嵌入式控制系统概述1，概述1、概述
(1) IEEE (国际电气和电子工程师协会)的定义：
嵌入式系统是指“用于控制、监视或辅助操作机器和设备的装置”。
设备使用控制，监视器，orassisttheoperationofequipment，machinery or plants
)嵌入式系统是指将计算机硬件或软件嵌入到其他设备、电气设备或应用系统中，构成新系统，即嵌入式系统。 (anyelectronicdevicethatincorporatesacomputerinitsimplementation，which is嵌入式系统)
2、构造原则
嵌入式系统以应用为中心，以计算机技术为基础，可软硬件减排，适用于功能、可靠性、成本、体积、功耗等有严格要求的专用计算机系统，实现对其他设备的控制、监控或管理等功能
3、嵌入式系统与桌面通用系统的区别
(1)嵌入式系统执行的任务是专门确定的； 台式机系统需要支持大量高需求的APP应用程序
)2)嵌入式系统往往对实时性提出很高的要求。 实时系统(POSIX 1003.b定义)指系统能够在有限的响应时间内提供所需级别的服务。
)3)嵌入式系统运行需要高可靠性保障，比桌面系统的故障容忍能力弱很多； 嵌入式系统必须能够长时间、无人值守地运行； 嵌入式系统运行环境差
)4)嵌入式系统中使用的操作系统一般是实时操作系统
)5)嵌入式系统大多存在功耗限制(通过引入间歇工作方式，降低功耗，节约能源)
(6)嵌入式系统比桌面通用系统可用资源非常少，嵌入式系统的开发需要专用工具和特殊方法
开发：交叉编译，交叉链接
调试：仿真器、虚拟机
更新：在线升级等
(7)嵌入式系统开发是一项综合的计算机应用技术
系统结构：状态控制器、中断控制器处理汇编语言：外设、端口操作系统操作：执行任务设置、通信、互斥编译原理：交叉编译、bootloader加载2、应用领域和发展历史http://
(1)检查、控制)数控机床、单机电气、仪表
)小型化、小型化设备、设备：通信、医疗、移动办公
(3)大吞吐量信号处理)视频流处理
)4)移动媒体信息处理： DC、MP3、MP4
)5)多机电一体化协同工作)汽车电子、航空电子
1、嵌入式系统适用的场合
(1)嵌入式系统的萌芽阶段(1970年以前) )。
)2)基于8位微处理器的简单嵌入式系统(1971-1985 )。
(3)嵌入式操作系统为标志的嵌入式系统(1985-1998 ) () ) ) )。
(4)嵌入式系统的应用趋向纵深化(1998-目前) )。
2、嵌入式系统发展的四个阶段
(1)第一代电子管计算机(1946~1957年)不能满足嵌入式计算要求的体积小、重量轻、功耗少、可靠性高、实时性强等一系列要求。
) 60年代，第二代晶体管计算机系统开始应用：
第一台机载专用数字计算机是美国海军舰载轰炸机“民团员”号研制的多功能数字分析器(Verdan )。
1962年美国乙烯厂在工业装置中实现了第一次直接数控
(3) 1965~1970年，第三代集成电路化计算机系统应用：
使用首次搭载的数字计算机进行控制： 1965年发射的Gemini3号
容错首次提高可靠性： 1968年阿波罗4号、土星5号
3、嵌入式系统的萌芽阶段
嵌入式系统的长足发展是在微流程出现之后。
1971年11月，英特尔发布了首款微处理器Intel4004。
人们不再需要开发专用电路、专用运算器来设计专机，只需以微处理器为基础设计即可。
1976年，第一台单片机Intel 8048问世。
1982年，出现了第一个DSP，比同期的CPU快10~50倍。
80年代后期，第三代DSP芯片问世。
4、嵌入式系统简单系统阶段
(1)应用十分广泛的)工业控制、数字通信、数字家电
汽车： 50多个嵌入式微处理器
飞机： 70多个嵌入式系统
)2)嵌入式微处理器32位、64位
)3)嵌入式实时操作系统的使用率越来越高
初期： 10%； 90年代初： 30%； 目前： 80~90%
)4)嵌入式系统开发工具越来越丰富
5、嵌入式系统RTOS阶段
(1)目前，许多嵌入式系统已连接到互联网
)2)随着互联网技术与信息家电、工业控制、航空航天等技术的结合越来越密切，嵌入式与互联网的结合代表着嵌入式系统的未来
6、嵌入式系统网络化阶段
7、嵌入式系统发展趋势（1）软硬件系统整合
（2）SOC设计:体积小、散热好、低功耗、可靠性高
（3）应用领域拓展：传感器网络、普适计算
（4）内容服务增加：比如ebs 三、分类
1、划分分类
（1）按处理器位数划分
（2）按应用类别划分
（3）按系统的实时性划分
（4） 按工业界应用的复杂程度划分
2、按处理器位数划分
（1）按所采用的处理器位数，可以分为4位、8位、16位、32位和64位系统
（2）处理器的位数定义
3、按系统实时性划分
（1）硬实时
汽车的ABS和安全气囊系统、飞行控制系统、核电控制系统、工业现场应用
（2）软实时
手机亮度、电视信号
（3）自适应实时 自动调整满足环境需要，保证性能级别
4、按工业界应用的复杂程度划分
（1）简单单处理器系统
单片嵌入式微处理器和辅助器件
（2）可扩展单处理器系统
扩展存储器、外部接口
（3）复杂嵌入式系统
16位、32位嵌入式微处理器，大规模应用
（4）制造或过程控制中使用的计算机系统
与仪器、设备及机械相连，用于总体的监视和控制
·1、概述
嵌入式系统一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统（可选），以及用户的应用软件系统等四个部分组成
2、嵌入式微处理器
（1）1000多种硬件处理器，分为MCU(Microcontroller Unit)、DSP (digital signal processor)、MPU (Microprocessor Unit) 、SOC (System on Chip)
（2）嵌入式微处理器分为：嵌入式微控制器MCU，嵌入式DSP处理器DSP，嵌入式微处理器MPU，嵌入式片上系统System On Chip
3、外围硬件设备
（1）片外总线：连接系统各个部件，进行互连和传输信息的信号线。
（2）电子盘：采用flash芯片存储数据，体积小、功耗低、抗震
（3）I/O设备：A/D、D/A、中断控制器、UART、LCD
（4）通讯设备：有线通讯IEEE1394、USB和无线通讯：IrDA、Bluetooth
4、软件组成
（1）板级支持包
它介于嵌入式硬件和上层软件之间的一个底层开发包，主要目的是屏蔽下层硬件。拥有两部分功能：一是系统引导，包括嵌入式微处理器和基本芯片的初始化；二是提供设备的驱动接口，负责嵌入式系统与外设的信息交互。
（2）嵌入式实时操作系统
这是对多任务嵌入式系统进行有效管理的核心部分，可以分为基本内核和扩展内核两部分。前者提供操作系统的核心功能，负责整个系统的任务调度、存储分配、时钟管理、中断管理，也可提供文件、GUI、网络等通用服务；后者则是根据应用领域的需要，为用户提供面向领域或面向具体行业的操作系统扩展功能，如图形图像处理、汽车电子、信息家电等领域的专用扩展服务。
（3）应用编程接口
也称为嵌入式应用编程中间件，由为编制嵌入式应用程序提供的各种编程接口库或组件组成，可以针对不同应用领域、不同安全要求分别构建，从而减轻应用开发者的负担。
（4）嵌入式应用系统
是为了解决某些特定的应用性问题而设计出来的软件，最终运行在目标机上的应用软件，如嵌入式文本编辑、游戏、读/写卡系统、家电控制软件、多媒体播放软件。
1、典型的嵌入式实时操作系统（RTOS）
（1）近200种操作系统，VxWorks、QNX、WinCE、PalmOS
（2）面向SOC的操作系统：Symbian的Epoc、Express Logic的ThreadX、ATI的Nucleus
（3）开放源码的操作系统：Linux系列、uC/OS
2、典型性能指标
（1）内核大小：几K～几百K
（2）调度时间片：1ms
（3）实时任务响应时间：20～40微妙
（4）一般任务响应时间：20微妙～几百毫秒
3、嵌入式系统的设计要求
（1）功能实用、便于升级
（2）并发处理、及时响应
（3）造型自然、结构紧凑
（4）接口方便、操作容易
（5）稳定可靠、维护简便
（6）功耗管理、降低成本