嵌入式操作系统的特点有哪些 嵌入式实时系统的基本特征

那么嵌入式计算机的系统定义,是用于控制、监视或者辅助设备机器和车间运行的装置。嵌入式计算机则以嵌入式系统的形式,隐藏在各种装置产品和系统中。

我们普遍认同的嵌入式系统,其英文为Embedded Systems。它是以应用为中心,以计算机技术为基础,软件硬件可裁剪,适合应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。

它是一个技术密集、资金密集、高度分散而又不断创新的知识集成系统,它将先进的计算机技术、半导体技术、电子技术和各行各业的具体应用结合起来。

一、嵌入式系统的特点

1.嵌入式系统与应用密切相关

它面向用户,面向产品,面向应用。其处理器的功耗、体积、成本、可靠性、速度、处理能力、电磁兼容性等方面,均受到应用要求的制约。

2.嵌入式系统存储资源有限

本着够用就行的原则,嵌入式系统的存储资源是十分宝贵的。因为它还有实时性的要求,所以程序的编写质量和编译工具的质量要更高,以减少程序二进制代码长度,提高执行速度。

3.嵌入式系统具有实时约束特点

由于嵌入式系统很多都是实时系统。在多任务嵌入式系统中,对重要性各不相同的任务进行统筹兼顾的合理调度,是保证每个任务及时执行的关键,单纯通过提高处理器速度,是无法完成和没有效率的,这种任务调度只能由优化编写的系统软件来完成,因此,系统软件的高实时性就成了基本的要求。

4.它需要交叉开发环境和调试工具

嵌入式系统本身不具备自己开发能力,即使设计完成以后,用户通常也不能对其中的程序功能进行修改,必须用一套开发工具和环境才能进行开发,这些工具和环境一般是基于通用计算机上的软硬件设备,以及各种逻辑分析仪、混合信号示波器等。

二、嵌入式系统的应用

嵌入式系统的应用可以分为三大类:民用、工业用和特殊用途。它的应用非常广泛,涉及通信、网络、消费电子产品、信息家电,医疗仪器、汽车电子、工业控制、仪器仪表、航天、国防等各个行业和领域。

其中,通信领域大量应用嵌入式系统,主要包括程控交换机、路由器、IP交换机、传输设备等。

在消费电子领域,正在向着数字化和网络化的方向发展,高清晰度数字电视将逐渐取代传统的模拟电视,地面波Dtmb技术也需要嵌入式系统的支持。

在物联网时代,各种家用电器和手机将实现互联。同时,物联网还将医疗仪器、汽车电子、工业控制、仪器仪表等领域结合在一起,他们对智能控制需求的不断增长,设备智能化、数字化为嵌入式系统提供了巨大的市场。

时至今日,嵌入式系统已经无处不在、无孔不入,与我们的生活息息相关。

三、嵌入式系统的构成

首先,嵌入式系统包括硬件和软件两个部分。它的软件和硬件都非常精简,是量身定制的专用计算机及应用系统。

(一)嵌入式系统的硬件

嵌入式系统的硬件架构,是以嵌入式处理器为中心,配置存储器、IO设备、通信模块、电源等必要的辅助接口,更重要的是,它还是嵌入式系统软件运行的物理平台。

作为嵌入式系统硬件的核心,嵌入式微处理器主要分为以下四类:

1.嵌入式微处理器,Embedded Microprocessors Unit,即EMPU;由嵌入式微处理器及其存储器、总线、外设等安装在同一块电路板上,可称为单板计算机。比较有代表性的是ARM和X86。

2.嵌入式微控制器,英文Micro Controller Unit ,即MCU;嵌入式微控制器又称为单片机,它能将整个计算机系统集成到一块芯片之中。

3.嵌入式DSP处理器,英文Embedded Digital Signal Processor即EDSP,即嵌入式数字信号处理器;例如语音合成和编码解码器、数字滤波、FFT、频谱分析等各种仪器上,DSP都获得了大规模的应用。

4.嵌入式片上系统,英文System on Chip,即SoC。它是一种基于知识产权(IP)核嵌入式系统设计技术。它结合了许多功能区块,将功能做在一个芯片上,利用多种微处理器核心,加上通信的接口单元,形成独立的处理芯片:比如通用串行端口USB、 TCP/IP通信单元、蓝牙模块接口、GPRS通信接口、3G通信接口等。在5G时代,半导体工厂可以通过设计图制作出手机专用5G芯片。

(二)嵌入式系统软件

嵌入式系统软件可以分为两大类:含操作系统的、不含操作系统的。它是整个嵌入式系统的控制核心,控制整个系统运行,提供人机交互信息等。

其中,功能简单的嵌入式系统,可以仅有应用程序和设备驱动程序。而设计较为复杂的程序时,可能需要一个操作系统OS,来管理、控制内存、多任务、周边资源等。值得一提的是,为了减少应用程序员的工作量,可以依据嵌入式系统所提供的程序界面来编写应用程序。

对于使用操作系统的嵌入式系统来说,其系统软件结构一般,包括四个层面:设备驱动层、实时操作系统RTOS、应用程序接口API层、实际应用程序层。和硬件电路的可裁剪性一样,软件部分也是可裁剪的。

为了满足嵌入式系统的需要,其操作系统必须包括一些最基本的功能,比如,中断处理和进程调度,用户可以通过API来使用操作系统。

基于操作系统的实时性,嵌入式系统的正确性,不仅依赖于计算的逻辑,结果也依赖于结果产生的时间。

四、嵌入式系统的其它特点

节能,可以通过电池供电,持续长达一年之久。体积小,功能单一。嵌入式系统与通用系统相比,技术路线完全不同。下图为血压监测的应用:

小结

嵌入式系统开发的基础知识:包括嵌入式系统的概念、特点、应用和组成,涉及了嵌入式系统开发基本知识和概念,能够系统的建立起嵌入式系统开发的整体框架和知识体系。

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