嵌入式系统 - 概述

系统

系统是由所有单元组件根据一套规则共同工作的安排。它也可以定义为一种工作、组织或执行一项或多项任务的方式，按照固定的计划进行。例如，手表就是一个显示时间的系统。它的组件遵循一套规则来显示时间。如果其中一个部件发生故障，手表将停止工作。因此，我们可以说，在一个系统中，所有子组件都是相互依赖的。

嵌入式系统

顾名思义，“嵌入式”是指嵌入到另一事物中的东西。嵌入式系统可以被认为是一个具有嵌入式软件的计算机硬件系统。嵌入式系统可以是一个独立的系统，也可以是一个大型系统的一部分。嵌入式系统是一个基于微控制器或微处理器的系统，旨在执行特定任务。例如，火灾报警器就是一个嵌入式系统；它只会检测烟雾。

嵌入式系统具有三个组件：

• 它具有硬件。

• 它具有应用软件。

• 它具有实时操作系统 (RTOS)，它监督应用软件并提供机制，让处理器根据调度计划运行进程，以控制延迟。RTOS 定义了系统的工作方式。它在应用程序程序执行期间设定规则。小型嵌入式系统可能没有 RTOS。

因此，我们可以将嵌入式系统定义为基于微控制器的、软件驱动的、可靠的、实时控制系统。

嵌入式系统的特点

• 单功能 - 嵌入式系统通常执行专门的操作，并重复执行相同的操作。例如：寻呼机始终充当寻呼机的功能。

• 严格约束 - 所有计算系统都对设计指标有限制，但嵌入式系统的限制尤其严格。设计指标是对实现的特性（例如其成本、大小、功耗和性能）的衡量。它必须足够小，可以安装在一个芯片上，必须足够快地实时处理数据，并且必须消耗最少的功耗以延长电池寿命。

• 反应式和实时性 - 许多嵌入式系统必须持续响应系统环境的变化，并且必须实时计算某些结果，而没有任何延迟。考虑汽车巡航控制器的示例；它持续监控并响应速度和制动传感器。它必须在有限的时间内重复计算加速度或减速度；计算延迟会导致无法控制汽车。

• 基于微处理器 - 它必须基于微处理器或微控制器。

• 内存 - 它必须具有内存，因为其软件通常嵌入在 ROM 中。它不需要计算机中的任何辅助存储器。

• 连接 - 它必须连接外设以连接输入和输出设备。

• 硬件-软件系统 - 软件用于更多功能和灵活性。硬件用于性能和安全。

优点

• 易于定制
• 低功耗
• 低成本
• 性能增强

缺点

• 高开发成本
• 上市时间较长

嵌入式系统的基本结构

下图显示了嵌入式系统的基本结构：

• 传感器 - 它测量物理量并将其转换为观察者或任何电子仪器（如 A2D 转换器）可以读取的电信号。传感器将测得的量存储到内存中。

• A-D 转换器 - 模拟数字转换器将传感器发送的模拟信号转换为数字信号。

• 处理器和 ASIC - 处理器处理数据以测量输出并将其存储到内存中。

• D-A 转换器 - 数字模拟转换器将处理器提供的数字数据转换为模拟数据。

• 执行器 - 执行器将 D-A 转换器给出的输出与存储在其中的实际（预期）输出进行比较，并存储批准的输出。