嵌入式技术应用

2025-06-10 15:40:13   0  举报

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AI智能生成

嵌入式技术在现代应用中，已经成为数字化转型的基石。其核心内容包括使用微控制器或处理器、编程语言与操作系统，将计算能力及软件程序集成到各种智能设备中。文件类型多样，从最基本的二进制执行文件到固件档案，再到硬件配置的描述文件应有尽有。高级嵌入式系统文件可能为用户通过网络接口、驱动程序更新等方式进行的改动提供了文本化可读的源代码文件。修饰语的使用能显示出这些技术的敏捷性、安全性、实时响应特性以及实时操作系统（RTOS）在实时任务上的高效处理能力。例如，一个特定的嵌入式技术应用可能描述为：“一个安全敏捷的网络设备，实时精确地响应各种任务，可依赖从监控摄像头到汽车制动控制系统等多种电子设备。”这个描述概括了嵌入式技术能在多样设备中实现精确实时性能的多样性与必要性。

嵌入式

嵌入式系统应用

嵌入式软件设计

嵌入式系统OS

嵌入式技术

作者其他创作

大纲/内容

嵌入式系统（软件嵌入到硬件中，让软硬件成为一体发挥功能，是定制化的东西）

概念

嵌入式系统是以应用为中心、以计算机技术为基础，并将可配置与可裁剪的软、硬件集成于一体的专用计算机系统，需要满足应用对功能、可靠性、成本、体积和功耗等方面的严格要求。

• 从计算机角度看，嵌入式系统是指嵌入各种设备及应用产品内部的计算机系统。它主要完成信号控制的功能，体积小、结构紧凑，可作为一个部件埋藏于所控制的装置中。

• 一般嵌入式系统由嵌入式处理器、相关支撑硬件、嵌入式操作系统、支撑软件以及应用软件组成

行业应用

• 汽车电子:发动机控制、ABS防抱死、天窗控制等。

• 家电产品:空调控制、洗衣机控制、冰箱控制等。

• 通信设备:路由器、交换机、手机、 base station等。

• 安防监控:监控摄像头、生物识别等。

• 工业自动化:PLC控制器、机器人控制等。

• 医疗设备:心电监护仪、B超仪器、血糖仪等。

组成部件

• 嵌入式微处理器(MCU)

• 存储器(RAM/ROM)

• 内(外)总线逻辑

• 定时/计数器

• 看门狗电路:定时器溢出则中断，系统复位处理。（检测功能）

• I/O接口(串口、网络、USB、JTAG接口-用来进行CPU调试的常用接口) • 外部设备(UART、LED等)

• 其他部件

五个阶段(记英文缩写)

• 第一阶段:单片微型计算机(SCM)阶段，即单片机时代。

• 第二阶段:微控制器(MCU)阶段。

• 第三阶段:片上系统(SoC)。

• 第四阶段:以Internet为基础的嵌入式系统。

• 第五阶段:在智能化、云技术推动下的嵌入式系统

体系结构（架构）分类

分支主题

微处理器分类

重点记按用途分类

人工智能芯片

从广义上讲只要能够运行人工智能算法的芯片都叫作AI芯片

四大类(按技术架构分类)（性能逐个增强）

• GPU

• FPGA(现场可编程门阵列)

• ASC(专用集成电路)

• 类脑芯片

AI芯片的关键特征

• 新型的计算范式:AI计算既不脱离传统计算，也具有新的计算特质

• 训练和推断:AI系统通常涉及训练和推断过程

• 大数据处理能力:满足高效能机器学习的数据处理要求

• 数据精度:降低精度的设计

• 可重构的能力:针对特定领域而不针对特定应用的设计，可以通过重新配置，适应新的AI算法、架构和任务 • 开发工具:AI芯片需要软件工具链的支持

嵌入式软件

概念：应用在嵌入式计算机系统当中的各种软件

特点

规模较小、开发难度大、实时性和可靠性要求高、要求固化存储

分类

• 系统软件(底层驱动和操作系统)

控制和管理嵌入式系统资源，为嵌入式应用提供支持的各种软件，如设备驱动程序、嵌入式操作系统、嵌入式中间件等。

• 应用软件

嵌入式系统中的上层软件，定义了嵌入式设备的主要功能和用途，并负责与用户交互，一般面向特定的应用领域，如飞行控制软件、手机软件、地图等。

• 支撑软件

:辅助软件开发的工具软件，如系统分析设计工具、在线仿真工具、交叉编译器等。

板级支持包(BSP)-硬件与软件启动之间的桥梁，驱动、引导程序等

主要负责底层硬件资源的管理和控制，提供给上层软件使用。

特点

• 硬件相关性:BSP是基于特定的硬件平台(如CPU架构、外设组成等)开发的，它需要对该平台的每一个硬件模块(如CPU、

内存、外设)进行详细的配置与编程，以实现对整个系统的初始化与控制。所以，不同的硬件平台需要不同的BSP软件包支

持。

• 操作系统相关性:BSP需要为上层的嵌入式操作系统提供统一的软件接口和硬件运行环境。所以，相同硬件平台的不同操作

系统也需要不同的BSP软件包支持。

两个方面的内容

• 引导加载程序BootLoader，举例：刷机

嵌入式系统加电后运行的第一段软件代码，是在操作系统内核运行之前运行的一小段程序，通过这段程序，可以初始化硬件设备、建立内存空间的映射图，从而将系统的软硬件环境设置到一个合适的状态，以便为最终调用操作系统内核做好准备。

包含功能

 片级初始化（纯硬件的初始化）:

主要完成微处理器的初始化，包括设置微处理器的核心寄存器和控制寄存器、微处理器的核心工作模式及其局部总线模式等。片级初始化把微处理器从上电时的默认状态逐步设置成系统所要求的工作状态。这是一个纯硬件的初始化过程。

 板级初始化（处理器之外的其他硬件初始化）

通过正确地设置各种寄存器的内容来完成微处理器以外的其他硬件设备的初始化。例如，初始化LED显示设备、初始化定时器、设置中断控制寄存器、初始化串口通信、初始化内存控制器、建立内存空间的地址映射等。在此过程中，除了要设置各种硬件寄存器以外，还要设置某些软件的数据结构和参数。因此，这是一个同时包含有软件和硬件在内的初始化过程。

 加载内核(系统级初始化)

将操作系统和应用程序的映像从Flash存储器复制到系统的内存当中，然后跳转到系统内核的第一条指令处继续执行。

BootLoader为操作系统的正常运行奠定硬件基础，总的来说BootLoader 的主要任务是初始化硬件设备、加载操作系统内核到内存中，并将控制权转移给内核，从而启动整个系统。

• 设备驱动程序

嵌入式操作系统EOS

特点

• 微型化。EOS的运行平台不是通用计算机，而是嵌入式系统。这类系统一般没有大容量的内存，几乎没有外存，因此，EOS必须做得小巧，以占用尽量少的系统资源。

• 代码质量高。在大多数嵌入式应用中，存储空间依然是宝贵的资源，这就要求程序代码的质量要高，代码要尽量精简。

• 专业化。嵌入式系统的硬件平台多种多样，处理器的更新速度快，每种处理器都是针对不同的应用领域而专门设计的。因此，EOS要有很好适应性和移植性，还要支持多种开发平台。

• 实时性强。嵌入式系统广泛应用于过程控制、数据采集、通信、多媒体信息处理等要求实时响应的场合，因此，实时性成为EOS的又一特点。

• 可裁减和可配置。应用的多样性要求EOS具有较强的适应能力，能够根据应用的特点和具体要求进行灵活配置和合理裁减，以适应微型化和专业化的要求。

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