嵌入式系统概述

计算机的分类
按照体系结构、运行速度、结构规模和适用领域分为：大型计算机，中型计算机，小型计算机和微型计算机。

按照嵌入式应用和非嵌入式应用分为：通用计算机和嵌入式计算机。

通用计算机一般具有标准的硬件配置，通过安装不同的应用软件，以适应各种不同的应用需求；嵌入式计算机一般是以嵌入式系统的形式隐藏在各种装置、产品和系统中，是为某种特定应用和需求而设计的。

嵌入式系统的定义一般的，嵌入式系统由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等4个部分组成，用于实现对其他设备的控制、监视或者管理功能。
从应用上加以定义，嵌入式系统就是控制、监视或者辅助设备、机器和车间的装置，这里体现出的是嵌入式系统是软件和硬件的结合。

另一个可以体现出嵌入式系统精髓的定义就是：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。

嵌入式系统的特点：极其关注成本，对实时性有较强要求，一般采用嵌入式操作系统或者实施操作系统，嵌入式系统软件故障造成的后果较通用计算机更为严重，多为低功耗系统，经常在机器恶劣的环境下运行，其系统资源与通用计算机相比是非常少的，通常在ROM中存放所有程序的代码，可采用多种类型的处理器和处理器体系结构，需要用专用开发工具和方法进行，嵌入式系统有软件固件化的特点。

对于较为功能复杂的嵌入式系统，控制响应时间时程序设计的关键，采用嵌入式操作系统来管理系统的硬件资源和时间资源（注意嵌入式系统和嵌入式操作系统是不一样的概念）。

就传统的工业控制产品而言，低端型采用的往往是8位单片机，但是随着技术的发展，32位和64位的处理器逐渐成为工业控制设备的核心。

嵌入式系统的基本结构由硬件和软件两部分构成。

嵌入式系统的微硬件包括嵌入式核心芯片、存储器系统及外部接口。

嵌入式核心芯片是：EMPU（嵌入式微处理器）、EMCU（嵌入式微控制器）、EDSP（嵌入式数字信号处理器）、EPSoC（嵌入式可编程片上系统）。

嵌入式系统的存储器系统：移动存储器（ROM、EPROM、Flash）、数据存储器、随即存储器、参数存储器。

嵌入式核心芯片是构成系统的核心部件，系统工作中的其他部件均在它的控制盒调度下工作。核心芯片通过专用的接口获取监控对象的数据、状态等各种信息，并对这些信息进行加工、分析和判断做出相应的控制决策，再通过专用接口将控制信息传动给控制对象。

EMPU的特征是具有32位以上的处理器，性能较高，在实际应用中，只保留和嵌入式应用紧密相关的功能部件，去除其他冗余的部分（这就是嵌入式系统的可裁剪性），它是嵌入式系统的核心。

EMCU又称单片微型计算机，是随着技术的发展，将cpu、ram等一系列部件接口集成在一片芯片上的芯片级计算机；按其存储器类型分为：MASK（掩膜）ROM、OTP（一次性可编程）ROM、FLASHROM等。

EDSP是一种独特的微处理器，是以数字信号形式来处理大量信息的部件。

ESoC在一般情况下称为系统级芯片，有的也称为片上系统，意指它是一个产品，是一个专有目标的集成电路，它包含完整系统及嵌入式软件的全部网络。它又是一种技术，用以实现从确定系统功能开始，到软硬件的划分，并完成设计的整个过程。它通常是客户定制的，或是面向特定用途的标准产品。

嵌入式存储器是集成在片内，与系统中各个逻辑、混合信号灯共同组成单一芯片的基本组成部分，它包括嵌入式静态存储器、动态存储器和各种非易失性存储器，当然，它分为两类：易失性存储器和非易失性存储器。

嵌入式易失性存储器（ESRAM）：基于标准的CMOS逻辑工艺，传统的ESROM是六管结构，，但单元尺寸较大，随后便出现了单管（1T）和四管（4T）。

嵌入式非易失性存储器：一般有铁电存储器（FeRAM）、磁阻存储器（MRAM）、相变非易失性存储器（PcRAM）。

常规外设通常包括：输入设备，输出设备，外存储设备。

嵌入式系统的软件分为两大部分：嵌入式操作系统、应用软件和板级支持包（BSP）。其中操作系统向上层的应用软件提供API，BSP负责与底层的硬件交互，向操作系统屏蔽硬件的差异。

一般情况下，不同操作系统之间的软件是不能够不做任何修改就随意移植的，通常都要做出修改甚至重新编写。

嵌入式操作系统的特点：它除了具有一般操作系统最基本的功能，如任务调度、同步机制、中断处理、文件功能等，还有特点：可装卸性；强实时性；统一的接口；操作方便、简单、友好的图形GUI；提供强大的网络功能，支持TCP/IP等协议；强稳定性，弱交互性；固化代码；更好的硬件适应性，也就是良好的移植性。

板级支持包是介于主板硬件和操作系统驱动程序之间的一层，一般认为它是操作系统的一部分，主要是实现对操作系统的支持，为上层的驱动程序提供访问硬件设备寄存器的函数包，使之能与硬件主板更好的交流。

BSP的主要工作就是系统初始化和硬件相关的设备驱动，它具有操作系统相关性和硬件相关性等特点。

嵌入式系统根据复杂程度可以分为4类：单个微处理器，不带即是功能的微处理器装置，带计时功能的组件，在制造或过程控制中使用的计算机系统。

BSP和BIOS的不同点：
BSP是与操作系统相适应的，而BIOS是与所在主板相适应的；

开发软件人员可以对BSP做一定的修改，但BIOS一般不能修改；

一个BSP对应一个硬件和一个嵌入式操作系统，即同一个处理器可能对应多个BSP，同一个嵌入式操作系统针对不同的处理器也需要不同的BSP。而一个BIOS是对应一个硬件和多个操

作系统，也就是说，BIOS对应于一定条件下的硬件，根操作系统无关；

BSP里可以加入非系统必须的东西，比如驱动或应用程序，但BIOS一般不会有这些东西。

从嵌入式系统诞生的20世纪70年末起至今，已经经历了单片微型计算机（SCM）、微控制器（MCU）、SoC三个阶段，而以Internet为标志的嵌入式系统目前还在发展阶段，这就是嵌入式系统发展的四个阶段。

嵌入式系统的未来发展依靠于：高可靠性和高稳定性，运行速度快和开发周期短，强大的扩展功能和网络传输功能（另外，我觉得开发人员的丰富的创新精神）。