嵌入式系统根据IEEE (电气和电子工程师协会)的定义，嵌入式系统是“控制、监视或者辅助装置、 机器和设备运行的装置(devices used to con trol, moni tor, or assist the operation of equipmen t, machineryor plan ts)。从中可以看出嵌入式系统是软件和硬件的综合体, 还可以涵盖机械等附属装置。目前国内一个普遍被认同的定义是：以应用为中心、以计算机 技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求 的专用计算机系统。目录简介嵌入式开发板简介特点系统组成应用领域现状和发展趋势学习方法嵌入式系统的调试简介嵌入式系统一般由以下几部分组成：嵌入式微处理器外围硬件设备嵌入式操作系统特定的应用程序历史虽然嵌入式系统是近几年才风靡起来的，但是这个概念并非新近才出现。从20世纪七 十年代单片机的出现到今天各式各样的嵌入式微处理器,微控制器的大规模应用，嵌入式系 统已经有了近30年的发展历史。作为一个系统，往往是在硬件和软件交替发展的双螺旋的支撑下逐渐趋于稳定和成熟， 嵌入式系统也不例外。嵌入式系统的出现最初是基于单片机的。70年代单片机的出现，使得汽车、家电、工 业机器、通信装置以及成千上万种产品可以通过内嵌电子装置来获得更佳的使用性能：更容 易使用、更快、更便宜。这些装置已经初步具备了嵌入式的应用特点，但是这时的应用只是 使用8位的芯片，执行一些单线程的程序，还谈不上“系统”的概念。提示：最早的单片机是In tel公司的8048，它出现在1976年。Motorola同时推出了 68HC05, Zilog公司推出了 Z80系列，这些早期的单片机均含有256字节的RAM、4K的 ROM、4个8位并口、1个全双工串行口、两个16位定 时 器。之后在80年代初，Intel 又进一步完善了 8048,在它的基础上研制成功了 8051,这在单片机的历史上是值得纪念的 一页，迄今为止，51系列的单片机仍然是最为成功的单片机芯片，在各种产品中有着非常 广泛的应用。从80年代早期开始，嵌入式系统的稈序员开始用商业级的“操作系统”编写嵌入式应用 软件，这使得可以获取更短的开发周期，更低的开发资金和更高的开发效率，“嵌入式系统” 真正出现了。确切点说，这个时候的操作系统是一个实时核，这个实时核包含了许多传统操 作系统的特征，包括任务管理、任务间通讯、同步与相互排斥、中断支持、内存管理等功能。其中比较著名的有 Ready System 公司的 VRTX、I ntegrated System In corporation (ISI) 的PSOS和IMG的VxWorks、QNX公司的QNX等。这些嵌入式操作系统都具有嵌入式 的典型特点：它们均采用占先式的调度，响应的时间很短，任务执行的时间可以确定；系统 内核很小，具有可裁剪，可扩充和可移植性，可以移植到各种处理器上；较强的实时和可靠 性，适合嵌入式应用。这些嵌入式实时多任务操作系统的出现,使得应用开发人员得以从小 范围的开发解放出来，同时也促使嵌入式有了更为广阔的应用空间。90年代以后，随着对实时性要求的提高，软件规模不断上升，实时核逐渐发展为实时 多任务操作系统(RTOS)，并作为一种软件平台逐步成为目前国际嵌入式系统的主流。这 时候更多的公司看到了嵌入式系统的广阔发展前景，开始大力发展自己的嵌入式操作系统。 除了上面的几家老牌公司以外，还出现了 Palm OS，WinCE,嵌入式Linux, Lynx, Nucleux， 以及国内的Hopen. Delta Os等嵌入式操作系统。随着嵌入式技术的发展前景日益广阔， 相信会有更多的嵌入式操作系统软件出现。定义定义可从几方面来理解嵌入式系统：嵌入式系统是面向用户、面向产品、面向应用的，它必须与具体应用相结合才会具有 生命力、才更具有优势。因此可以这样理解上述三个面向的含义，即嵌入式系统是与应用紧 密结合的，它具有很强的专用性，必须结合实际系统需求进行合理的裁减利用。嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术和各个行业的具体应用相 结合后的产物，这一点就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的 知识集成系统。所以，介入嵌入式系统行业，必须有一个正确的定位。例如Palm之所以在 PDA领域占有70%以上的市场，就是因为其立足于个人电子消费品，着重发展图形界面和 多任务管理；而风河的Vxworks之所以在火星车上得以应用，则是因为其高实时性和高可 靠性。嵌入式系统必须根据应用需求对软硬件进行裁剪，满足应用系统的功能、可靠性、成 本、体积等要求。所以，如果能建立相对通用的软硬件基础，然后在其上开发出适应各种需 要的系统，是一个比较好的发展模式。目前的嵌入式系统的核心往往是一个只有几K到几 十K微业，需要根据实际的使用进行功能扩展或者裁减，但是由于微内核的存在，使得 这种扩展能够非常顺利的进行。实际上，嵌入式系统本身是一个外延极广的名词，凡是与产品结合在一起的具有嵌入式 特点的控制系统都可以叫嵌入式系统，而且有时很难以给它下一个准确的定义。现在人们讲 嵌入式系统时，某种程度上指近些年比较热的具有操作系统的嵌入式系统，本文在进行分析 和展望时，也沿用这一观点。一般而言，嵌入式系统的构架可以分成四个部分：处理器、存储器、输入输岀(I/O) 和软件(由于多数嵌入式设备的应用软件和操作系统都是紧密结合的,在这里我们对其不加 区分，这也是嵌入式系统和Windows系统的最大区别)。关联概念嵌入式系统中有许多非常重要的概念：1、嵌入式处理器嵌入式系统的核心，是控制、辅助系统运行的硬件单元。范围极其广阔，从最初的4 位处理器，目前仍在大规模应用的8位单片机，到最新的受到广泛青睐的32位，64位嵌入 式 CPU。2、实时操作系统实时操作系统(RTOS-Real Time Operating System)：嵌入式系统目前最主要的组成部分。根据操作系统的工作特性，实时是指物理进程的真 实时间。实时操作系统具有实时性，能从硬件方面支持实时控制系统工作的操作系统。其中 实时性是第一要求，需要调度一切可利用的资源完成实时控制任务，其次才着眼于提高辻算 机系统的使用效率，重要特点是要满足对时间的限制和要求。3、分时操作系统对于分时操作系统，软件的执行在时间上的要求，并不严格，时间上的错误，一般不会 造成灾难性的后果。目前分时系统的强项在于多任务的管理,而实时操作系统的重要特点是 具有系统的可确定性，即系统能对运行情况的最好和最坏等的情况能做出精确的估计。4、多任务操作系统系统支持多任务管理和任务间的同步和通信，传统的单片机系统和DOS系统等对多任 务支持的功能很弱，而目前的Windows是典型的多任务操作系统。在嵌入式应用领域中， 多任务是一个普遍的要求。5、实时操作系统中的重要概念系统响应时间(System response time):系统发出处理要求到系统给出应答信号的时 间。任务换道时间(Context-switching time):任务之间切换而使用的时间。中断延迟(Interrupt latency)：计算机接收到中断信号到操作系统作出响应，并完成 换道转入中断服务程序的时间。6、实时操作系统的工作状态实时系统中的任务有四种状态:运行(Executing)，就绪(Ready)，挂起(Suspended)， 冬眠(Dorma nt)。运行：获得CPU控制权。就绪：进入任务等待队列，通过调度转为运行状态。挂起：任务发生阻塞，移出任务等待队列，等待系统实时事件的发生而唤醒，从而转为 就绪或运行。冬眠：任务完成或错误等原因被清除的任务，也可以认为是系统中不存在的任务。任何时刻系统中只能有一个任务在运行状态，各任务按级别通过时间片分别获得对 CPU的访问权。嵌入式开发板简介嵌入式开发板就是半导体行业分工合作的载体之一,它为开发产品的厂商提供基本的底 层硬件、系统和驱动等资源，使得用户不需要再投入人力和时间来完成这些底层的工作。功能与作用嵌入式开发板，从概念上来讲，与软件外包非常类似(软件外包是指软件外包提供商为 了集中精力从事核心竞争力业务,降低项目成本，同时提高项目实施的质量，将自己的软件项 目中的全部或部分工作发包给合适的软件企业去完成)。嵌入式开发板牵涉的软件工作分工像嵌入式产品的硬件、引导代码、驱动程序、文件系 统、协议层、基本应用软件这些方面，都是电子产品的公共和通用部分，并不是产品能够形 成差异化的关键技术，在这个讲求分工合作的时代，如果是这部分的工作量比较大，或者是 厂商没有相关的开发人员的时候，就能够选择由第三方完成这些软件开发的工作，加快产品 研发的进程，实现产品的迅速上市，抢占市场先机。那么，作为“发包方”的开发板用户，选择开发板的时候，实际上选择的不仅是一个硬件 板子、开发板提供的源代码等资源，而是选择一个合作伙伴，一个为用户提供软硬件服务的 合作伙伴。与软件外包这种合作方式类似，用户和供应商之间的合作更多是软件方面的合作， 需要用户和供应商之间根据产品的具体需求进行充分沟通，供应商要根据用户的需求不断地 调用人员进行配合。像我们在支持客户进行产品开发的过程中，遇到的比如更改文件系统、 串口测试、64M Flash换成128M Flash等问题，大多情况都是要通过软件方式来解决的， 这就形成了嵌入式行业供应商的售后支持和客户研发的高度互动性。也就是说，嵌入式开发板是用户软件外包的载体，相对于传统的软件外包业务，开发板 实际上能够为用户提供硬件实物和软件服务两方面的价值。目前，在嵌入式行业中，除了嵌入式开发板，外包的形式也趋向多样化，用户能够根据 自己的产品需要，向供应商提出定制要求，由供应商提供硬件设计和驱动移植等方面的服务； 有可能电子厂商会自己设计硬件，由嵌入式系统厂商帮助其完成系统的移植、驱动的完善工 作。从行业链上的作用来看，嵌入式系统厂商能够采用灵活的服务方式，利用自己的技术优 势帮助电子产品厂商缩短产品开发周期、节省设计资源方面的投资，促进电子产品厂商的快 速发展。1特点这些年来掀起了嵌入式系统应用热潮的原因主要有几个方面：一是芯片技术的发展，使 得单个芯片具有更强的处理能力，而且使集成多种接口已经成为可能，众多芯片生产厂商已 经将注意力集中在这方面。另一方面的原因就是应用的需要，由于对产品可靠性、成本、更 新换代要求的提高，使得嵌入式系统逐渐从纯硬件实现和使用通用计算机实现的应用中脱颖 而出，成为近年来令人关注的焦点。从上面的定义，我们可以看出嵌入式系统的几个重要特征：1. 系统内核小。由于嵌入式系统一般是应用于小型电子装置的，系统资源相对有限, 所以内核较之传统的操作系统要小得多。比如Enea公司的OSE分布式系统,内核只有5K, 而Windows的内核？简直没有可比性。2. 专用性强。嵌入式系统的个性化很强，其中的软件系统和硬件的结合非常紧密，一 般要针对硬件进行系统的移植，即使在同一品牌、同一系列的产品中也需要根据系统硬件的 变化和增减不断进行修改。同时针对不同的任务，往往需要对系统进行较大更改，程序的编 译下载要和系统相结合，这种修改和通用软件的“升级”是完全两个概念。3. 系统精简。嵌入式系统一般没有系统软件和应用软件的明显区分，不要求其功能设 计及实现上过于复杂，这样一方面利于控制系统成本，同时也利于实现系统安全。4. 高实时性的系统软件(OS)是嵌入式软件的基本要求。而且软件要求固态存储，以提 高速度；软件代码要求高质量和高可靠性。5. 嵌入式软件开发要想走向标准化，就必须使用多任务的操作系统