嵌入式系统设计简介

秦未还

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   嵌入式系统设计简介
一.系统分析
        分析是项目生命周期的最初阶段。当需求被客户确定时，项目就产生了。这个阶段的主要任务是确认需求，分析投资收益比，研究项目的可行性，要解决的问题和要实现的目标。

二. 系统设计
        主要是解决如何在给定的约束条件下完成用户的要求。主要向客户提交标书、介绍解决方案。这个阶段是赢得项目的关键，既要展示实力又要合理报价。如果竞标成功则签定合同，承担方开始承担项目成败的责任。

三. 系统实现
        主要是解决如何在所选则的硬件和软件的基础上完成用户的要求。这个阶段才是项目的开始。一般需要细化目标，制定工作计划，协调人力和其他资源；定期监控进展，分析项目偏差，采取必要措施以实现目标。

四.结束
        主要包括移交工作成果，将系统交接给维护人员；结清各种款项。

                                                               1、        何谓嵌入式系统
          嵌入式系统被定义为：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。
          嵌入式系统是面向用户、面向产品、面向应用的,如果独立于应用自行发展,则会失去市场。嵌入式处理器的功耗、体积、成本、可靠性、速度、处理能力、电磁兼容性等方面均受到应用要求的制约,这些也是各个半导体厂商之间竞争的热点。 嵌入式处理器的应用软件是实现嵌入式系统功能的关键。 软件要求固化存储,软件代码要求高质量、高可靠性,系统软件(OS)的高实时性是基本要求。
           在制造工业、过程控制、通讯、仪器、仪表、汽车、船舶、航空、航天、军事装备、消费类产品等方面均是嵌入式计算机的应用领域。

                                                                   2、嵌入式处理器      
       四大类：嵌入式微处理器（EMPU）, 嵌入式微控制器（MCU），嵌入式DSP处理器（EDSP）, 嵌入式片上系统（SOC）。

      下面仅以嵌入式微处理器（EMPU）进行说明。
  
                                                             3、嵌入式微处理器（EMPU）

        Am186/88、 386EX、 SC-400、 Power PC、 68000、 MIPS、 ARM等等均是嵌入式微处理器，这里仅以ARM为例。ARM（Advanced RISC Machines）是微处理器行业的一家知名企业，设计了大量高性能、廉价、耗能低的RISC处理器、相关技术及软件。技术具有性能高、成本低和能耗省的特点。适用于多种领域，比如嵌入控制、消费/教育类多媒体、DSP和移动式应用等。
　　   ARM将其技术授权给世界上许多著名的半导体、软件和OEM厂商，每个厂商得到的都是一套独一无二的ARM相关技术及服务。利用这种合伙关系，ARM很快成为许多全球性RISC标准的缔造者。
　　   目前，总共有30家半导体公司与ARM签订了硬件技术使用许可协议，其中包括Intel、IBM、LG半导体、NEC、SONY、菲利浦和国民半导体这样的大公司。至于软件系统的合伙人，则包括微软、升阳和MRI等一系列知名公司。
　　   ARM架构是面向低预算市场设计的第一款RISC微处理器。

       --ARM710系列，包括ARM710、ARM710T、ARM720T和ARM740T:低价、低能耗、封装式常规系统微型处理器，配有高速缓存（Cache）、内存管理、写缓冲和JTAG。广泛应用于手持式计算、数据通信和消费类多媒体。

　　 --ARM940T、920T系列:低价、低能耗、高性能系统微处理器，配有Cache、内存管理和写缓冲。应用于高级引擎管理、保安系统、顶置盒、便携计算机和高档打印机。

　　--StrongARM:性能很高、同时满足常规应用需要的一种微处理器技术，与DEC联合研制，后来授权给Intel。SA110处理器、SA1100 PDA系统芯片和SA1500多媒体处理器芯片均采用了这一技术。

　　--ARM7500和ARM7500FE:高度集成的单芯片RISC计算机，基于一个缓存式ARM7 32位内核，拥有内存和I/O控制器、3个DMA通道、片上视频控制器和调色板以及立体声端口;ARM7500FE则增加了一个浮点运算单元以及对EDO DRAM的支持。特别适合电视顶置盒和网络计算机（NC）。

ARM 公司之设计ARM内核，把设计的内核卖给合作公司，然后由合作公司生产具体的ARM芯片。这样的话，不同公司的ARM芯片，内和相同，但接口资源不一定相同。

                                                      4、        嵌入式操作系统

             ARM芯片可以带操作系统，也可以不带操作系统。不带操作系统就是一个高级的单片机，带操作系统的可以理解为简化的PC机。

              典型的嵌入式操作系统

嵌入式Linux

uClinux是一个完全符合GNU/GPL公约的操作系统，完全开放代码。uClinux从Linux 2.0/2.4内核派生而来，沿袭了主流Linux的绝大部分特性。它是专门针对没有MMU的CPU，并且为嵌入式系统做了许多小型化的工作。适用于没有虚拟内存或内存管理单元(MMU)的处理器，例如ARM7TDMI。它通常用于具有很少内存或Flash的嵌入式系统。它保留了Linux的大部分优点：稳定、良好的移植性、优秀的网络功能、完备的对各种文件系统的支持、以及标准丰富的API等。

Win CE

Windows CE是微软开发的一个开放的、可升级的32位嵌入式操作系统，是基于掌上型电脑类的电子设备操作，它是精简的Windows 95。Windows CE的图形用户界面相当出色。Win CE具有模块化、结构化和基于Win32应用程序接口以及与处理器无关等特点。Win CE不仅继承了传统的Windows图形界面，并且在Win CE平台上可以使用Windows 95/98上的编程工具（如Visual Basic、Visual C++等）、使绝大多数的应用软件只需简单的修改和移植就可以在Windows CE平台上继续使用。
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   μC/OS-II

μC/OS-II是一个源码公开、可移植、可固化、可裁剪、占先式的实时多任务操作系统。其绝大部分源码是用ANSI C写的，使其可以方便的移植并支持大多数类型的处理器。μC/OS-II通过了联邦航空局（FAA）商用航行器认证。自1992年问世以来，μC/OS-II已经被应用到数以百计的产品中。μC/OS-II占用很少的系统资源，并且在高校教学使用是不需要申请许可证。

VxWorks

VxWorks操作系统是美WIND RIVER 公司于1983年设计开发的一种嵌入式实时操作系统（RTOS），是嵌入式开发环境的关键组成部分。良好的持续发展能力、高性能的内核以及友好的用户开发环境，在嵌入式实时操作系统领域占据一席之地。它以其良好的可靠性和卓越的实时性被广泛地应用在通信、军事、航空、航天等高精尖技术及实时性要求极高的领域中，如卫星通讯、军事演习、弹道制导、飞机导航等，甚至在1997年4月登陆火星表面的火星探测器上也使用到了VxWorks。

OSE

OSE主要是由ENEA Data AB 下属的ENEA OSE Systems AB负责开发和技术服务的，一直以来都充当着实时操作系统以及分布式和容错性应用的先锋，并保持良好的发展态势。
        OSE的客户深入到电信，数据，工控，航空等领域，尤其在电信方面，该公司已经有了十余年的开发经验，同诸如爱立信，诺基亚，西门子等知名公司确定了良好的关系。
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Nucleus
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Nucleus PLUS是为实时嵌入式应用而设计的一个抢先式多任务操作系统内核，其95％的代码是用ANSIC写成的，因此非常便于移植并能够支持大多数类型的处理器。
        Nucleus PLUS采用了软件组件的方法。每个组件具有单一而明确的目的，通常由几个C及汇编语言模块构成，提供清晰的外部接口，对组件的引用就是通过这些接口完成的。由于采用了软件组件的方法，使Nucleus PLUS 的各个组件非常易于替换和复用。
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eCos
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eCos是RedHat公司开发的源代码开放的嵌入式RTOS产品，是一个可配置、可移植的嵌入式实时操作系统，设计的运行环境为RedHat的GNUPro和GNU开发环境。eCOS的所有部分都开放源代码，可以按照需要自由修改和添加。eCOS的关键技术是操作系统可配置性，允许用户组和自己的实时组件和函数以及实现方式，特别允许eCOS的开发则定制自己的面向应用的操作系统，使eCos能有更广泛的应用范围。
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      这些东东都不错!长远的选择是Linux,但我为了眼前的利益而选择了Win CE,我又进入了该死的微软的圈套了!哎!无奈!!!


5、一般的开发工具：ADS,WIN CE的Platform Builder和EVC,linux的Qt/Embedded等等。