嵌入式系统 - 概述

系统

系统是一种所有单元组装在一起按照一套规则协同工作的安排。它也可以定义为一种工作、组织或按照固定计划执行一项或多项任务的方式。例如，手表是一个时间显示系统。它的组件遵循一套规则来显示时间。如果其中一个部件发生故障，手表就会停止工作。所以我们可以说，在一个系统中，它的所有子组件都相互依赖。

嵌入式系统

顾名思义，嵌入式意味着某物附加到另一物上。嵌入式系统可以被认为是嵌入了软件的计算机硬件系统。嵌入式系统可以是独立的系统，也可以是大型系统的一部分。嵌入式系统是基于微控制器或微处理器的系统，旨在执行特定任务。例如，火警警报器就是嵌入式系统；它只会感应到烟雾。

嵌入式系统有三个组件 −

• 它有硬件。

• 它有应用软件。

• 它有实时操作系统 (RTOS)，用于监督应用软件并提供机制让处理器按照计划运行进程，从而控制延迟。RTOS 定义了系统的工作方式。它在应用程序执行期间设置规则。小规模嵌入式系统可能没有 RTOS。

因此，我们可以将嵌入式系统定义为基于微控制器、软件驱动、可靠、实时的控制系统。

嵌入式系统的特点

• 单一功能 − 嵌入式系统通常执行专门的操作并重复执行相同的操作。例如：寻呼机始终用作寻呼机。

• 严格约束 − 所有计算系统对设计指标都有约束，但嵌入式系统上的约束可能特别严格。设计指标是实现的特征的度量，例如其成本、大小、功率和性能。它必须具有适合单个芯片的大小，必须执行得足够快以实时处理数据并消耗最少的功率以延长电池寿命。

• 反应性和实时性 − 许多嵌入式系统必须不断对系统环境的变化做出反应，并且必须实时计算某些结果而没有任何延迟。考虑汽车巡航控制器的示例；它持续监控和响应速度和制动传感器。它必须在有限的时间内反复计算加速度或减加速度；计算延迟会导致汽车控制失败。

• 基于微处理器 − 它必须基于微处理器或微控制器。

• 内存 − 它必须有内存，因为它的软件通常嵌入在 ROM 中。它不需要计算机中的任何辅助内存。

• 连接 − 它必须有连接的外围设备来连接输入和输出设备。

• 硬件-软件系统 − 软件用于提供更多功能和灵活性。硬件用于提高性能和安全性。

优点

• 易于定制
• 低功耗
• 低成本
• 增强性能

缺点

• 开发工作量大
• 上市时间较长

嵌入式系统的基本结构

下图显示了嵌入式系统的基本结构 −

• 传感器 − 它测量物理量并将其转换为电信号，观察者或任何电子仪器（如 A2D 转换器）都可以读取该电信号。传感器将测量量存储到内存中。

• A-D 转换器 − 模数转换器将传感器发送的模拟信号转换为数字信号。

• 处理器和 ASIC −处理器处理数据以测量输出并将其存储到内存中。

• D-A 转换器 − 数模转换器将处理器输入的数字数据转换为模拟数据

• 执行器 − 执行器将 D-A 转换器给出的输出与存储在其中的实际（预期）输出进行比较，并存储批准的输出。