嵌入式系统从形式上,要求该系统智能化、超小型;从功能上,要求功能可靠、功耗低、经济实惠;从应用的范围上,要面向市场、面向用户、面向对象、面向产品;从技术上,要求提高对对象的智能化控制能力、与对象密切相关的嵌入性能和控制的可靠性。
计算机系统从形式上,是要看得见、摸得着,不需要嵌入到别的器件内;从功能上,要求多处理功能;从技术上,要求的是高速海量的数值计算、总线速度的无限提升、存储容量的不断扩大。
所以我们说:嵌入式系统与计算机系统,技术要求、技术发展方向根本不同,不应定义为“专用计算机系统”。如果定义为“专用计算机系统”,就等于嵌入式系统的发展,要沿着计算机技术要求的发展道路走。
2.3 体系结构不同
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、用户应用程序4个部分组成,用于实现对其他设备的控制、监视和管理等功能。
嵌入式系统的经典体系结构有3个层次的软硬件,有4个通道接口,它的通道接口是为了嵌入到对象体系去,和对象体系产生4个界面。它的核心是嵌入式微处理器,这个处理器不是通用的计算机处理器。也就是说,二者采用的处理器是截然不同的。嵌入式外围功能扩展之后,形成了微控制器,其对象接口技术扩展,产生4个接口,形成了SoC整个片上结构,4个中断。其软件分为:指令系统、驱动软件、操作系统3部分。
我们从嵌入式系统体系结构看出:
① 二者的处理器不同。计算机是通用的处理器,嵌入式系统是面向特定应用的微处理器,它具有低功耗、体积小、集成度高等特点,有利于整个系统设计趋于小型化。
② 计算机是标准总线和外设,嵌入式总线和外部接口都集成在处理器内;计算机软硬件相对独立,嵌入式系统则是将软硬件紧密集成在一起,结构更紧凑;计算机系统偏重多功能处理设置,嵌入式系统重在对对象的控制能力设置。嵌入式系统必须根据应用需求对软硬件进行裁剪,满足应用系统的功能、可靠性、成本、体积等要求。所以,如果能建立相对通用的软硬件基础,然后在其上开发出适应各种需要的系统,是一个比较好的发展模式。目前的嵌入式系统的核心往往是一个只有几K到几十K微内核,需要根据实际的使用进行功能扩展或者裁减,但是由于微内核的存在,使得这种扩展能够非常顺利的进行。
所以说,嵌入式体系结构与计算机的体系结构是不同的。嵌入式系统体系结构是控制性的体系结构,不是计算机系统的处理型体系结构。结构不同,则性质全非,所以,嵌入式系统不能定义为“专用计算机系统”。
2.4 功能特点各异
① 嵌入式系统具有嵌入性、控制性,软硬件可根据对象需要来设置。计算机系统则不是这样。
② 嵌入式系统功能专一,即软硬件专门为某一特定应用系统而设计;计算机系统则是多功能处理。
③ 嵌入式系统结构紧凑:嵌入式系统中的软件一般不像计算机存储于磁盘等载体中,而都固化在存储器芯片或单片系统的存储器之中,这样使其结构特别紧凑,从而达到小体积、高效能、低成本、低功耗。计算机结构要求可大可小,大到台式,小到笔记本、手提电脑等;计算机的CPU要求严格,相比嵌入式系统的微处理器,一般价格昂贵,达不到嵌入式系统那样低成本、低功耗。
④ 嵌入式系统智能灵活及实时性:就是要对不同的情况作出不同的反应,同时必须实时地给出计算的结果并进行实时控制,计算机在智能灵活性方面则比不上。
⑤ 嵌入式系统可靠性高,因为软件是固化的。例如,它无病毒侵害。计算机则不然,常常受病毒的攻击。所以嵌入式系统常常应用在人身设备安全、国家机密等重大事务上。
⑥ 计算机行业一般受技术垄断,例如计算机操作系统方面微软占居垄断地位。但嵌入式系统领域,不会出现这种情况。因为它是一个分散的,充满竞争、机遇与创新的领域,没有谁的操作系统和处理器能够垄断市场。
总而言之,嵌入式系统与计算机系统功能特点各异,二者不能混为一谈。
3 嵌入式系统不只以“计算机技术为基础”
嵌入式系统知识体系具有广泛性。它与微电子学科技术、计算机学科技术、电子学科技术与对象学科技术都密切相关。计算机技术在嵌入式系统中,承担着应用平台的构建任务,它包括嵌入式系统的集成开发环境、计算机工作方法、编程语言、程序设计方法等内容,它是构建嵌入式系统平台的重要基础之一,但并不是唯一。
微电子技术为嵌入式系统的应用提供了集成电路基础。电子技术提供电路设计技术。它将微电子领域的集成电路设计,迅速从电路集成、功能集成、技术集成发展到知识集成,为计算机技术提供嵌入式系统的硬件设计技术支持;对象学科技术是嵌入式系统的最终用户的技术学科。对象学科几乎囊括了所有的科技领域,形成了嵌入式系统一个无限大的应用领域。对象学科要在嵌入式系统平台上构建本领域的一个嵌入式应用系统。嵌入式应用系统的技术基础是对象学科的基础理论与应用环境、应用要求。同时,在应用中要不断给微电子、集成电路设计、嵌入式系统提出技术要求,以便不断提升嵌入式系统平台的技术水平。图2将嵌入式系统独立的知识技术体系归类。
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