什么是嵌入式系统？有什么优缺点?

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。