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嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用和開發(fā)
基于嵌入式系統(tǒng)的具體產(chǎn)品應(yīng)用是計算機工程史上的里程碑。深入到了各行各業(yè)，其已成為高科技領(lǐng)域中必不可少的工具。 yjbys小編下面為你整理了關(guān)于嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用和開發(fā)的文章，希望對你有所幫助。
1嵌入式系統(tǒng)簡介
嵌入式系統(tǒng)可以抽象出一個典型的組成模型，其可劃分為硬件層、軟件層及功能層。
1.1嵌入式系統(tǒng)定義
嵌入式系統(tǒng)最通用的定義是以應(yīng)用為中心，以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪、功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機[1]。
根據(jù)IEEE9(國際電氣和電子工程師協(xié)會)的定義，嵌入式系統(tǒng)也可定義為控制監(jiān)視或輔助設(shè)備機器和車間運行裝置。
嵌入式系統(tǒng)的定義很多，統(tǒng)一起來很難。對于其定義有疑問的部分研究人員將嵌入式系統(tǒng)定義為：“嵌入式系統(tǒng)是以嵌入式微處理器為內(nèi)核，以微電子技術(shù)，計算機技術(shù)，電子技術(shù)、對象技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可根據(jù)對象需要所設(shè)置，并且嵌入到對象器件內(nèi)，適用于應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專用智能化的控制系統(tǒng)。”[2]
1.2嵌入式系統(tǒng)的特點
嵌入式系統(tǒng)是面向?qū)I(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的，從其應(yīng)用角度分析，具有以下特點：
(1)硬件層，是所有軟件的運行基礎(chǔ)，嵌入式系統(tǒng)至少擁有一個高性能處理器為硬件平臺。如ARM處理器。
(2)軟件層，其能擴充和充分發(fā)揮硬件層功能。嵌入式系統(tǒng)需有一個多任務(wù)操作系統(tǒng)的軟件平臺，來控制管理計算機硬件和軟件資源以及合理的組織計算機工作流程。如Liunx，UC/OSⅡ等操作系統(tǒng)。
(3)嵌入式系統(tǒng)是先進的技術(shù)及資金密集、知識產(chǎn)業(yè)化不斷創(chuàng)新的集成系統(tǒng)。其將先進的電子科學(xué)技術(shù)與各行各業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合。
(4)是面向用戶、產(chǎn)品及特定應(yīng)用的。
(5)具有較長的生命周期。與實際產(chǎn)品相結(jié)合，并與產(chǎn)品升級同步進行。
(6)對程序質(zhì)量要求較高。一般都將系統(tǒng)中的軟件固化在存儲器中，大部分都具有較高的實時性。
(7)嵌入式系統(tǒng)不具備在其上進行進一步開發(fā)的能力。需要借助專門的開發(fā)工具和環(huán)境來滿足產(chǎn)品設(shè)計完成后的程序功能修改工作。
2基于ARM的嵌入式系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用及開發(fā)方法
2.1ARM的技術(shù)應(yīng)用特點
ARM(Advanced RISC Machines)是一種嵌入式微處理器，它具有低功耗、低成本、高性能的特點，采用RISC體系結(jié)構(gòu)，大量使用寄存器，具有高效的指令系統(tǒng)，在實際嵌入式應(yīng)用中，只保留和嵌入式應(yīng)用緊密相關(guān)的功能硬件，去除其他的冗余功能部分，來實現(xiàn)嵌入式應(yīng)用的特殊要求[3]�；贏RM微處理器的嵌入式系統(tǒng)不同于單片機、DSP系統(tǒng)，其高性能的特點，在硬件部分的電路板設(shè)計方面是比較困難的，絕大多數(shù)的ARM板都要在4層以上。其實ARM最關(guān)鍵的是軟件部分的操作系統(tǒng)，系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)更側(cè)重于軟件方面，包括系統(tǒng)裁減，底層驅(qū)動和應(yīng)用程序等。
2.2ARM嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)流程
基于ARM的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的開發(fā)流程如圖1所示。
2.3ARM嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)方法
(1)建立系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境
嵌入式系統(tǒng)資源受限制，如果在其硬件平臺上直接編寫軟件，比較困難。因此根據(jù)其特點須在特定的開發(fā)環(huán)境下進行。搭建相應(yīng)的軟硬件平臺：在宿主機(HOST)也就是PC機上安裝開發(fā)工具，并將編寫好的軟件程序進行交叉編譯生成二進制代碼，最后將其移植到目標板的特定位置運行。這種在宿主機(HOST)環(huán)境下開發(fā)，在目標板(TARGET)上運行的開發(fā)模式叫交叉開發(fā)模式，交叉開發(fā)模型如圖2所示。
(2)Boot Loader引導(dǎo)程序開發(fā)
Boot loader是在嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核運行前運行的一段程序，與我們經(jīng)常提到的BIOS功能相近，每種體系結(jié)構(gòu)都有與其相匹配的Boot Loader。通過Boot loader程序的運行，可以初始化硬件設(shè)備，建立系統(tǒng)的內(nèi)存空間映射圖，這樣就可以將系統(tǒng)的軟、硬件環(huán)境設(shè)定在一個合適的狀態(tài)，方便于最終調(diào)用操作系統(tǒng)內(nèi)核，并且為運行用戶應(yīng)用程序準備好正確的環(huán)境。
Boot loader程序由匯編和C程序兩部分組成，程序執(zhí)行過程也分為匯編和C程序代碼部分兩個階段。匯編程序與硬件設(shè)備相關(guān)，不便移植，第一階段需要完成初始化看門狗、設(shè)置中斷異常向量表、堆棧、配置存儲器等，之后再跳轉(zhuǎn)到第二階段的C語言程序入口處。C程序代碼部分主要完成初始化本階段所需要的外部設(shè)備，調(diào)用NANDFLASH的API函數(shù)，配置SDRAM空間，并將用戶的程序代碼從NANDFLASH存儲器中復(fù)制到SDRAM中，最后再跳轉(zhuǎn)到用戶程序的入口[4]。
3嵌入式技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域
嵌入式技術(shù)無處不在，已經(jīng)深入到了生活的各個領(lǐng)域，為我們的生活帶來了很大的方便。
(1)無線通訊領(lǐng)域。特別是智能手機，全球95%的手機采用了ARM芯片，隨著手機功能愈像電腦，手機更需要功能強大的嵌入式芯片。現(xiàn)在，全球售出的每一部手機中平均就有2.4塊ARM芯片。
(2)工業(yè)控制領(lǐng)域�；贏RM核的32位微控制器芯片逐漸向低端微控制器應(yīng)用領(lǐng)域擴展，在工業(yè)控制領(lǐng)域發(fā)揮了很大的作用。
(3)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。網(wǎng)絡(luò)寬帶技術(shù)不斷發(fā)展，基于ARM技術(shù)的ADSL芯片也逐步進入競爭范圍，并取得一定優(yōu)勢。而且，語音及視頻處理也應(yīng)用了ARM技術(shù)，同時對DSP的應(yīng)用領(lǐng)域提出了新的挑戰(zhàn)。
(4)儀器儀表方面。有智能儀器、智能儀表、醫(yī)療器械、色譜儀、示波器等。
(5)民用方面。如電子玩具、電子字典、游戲機、錄像機、復(fù)讀機、投影儀、照相機、空調(diào)、冰箱、洗衣機、調(diào)制解調(diào)器、防盜控制器、激光驅(qū)動器、變速控制器、汽車點火控制器、避雷控制、農(nóng)業(yè)節(jié)水控制系統(tǒng)、保安控制系統(tǒng)等方面。
(6)導(dǎo)航控制方面。如導(dǎo)彈控制、航天導(dǎo)航系統(tǒng)、電子干擾系統(tǒng)等。
(7)數(shù)據(jù)處理方面。如圖文圖表終端、復(fù)印機、硬盤驅(qū)動器等。
(8)農(nóng)業(yè)交通方面。智能公路(汽車導(dǎo)航、流量控制、信息監(jiān)測與汽車服務(wù))、植物工廠(特種植物工廠、無土栽培技術(shù)、智能種子工程)、虛擬顯示VR機器人、信息家電(家用電器的網(wǎng)絡(luò)化)等等。
除此以外，眾多領(lǐng)域都用到了基于ARM微處理器的嵌入式技術(shù)，在生活的各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。
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