什么是嵌入式系统?有什么优缺点?

2020.07.06 -

   

在学习嵌入式系统之前,让我们学习:

什么是系统?

系统是一种安排,其中所有组件均根据特定的定义规则工作。它是根据固定计划组织,工作或执行一个或多个任务的方法。

什么是嵌入式系统?

嵌入式系统是功能固定的或可编程的计算机软件和硬件的组合。嵌入式系统可以是独立系统,也可以是大型系统的一部分。它主要是为大型系统中的一个或多个特定功能而设计的。例如,火灾报警器是只能感应烟雾的嵌入式系统的常见示例。

嵌入式系统

嵌入式系统示例

激光打印机

激光打印机正在使用嵌入式系统来管理打印的各个方面。除了执行打印的主要任务外,它还必须接受用户输入,管理与计算机系统的通信,处理故障以及感测纸盘上残留的纸张等。

在此,微处理器的主要任务是理解文本并控制打印头,以使其在需要的地方排放墨水。

为此,它需要解码给它的不同文件并了解字体和图形。处理数据以及占用用户输入,控制电机等将占用大量CPU时间。

嵌入式系统的历史

这是嵌入式系统历史上的重要里程碑:

  • 麻省理工学院的查尔斯·斯塔克·德雷珀(Charles Stark Draper)于1960年首次将嵌入式系统用于开发阿波罗制导系统。
  • 1965年,Autonetics公司开发了民兵导弹制导系统中使用的D-17B计算机。
  • 1968年,第一个车载嵌入式系统问世。
  • 德州仪器(TI)在1971年开发了第一个微控制器。
  • 1987年,Wind River发布了第一个嵌入式操作系统VxWorks。
  • 微软于1996年推出Windows Embedded CE。
  • 在1990年代后期,出现了第一个嵌入式Linux系统。
  • 嵌入式市场在2013年达到1400亿美元。
  • 分析师预计,到2030年,嵌入式市场规模将超过400亿美元。

嵌入式系统的特点

嵌入式系统的优点

可靠性:

当功能在运行期间很关键时,这种系统生存率的度量。

容错能力:

容错是计算机系统在出现故障时生存的能力。

即时的:

嵌入式系统必须满足各种时序和其他约束条件。它们是由外部世界的实时自然行为强加给它的。

例如,跟踪实时导弹攻击的空军部门必须精确地计算和计划其反攻,因为实时截止时间很长。否则,它将被销毁。

灵活性:

它构建的系统具有内置的调试机会,可以进行远程维护。

例如,您正在建造一个航天器,该航天器将降落在另一个种植者上,以收集各种类型的数据并将收集的详细信息发送回给我们。如果该航天器发疯并失去控制,我们应该能够进行一些重要的诊断。因此,在设计嵌入式系统时,灵活性至关重要。

可移植性:

可移植性是在各种环境中使用同一嵌入式软件的难易程度的度量。它要求在应用程序逻辑本身和底层系统接口之间建立广义的抽象。

什么是单片机?

微控制器是单芯片VLSI单元,也称为微型计算机。它包含所有所需的存储器和I / O接口,而通用微处理器则需要这些必要功能提供的其他芯片。微控制器在嵌入式系统中广泛用于实时控制应用。

什么是微处理器?

微处理器是单芯片半导体器件。它的CPU包含一个程序计数器,一个ALU,一个堆栈指针,工作寄存器,一个时钟定时电路。它还包括ROM和RAM,存储器解码器以及许多串行和并行端口。

嵌入式系统架构

以下是嵌入式系统的基本架构:

1)传感器:

传感器可帮助您测量物理量并将其转换为电信号。它还将测量的量存储到内存中。观察者或任何电子仪器(例如A2D转换器)都可以准备好此信号。

2)AD转换器:

AD转换器(模数转换器)使您可以将传感器发送的模拟信号转换为数字信号。

3)内存:

内存用于存储信息。嵌入式系统主要包含两个存储单元1)易失性2)非易失性存储器。

4)处理器和ASIC:

该组件处理数据以测量输出并将其存储到内存。

5)DA转换器:

DA转换器(数模转换器)可帮助您将处理器馈送的数字数据转换为模拟数据。

6)执行器:

执行器使您可以将DA转换器提供的输出与存储在其中的实际输出进行比较,并将批准的输出存储在内存中。

嵌入式系统的类型

三种类型的嵌入式系统是:

  • 小规模
  • 中规模
  • 精致的

小型嵌入式系统:

可以使用单个8位或16位微控制器来设计该嵌入式系统。可以借助电池进行操作。对于开发小型嵌入式系统,编辑器,汇编器(IDE)和交叉汇编器是最重要的编程工具。

中型嵌入式系统:

这些类型的嵌入式系统是使用16位或32位微控制器设计的。这些系统提供了硬件和软件的复杂性。C,C ++,Java和源代码工程工具等用于开发这种嵌入式系统。

先进的嵌入式系统

这种类型的嵌入式系统具有许多硬件和软件复杂性。您可能需要IPS,ASIPS,PLA,配置处理器或可伸缩处理器。为了开发该系统,您需要在最终系统中进行组合的硬件和软件协同设计及组件。

微处理器和微控制器之间的区别

微处理器微控制器
它使用功能块,如寄存器,ALU,时序和控制单元。它使用微处理器的功能块,如RAM,计时器,并行I / O,ADC和DAC。
在微处理器中,位处理指令较少,仅一种或两种类型。单片机提供多种位处理指令。
在外部存储器和微处理器之间提供代码和数据的快速移动。在微控制器中快速移动代码和数据。
帮助您设计通用数字计算机系统。帮助您设计特定于应用程序的专用系统。
它允许您一次执行多任务。它是一个面向单一任务的系统。
在微处理器系统中,您可以确定所需的内存或I / O端口数。在微控制器系统中,固定的存储器或I / O数量使微控制器成为完成特定任务的理想选择。
提供对外部存储器和I / O端口的支持,这使其成为更重且更昂贵的系统。与微处理器相比,这种类型的系统重量轻且价格便宜。
外部设备需要更多空间,其功耗也更高。这种类型的系统消耗较少的空间,并且功耗也非常低。

嵌入式系统的应用

以下是嵌入式系统的重要应用:

机器人科学:

  • 地面车辆
  • 无人驾驶飞机
  • 水下车辆
  • 工业机器人

医疗类

  • 透析机
  • 输液泵
  • 心脏监护仪
  • 假肢装置

汽车行业

  • 发动机控制
  • 点火系统
  • 刹车系统

联网

  • 路由器
  • 集线器
  • 网关
  • 电子仪器

家用设备

  • 电视机
  • 数字报警
  • 冷气机
  • DVD视频播放器
  • 摄影机

汽车类

  • 燃油喷射
  • 照明系统
  • 门锁
  • 安全气囊
  • 视窗
  • 停车辅助系统
  • 防盗警报器

工业控制

  • 机器人技术
  • 控制系统
  • 导弹
  • 核反应堆
  • 空间站
  • 班车

嵌入式系统的优势

以下是使用嵌入式系统的优点/好处:

  • 它能够覆盖各种各样的环境
  • 不太可能再犯错误
  • 嵌入式系统简化了硬件,从而降低了总体成本。
  • 提供增强的性能
  • 嵌入式系统可用于批量生产。
  • 嵌入式系统高度可靠。
  • 它的互连很少。
  • 嵌入式系统体积小。
  • 它具有快速的操作。
  • 提供改进的产品质量。
  • 它优化了系统资源的使用。
  • 它具有低功耗操作。

嵌入式系统的缺点

这是使用嵌入式系统的重要利弊。

  • 开发嵌入式系统需要大量的开发工作。
  • 它需要很长时间才能上市。
  • 嵌入式系统执行非常具体的任务,因此无法对其进行编程以执行其他操作。
  • 嵌入式系统提供非常有限的内存资源。
  • 它没有提供任何技术改进。
  • 备份嵌入式文件很困难。

总结

  • 系统是一种安排,其中所有组件均根据特定的定义规则进行组装。
  • 嵌入式系统是功能固定或可编程的计算机软件和硬件的组合。
  • 嵌入式系统的示例是管理打印各个方面的激光打印机。
  • 麻省理工学院的查尔斯·斯塔克·德雷珀(Charles Stark Draper)于1960年首次将嵌入式系统用于开发阿波罗制导系统。
  • 嵌入式系统需要实时性能
  • 当功能在运行期间很关键时,系统存活概率的可靠性度量。
  • 容错是计算机系统在出现故障时生存的能力。
  • 嵌入式系统必须满足各种时序和其他约束条件。
  • 灵活性正在构建具有内置调试机会的系统,从而可以进行远程维护。
  • 可移植性是在各种环境中使用同一嵌入式软件的难易程度的度量。
  • 微控制器是单芯片VLSI单元,也称为微型计算机。
  • 微处理器是单芯片半导体器件。它的CPU包含一个程序计数器,一个ALU,一个堆栈指针,工作寄存器,一个时钟定时电路。
  • 嵌入式系统的体系结构包括:传感器,AD转换器,存储器,处理器和ASIC,DA转换器和执行器。
  • 三种类型的嵌入式系统是:1)小型,2)中型和3)复杂。
  • In Microprocessor和Microcontroller之间的主要区别在于,在Microprocessor中,位处理指令较少,而Microcontroller提供了多种位处理指令。
  • 嵌入式系统的应用包括:1)机器人科学,2)医疗,3)汽车,3)网络,4)家用设备,5)汽车和6)工业控制。
  • 嵌入式系统的主要优点是它能够覆盖各种环境。
  • 嵌入式系统的主要缺点是需要很长时间才能上市。
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