1.1 概述

1．嵌入式系统的结构组成

嵌入式系统一般由嵌入式硬件设备、嵌入式软件部分组成。嵌入式系统的结构框图如图1-1所示。

图1-1 嵌入式系统结构框图

图1-1中的嵌入式系统硬件部分包括（嵌入式）处理器、存储器、I/O系统和配置必要的外围接口部件，嵌入式系统的软件部分包括监控程序、接口驱动等应用软件。在16 位以上的微处理器软件系统中，通常还需要操作系统。嵌入式系统软/硬件的完整整体框架如图1-2所示。

图1-2 嵌入式系统的软/硬件框架

嵌入式系统外围电路一般由时钟、复位电路、程序存储器、数据存储器和电源模块等部件组成。外部设备一般应配有显示器、键盘和触摸屏等以及相应接口电路。如果将嵌入式处理器、电源电路、时钟电路和存储器部分（如ROM和RAM等）制作在一起，就可构成一个最小嵌入式核心控制模块。其中，操作系统和应用程序都可以固化在ROM存储器中。嵌入式系统的硬件和软件都位于嵌入式系统产品本身，而开发工具和开发系统则独立于嵌入式系统产品之外。

2．嵌入式系统的特点

嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合后的产物。这一点就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。嵌入式系统的特点主要包括如下几方面。

1）功耗低、体积小，专用性强

嵌入式处理器与通用型微处理器的最大不同就是嵌入式处理器大多工作在为特定用户群设计的系统中，本身具有系统内部能源消耗低、自身设备体积小、集成度高等特点。嵌入式系统将通用计算机中由许多板卡完成的任务集成在芯片内部，从而有利于嵌入式系统设计趋于小型化，大大增强产品的便携性及移动性。

2）操作系统内核小，系统要求实时性强

嵌入式系统的系统软件和应用软件在设计上不要求其功能大而全，在系统的具体实现上要求可靠性强、操作简单化。这一方面有利于控制系统成本，同时也利于实现系统安全。嵌入式系统的软件要求被固态存储，以提高系统可靠性和稳定性。在软件代码的编写上，要求高质量、高可靠性和实时性。由于嵌入式系统一般应用于小型电子装置和设备中，所以在系统资源相对有限的场合，其操作系统较之传统的操作系统要小得多。例如，μC/OS操作系统，核心内核只有8.3 KB；而Windows操作系统的最小内核则最少需要几十MB，一般情况下也需要几GB的存储容量。

很多嵌入式系统都需要对所处环境的变化需要及时做出反应，以便实时地得到所需结果，不能延迟。例如，在精密数控机床加工过程中的控制及自动化监控设备中都需要准确、及时的反馈和控制，否则会造成极大地损失，乃至系统的崩溃。

3）创新性和专一的应用性

嵌入式系统和具体应用有机地结合在一起，其升级换代也是和具体产品同步进行的，因此嵌入式系统产品应具有明显的创新性和应用性。这样的产品一旦进入市场，就会具有较长的生命周期。

4）高效率地设计

由于对成本、体积和功耗有严格要求，使得嵌入式系统的资源（如内存、I/O接口等）有限，因此对嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计。在系统硬件、软件设计过程中要采用量体裁衣、去除冗余的方法，力争在有限的资源上实现更高的性能和更低的成本。

5）需要开发环境和调试工具

由于嵌入式系统本身不具备自主开发能力，即使在设计完成以后，用户通常也不能对其中的程序功能进行修改，必须有一套开发工具和环境才能进行开发。然而，这些工具和环境一般是借助于通用计算机等设备来实现的。在进行嵌入式系统的开发中，通常存在主机（或称宿主机）和目标机（设计好的嵌入式系统硬件平台）的概念，其中主机用于嵌入式系统相应程序的开发，目标机作为最后的执行机构。在实际的开发过程中，往往需要它们之间反复交替结合来进行。