嵌入式计算机技术及其应用研究

◎张楼

嵌入式计算机技术与应用研究是一种用途广泛的系统软件，它主要应用与工业控制和国防系统领域。本文主要研究内容嵌入式计算机技术概述、嵌入式计算机技术发展现状、嵌入式计算机技术特点、嵌入式计算机技术的应用。

嵌入式计算机技术是一种专用的计算机系统，作为装置或设备的一部分。通常嵌入式系统是一个控制程序存储在ROM中的嵌入式处理器控制板。事实上，所有带有数字接口的设备，都使用嵌入式系统，有些嵌入式系统还包含操作系统，但大多数嵌入式系统都是由单个程序实现整个控制逻辑，能够被广泛应用到其他的一些领域中。

一、嵌入式计算机技术概述

一个嵌入式系统装置一般都由嵌入式计算机系统和执行装置组成，嵌入式计算机系统是整个嵌入式系统的核心，由硬件层、中间层、系统软件层和应用软件层组成。执行装置也称为被控对象，它可以接受嵌入式计算机系统发出的控制命令，执行所规定的操作或任务。

随之嵌入式系统软件的发展，如今的嵌入式系统软件在包括功能、规模和复杂程度等各方面均收获了大幅度的提高。从硬件方面进行分析，现如今的嵌入式系统显然已经超越了数年之前的PC平台。

二、嵌入式计算机技术发展现状

随着Internet的进一步发展，以及Internet技术与工业控制技术的结合日益紧密，嵌入式设备与Internet的结合才是嵌入式技术的真正未来。信息时代和数字时代的到来，为嵌入式系统的发展带来了巨大的机遇，同时也对嵌入式系统厂商提出了新的挑战。目前，嵌入式技术与Internet技术的结合正在推动着嵌入式技术的飞速发展，新的微处理器层出不穷，嵌入式操作系统自身结构的设计更加便于移植，能够在短时间内支持更多的微处理器。嵌入式系统的开发成了一项系统工程，开发厂商不仅要提供嵌入式软硬件系统本身，同时还要提供强大的硬件开发工具和软件支持包。通用计算机上使用的新技术、新观念开始逐步移植到嵌入式系统中，如嵌入式数据库、移动代理、实时CORBA等，嵌入式软件平台得到进一步完善。

三、嵌入式计算机技术特点

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。

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。

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。嵌入式系统的应用程序可以没有操作系统直接在芯片上运行，但是为了合理地调度多任务、利用系统资源、系统函数以及和专家库函数接口，这样才能保证程序执行的实时性、可靠性，并减少开发时间，保障软件质量。

6.嵌入式系统开发需要开发工具和环境。由于其本身不具备开发能力，即使设计完成以后用户通常也是不能对其中的程序功能进行修改的，必须有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。开发时往往有主机和目标机的概念，主机用于程序的开发，目标机作为最后的执行机，开发时需要交替结合进行。

四、嵌入式计算机技术的应用

1.电子设备。嵌入式计算机技术的应用实质上属于一种“完全嵌入受控器件内部，为特定的应用设计出来的专用计算机系统，”嵌入式系统同时为控制、监视及辅助设备和机器或者是用作工厂运作的设备仪器。相较于普通的计算机系统不同点在于，嵌入式系统软件一般执行的属附带特定要求的预先定义的任务。又因为嵌入式系统软件仅针对某一项特定的特殊任务，因此设计人员只能将其优化，并且减小尺寸并降低其成本。一般嵌入式系统都会进行大批量生产，因此单个生产成本就会节约很多，可以随着产量大小呈数以千计的倍数不断放大。嵌入式系统软件具体是用于控制或监视机器、装置和工厂等比较大规模的设备系统的。国内比较普遍地为嵌入式系统定义为：以应用为中心，以计算机技术作为基础，并且软硬件都可以裁剪，适合应用于应用系统对功能、可靠性、成本和体积以及功耗等严格控制的专用计算机使用系统，它的应用范围非常广泛。

2.工业控制。基于嵌入式芯片的工业自动化设备将获得长足的发展，目前已经有大量的8、16、32位嵌入式微控制器在应用中，网络化是提高生产效率和产品质量、减少人力资源主要途径，如工业过程控制、数字机床、电力系统、电网安全、电网设备监测、石油化工系统。就传统的工业控制产品而言，低端型采用的往往是8位单片机。但是随着技术的发展，32位、64位的处理器逐渐成为工业控制设备的核心，在未来几年内必将获得长足的发展。

3.交通管理。在车辆导航、流量控制、信息监测与汽车服务方面，嵌入式系统技术已经获得了广泛的应用，内嵌GPS模块，GSM模块的移动定位终端已经在各种运输行业获得了成功的使用。目前GPS设备已经从尖端产品进入了普通百姓的家庭，只需要几千元，就可以随时随地找到你的位置。

4.机器人。嵌入式芯片的发展将使机器人在微型化，高智能方面优势更加明显，同时会大幅度降低机器人的价格，使其在工业领域和服务领域获得更广泛的应用。

这些应用中，可以着重于在控制方面的应用。就远程家电控制而言，除了开发出支持TCP/IP的嵌入式系统之外，家电产品控制协议也需要制订和统一，这需要家电生产厂家来做。同样的道理，所有基于网络的远程控制器件都需要与嵌入式系统之间实现接口，然后再由嵌入式系统来控制并通过网络实现控制。所以，开发和探讨嵌入式系统有着十分重要的意义。