嵌入式系统详细介绍剖析.doc

桂林电子科技大学卓越工程师计划之 嵌入式linux开发就业班近几年嵌入式软件行业发展迅猛，嵌入式产品渗入各个行业，常见到的手机、PDA、机顶盒、高清电视(HDTV)、路由器、汽车电子、数码相机、医疗仪器、航天航空设备等等都是典型的嵌入式系统，“从长远来看，PC机和计算机工作站将衰落，因为计算机变得无处不在：在墙里、在手腕上、在手写电脑中(象手写纸一样)等等，随用随取、伸手可及”。如下图所示。 图1 嵌入式系统无处不在 业内人士认为，目前嵌入式行业至少存在30-50万的人才缺口仅市场嵌入式软件开发人员的需求就超过了5万人，而且还在持续增加这主要有两方面的原因：一是与高校的专业设置有关，我国高校的计算机教育普遍以应用软件为主，很少涉及嵌入式软件的课程，因此企业很难招聘到马上可以投入嵌入式软件开发的实战型人才；二是嵌入式领域门槛相对较高，知识要求比较全面，而且需要一定的嵌入式系统广义上包括了除通用计算机以外的所有计算机系统。从便携式音乐播放器到航天飞机的实时控制子系统都能见到嵌入式系统的应用。与通用计算机系统可以满足多种任务不同，嵌入式系统只能完成某些特定目的的任务。除此之外其他功能可能要求较低或没有要求，使系统的硬件得以简化，以降低成本。对于大批量生产的系统来说，降低成本通常是设计的首要考虑。嵌入式系统通常需要简化去除不需要的功能以降低成本，设计师通常选择刚刚满足所需功能的硬件使目标最低成本的实现。 嵌入式系统并非总是独立的设备。许多嵌入式系统是以一个部件存在于一个较大的设备，它为设备提供更多的功能，使设备能完成更广泛的任务。例如，吉布森吉他机器人采用了嵌入式系统来调弦，但总的来说吉布森吉他机器人设计的目的绝不是调弦而是演奏音乐。同样的，车载电脑作为汽车的一个子系统，为它提供了导航，控制，车况反馈等功能。 部分为嵌入式系统编写的程序被称为固件，他们存储在只读存储器或闪存芯片。他们运行在资源有限的计算机硬件：小内存，没有键盘，甚至没有屏幕。 嵌入式系统应用领域 从嵌入式系统的特点可以看出它的应用是很广泛的，不仅在家电领域，在其他领域也有很大的需求，如图2所示： 图2 嵌入式系统应用领域 1.1消费电子 消费电子里最常见的可能算是手机了，手机是一个典型的嵌入式系统，核心是一个嵌入式处理器，负责管理各种外部设备，包括LCD、键盘、电源、无线信号单元等。在嵌入式微处理器上运行有专门的软件，用户通过软件提供的界面进行操作。如图3所示： 图3 手机管理流程示意图 随着嵌入式技术的迅猛发展，智能手机模式已经取代传统手机的模式，成为手机发展的主流方向。智能手机具有独立的操作系统，可由用户自行安装软件、游戏等第三方服务商提供的程序，通过此类程序来不断对手机进行扩充，并可以通过移动通讯网络来实现无线网络接入。与传统的非智能手机相比，智能手机最大的特点是拥有独立的开发式操作系统，可随意安装和卸载软件，对手机功能进行扩充。 安卓（Android）操作系统是一种以Linux为基础的开发源代码操作系统，是众多智能手机操作系统中发展最快、用户最多的便携设备操作系统。从2008年第一版安卓系统公布至今，通过短短三年多的时间发展，安卓已占据全球智能手机操作系统市场的52.5%份额，在中国市场更是高达68.4%，远远超出了Symbian操作系统和苹果公司的iOS操作系统。同时，安卓操作系统还逐步向平板电脑及其他领域扩展。因此，基于安卓操作系统的软件开发，将是未来手机软件开发的主流。 1.2汽车电子 不管是公交车、私家车还是其他的各种专用车辆都有嵌入式系统的身影，如图4所示。 图4 汽车的嵌入式控制系统 嵌入式系统在现代汽车上是不可缺少的。通过各种传感器，嵌入式微处理器能得到汽车各零部件的工作状态，并且及时得做出判断。用户的操作通过嵌入式处理器转换后发送命令给相应的部件。 目前的大多数高档轿车每辆拥有约50个嵌入式微处理器。如BMW 7系列轿车，则平均安装有63个嵌入式微处理器。据预测，21世纪初美国接入Internet的汽车将有一亿辆。IC Insights报道2001年车载计算系统的市场规模是30亿美元，而2004年将达到46亿美元，届时这些系统将成为所有新型轿车的标准设备。 1.3公共电子设施 银行的ATM自动取款机是一种常见的公共电子设备。自动取款机也是一个嵌入式系统，其典型结构如图5所示。 ATM机负责控制点钞设备以及钱箱等，并且从键盘接收用户的输入，通过屏幕向用户输出信息。此外，还需要有网络通信功能，验证用户身份以及更新银行账户信息等。 图5 银行ATM机工作示意图 1.4工业国防领域 随着工业、医疗卫生等各部门对智能控制需求的不断增长，需要对设备进行智能化、数字化改造，为嵌入式系统提供了很大的市场。 此外在国防、航空航天领