嵌入式系统的分类及应用

1、NlNGXIA UNIVERSITY课程设计（2011 届）题目嵌入式系统的分类及应用学院数学计算机学院专 业软件工程年 级 2007 级学生学号 12007242575学生姓名 刘 慧 玲 指导教师 门 光 福2010年12月12日嵌入式系统的分类及应用【摘 要】：嵌入式计算机系统作为计算机应用的一个重要领域,已深入到社会的各个方面。本文首先介绍了嵌入式系统的分类，然后对嵌入式系统的应用进行了阐述。关键词：嵌入式计算机；嵌入式系统；嵌入式分类；嵌入式应用、引言嵌入式系统是计算机的一种应用形式， 此类计算机一般不被设备使用者在意， 亦称埋藏 式计算机，典型机种如微控制器、微处理器和DSP等。嵌

2、入式系统是指作为某种技术过程 的一核心处理环节，能直接与现实环境接口或交互的信息处理系统。在这种应用环境中，信息处理系统处于嵌入式工作状态，即实时就绪与环互动，即实时工作方式，其典型例子如 PC 在工业过程控制或实验监测中的应用。二、嵌入式系统的分类嵌人式系统(Embedded Systems)被定义为：以应用为中心、 以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、 适应应用系统对功能、可靠性、成本、 体积、功耗严格要求的专用计算机系统。目前，嵌入式系统根据不同领域分为不同的嵌入式系统：1. 按嵌入式处理器的位数分类1)4位嵌入式系统：目前已大量应用2)8位嵌入式系统：目前已大量应用3)16位嵌入式系统

3、目前已大量应用4)32位嵌入式系统正成为主流发展趋势5)64位嵌入式系统高度复杂的、高速的嵌入式系统已开始采用2.按应用分类可以分为：信息家电类、移动终端类、通信类、汽车类和工业控制类。如图所示:图一嵌入式按应用分类3. 按速度分类1）强实时系统，其系统响应时间在毫秒或微秒级。2）一般实时系统，其系统响应时间在几秒的数量级上，其实时性的要求比强实时 系统要差一些。3）弱实时系统，其系统响应时间约为数十秒或更长。这种系统的响应时间可能随 系统负载的轻重而变化。4. 按确定性分类根据确定性的强弱，可将嵌入式系统分为硬实时、软实时系统：1）硬实时：系统对系统响应时间有严格的要求，如果系统响应时间不能

4、满足，就 要引起系统崩溃或致命的错误。2）软实时：系统对系统响应时间有要求，但是如果系统响应时间不能满足，不会 导致系统出现致命的错误或崩溃。5. 按嵌入式系统软件复杂程度分类1）循环轮询系统优点：对于简单的系统而言，便于编程和理解；没有中断的机制，程序运行良 好，不会出现随机的问题。缺点：有限的应用领域；对于大量的I/O服务的应用，不容易实现；大的程序 不便于调试。应用领域：适合于慢速和非常快速的简单系统2）前后台系统前后台系统是中断驱动系统的一种：后台是一个循环轮询系统一直在运行；前 台是由一些中断处理过程组成的；当有一前台事件 （外部事件）发生时，引起中断，进 行前台处理，处理完成后又回

5、到后台（通常又称主程序）。需要考虑的是中断的现场保护和恢复，中断嵌套，中断处理过程与主程序的协调（共享资源）冋题。系统的性能主要由中断延迟时间（Interrupt latency time）,响应时间（response time） 和恢复时间（recovery time）来刻画。3）单处理器多任务系统在什么情况下采用？对于一个复杂的嵌入式实时系统来说：（1）当采用中断处理程序加一个后台主程 序这种软件结构难以实时的、准确的、可靠的完成时；（2）存在一些互不相关的过程需要在一个计算机中同时处理时，需要采用实时多任务系统。结构由多个任务，多个中断处理过程，实时操作系统组成的有机的整体。每个任务是顺

6、序执行的，并行性通过操作系统来完成，任务间的相互通信和同 步也需要操作系统的支持。多任务系统：多个顺序执行的程序并行运行。宏观上看，所有的程序同时运行， 每个程序运行在自己独立的 CPU上。实际上，不同的程序是共享同一个 CPU和其 它硬件。因此，需要 RTOS来对这些共享的设备和数据进行管理。每个程序都被编 制成无限循环的程序，等待特定的输入，执行相应的任务等。这种程序模型将系统 分成相对简单的，相互合作的模块。优点a将复杂的系统分解为相对独立的多个线程，达到分而制之”的目的，从而降低系统的复杂性。b保证系统的实时性。c系统的模块化好，提高系统的可维护性。缺点a需要采用一些新的软件设计方法。

7、b需要增加功能：线程间的协调，同步和通信功能。c需要对每一个共享资源互斥。d导致线程间的竞争。e需要使用RTOS，RTOS要增加系统的开销。4）多处理器多任务系统多任务可运行在多个处理器上，由操作系统统一调度，处理。宏观上看是并发 的，微观上看也是并发的。多处理机系统分为紧耦合系统（tightly-coupled system）和松耦合系统 （loosely-coupled system）两种。多处理多任务系统目前还不成熟。三、嵌入式系统的应用领域常说的嵌入式应用就是将这类系统嵌入各种设备及应用产品内部的计算机应用，相应的设备（产品）称之为嵌入式设备（产品）。嵌入式计算机在应用数量上远远超过了

8、各种通用计算机 ，一台通用计算机的外部设备中 就包含了 5-10个嵌入式微处理器，嵌入式系统广泛地应用于消费电子、通信、汽车、国防、 航空航天、工业控制、仪表、办公自动化等领域。图二所示。据欧盟的统计：-2003年全球大概有80亿片嵌入式微处理器，到 2010年，预计会达到160亿片，地 球上的人平均拥有3个嵌入式微处理器；-在航空电子中，嵌入式软件的开发成本占整个飞机研制成本的50%;对于汽车工业，汽车电子在整车价值中的比例逐年提高，将从1997年的20%提升到2010年的33-40%;-消费电子数量越来越大，据预测，到2010年，仅数字家庭在美国的销售额就将达到2000亿欧元。无处不在的计

9、算机是计 算机与使用者的比率达 到和超过100: 1的阶段无处不在的计算机包括 通用计算机和嵌入式计 算机系统在100: 1比例中95%以上 都是嵌入式计算机系 统，并非通用计算机嵌入式设备无处不在、 但桌面系统还依然有用图二嵌入式设备无处不在1.消费电子领域随着技术的发展，消费电子产品正向数字化和网络化方向发展：高清晰度数字电视将代替传统的模拟电视，数码相机将代替传统的胶片相机，固定电话今后会被ip电话所替代，各种家用电器（电视机、冰箱、微波炉、电话等）将通过家庭通信、控制中心与In ternet 连接，实现远程控制、信息交互、网上娱乐、远程医疗和远程教育等，转变为智能网络 家电。2. 通信

10、领域通信领域大量应用嵌入式系统，主要包括程控交换机、路由器、IP交换机、传输设备等。据预测，由于互联的需要，特别是宽带网络的发展，出现各种网络设备如：ADSLModem/Router等，其数量将远远高于传统的网络设备。它们基于32位的嵌入式系统、价格低廉，将为企业、家庭提供更为廉价的、方便的、多样的网络方案。就宽带上网的 网络设备ADSL Router而言，国外现在每月需要600K的数量。3. 工控、汽车电子、仿真、医疗仪器等领域随着工业、汽车、医疗卫生等各部门对智能控制需求的不断增长，需要对设备进行 智能化、数字化改造，为嵌入式系统提供了很大的市场。就汽车电子系统而言，目前的大多数高档轿车每辆拥有约 50个嵌入式微处理器。如 BMW 7系列轿车，则平均安装有 63个嵌入式微处理器。据预测，21世纪初美国接入 In ternet的汽车将有一亿辆，届时这些系统将成为所有新型轿车的标准设备。4. 国防、航空航天领域雷达、电子对抗、坦克、战舰；航天器（火箭、卫星、航天飞机等）；飞机（民用和军用飞机）。四、结束语随着计算机技术、 微电子技术和网络技术的不断发展，人类社会正逐步进入后 PC时 代，嵌入式系统根据不同领域可以分层不同类的嵌入式系统，以及嵌入式系统软件在军事、 民用等方面有着广泛的应用。嵌入式系统在不断解决现有问题的同时，也在向更深的方向发展和应用，而且，以其越