Embedded Systems 简明教程

Embedded Systems - Overview

System

系统是一组按照规则一起工作的单元的排列。也可以被定义为按照固定计划工作、组织或做一项或多项任务的方式。例如，手表是一个显示时间的系统。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，手表将停止工作。因此，我们可以说，在一个系统中，它的所有子组件相互依赖。

Embedded System

如其名称所示，嵌入式是指附加到另一事物上的东西。可以将嵌入式系统视为具有嵌入式软件的计算机硬件系统。嵌入式系统可以是一个独立的系统，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，火灾报警器是一个嵌入式系统；它只感知烟雾。

嵌入式系统有三个组件：

  1. It has hardware.

  2. It has application software.

  3. 它有实时操作系统（RTOS），负责监督应用程序软件并通过按照计划控制等待时间来提供机制，让处理器运行一个进程。RTOS 定义了系统工作方式。它在执行应用程序期间设置规则。小型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。

Characteristics of an Embedded System

  1. Single-functioned − 嵌入式系统通常执行一项专门操作并且重复执行相同的操作。例如：寻呼机始终用作寻呼机。

  2. Tightly constrained − 所有计算系统在设计度量方面都有限制，但嵌入式系统的度量尤其严格。设计度量是其实现的特性（如其成本、尺寸、功率和性能）的度量标准。它必须足够小以适合单个芯片，必须执行得足够快以实时处理数据，并且必须消耗最少的电力以延长电池寿命。

  3. Reactive and Real time − 许多嵌入式系统必须持续对系统环境的变化做出反应，并且必须在没有任何延迟的情况下实时计算某些结果。考虑汽车巡航控制器的示例；它会持续监控速度和制动传感器并对它们做出反应。它必须在有限的时间内重复计算加速或减速；延迟计算会导致无法控制汽车。

  4. Microprocessors based − 它必须基于微处理器或微控制器。

  5. Memory − 它必须具有存储器，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存储器。

  6. Connected − 它必须具有连接的外围设备以连接输入和输出设备。

  7. HW-SW systems − 软件用于获得更多功能和灵活性。硬件用于性能和安全性。

Advantages

  1. Easily Customizable

  2. Low power consumption

  3. Low cost

  4. Enhanced performance

Disadvantages

  1. High development effort

  2. Larger time to market

Basic Structure of an Embedded System

下图显示了嵌入式系统的基本结构：

embedded systems structure

  1. Sensor − 它测量物理量并将其转换为电信号，该信号可由观察者或任何电子仪器（如数模转换器）读取。传感器将测得的数量存储到存储器中。

  2. A-D Converter − 模数转换器将传感器发送的模拟信号转换为数字信号。

  3. Processor & ASICs − 处理器处理数据以测量输出并将其存储到存储器中。

  4. D-A Converter − 数模转换器将处理器馈送的数字数据转换为模拟数据

  5. Actuator − 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，并将批准的输出存储起来。