嵌入式系统在计算机中的发展和应用
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摘要：随着科学技术的发展，人类已经进入基于Internet的后PC时代。传统的IT设备逐渐转变成嵌入式设备，小到智能卡、手机、水表，大到信息家电、汽车，甚至飞机、宇宙飞船，我们的生活已经被嵌入式系统所包围。本文就对嵌入式系统在计算机中的发展和应用做了一些介绍。
关键字：嵌入式系统计算机发展应用
中图分类号：G623.58 文献标识码： A
1 嵌入式系统简介
嵌入式系统的定义
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。它是软件和硬件的综合体，还可以涵盖机械等附属装置。
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。它也是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术和各行各业的具体应用相结合的产物。嵌入式系统分为处理器、存储器、输入输出和软件这四个部分。
嵌入式系统的框架
嵌入式系统作为一类特殊的计算机系统，包含三个部分：
（1）硬件环境：是整个嵌入式操作系统和应用程序运行的硬件平台，硬件平台包括嵌入式处理器和设备。嵌入式处理器是嵌入式系统的核心，是控制、辅助系统运行的硬件单元。
（2）嵌入式操作系统：完成嵌入式应用的任务调度和控制等核心功能。具有内核较精简、可配置、与高层应用紧密关联等特点。嵌入式操作系统具有相对不变性。
（3）嵌入式应用程序：运行于操作系统之上，利用操作系统提供的机制完成特定功能的嵌入式应用。不同的系统需要设计不同的嵌入式应用程序。
嵌入式系统的特点
系统内核小。
专用性强。
系统精简。
高实时性的系统软件（OS）是嵌入式软件的基本要求。
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。
嵌入式系统开发需要开发工具盒环境。
2 嵌入式系统在计算机中的应用
2.1 Windows中的应用
微软嵌入式产品MSEmbed，尤其是微软嵌入式系统，和普通OS并没有本质上的区别。从某种程度上说，微软嵌入式系统，就是根据环境的需求，将普通的OS进行定制和精简，从而形成符合应用环境需求的、特定的系统。
微软嵌入式系统，经过定制以及二次开发，能够最大程度的满足客户需求，同时在安全性、可靠性、可维护性以及整体性能方面，得到了良好体现。随着windows 7 OS进入嵌入式领域，其对于各种硬件的兼容性，以及在各个硬件平台上的可移植性，再一次得到极大完善。
1996 年11 月，Microsoft 了 Windows Embedded CE 1.0，从此正式进入了嵌入式产品市场。此后，Microsoft 逐渐扩展出全系列的嵌入式操作系统，使开发人员能够通过一系列产品来构建下一代的 32 位设备，这些产品为空间占用量大小不等的设备提供了工具集和开发平台。 微软Win CE 1.0之后的十年间，继续推出了2.0到6.0的Win CE产品。
2010年6月1日，微软了新的嵌入式Windows，并命名为Windows Embedded Compact 7，不再采用之前一贯沿用的名称Windows Embedded CE（简称Windows CE）。[10]新版的全国人民Winddows做出了一系列的改进，例如将所有系统元件都由EXE改为DLL，并移到 kernel space，并采用全新设计的虚拟内存架构、全新的设备驱动程序架构，支持更多的平台像x86、ARM、SH4、MIPS 等。
2.2 Linux系统中的应用
嵌入式Linux 是将日益流行的Linux操作系统进行裁剪修改，使之能在嵌入式计算机系统上运行的一种操作系统。嵌入式linux既继承了Internet上无限的开放源代码资源，又具有嵌入式操作系统的特性。嵌入式Linux的特点是版权费免费;购买费用媒介成本技术支持全世界的自由软件开发者提供支持网络特性免费，而且性能优异，软件移植容易，代码开放，有许多应用软件支持，应用产品开发周期短，新产品上市迅速，因为有许多公开的代码可以参考和移植，实时性能RT_Linux Hardhat Linux 等嵌入式Linux支持，实时性能稳定性好安全性好。
有巨大的市场前景和商业机会，出现了大量的专业公司和产品，如Montavista Lineo Emi等，有行业协会如Embedded Linux Consortum等，得到世界著名计算机公司和OEM板级厂商的支持，例如IBM、Motorola、Intel，目前Google的基于Linux开发的Android操作系统也已经广泛应用于嵌入式领域。传统的嵌入式系统厂商也采用了Linux策略，如Lynxworks Windriver QNX等，还有Internet上的大量嵌入式Linux爱好者的支持。嵌入式Linux支持几乎所有的嵌入式CPU和被移植到几乎所有的嵌入式OEM板。
嵌入式Linux领域非常广泛，主要的应用领域有信息家电、PDA 、机顶盒、Digital Telephone、Answering Machine、Screen Phone 、数据网络、Ethernet Switches、Router、Bridge、Hub、Remote access servers、ATM、Frame relay 、远程通信、医疗电子、交通运输计算机外设、工业控制、航空航天领域等。
3 嵌入式系统的发展前景
嵌入式微控制器的应用几乎无处不在：移动电话、家用电器、汽车……。其应用已深入到工业、农业、教育、国防、科研以及日常生活等各个领域，对各行各业的技术改造、产品更新换代、加速自动化化进程、提高生产率等方面起到了极其重要的推动作用。
3.1 功能越来越强大
由于市场对多功能产品需求的增加和IT技术的推动，嵌入式微控制器有相当广阔的应用空间和旺盛的生命力。各种微控制器根据自己在市场上的定位，也都有了很大发展，功能越来越强大。
3.1.1 微控制器SoC化
微控制器（MCU）可以集成越来越多的内置部件。常用的部件有存储器类、串行接口类、并行接口类、定时和时钟类、专用和接口类。甚至有的MCU，例如NS公司的MCU，把语音、图像部件集成到单片机中，目的就是在单个器件中集成所有所需要用到的部件，构成片上系统（SoC）。
3.1.2 多核结构处理器
随着嵌入式应用的深入，特别是在数字通信和网络中的应用，对处理器提出了更高的要求。多核结构的处理器出现适应了这种情况。
Infineon公司的TC10GP和增强型TC1130都是三核（TriCore）结构的微处理器，微控制器由三个核组成：微控制器和DSP核、数据和程序存储器核、专用集成电路（ASIC）。
3.1.3 功耗更低
现在新推出的微控制器的功耗越来越小，很多都有多种工作方式，包括等待、暂停、休眠、空闲、节电等工作方式。例如Philips的P87LPC762，空闲状态下的电流为1.5mA，而在节电方式下电流只有0.5mA。很多微控制器还允许在低振荡频率下以极低的功耗工作。
3.1.4 工作电压范围更宽
扩大电源电压范围以及在较低电压下仍能工作是现在微控制器的一个特点，一般可以在3.3～5.5V的范围内工作，有些产品可以在2.2～6V的范围内工作。Motorola针对长时间处在待机模式的装置所设计的超省电HCS08系列，把可工作最低电压降到了1.8V。
3.1.5 工艺更先进、封装更小
微控制器的封装水平已大大提高，它采用了各种帖片封装形式，满足了便携式手持设备的需要。Microchip公司推出体积很小的6引脚PIC10F2XX系列MCU。NS（美国国家半导体）公司的嵌入式微控制器已把语音、图像部件也集成到嵌入式微控制器中，如果从功能上讲，它可以称作是“万用机”。
3.2 可靠性不断提高
近年来，嵌入式微控制器的生产厂家在嵌入式微控制器设计上采用了各种提高可靠性的新技术，这些新技术表现在如下几点：
（1）EFT（Electrical Fast Transient）技术
EFT技术是一种抗干扰技术，它是指在振荡电路的正弦信号受到外界干扰时，其波形上会迭加各种毛刺信号，如果使用施密特电路对其整形，则毛刺会成为触发信号干扰正常的时钟，在交替使用施密特电路和RC滤波电路时，就可以消除这些毛刺，从而保证系统的时钟信号正常工作。这样，就提高了嵌入式微控制器工作的可靠性。
（2）低噪声布线技术及驱动技术
在传统的嵌入式微控制器中，电源及地线是在集成电路外壳的对称引脚上，一般是在左上、右下或右上、左下的两对对称点上。这样，就使电源噪声穿过整块芯片，对嵌入式微控制器的内部电路造成干扰。现在，很多嵌入式微控制器都把地线和电源引脚安排在两条相邻的引脚上。这样，不仅降低了穿过整个芯片的电流，另外还容易在印制电路板上布置去耦电容，从而降低系统的噪声。
（3）采用低频时钟
高频外时钟是噪声源之一，不仅能对嵌入式微控制器应用系统产生干扰，还会对外界电路产生干扰，令电磁兼容性不能满足要求。对于要求可靠性较高的系统，低频外时钟有利于降低系统的噪声。在一些嵌入式微控制器中采用内部锁相环技术，即使在外部时钟较低时，也能产生较高的内部总线速度，既保证了速度，又降低了噪声。
4 结束语
嵌入式系统凭借自己独有的特点和优势在各行各业使用广泛，所有带有数字接口的设备都使用了嵌入式系统，他遍布工业、农业、国防、生活等各个领域，为我们的工作和生活带来了很多的便捷和好处，希望嵌入式系统可以得到更好的发展，为我们的政治、经济都带去便利和优势。
参考文献：
[1]罗文浩 嵌入式系统的应用及发展探究 科技致富向导 2012年16期.
[2]周青云、王建勋 嵌入式系统的应用与发展 工业仪表与自动化装置 2008年3期.