什么是嵌入式計算機？

本文導(dǎo)航：什么是嵌入式計算機？  嵌入式系統(tǒng)分層  什么是嵌入式系統(tǒng)？  什么是嵌入式微處理器？ 什么是嵌入式操作系統(tǒng)？  嵌入式計算機設(shè)計分幾步？  嵌入式計算機的應(yīng)用領(lǐng)域  嵌入式計算機對未來的影響/發(fā)展趨勢

什么是嵌入式計算機？嵌入式計算機的類型有很多，比如：嵌入式顯示器、嵌入式平板電腦一體機、嵌入式工控機等等，可以將嵌入式計算機理解為加固計算機。通常嵌入式計算機都有一定的防護特性，比如防塵、抗震、抗電磁干擾等。魯成偉業(yè)是嵌入式計算機生產(chǎn)廠家，如有嵌入式計算機需求，歡迎咨詢。產(chǎn)品可按需定制。下面魯成偉業(yè)小篇就帶您了解一下什么是嵌入式計算機？嵌入式計算機到底是什么東西？

（嵌入式工控機）

什么是嵌入式計算機？

通俗的說，嵌入式技術(shù)就是"專用"計算機技術(shù)，這個專用，是指針對某個特定的應(yīng)用，如針對網(wǎng)絡(luò)、針對通信、針對音頻、針對視頻，針對工業(yè)控制等，從學(xué)術(shù)的角度，嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，并且軟硬件可裁剪，適用于應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)，它一般由嵌入式微處理器、外圍硬件設(shè)備、嵌入 式操作系統(tǒng)以及用戶的應(yīng)用程序等四個部分組成。

主要從三個方面上來理解嵌入式系統(tǒng)的概念：

1. 從硬件 嵌入式計算機 嵌入式計算機(17張) 上。將基于CPU的外圍器件，整合到CPU芯片內(nèi)部，比如早期基于X86體系結(jié)構(gòu)下的計算機，CPU只是有運算器和累加器的功能，一切芯片要靠外部橋路來擴展實現(xiàn)，象串口之類的都是靠外部的 16C550/2的串口控制器芯片實現(xiàn)，而目前的這種串口控制器芯片早已集成到CPU內(nèi)部，還有PC機有顯卡，而多數(shù)嵌入式處理器都帶有LCD控制器，但其種意義上就相當(dāng)于顯卡。比較高端的ARM類Intel Xscale架構(gòu)下的IXP網(wǎng)絡(luò)處理器CPU內(nèi)部集成PCI控制器（可配成支持4個PCI從設(shè)備或配成自身為CPI從設(shè)備）；還集成3個NPE網(wǎng)絡(luò)處理器引擎，其中兩個對應(yīng)于兩個MAC地址，可用于網(wǎng)關(guān)交換用，而另外一個NPE網(wǎng)絡(luò)處理器引擎支持DSL，只要外面再加個PHY芯片即可以實現(xiàn)DSL上網(wǎng)功能。IXP系列zui高主頻可以達到1.8G，支持2G內(nèi)存，1G×10或10G×1的以太網(wǎng)口或Febre channel的光通道。IXP系列應(yīng)該是目標(biāo)基于ARM體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)下由intel進行整合后成Xscale內(nèi)核的zui高的處理器了。
2. 從軟件上講，就是在定制操作系統(tǒng)內(nèi)核里將應(yīng)用一并選入，編譯后將內(nèi)核下載到ROM中。而在定制操作系統(tǒng)內(nèi)核時所選擇的應(yīng)用程序組件就是完成了軟件的“嵌入”，比如WinCE在內(nèi)核定制時，會有相應(yīng)選擇，其中就是Wordpad,PDF,MediaPlay等等選擇，如果我們選擇了，在CE啟動后，就可以在界面中找到這些東西，如果是以前PC上將的windows操作系統(tǒng)，多半的東西都需要我們得新再裝。
3. 把軟件內(nèi)核或應(yīng)用文件系統(tǒng)等東西燒到嵌入式系統(tǒng)硬件平臺中的ROM中就實現(xiàn)了一個真正的“嵌入”。

嵌入式系統(tǒng)分層

嵌入式系統(tǒng)分為4層，硬件層、驅(qū)動層、操作系統(tǒng)層和應(yīng)用層。

1. 硬件層，是整個嵌入式系統(tǒng)的根本，如果現(xiàn)在單片機及接口這塊很熟悉，并且能用C和匯編語言來編程的話，從嵌入式系統(tǒng)的硬件層走起來相對容易，硬件層也是驅(qū)動層的基礎(chǔ)，一個優(yōu)xiu的驅(qū)動工程師是要能夠看懂硬件的電路圖和自行完成CPLD的邏輯設(shè)計的，同時還要對操作系統(tǒng)內(nèi)核及其調(diào)度性相當(dāng)?shù)氖煜さ摹５布脚_是基礎(chǔ)，增值還要靠軟件。硬件層比較適合于，電子、通信、自動化、機電一體、信息工程類的人來搞，需要掌握的基礎(chǔ)知識有，單片機原理及接口技術(shù)、微機原理及接口技術(shù)、C語言。
2. 驅(qū)動層，這部分比較難，驅(qū)動工程師不僅要能看懂電路圖還要能對操作系統(tǒng)內(nèi)核十分的精通，以便其所寫的驅(qū)動程序在系統(tǒng)調(diào)用時，不會du占操作系統(tǒng)時間片，而導(dǎo)至其它任務(wù)不能動行，不懂操作系統(tǒng)內(nèi)核架構(gòu)和實時調(diào)度性，沒有良好的驅(qū)動編寫風(fēng)格，按大多數(shù)書上所說添加的驅(qū)動的方式，很多人都能做到，但可能連個初級的驅(qū)動工程師的水平都達不到，這樣所寫的驅(qū)動在應(yīng)用調(diào)用時就如同windows下我們打開一個程序運行后，再打開一個程序時，要不就是中斷以前的程序，要不就是等上一會才能運行后來打開的程序。想做個好的驅(qū)動人員沒有三、四年功底，操作系統(tǒng)內(nèi)核不研究上幾編，不是太容易成功的，但其工資在嵌入式系統(tǒng)四層中可是zui高的。 驅(qū)動層比較適合于電子、通信、自動化、機電一體、信息工程類尤其是計算機偏體系結(jié)構(gòu)類的人來搞，除硬件層所具備的基礎(chǔ)學(xué)科外，還要對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法、操作系統(tǒng)原理、編譯原理都要十分精通了解。
3. 操作系統(tǒng)層，對于操作系統(tǒng)層目前可能只能說是簡單的移植，而很少有人來自已寫操作系統(tǒng)，或者寫出缺胳膊少腿的操作系統(tǒng)來，這部分工作大都由驅(qū)動工程師來完成。操作系統(tǒng)是負責(zé)系統(tǒng)任務(wù)的調(diào)試、磁盤和文件的管理，而嵌入式系統(tǒng)的實時性十分重要。據(jù)說，XP操作系統(tǒng)是微軟投入300人用兩年時間才搞定的，總時工時是600人年，中科院軟件所自己的女媧Hopen操作系統(tǒng)估計也得花遇幾百人年才能搞定。因此這部分工作相對來講沒有太大意義。
4. 應(yīng)用層，相對來講較為容易的，如果會在windows下如何進行編程接口函數(shù)調(diào)用，到操作系統(tǒng)下只是編譯和開發(fā)環(huán)境有相應(yīng)的變化而已。如果涉及Java方面的編程也是如此的。嵌入式系統(tǒng)中涉及算法的由算法的人來處理的，不必歸結(jié)到嵌入式系統(tǒng)范疇內(nèi)。但如果涉及嵌入式系統(tǒng)下面嵌入式數(shù)據(jù)庫、基于嵌入式系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)編程和基于某此應(yīng)用層面的協(xié)議應(yīng)用開發(fā)（比如基于SIP、H.323、Astrisk）方面又較為復(fù)雜，并且有難度了。

什么是嵌入式系統(tǒng)？

嵌入式系統(tǒng)一般指非 pc 系統(tǒng)，有計算機功能但又不稱之為計算機的設(shè)備或器材。它是以應(yīng)用為中心，軟硬件可裁減的，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗等綜合性嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。簡單地說，嵌入式系統(tǒng)集系統(tǒng)的應(yīng)用軟件與硬件于一體，類似于 pc 中 bios 的工作方式，具有軟件代碼小、高度自動化、響應(yīng)速度快等特點，特別適合于要求實時和多任務(wù)的體系。嵌入式系統(tǒng)主要由嵌入式處理器、相關(guān)支撐硬件、嵌入式操作系統(tǒng)及應(yīng)用軟件系統(tǒng)等組成，它是可du立工作的“器件”。

嵌入式系統(tǒng)幾乎包括了生活中的所有電器設(shè)備，如掌上 pda 、計算器、電子表、電話機、收音機、錄音機、影碟機、手機、電話手表、平板電腦、電視機頂盒、路由器、數(shù)字電視、多媒體播放設(shè)備、汽車、火車、地鐵、飛機、微波爐、烤箱、照相機、攝像機、讀卡器、POS機、洗衣機、熱水器、電磁爐、家庭自動化系統(tǒng)、電梯、空調(diào)、安全系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、自動售貨機、蜂窩式電話、消費電子設(shè)備、工業(yè)自動化儀表、醫(yī)療儀器、互動游戲機、VR、機器人、視頻學(xué)習(xí)機、點讀機、等。

嵌入式系統(tǒng)的硬件部分，包括微處理器、存儲器及外設(shè)器件和 i/o 端口、圖形控制器等。嵌入式系統(tǒng)有別于一般的計算機處理系統(tǒng)，它不具備像硬盤那樣大容量的存儲介質(zhì)，而大多使用 eprom 、 eeprom 或閃存 (flash memory) 作為存儲介質(zhì)。軟件部分包括操作系統(tǒng)軟件 ( 要求實時和多任務(wù)操作 ) 和應(yīng)用程序編程。應(yīng)用程序控制著系統(tǒng)的運作和行為；而操作系統(tǒng)控制著應(yīng)用程序編程與硬件的交互作用。

（嵌入式顯示器）

什么是嵌入式微處理器？

嵌入式系統(tǒng)的核心是嵌入式微處理器。嵌入式微處理器一般具備 4 個特點： (1) 對實時和多任務(wù)有很強的支持能力，能完成多任務(wù)并且有較短的中斷響應(yīng)時間，從而使內(nèi)部的代碼和實時操作系統(tǒng)的執(zhí)行時間減少到zui低限度； (2) 具有功能很強的存儲區(qū)保護功能，這是由于嵌入式系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)已模塊化，而為了避免在軟件模塊之間出現(xiàn)錯誤的交叉作用，需要設(shè)計強大的存儲區(qū)保護功能，同時也有利于軟件診斷； (3) 可擴展的處理器結(jié)構(gòu)，以能迅速地擴展出滿足應(yīng)用的高性能的嵌入式微處理器； (4) 嵌入式微處理器的功耗必須很低，尤其是用于便攜式的無線及移動的計算和通信設(shè)備中靠電池供電的嵌入式系統(tǒng)geng是如此，功耗只能為 mw 甚至μ w 級。

什么是嵌入式操作系統(tǒng)？

嵌入式操作系統(tǒng)是一種支持嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的操作系統(tǒng)軟件，它是嵌入式系統(tǒng) ( 包括硬、軟件系統(tǒng)) 極為重要的組成部分，通常包括與硬件相關(guān)的底層驅(qū)動軟件、系統(tǒng)內(nèi)核、設(shè)備驅(qū)動接口、通信協(xié)議、圖形界面、標(biāo)準(zhǔn)化瀏覽器等 Browser 。嵌入式操作系統(tǒng)具有通用操作系統(tǒng)的基本特點，如能夠有效管理越來越復(fù)雜的系統(tǒng)資源；能夠把硬件虛擬化，使得開發(fā)人員從繁忙的驅(qū)動程序移植和維護中解脫出來；能夠提供庫函數(shù)、驅(qū)動程序、工具集以及應(yīng)用程序 。與通用操作系統(tǒng)相比較，嵌入式操作系統(tǒng)在系統(tǒng)實時高效性、硬件的相關(guān)依賴性、軟件固態(tài)化以及應(yīng)用的專用性等方面具有較為突出的特點。

（嵌入式電腦觸摸一體機）

嵌入式計算機設(shè)計分幾步？

di一步：需求分析

確定設(shè)計任務(wù)和目標(biāo)，并制定說明規(guī)格文檔，作為下一步設(shè)計的指導(dǎo)和驗收標(biāo)準(zhǔn)。需求分析往往要與用戶反復(fù)交流，以明確系統(tǒng)功能需求，性能需求，環(huán)境、可靠性、成本、功耗、資源等需求。

di二步：體系結(jié)構(gòu)設(shè)計

體系結(jié)構(gòu)設(shè)計是嵌入式系統(tǒng)的總體設(shè)計，它需要確定嵌入式系統(tǒng)的總體構(gòu)架，從功能上對軟硬件進行劃分。在此基礎(chǔ)上，確定嵌入式系統(tǒng)的硬件選型（主要是處理器選型），操作系統(tǒng)的選擇和開發(fā)環(huán)境的選擇。

di三步：硬件的設(shè)計、制作及測試

在這一階段要確定硬件部分的各功能模塊及模塊之間的關(guān)聯(lián)，并在此基礎(chǔ)上完成元器件的選擇、原理圖繪制、印刷電路板（PCB）設(shè)計、硬件的裝配與測試、目標(biāo)硬件zui終的確定和測試。

di四步：軟件的設(shè)計、實現(xiàn)及測試

這部分工作與硬件開發(fā)并行、交互進行。軟件設(shè)計主要完成引導(dǎo)程序的編制、操作系統(tǒng)的移植、驅(qū)動程序的開發(fā)、應(yīng)用軟件的編寫等工作。設(shè)計完成后，軟件開發(fā)進入實現(xiàn)階段。這一階段主要是嵌入式軟件的生成（編譯、鏈接），調(diào)試和固化運行，zui后完成軟件的測試。

di五步：系統(tǒng)集成

將測試完成的軟件系統(tǒng)裝入制作好的硬件系統(tǒng)中，進行系統(tǒng)綜合測試，驗證系統(tǒng)功能是否能夠正確無誤地實現(xiàn)，zui后將正確的軟件固化在目標(biāo)硬件中。本階段的工作是整個開發(fā)過程中zui復(fù)雜、zui費時的，特別需要相應(yīng)的輔助工具支持。

di六步：系統(tǒng)性能測試及可靠性測試

測試zui終完成的系統(tǒng)性能是否滿足設(shè)計任務(wù)書的各項性能指標(biāo)和要求。若滿足，則可將正確無誤的軟件固化在目標(biāo)硬件中；若不能滿足，在zui壞的情況下，則需要回到設(shè)計的初始階段重新進行設(shè)計方案的制定。

嵌入式計算機的應(yīng)用領(lǐng)域

嵌入式工控機（Embedded Industrial Computer）是一種加固的增強型工業(yè)計算機，它可以作為一個工業(yè)控制器在工業(yè)環(huán)境中可靠運行。嵌入式工控機通俗的說就是專門為工業(yè)現(xiàn)場而設(shè)計的機構(gòu)緊湊的計算機。

嵌入式工控機可以靈活的應(yīng)用在對溫度及使用空間等苛刻的環(huán)境中，包括車載、零售、監(jiān)控、電子廣告牌、工廠控制等有低功耗系統(tǒng)需求的應(yīng)用市場。

嵌入式計算機對未來的影響/發(fā)展趨勢

1. 嵌入式系統(tǒng)促使計算機的形態(tài)和性能geng加小型化,多功能,低功耗.
2. 嵌入式系統(tǒng)使計算機由以往的諾曼尼結(jié)構(gòu)發(fā)展成為多處理器并行計算,大大提高運行效率及穩(wěn)定性!
3. 嵌入式系統(tǒng)已成為計算機技術(shù)的一個主要分支!
4. 嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展已成為當(dāng)今計算機技術(shù)發(fā)展的一個重要標(biāo)志!
5. 改變傳統(tǒng)小型機與微型機的概念,使嵌入式系統(tǒng)不再成為計算機硬件控制技術(shù)的代名詞.某些嵌入系統(tǒng)的性能已經(jīng)能夠chao越微型機的性能!