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標題: 簡析單片機與嵌入式系統異同 [打印本頁]

作者: qq8426030 時間: 2014-7-22 16:43
標題: 簡析單片機與嵌入式系統異同

什么是單片機呢?一般我們將單片微型計算機簡稱為單片機，它不是完成某一個邏輯功能的芯片，而是把一個計算機系統集成到一個芯片上。相當于一個微型的計算機，和計算機相比，單片機只缺少了I/O設備。是一種典型的嵌入式微控制器。那么，什么是嵌入式系統?嵌入式系統是指以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟、硬件可裁剪，適應應用系統對功能、體積、成本、可靠性、功耗嚴格要求的專用計算機系統。對于單片機與嵌入式系統這兩者又有什么區別與聯系呢（嵌入式操作系統功能）?下面就讓我們不一起來探討學習一下吧。

　　單片機與嵌入式系統組成結構對比

　　(1)單片機基本結構

　　單片機由運算器、控制器、存儲器、輸入輸出設備構成。

　　(2)嵌入式系統成部分:

　　嵌入式系統一般由以下幾組嵌入式微處理器、外圍硬件設備、嵌入式操作系統、特定的應用程序。

　　嵌入式系統設計的第一步是結合具體的應用，綜合考慮系統對成本、性能、可擴展性、開發周期等各個方面的要求，確定系統的主控器件，并以之為核心搭建系統硬件平臺。

　　單片機與嵌入式系統的聯系

　　單片機是一種集成電路芯片，是采用超大規模集成電路技術把具有數據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、定時器/計時器等功能(可能還包括顯示驅動電路、脈寬調制電路、模擬多路轉換器、A/D轉換器等電路)集成到一塊硅片上構成的一個小而完善的微型計算機系統，在工業控制領域的廣泛應用。從上世紀80年代，由當時的4位、8為單片機，發展到現在的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，在它的基礎上研制成功了8051，這在單片機的歷史上是值得紀念的一頁，迄今為止，51系列的單片機仍然是最為成功的單片機芯片，在各種產品中有著非常廣泛的應用。

　　嵌入式系統的出現最初是基于單片機的，從20世紀七十年代單片機的出現到今天各式各樣的嵌入式微處理器，微控制器的大規模應用，使得汽車、家電、工業機器、通信裝置以及成千上萬種產品可以通過內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。這些裝置已經初步具備了嵌入式的應用特點，但是這時的應用只是使用8位的芯片，執行一些單線程的程序，還談不上“系統”的概念。

　　從80年代早期開始，嵌入式系統的程序員開始用商業級的“操作系統”編寫嵌入式應用軟件，這使得可以獲取更短的開發周期，更低的開發資金和更高的開發效率，“嵌入式系統”真正出現了。確切點說，這個時候的操作系統是一個實時核，這個實時核包含了許多傳統操作系統的特征，包括任務管理、任務間通訊、同步與相互排斥、中斷支持、內存管理等功能。

　　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都具有嵌入式的典型特點：它們均采用占先式的調度，響應的時間很短，任務執行的時間可以確定;系統內核很小，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，適合嵌入式應用。這些嵌入式實時多任務操作系統的出現，使得應用開發人員得以從小范圍的開發解放出來，同時也促使嵌入式有了更為廣闊的應用空間。

　　90年代以后，隨著對實時性要求的提高，軟件規模不斷上升，實時核逐漸發展為實時多任務操作系統(RTOS)，并作為一種軟件平臺逐步成為目前國際嵌入式系統的主流。這時候更多的公司看到了嵌入式系統的廣闊發展前景，開始大力發展自己的嵌入式操作系統。除了上面的幾家老牌公司以外，還出現了Palm OS，WinCE，嵌入式Linux，Lynx，Nucleux，以及國內的Hopen，Delta Os等嵌入式操作系統。隨著嵌入式技術的發展前景日益廣闊，相信會有更多的嵌入式操作系統軟件出現。

　　適用于PIC18F系列單片機的幾種嵌入式實時操作系統

如下圖所示：

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　　◆嵌入式系統是面向用戶、面向產品、面向應用的，它必須與具體應用相結合才會具有生命力、才更具有優勢。因此可以這樣理解上述三個面向的含義，即嵌入式系統是與應用緊密結合的，它具有很強的專用性，必須結合實際系統需求進行合理的裁減利用。

　　◆嵌入式系統是將先進的計算機技術、半導體技術和電子技術和各個行業的具體應用相結合后的產物，這一點就決定了它必然是一個技術密集、資金密集、高度分散、不斷創新的知識集成系統。所以，介入嵌入式系統行業，必須有一個正確的定位。例如Palm之所以在PDA領域占有70%以上的市場，就是因為其立足于個人電子消費品，著重發展圖形界面和多任務管理;而風河的Vxworks之所以在火星車上得以應用，則是因為其高實時性和高可靠性。

　　◆嵌入式系統必須根據應用需求對軟硬件進行裁剪，滿足應用系統的功能、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，然后在其上開發出適應各種需要的系統，是一個比較好的發展模式。目前的嵌入式系統的核心往往是一個只有幾K到幾十K微內核，需要根據實際的使用進行功能擴展或者裁減，但是由于微內核的存在，使得這種擴展能夠非常順利的進行。

　　總結

　　隨著電子信息科學技術信息化，智能化，網絡化的發展，單片機與嵌入式也獲得了廣闊的應用空間。本文簡單分析了單片機與嵌入式系統的聯系、組成結構對比等基礎知識，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。

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