嵌入式系统

嵌入式系统的例子

嵌入式系统中使用广泛的技术在行业的数组。一些例子包括:

• 汽车。现代汽车通常由许多计算机(有时多达100),或嵌入式系统,在车辆设计来执行不同的任务。其中一些系统执行基本的实用功能和其他人提供娱乐或面向用户的功能。一些消费者车辆包括巡航控制、嵌入式系统备份传感器、悬架控制、导航系统和安全气囊系统。
• 移动电话。这些由许多嵌入式系统,包括GUI软件和硬件,操作系统(os),摄像头,麦克风,和USB(通用串行总线)I / O(输入/输出)模块。
• 工业机器。他们可以包含嵌入式系统,比如传感器和嵌入式系统本身。工业机器往往有嵌入式自动化系统,执行特定监视和控制功能。
• 医疗设备。这些可能包含嵌入式系统传感器和控制机制。医疗设备,如工业机器,也必须非常友好,这样人类健康没有危害的预防机错误。这意味着他们会经常包括一个更复杂的操作系统和GUI设计一个合适的UI。

嵌入式系统是如何工作的呢?

嵌入式系统总是函数作为一个完整的设备,这是什么意思嵌入式。他们是低成本、low-power-consuming,小型计算机嵌入到其他机械或电气系统。一般,他们组成一个处理器、电源、内存和通信端口。嵌入式系统使用的通信端口传输数据处理器和外围设备之间——通常,其他嵌入式系统——使用通信协议。处理器解释这些数据的帮助下最小的软件存储在内存中。软件通常是非常具体的嵌入式系统服务的功能。

处理器可能是微处理器或微控制器。微控制器只是包括微处理器与外围接口和集成的记忆。微处理器使用单独的内存和外围设备,而不是包括集成电路芯片。都可以使用,但微处理器通常需要更多的支持比微控制器电路,因为有更少的集成到微处理器。这个词系统芯片(SoC)是经常使用的。soc包括多个处理器和接口在一个芯片上。它们通常用于高容量的嵌入式系统。一些示例SoC类型专用集成电路(ASIC)和现场可编程门阵列(FPGA)。

通常情况下,嵌入式系统是实时操作环境中使用和使用实时操作系统(RTOS)与硬件进行通信。近实时方法适用于更高级别的芯片功能,由设计师越来越决定系统通常足够快,任务宽容的细微变化的反应。在这些情况下,精简版本的Linux操作系统通常部署,尽管其他的操作系统已经缩减了在嵌入式系统上运行,包括嵌入式Java和Windows物联网(原窗口嵌入)。

嵌入式系统的特点

嵌入式系统的主要特点是特定于任务。

另外,嵌入式系统可以包括以下特征:

• 一般来说,包括硬件、软件和固件;
• 可以嵌入在一个更大的系统来执行一个特定的函数,为它们建立专门的任务在系统内,各种任务;
• 可以是基于微处理器或microcontroller-based——两者都是集成电路,使系统计算能力;
• 通常用于物联网的传感和实时计算(物联网)设备,设备联网,不需要用户操作;
• 可以改变在复杂性和功能,从而影响类型的软件,固件和硬件使用;和
• 往往需要执行它们的功能在时间约束保持较大的系统正常运作。

嵌入式系统的结构

嵌入式系统在复杂性不同,但一般来说,包括三个主要元素:

• 硬件。嵌入式系统的硬件是基于微处理器和微控制器。微处理器非常类似于微控制器,通常指一个CPU(中央处理器)与其他基本计算集成组件,比如内存芯片和数字信号处理器(需求方)。微控制器有这些组件构建成一个芯片。
• 软件和固件。嵌入式系统软件的复杂性各不相同。然而,工业级微控制器和嵌入式物联网系统通常非常简单的运行软件,仅需要很少的内存。
• 实时操作系统。这些并不总是包括在嵌入式系统,特别是小规模的系统。rtos定义系统如何通过管理软件和设置在程序执行规则。

在硬件方面,基本的嵌入式系统将包括以下元素:

• 传感器物理意义上的数据转换成一个电信号。
• 模拟-数字转换器(模拟)改变一个模拟电信号变成一个数字。
• 处理器处理数字信号并将它们存储在内存中。
• 数模转换数字-模拟转换器改变数字数据处理器模拟数据。
• 致动器比较实际输出到内存存储输出和选择正确的一个。

传感器读取外部输入,输入可读的转换器使处理器,处理器和嵌入式系统的信息转化为有用的输出。

类型的嵌入式系统

有一些基本的嵌入式系统类型,有不同的功能需求。它们是:

• 移动嵌入式系统设计为便携式小型系统。数码相机是一个这样的例子。
• 网络化的嵌入式系统连接到一个网络提供输出到其他系统。例子包括家庭安全系统和销售点(POS)系统。
• 独立的嵌入式系统不依赖主机系统。像任何嵌入式系统,他们执行特殊的任务。然而,他们并不一定属于一个主机系统,与其他嵌入式系统。一个计算器或MP3播放器是一个这样的例子。
• 实时嵌入式系统在定义的时间间隔给所需的输出。它们通常用于医疗、工业和军事部门,因为他们是负责的任务。交通控制系统是一个这样的例子。

嵌入式系统也可以被分类的性能要求:

• 小型嵌入式系统经常使用不超过一个8位单片机。
• 中等规模的嵌入式系统使用一个更大的单片机微控制器(至少需要补充16至32位)和经常联系在一起。
• 高级的嵌入式系统经常使用一些算法,导致软件和硬件的复杂性,可能需要更多复杂的软件,一个可配置的处理器和/或一个可编程序逻辑阵列。

有几种常见的嵌入式系统软件架构,它成为必要的嵌入式系统规模成长和变得更复杂。这些包括:

• 简单的控制回路调用子程序,它管理一个特定硬件或嵌入式编程的一部分。
• 中断控制系统有两个循环:一个主要和次要。在循环中断触发任务。
• 合作多任务本质上是一个简单的控制回路坐落在一个应用程序编程接口(API)。
• 抢先式多任务和多线程通常是使用一个操作系统和功能同步和任务切换策略。

非常大规模集成,或超大规模集成是一个术语,描述了集成电路的复杂性(集成电路)。超大规模集成的过程是将成千上万的晶体管嵌入到芯片,而大规模集成电路(大规模集成)芯片包含成千上万的晶体管,MSI(中等规模的集成)包含数百个晶体管,以及SSI(小规模集成)包含数以千万计的晶体管。ULSI或ultra-large-scale集成,是指将数以百万计的晶体管芯片上。

超大规模集成电路是常见的嵌入式系统的特点。嵌入式系统的许多ICs是VLSI, VLSI缩略词的使用在很大程度上已经失宠。

调试嵌入式系统

一个领域的嵌入式系统和其他大规模的计算机的操作系统和开发环境的面积调试。通常,开发人员与桌面计算机环境系统,可以运行代码开发和独立的调试器应用程序可以监视嵌入式系统程序员一般不能,然而。

一些编程语言在微控制器上运行有足够的效率,基本的交互式调试可直接在芯片上。此外,CPU处理器通常有调试器,可以控制的,因此,控制程序执行,通过JTAG调试端口或类似。

然而,在许多情况下,程序员需要附上一个单独的工具调试系统到目标系统通过串行或其他端口。在这种情况下,程序员可以看到屏幕上的源代码的一台通用计算机,就像将在调试一个桌面电脑上的软件。一个独立的,常用的方法是在个人电脑上运行的软件,在软件模拟物理芯片。这就是使调试软件的性能,就好像它是运行在一个实际的物理芯片。

一般来说,嵌入式系统得到了更多的关注设备的测试和调试,因为大量使用嵌入式控制是为使用设计的,尤其是在安全性和可靠性的情况下优先考虑。

嵌入式系统的历史

嵌入式系统可以追溯到1960年代。1961年查尔斯·斯塔克德雷伯开发了一个集成电路的尺寸和重量减少阿波罗导航计算机,数字系统安装在阿波罗命令模块和登月舱。第一个计算机使用集成电路,它帮助宇航员收集实时飞行数据。

1965年,自动学,现在波音公司的一部分,开发了D-17B,电脑在独立战争时期的民兵导弹制导系统中使用。它被广泛认为是第一个大量生产的嵌入式系统。当民兵二世在1966年投入生产,D-17B取代了NS-17导弹制导系统,以其大容量使用集成电路。1968年,第一个嵌入式系统的车辆被释放;1600年大众使用一个微处理器来控制电子燃油喷射系统。

到1960年代晚期和1970年代早期,集成电路和使用下降的价格飙升。第一个单片机是由1971年德州仪器。TMS1000系列,于1974年成为商用,包含4比特处理器,只读存储器(ROM)和随机存取存储器(内存),它在大宗订单成本约2美元。

同时,在1971年,英特尔发布什么是公认第一个商用处理器,4004。4比特微处理器是用于计算器和小型电子产品设计的,但它需要永恒的记忆和芯片的支持。公布的8位英特尔8008年,1972年,16 KB的内存;英特尔8080年1974年64 KB的内存。8080年的继任者,x86系列,于1978年发布的,今天在很大程度上仍然在使用。

1987年,第一个嵌入式操作系统,实时VxWorks,风河系统公司发布的,其次是在1996年微软的Windows CE嵌入。到1990年代末,第一个嵌入式Linux产品开始出现。今天,Linux是用于几乎所有的嵌入式设备。

嵌入式系统的发展趋势

虽然一些嵌入式系统可以相对简单,他们正变得越来越复杂,越来越多的人现在可以取代人工决策或提供功能超出了人类可以提供。例如,一些航空系统,包括那些用于无人驾驶飞机,能够整合传感器数据和信息的速度比人类可能的行动,允许新的类型的操作特性。

嵌入式系统预计将继续快速增长,在很大程度上由互联网的东西。扩大物联网应用,如这套无人机,智能家居、智能建筑、视频监控、3 d打印机嵌入式系统和智能交通、预计燃料增长。