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初识嵌入式

白月光 1年前   阅读数 94 0

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嵌入式技术是以应用为中心,以计算机技术为基础,并且软硬件可裁剪,适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统技术。嵌入式系统是一种包括硬件和软件的完整的计算机系统,它的定义是:“嵌入式系统是以应用为中心,以计算机技术为基础,并且软硬件可剪裁,适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积和功耗有严格要求的专用计算机系统。”
简单来说,嵌入式就是在已有的硬件上一直操作系统;在操作系统之上做上层应用开发;在操作系统之下做底层开发。

嵌入式系统所用的计算机是嵌入到被控对象中的专用微处理器,但是功能比通用计算机专门化,具有通用计算机所不能具备的针对某个方面特别设计的、合适的运算速度、高可靠性和较低比较成本的专用计算机系统。举个简单的例子,你智能手机其实就是一个嵌入式系统,它配置了一些硬件如存储,CPU、电池,但考虑到功耗,为智能手机特别定制了一个系统。试想一下,若智能手机还用台式电脑的CPU,那终成型产品得有几十斤,那样的手机还有人买吗?因此嵌入式系统就是针对产品需求而定制的系统。事实上,所有带有数字接口的设备,如单反相机、汽车等,都使用了嵌入式系统。

与非嵌入式软件相比,嵌入式软件是结合操作系统之上做的开发,而非嵌入式系统是裸机开发。嵌入式开发与传统开发的区别在于是否基于操作系统开发;而传统开发的缺点是其软件移植性差且对开发人员能力要求高。反观嵌入式开发,它的优点是软件移植性好且适配能力强。但是,嵌入式开发对硬件要求较高。
再来谈一谈嵌入式开发方向及要求。
(1)嵌入式上层软件开发
精通一门程序语言;熟悉一款操作系统;数据结构/算法。
(2)嵌入式底层应用开发
精通C语言(C语言特点:能够直接访问硬件、移植性好、运行效率高,C语言具有指针类型,可直接访问硬件);理解操作系统的实行(会使用、添加/修改);熟悉硬件的工作原理;熟悉汇编;(所有操作系统的内核都由C语言和汇编开发。在硬件初始化时使用汇编,进行复杂操作时使用C语言)
(3)嵌入式工程师(内核开发)。

最后,介绍一下CPU体系结构种类、特点及应用场景
(1)ARM
ARM(Advanced RISC Machines)是一个32位元精简指令集(RISC)处理器架构,ARM处理器广泛地使用在许多嵌入式系统设计。
特点:
体积小、低功耗、低成本、高性能;支持Thumb(16位)/ARM(32位)双指令集,能很好的兼容8位/16位器件;大量使用寄存器,指令执行速度更快;大多数数据操作都在寄存器中完成;寻址方式灵活简单,执行效率高;指令长度固定。
应用领域:
工业领域:作为32的RISC构架,基于ARM核的微控制器芯片不但占据了高端控制器市场的大部分市场份额,同时也逐渐向地段微控制器应用领域发展,ARM微控制器的低功耗、高性价比,向传统的8位/16位控制器提出了挑战。
网络应用:随着宽带技术的推广,采用ARM技术的ADSL芯片正逐步获得竞争优势。此外,ARM在语音及视频处理上进行了优化,并且获得广泛支持,也对DSP的应用领域提出了挑战。
消费类电子产品:ARM技术在目前流行的数字音频播放器、数字机顶盒和游戏中得到广泛采用。
成像和安全产品:现在流行的数码相机和打印机中绝大部分采用ARM技术。手机中的32位SIM智能卡也采用了ARM技术。
(2)X86/Atom
x86或80x86是英代尔Intel首先开发制造的一种微处理器体系结构的泛称。
x86架构是重要地可变指令长度的CISC(复杂指令集电脑,Complex Instruction Set Computer)。
Intel Atom(中文:凌动,开发代:Silverthorne)是Intel的一个超低电压处理器系列。处理器采用45纳米工艺制造,集成4700万个晶体管。L2缓存为512KB,支持SSE3指令集,和VT虚拟化技术(部份型号)。
特点:速度快,耗能小。
*应用领域:低端电脑
*(3)MIPS
MIPS是世界上很流行的一种RISC处理器。MIPS的意思是“无内部互锁流水级的微处理器”(Microprocessor without interlockedpipedstages),其机制是尽量利用软件办法避免流水线中的数据相关问题。它最早是在80年代初期由斯坦福(Stanford)大学Hennessy教授领导的研究小组研制出来的。
特点:具有设计更简单、设计周期更短等优点,并可以应用更多先进的技术,开发更快的下一代处理器。
应用领域:游戏机、路由器、激光打印机和掌上电脑等。
(4)PowerPC
PowerPC是一种精简指令集(RISC)架构的中央处理器(CPU),其基本的设计源自IBM(国际商用机器公司)的IBMPowerPC601 微处理器POWER(PerformanceOptimized With Enhanced RISC;《IBM Connect电子报》2007年8月号译为“增强RISC性能优化”)架构。  
特点:可伸缩性好、方便灵活。
应用领域:应用范围广阔,从诸如 Power4 那样的高端服务器 CPU 到嵌入式 CPU 市场(任天堂 Gamecube 使用了 PowerPC)。

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