姓名：童琪凱? ? 學(xué)號(hào)：19020100176? ? 學(xué)院:電子工程學(xué)院

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【嵌牛導(dǎo)讀】嵌入式的定義與特點(diǎn)

【嵌牛鼻子】嵌入式系統(tǒng)的定義

【嵌牛提問(wèn)】嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)總結(jié)?

【嵌牛正文】

嵌入式系統(tǒng)的定義：

1、嵌入式系統(tǒng)：是一種"完全嵌入受控器件內(nèi)部，為特定應(yīng)用而設(shè)計(jì)的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)"，根據(jù)英國(guó)電氣工程師協(xié)會(huì)的定義，嵌入式系統(tǒng)為控制、監(jiān)視或輔助設(shè)備、機(jī)器或用于工廠運(yùn)作的設(shè)備。與個(gè)人計(jì)算機(jī)這樣的通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)不同，嵌入式系統(tǒng)通常執(zhí)行的是帶有特定要求的預(yù)先定義的任務(wù)。由于嵌入式系統(tǒng)只針對(duì)一項(xiàng)特殊的任務(wù)，設(shè)計(jì)人員能夠?qū)λM(jìn)行優(yōu)化，減小尺寸降低成本。嵌入式系統(tǒng)通常進(jìn)行大量生產(chǎn)，所以單個(gè)的成本節(jié)約，能夠隨著產(chǎn)量進(jìn)行成百上千的放大。

2、 可以這么理解嵌入式系統(tǒng)的定義： 嵌入式系統(tǒng)是用來(lái)控制或者監(jiān)視機(jī)器、裝置、工廠等大規(guī)模設(shè)備的系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)普遍認(rèn)同的嵌入式系統(tǒng)定義為:以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

3、（1）嵌入式系統(tǒng)是面向用戶、面向產(chǎn)品、面向應(yīng)用的，它必須與具體應(yīng)用相結(jié)合才會(huì)具有生命力、才更具有優(yōu)勢(shì)。因此可以這樣理解上述三個(gè)面向的含義，即嵌入式系統(tǒng)是與應(yīng)用緊密結(jié)合的，它具有很強(qiáng)的專用性，必須結(jié)合實(shí)際系統(tǒng)需求進(jìn)行合理的裁減利用。

（2）嵌入式系統(tǒng)是將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和電子技術(shù)和各個(gè)行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合后的產(chǎn)物，這一點(diǎn)就決定了它必然是一個(gè)技術(shù)密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識(shí)集成系統(tǒng)。所以，介入嵌入式系統(tǒng)行業(yè)，必須有一個(gè)正確的定位。例如Palm之所以在PDA領(lǐng)域占有70%以上的市場(chǎng)，就是因?yàn)槠淞⒆阌趥€(gè)人電子消費(fèi)品，著重發(fā)展圖形界面和多任務(wù)管理；而風(fēng)河的Vxworks之所以在火星車上得以應(yīng)用，則是因?yàn)槠涓邔?shí)時(shí)性和高可靠性。

（3）嵌入式系統(tǒng)必須根據(jù)應(yīng)用需求對(duì)軟硬件進(jìn)行裁剪，滿足應(yīng)用系統(tǒng)的功能、可靠性、成本、體積等要求。所以，如果能建立相對(duì)通用的軟硬件基礎(chǔ)，然后在其上開(kāi)發(fā)出適應(yīng)各種需要的系統(tǒng)，是一個(gè)比較好的發(fā)展模式。目前的嵌入式系統(tǒng)的核心往往是一個(gè)只有幾K到幾十K微內(nèi)核，需要根據(jù)實(shí)際的使用進(jìn)行功能擴(kuò)展或者裁減，但是由于微內(nèi)核的存在，使得這種擴(kuò)展能夠非常順利的進(jìn)行。

實(shí)際上，嵌入式系統(tǒng)本身是一個(gè)外延極廣的名詞，凡是與產(chǎn)品結(jié)合在一起的具有嵌入式特點(diǎn)的控制系統(tǒng)都可以叫嵌入式系統(tǒng)，而且有時(shí)很難以給它下一個(gè)準(zhǔn)確的定義。現(xiàn)在人們講嵌入式系統(tǒng)時(shí)，某種程度上指近些年比較熱的具有操作系統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)，本文在進(jìn)行分析和展望時(shí)，也沿用這一觀點(diǎn)。

要點(diǎn)概括:

以應(yīng)用為中心：強(qiáng)調(diào)嵌入式系統(tǒng)的目標(biāo)是滿足用戶的特定需求。就絕大多數(shù)完整的嵌入式系統(tǒng)而言，用戶打開(kāi)電源即可直接享用其功能，無(wú)需二次開(kāi)發(fā)或僅需少量配置操作。?

專用性：嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)合大多對(duì)可靠性、實(shí)用性有較高要求，這就決定了服務(wù)于特定應(yīng)用的專用系統(tǒng)是嵌入式系統(tǒng)的主流模式，它并不強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的通用性和可擴(kuò)展。這種專用性通常也導(dǎo)致嵌入式系統(tǒng)是一個(gè)軟硬件緊密集成的最終系統(tǒng)，因?yàn)檫@樣才能更有效地提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性并降低成本，并使之具有更好的用戶體驗(yàn)。?[2]

以現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心：嵌入式系統(tǒng)的最基本支撐技術(shù)，大致上包括集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)技術(shù)、傳感與檢測(cè)技術(shù)、嵌入式操作系統(tǒng)和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)技術(shù)、資源受限系統(tǒng)的高可靠軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)、系統(tǒng)形式化規(guī)范與驗(yàn)證技術(shù)、通信技術(shù)、低功耗技術(shù)、特定應(yīng)用領(lǐng)域的數(shù)據(jù)分析、信號(hào)處理和控制優(yōu)化技術(shù)等，它們圍繞計(jì)算機(jī)基本原理，集成進(jìn)特定的專用設(shè)備就形成了一個(gè)嵌入式系統(tǒng)。?

軟硬件可裁剪：嵌入式系統(tǒng)針對(duì)的應(yīng)用場(chǎng)景如此之多，并帶來(lái)差異性極大的設(shè)計(jì)指標(biāo)要求(功能性能、可靠性、成本、功耗)，以至于現(xiàn)實(shí)上很難有一套方案滿足所有的系統(tǒng)要求，因此根據(jù)需求的不同，靈活裁剪軟硬件、組建符合要求的最終系統(tǒng)是嵌入式技術(shù)發(fā)展的必然技術(shù)路線。

嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)：

嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件必須根據(jù)具體的應(yīng)用任務(wù)，以功耗、成本、體積、可靠性、處理能力等為指標(biāo)來(lái)進(jìn)行選擇。嵌入式系統(tǒng)的核心是系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件，由于存儲(chǔ)空間有限，因而要求軟件代碼緊湊、可靠，且對(duì)實(shí)時(shí)性有嚴(yán)格要求。

從構(gòu)成上看，嵌入式系統(tǒng)是集軟硬件于一體的、可獨(dú)立工作的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；從外觀上看，嵌入式系統(tǒng)像是一個(gè)“可編程”的電子“器件”；從功能上看，它是對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)(宿主對(duì)象)進(jìn)行控制，使其智能化的控制器。從用戶和開(kāi)發(fā)人員的不同角度來(lái)看，與普通計(jì)算機(jī)相比較，嵌入式系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)。

(1)專用性強(qiáng)。由于嵌入式系統(tǒng)通常是面向某個(gè)特定應(yīng)用的，所以嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件，尤其是軟件，都是為特定用戶群設(shè)計(jì)的，通常具有某種專用性的特點(diǎn)。

(2)體積小型化。嵌入式計(jì)算機(jī)把通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中許多由板卡完成的任務(wù)集成在芯片內(nèi)部，從而有利于實(shí)現(xiàn)小型化，方便將嵌入式系統(tǒng)嵌入目標(biāo)系統(tǒng)中。?

(3)實(shí)時(shí)性好。嵌入式系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)過(guò)程控制、數(shù)據(jù)采集、傳輸通信等場(chǎng)合，主要用來(lái)對(duì)宿主對(duì)象進(jìn)行控制，所以對(duì)嵌入式系統(tǒng)有或多或少的實(shí)時(shí)性要求。例如，對(duì)武器中的嵌入式系統(tǒng)，某些工業(yè)控制裝置中的控制系統(tǒng)等的實(shí)時(shí)性要求就極高。有些系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性要求也并不是很高，例如，近年來(lái)發(fā)展速度比較快的掌上電腦等。但總體來(lái)說(shuō)，實(shí)時(shí)性是對(duì)嵌入式系統(tǒng)的普遍要求，是設(shè)計(jì)者和用戶應(yīng)重點(diǎn)考慮的一個(gè)重要指標(biāo)。

(4)可裁剪性好。從嵌入式系統(tǒng)專用性的特點(diǎn)來(lái)看，嵌入式系統(tǒng)的供應(yīng)者理應(yīng)提供各式各樣的硬件和軟件以備選用，力爭(zhēng)在同樣的硅片面積上實(shí)現(xiàn)更高的性能，這樣才能在具體應(yīng)用中更具競(jìng)爭(zhēng)力。?

(5)可靠性高。由于有些嵌入式系統(tǒng)所承擔(dān)的計(jì)算任務(wù)涉及被控產(chǎn)品的關(guān)鍵質(zhì)量、人身設(shè)備安全，甚至國(guó)家機(jī)密等重大事務(wù)，且有些嵌入式系統(tǒng)的宿主對(duì)象工作在無(wú)人值守的場(chǎng)合，如在危險(xiǎn)性高的工業(yè)環(huán)境和惡劣的野外環(huán)境中的監(jiān)控裝置。所以，與普通系統(tǒng)相比較，嵌入式系統(tǒng)對(duì)可靠性的要求極高。?

(6)功耗低。有許多嵌入式系統(tǒng)的宿主對(duì)象是一些小型應(yīng)用系統(tǒng)，如移動(dòng)電話、MP3、數(shù)碼相機(jī)等，這些設(shè)備不可能配置交流電源或容量較大的電源，因此低功耗一直是嵌入式系統(tǒng)追求的目標(biāo)。?

(7)嵌入式系統(tǒng)本身不具備自我開(kāi)發(fā)能力，必須借助通過(guò)計(jì)算機(jī)平臺(tái)來(lái)開(kāi)發(fā)。嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成以后，普通用戶通常沒(méi)有辦法對(duì)其中的程序或硬件結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改，必須有一套開(kāi)發(fā)工具和環(huán)境才能進(jìn)行。?[3]

(8)嵌入式系統(tǒng)通常采用“軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)”的方法實(shí)現(xiàn)。早期的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法經(jīng)常采用的是“硬件優(yōu)先”原則，即在只粗略估計(jì)軟件任務(wù)需求的情況下，首先進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，然后在此硬件平臺(tái)之上進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)。如果采用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，則一旦在測(cè)試中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，需要對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行修改時(shí)，整個(gè)設(shè)計(jì)流程將重新進(jìn)行，對(duì)成本和設(shè)計(jì)周期的影響很大。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在很大程度上依賴于設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)。20世紀(jì)90年代以來(lái)，隨著電子和芯片等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)出現(xiàn)了軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)方法，即使用統(tǒng)一的方法和工具對(duì)軟件和硬件進(jìn)行描述、綜合和驗(yàn)證。在系統(tǒng)目標(biāo)要求的指導(dǎo)下，通過(guò)綜合分析系統(tǒng)軟硬件功能及現(xiàn)有資源，協(xié)同設(shè)計(jì)軟硬件體系結(jié)構(gòu)，以最大限度地挖掘系統(tǒng)軟硬件能力，避免由于獨(dú)立設(shè)計(jì)軟硬件體系結(jié)構(gòu)而帶來(lái)的種種弊病，得到高性能、低代價(jià)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。