單片機與嵌入式系統(tǒng)有什么區(qū)別與聯(lián)系
隨著電子信息科學(xué)技術(shù)信息化，智能化，網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展，單片機與嵌入式也獲得了廣闊的應(yīng)用空間。本文簡單分析了單片機與嵌入式系統(tǒng)的聯(lián)系、組成結(jié)構(gòu)對比等基礎(chǔ)知識，并列舉了幾種適用于PIC18F系列單片機的幾種嵌入式實時操作系統(tǒng)。
單片機與嵌入式系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)對比
(1)單片機基本結(jié)構(gòu)
單片機由運算器、控制器、存儲器、輸入輸出設(shè)備構(gòu)成。
(2)嵌入式系統(tǒng)成部分:
嵌入式系統(tǒng)一般由以下幾組嵌入式微處理器、外圍硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)、特定的應(yīng)用程序。
嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的第一步是結(jié)合具體的應(yīng)用，綜合考慮系統(tǒng)對成本、性能、可擴展性、開發(fā)周期等各個方面的要求，確定系統(tǒng)的主控器件，并以之為核心搭建系統(tǒng)硬件平臺。
單片機與嵌入式系統(tǒng)的聯(lián)系
單片機是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器/計時器等功能(可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路)集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的微型計算機系統(tǒng)，在工業(yè)控制領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。從上世紀(jì)80年代，由當(dāng)時的4位、8為單片機，發(fā)展到現(xiàn)在的32位300M的高速單片機。
最早的單片機是Intel公司的8048，它出現(xiàn)在1976年。Motorola同時推出了68HC05，Zilog公司推出了Z80系列，這些早期的單片機均含有256字節(jié)的RAM、4K的ROM、4個8位并口、1個全雙工串行口、兩個16位定時器。之后在80年代初，Intel又進一步完善了8048，在它的基礎(chǔ)上研制成功了8051，這在單片機的歷史上是值得紀(jì)念的一頁，迄今為止，51系列的單片機仍然是最為成功的單片機芯片，在各種產(chǎn)品中有著非常廣泛的應(yīng)用。
嵌入式系統(tǒng)的出現(xiàn)最初是基于單片機的，從20世紀(jì)七十年代單片機的出現(xiàn)到今天各式各樣的嵌入式微處理器，微控制器的大規(guī)模應(yīng)用，使得汽車、家電、工業(yè)機器、通信裝置以及成千上萬種產(chǎn)品可以通過內(nèi)嵌電子裝置來獲得更佳的使用性能：更容易使用、更快、更便宜。這些裝置已經(jīng)初步具備了嵌入式的應(yīng)用特點，但是這時的應(yīng)用只是使用8位的芯片，執(zhí)行一些單線程的程序，還談不上“系統(tǒng)”的概念。
從80年代早期開始，嵌入式系統(tǒng)的程序員開始用商業(yè)級的“操作系統(tǒng)”編寫嵌入式應(yīng)用軟件，這使得可以獲取更短的開發(fā)周期，更低的開發(fā)資金和更高的開發(fā)效率，“嵌入式系統(tǒng)”真正出現(xiàn)了。確切點說，這個時候的操作系統(tǒng)是一個實時核，這個實時核包含了許多傳統(tǒng)操作系統(tǒng)的特征，包括任務(wù)管理、任務(wù)間通訊、同步與相互排斥、中斷支持、內(nèi)存管理等功能。
其中比較著名的有Ready System公司的VRTX、Integrated System Incorporation(ISI)的PSOS和IMG的VxWorks、QNX公司的QNX等。這些嵌入式操作系統(tǒng)都具有嵌入式的典型特點：它們均采用占先式的調(diào)度，響應(yīng)的時間很短，任務(wù)執(zhí)行的時間可以確定;系統(tǒng)內(nèi)核很小，具有可裁剪，可擴充和可移植性，可以移植到各種處理器上;較強的實時和可靠性，適合嵌入式應(yīng)用。這些嵌入式實時多任務(wù)操作系統(tǒng)的出現(xiàn)，使得應(yīng)用開發(fā)人員得以從小范圍的開發(fā)解放出來，同時也促使嵌入式有了更為廣闊的應(yīng)用空間。
90年代以后，隨著對實時性要求的提高，軟件規(guī)模不斷上升，實時核逐漸發(fā)展為實時多任務(wù)操作系統(tǒng)(RTOS)，并作為一種軟件平臺逐步成為目前國際嵌入式系統(tǒng)的主流。這時候更多的公司看到了嵌入式系統(tǒng)的廣闊發(fā)展前景，開始大力發(fā)展自己的嵌入式操作系統(tǒng)。除了上面的幾家老牌公司以外，還出現(xiàn)了Palm OS，Win CE，嵌入式Linux，Lynx，Nucleux，以及國內(nèi)的Hopen，Delta Os等嵌入式操作系統(tǒng)。隨著嵌入式技術(shù)的發(fā)展前景日益廣闊，相信會有更多的嵌入式操作系統(tǒng)軟件出現(xiàn)。
適用于PIC18F系列單片機的幾種嵌入式實時操作系統(tǒng)
如下圖所示：
◆嵌入式系統(tǒng)是面向用戶、面向產(chǎn)品、面向應(yīng)用的，它必須與具體應(yīng)用相結(jié)合才會具有生命力、才更具有優(yōu)勢。因此可以這樣理解上述三個面向的含義，即嵌入式系統(tǒng)是與應(yīng)用緊密結(jié)合的，它具有很強的專用性，必須結(jié)合實際系統(tǒng)需求進行合理的裁減利用。
◆嵌入式系統(tǒng)是將先進的計算機技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和電子技術(shù)和各個行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合后的產(chǎn)物，這一點就決定了它必然是一個技術(shù)密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識集成系統(tǒng)。所以，介入嵌入式系統(tǒng)行業(yè)，必須有一個正確的定位。例如Palm之所以在PDA領(lǐng)域占有70%以上的市場，就是因為其立足于個人電子消費品，著重發(fā)展圖形界面和多任務(wù)管理;而風(fēng)河的Vxworks之所以在火星車上得以應(yīng)用，則是因為其高實時性和高可靠性。
◆嵌入式系統(tǒng)必須根據(jù)應(yīng)用需求對軟硬件進行裁剪，滿足應(yīng)用系統(tǒng)的功能、可靠性、成本、體積等要求。所以，如果能建立相對通用的軟硬件基礎(chǔ)，然后在其上開發(fā)出適應(yīng)各種需要的系統(tǒng)，是一個比較好的發(fā)展模式。目前的嵌入式系統(tǒng)的核心往往是一個只有幾K到幾十K微內(nèi)核，需要根據(jù)實際的使用進行功能擴展或者裁減，但是由于微內(nèi)核的存在，使得這種擴展能夠非常順利的進行。
編輯：admin 最后修改時間：2018-05-08
