嵌入式系统的硬件和软件必须根据具体的应用任务,以功耗、成本、体积、可靠性、处理能力等为指标进行选择。嵌入式系统的核心是系统软件和应用软件,由于存储空间有限,因此要求软件代码紧凑、可靠,且对实时性有严格要求。
从构成上看,嵌入式系统是集软、硬件于一体的,可独立工作的计算机系统。从外观上看,嵌入式系统像一个“可编程”的电子“器件”。从功能上看,嵌入式系统是对目标系统(宿主对象)进行控制,使其实现电子化和智能化的控制装置。从用户和开发人员的不同角度来看,相对于桌面计算机系统而言,嵌入式系统具有如下特点:
(1)专用性强。由于嵌入式系统通常是面向某个特定应用的,所以嵌入式系统的硬件和软件,尤其是软件,都是为特定用户群设计的,通常具有某种专用性。
(2)体积小型化。嵌入式系统把通用计算机系统中许多由板卡完成的任务集成在芯片内部,从而有利于实现小型化,方便嵌入到目标系统中。
(3)实时性好。嵌入式系统广泛应用于生产过程控制、数据采集、传输通信等场合,主要用来对宿主对象进行控制,所以对嵌入式系统有实时性要求。例如,对武器中的嵌入式系统、车载嵌入式系统、某些工业控制装置中的控制系统等的实时性要求就极高。当然,有些嵌入式系统对实时性要求并不是很高,例如近年来发展速度比较快的智能终端的嵌入式系统等。总体来说,实时性是对嵌入式系统的普遍要求,是设计者和用户应重点考虑的一个指标。
(4)可裁剪性好。从嵌入式系统的专用性特点来看,嵌入式系统的供应者理应提供各式各样的硬件和软件以备选用,力争在同样的芯片面积(对于软件来说)和主板上(对于硬件来说)实现更高的性能,这样才能在具体应用中更具竞争力。(www.xing528.com)
(5)可靠性高。由于有些嵌入式系统所承担的计算任务涉及被控产品的关键质量、人身设备安全、金融安全,甚至国家机密等重大事务(如银行POS机、支付宝的人脸支付终端、车载电子系统),且有些嵌入式系统的宿主对象工作在无人值守的场合(如在危险性高的工业环境和恶劣的野外环境中的监控装置),所以,与普通系统相比,嵌入式系统对可靠性的要求有时候也极高。
(6)功耗低。许多嵌入式系统的宿主对象是一些小型且由电池供电的应用系统,如消费类的移动电话、数码相机、无人机,行业应用类的森林防火监控器、远程抄水终端、智能井盖等,这些设备不可能配置交流电源或容量较大的电源,因此在超高密度储能技术出现以前,低功耗将一直是嵌入式系统追求的目标。
(7)成本低。由于嵌入式系统只针对一些特殊的任务,设计人员能够对它进行定制化设计和高度优化,减小尺寸和减少一些不相关的硬件以达到降低成本的目的。
(8)开发环境异构性。嵌入式系统本身不具备自我开发能力,必须借助通用计算机平台来开发(称为交叉开发环境)。嵌入式系统设计完成以后,普通用户通常没有办法对其中的程序或硬件结构进行修改,必须有一套开发工具和环境才能进行相关操作。
(9)嵌入式系统通常采用软、硬件协同设计的方法实现。早期的嵌入式系统设计方法通常采用“硬件优先”原则,即在只粗略估计软件任务需求的情况下,首先进行硬件设计与实现,然后在硬件平台上进行软件设计。如果采用传统的设计方法,一旦在测试中发现问题,需要对设计进行修改时,整个设计流程将重新进行,对成本和设计周期的影响很大。系统的设计在很大程度上依赖于设计者的经验。20世纪90年代以来,随着电子和芯片等相关技术的发展,出现了软、硬件协同设计方法,即使用统一的方法和工具对软件和硬件进行描述、综合和验证。在系统目标要求的指导下,通过综合分析系统软、硬件功能及现有资源,协同设计软、硬件体系结构,以最大限度地挖掘系统软、硬件能力,避免独立设计软、硬件体系结构所带来的种种弊端,得到高性能、低代价的优化设计方案。
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