的伙伴关系迅速成为全球性RISC微处理器标准的缔造者。ARM架构是ARM公司面向市场的第一款低成本RISC微处理器。它具有极高的性价比、代码密度，以及出色的实时中
8、断相应和极低的功耗，并且占用硅片的面积极少，从而使它成为前日是系统的理想选择。其应用范围非常广泛，比如手机、PDA、MP3/MP4和种类繁多的便携式消费产品。6 常用 ARM 处理器- 4 -ARM公司开发了很多系列的ARM处理器核，应用比较多的是ARM7系列、ARM9系列、ARM9E系列、ARM10系列、ARM11系列、SecurCore系列。Intel的StrongARM、XScale系列和MPCore系列；还有针对低端8位MCU市场最新推出的Coretex-M3系列，其具有32位的CPU的性能、8位MCU的价格。ARM7系列：包括ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、带有高速缓存处理器
9、宏单元的ARM720T和扩充了Iazelle的ARM7EJ-S。ARM9系列：包括ARM9TDMI、ARM920T和带有高速缓存处理器宏单元的ARM940T。ARM9E系列：为综合处理器，包括ARM926EJ-S、带有高速缓存处理宏单元的ARM966E-S/ARM946E-S。ARM10系列：包括ARM1020E和ARM1020E微处理器核。SecurCore系列：包括SC100、SC110、SC200和SC210处理器核。StrongARM系列：StrongARM处理器将Intel处理器技术和ARM体系结构融为一体，致力于为手提式通信和消费电子类设备提供理想的解决方案。Xscale系列：提供
10、全性能、高性价比和低功耗的解决方案，支持16位Thumb指令和DSP指令。7 ARM 嵌入式系统开发工具和调试方法ARM 嵌入式系统的开发工具根据功能的不同，分别有编译软件、汇编软件、链接软件、调试软件、嵌入式实时操作系统、函数库、评估板、JTAG 仿真器、在线仿真器等。用户在开发 ARM 嵌入式系统时，选用合适的开发工具可以加快开发进度。因此一套含有编辑、编译、汇编、链接、调试、工程管理及函数库等多功能的的集成开发环境是必不可少的，而嵌入式实时操作系统、评估板等其他开发工具则可以依照应用软件的规模和开发计划自行选用。ARM SDT：ARM SDT 的英文全称是 ARM Software De
11、velopment Kit ，是 ARM 公司为方便用户在 ARM 芯片上进行应用软件开发而推出的一整套集成开发工具。ARM SDT 由于价格适中，同时经过长期的推广和普及，目前拥有最广泛的 ARM 软件开发用户群体，也被相当多的 ARM 公司的第三方开发工具合作伙伴集成在自己的产品中。ADS：ADS（ARM Developer Suite），是由 Metrowerks 公司开发，是 ARM 处理器下最主要的开发工具。ADS 是全套的实时开发软件工具，包编译器生成的代码密度和执行速度优异。可快速低价地创建 ARM 结构应用。ADS 对汇编、 C/C+、java 支持的均很好，是目前最成熟的 A
12、RM 开发工具。GNU：GNU 是“GNUs Not Unix”的递归缩写。由于 GNU 将要实现 UNIX 系统的接口标准，因此 GNU 计划可以分别开发不同的操作系统部件。在线仿真器：在线仿真器使用仿真头完全取代目标板上的 CPU，可以完全仿真 ARM 芯片的行为，提供更加深入的调试功能。8 嵌入式系统的应用领域- 5 -嵌入式系统技术具有非常广阔的应用前景，其应用领域可以包括：工业控制：基于嵌入式芯片的工业自动化设备将获得长足的发展，目前已经有大量的8、16、32 位嵌入式微控制器在应用中，网络化是提高生产效率和产品质量、减少人力资源主要途径，如工业过程控制、数字机床、电力系统、电网安全
13、、电网设备监测、石油化工系统。交通管理：在车辆导航、流量控制、信息监测与汽车服务方面，嵌入式系统技术已经获得了广泛的应用，内嵌 GPS 模块，GSM 模块的移动定位终端已经在各种运输行业获得了成功的使用。目前 GPS 设备已经从尖端产品进入了普通百姓的家庭。信息家电：这是嵌入式系统最大的应用领域，冰箱、空调等的网络化、智能化将引领人们的生活步入一个崭新的空间。即使你不在家里，也可以通过电话线、网络进行远程控制。家庭智能管理：水、电、煤气表的远程自动抄表，安全防火、防盗系统，其中嵌有的专用控制芯片将代替传统的人工检查，并实现更高，更准确和更安全的性能。国防与航天：嵌入式芯片的发展将使机器人在微型
14、化，高智能方面优势更加明显，同时会大幅度降低机器人的价格，使其在工业领域和服务领域获得更广泛的应用。9 结束语由于 PC 的蓬勃发展，在 80 与 90 年代，只要是稍微复杂的系统如工业控制器等，大家都会想到用 PC 为资源整合平台。这个潮流下，嵌入式系统对 Intel 芯片和对微软操作系统的依赖限制了其发展，同时往往也扼杀了很多创意。这不是单就使用习惯与资源而言，想象有一个人设计了一种非微软、非 Intel 的嵌入式系统，虽然具有创意，但其市场规模小，其过程中造价较为昂贵。因此在后续发展上前途暗淡。但是后 PC 时代的来临，当 Intel 与微软的组合不再是垄断性的解决方案时，绚烂的嵌入式系
15、统，才算诞生。到时不论是操作系统提供者(如 Linux, QNX, Psos, OS9, VRTXoc, JAVA 等等)，微芯片制造商(如 java chip, DSP)，研发单位，技术服务，都将有大展身手的机会。但由于 PC-based 的仰赖已深，短期内当你打开一个嵌入式系统，仍然会发现 Intel 的标志，而其 Flash ROM 内刻录的是 Windows CE。但在更开放，更公平的竞争环境下，未来期待是百家争鸣的时代，也使嵌入式系统设计的技术更上一层楼。参考文献:1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):6-8.2沈建华. ARM 处理器与嵌入式系统J. 单片机与嵌入式系统应用,2010,(11):5-7.3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胡曙辉,陈健. 几种嵌入式实时操作系统的分析与比较J. 单片机与嵌入式系统应用,2007,(05):5-9.- 6 -5夏玮玮,沈连丰,肖婕,毛宇斌. 嵌入式系统关键技术分析与开发应用J. 单片机与嵌入式系统应用,2003,(02):5-9.
