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。