电子产品世界

第二章 相关技术

2.1 嵌入式系统

根据IEEE的定义，所谓的嵌入式系统是指“控制、监视或者辅助装置、机器和设备运行的装置”。在国内普遍认为：嵌入式系统(Embedded System)是以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用的计算机系统。它包括硬件部分和软件部分。硬件部分包括微处理器、存储器及外设器件和I/O端口、图形控制器等；软件部分包括操作系统和应用程序，操作系统控制着应用程序与硬件的交互，而应用程序控制着系统的运作和行为，有时设计人员把这两种软件组合在一起 ^[3]。

通常情况下，人们常常会忽视自己身边的嵌入式系统——例如取款机，手机或者电梯等等，在这些随处都能够见到的设备中就存在嵌入式系统，有时人们经常使用嵌入在电梯，汽车，程控交换机，PDA等设备中的小巧的计算机系统，而对此毫无察觉。此外，嵌入式系统还在国防事业，卫星，工业机器人，飞行系统，医疗设备等领域扮演着更为重要的角色。正是看不见和无所不在这样的特性使得嵌入式计算机系统有别于传统的计算机系统。

2.1.1嵌入式系统的历史

从上世纪七十年代单片机的出现到今天各式各样的嵌入式微处理器、微控制器的大规模应用，嵌入式系统已经有了近40多年的发展历史。

由于70年代单片机的出现，使得汽车、家用电器设备、工业机器、通信装置及数以万计产品可以通过内嵌电子装置来获得更佳的使用性能：更容易使用、更快、更便宜。嵌入式的雏形在这个时候开始产生。

从上世纪80年代早期开始，嵌入式系统的程序员开始用商用级的“操作系统”编写嵌入式应用软件，这使得可以获取更短的开发周期，更低的开发资金和更高的开发效率，“嵌入式系统”就这样真正出现了。

提示：最早的单片机是Intel公司生产的 8048，它是出现在1976年。Motorola公司同时推出了68HC05单片机，Zilog公司推出了Z80系列单片机，这些早期的单片机均含有4K的ROM、256字节的RAM、1个全双工串行口、4 个8位并口、两个16位定 时 器。之后在80年代初，Intel又进一步完善了8048，在它的基础上研制成功了8051单片机，迄今为止，51系列的单片机仍然是最为成功的单片机芯片，在各种产品中有着非常广泛的应用。

上世纪90年代以后，随着实时性要求的提高，软件规模的不断上升，实时核逐渐发展为实时多任务操作系统（RTOS），并且作为一种软件平台逐步成为目前国际嵌入式系统的主流。

嵌入式均采用占先式的调度方式，响应的时间非常短，任务执行的时间可以确定；系统内核很小，可裁剪，可扩充和可移植，可以移植到各种处理器上；较强的实时和可靠性，适合嵌入式应用。这些嵌入式实时多任务操作系统得出现，使应用开发人员可以从小范围的开发解放出来，同时也促使嵌入式有了更为广阔的应用空间。

这时更多的公司看到了嵌入式系统的广阔发展前景，开始大力发展自己的嵌入式操作系统。除了几家老牌公司以外，还出现了Palm OS，WinCE，嵌入式Linux，Lynx，Nucleux，以及国内的Hopen，Delta Os等嵌入式操作系统。随着嵌入式技术的发展前景日益广阔，会有更多的嵌入式操作系统软件出现。

2.1.2嵌入式系统的组成

一个嵌入式系统装置一般由嵌入式计算机系统和执行装置组成，嵌入式计算机系统是嵌入式系统的核心，由硬件层、中间层、系统软件层和应用软件层组等成。执行装置也称为被控对象，它能够接受嵌入式计算机系统发出的控制命令，执行所规定的特定的操作或任务。执行装置可以很简单，例如手机上的一个微小型的电机，当在手机处于震动接收状态时打开；可以非常复杂，如SONY 智能机器狗，上面集成了多个微小型控制电机和多种传感器，从而可以执行各种复杂的动作和感受各种状态信息。

Linux操作系统是开放源码、完全免费的系统，并且具备高效、稳定、易裁减、易定制、硬件支持广泛等特点。Linux是由很多性能高且体积小的微内核系统组成的。在内核代码完全开放的前提下，不同层次和不同领域的用户可以根据自己的应用需求非常方便地对内核进行改造，这样的系统就能减小系统的冗余程度，提高有限资源的利用率^[5] 和系统的效率。

嵌入式系统的核心是嵌入式微处理器（Embedded Microprocessor Unit, EMPU），其在汽车、各种各样的电子产品甚至是家用电器领域都获得了广泛的运用。嵌入式系统使用ARM系列微处理器。ARM系列微处理器主要应用于无线设备、安全系统、仪器仪表、高端打印机、机顶盒、数字照相机和数字摄像机等 ^[4]。

Linux系统具有广泛的硬件支持特性。无论是CISC还是、RISC，8位、32位还是64位等各种处理器，Linux都能运行。Linux支持各种主流硬件设备和最新硬件技术，甚至可以在没有存储管理单元(MMU)的处理器上运行。这意味着嵌入式Linux具有更广泛的应用前景。

关键词： 超载检测 超速检测 霍尔开关 ARM9