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ARM嵌入式系统基础教程(第二版) 广州周立功单片机发展有限公司 - - 1 第1章 嵌入式系统概述 1.1 嵌入式系统 经过几十年的发展，嵌入式系统已经在很大程度改变了人们的生活、工作和娱乐方式， 而且这些改变还在加速。嵌入式系统具有无数的种类，每类都具有自己独特的个性。例如， MP73、数码相机与打印机就有很大的不同。汽车中更是具有多个嵌入式系统，使汽车更轻快、 更干净、更容易驾驶。 尽管嵌入式系统极大地改变了人们的生活、工作和娱乐，但要定义嵌入式系统的概念却 不容易，下面先介绍一些生活中常见的嵌入式系统。 1.1.1 现实中的嵌入式系统 即使不可见，嵌入式系统也无处不在。嵌入式系统在很多产业中得到了广泛的应用并 逐步改变着这些产业，包括工业自动化、国防、运输和航天领域。例如神州飞船和长征火箭 中肯定有很多嵌入式系统，导弹的制导系统也是嵌入式系统，高档汽车中也有多达几十个嵌 入式系统。 在日常生活中，人们使用各种嵌入式系统，但未必知道它们。图 1.1 就是一些比较新的、 生活中比较常见的嵌入式系统。事实上，几乎所有带有一点“智能”的家电（全自动洗衣机、 电脑电饭煲…）都是嵌入式系统。嵌入式系统广泛的适应能力和多样性，使得视听、工作场 所甚至健身设备中到处都有嵌入式系统。 图 1.1 常见的嵌入式系统应用实例 广州周立功单片机发展有限公司 - - 2 1.1.2 嵌入式系统的概念 目前，对嵌入式系统的定义多种多样，但没有一种定义是全面的。下面给出两种比较合 理定义： z 嵌入式系统：以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系 统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。 z 嵌入式系统：嵌入式系统是设计完成复杂功能的硬件和软件，并使其紧密耦合在一 起的计算机系统。术语嵌入式反映了这些系统通常是更大系统中的一个完整的部 分，称为嵌入的系统。嵌入的系统中可以共存多个嵌入式系统。 两种定义的出发角度不同，一个是从技术的角度来定义的，另一个是从系统的角度来定 义的。事实上，在大多数情况下，嵌入式系统是真正的被嵌入，即它们是“系统中的系统”。 它们不能够或没有自身的功能。例如，数字机顶盒 DST(Digital Set -Top box)可以在许多家庭 娱乐场所中找到。数字音频／视频解码系统，称为 A/V 解码器（A/V decoder），是 DST 的 一个完整部分，是一个嵌入式系统。A/V 解码器接收单个的多媒体流，并且产生声音和视频 帧作为输出。DST 从卫星接收的信号中包含多个流或频道，因此，A/V 解码器与传输流解 码器连接工作。传输流解码器也是一个嵌入式系统。传输流解码器解调收到的多媒体流到分 离的频道上，并且只将所选的频道送给 A/V 解码器。 某些情况下，嵌入式系统在功能上是独立的系统。例如网络路由器是独立的嵌入式系统。 它由特殊的通信处理器、内存、许多网络访问接口（称为网络端口）以及实现包的路由算法 的特殊软件组成。换句话说，网络路由器是一个独立的嵌入式系统，路由包从一个端口到另 一个端口，实现程序化的路由算法。 1.1.3 嵌入式系统的未来 早在 1990 年之前，嵌入式系统通常是很简单的且具有很长的产品生命周期的自主设备。 近些年来，嵌入式工业经历了巨大的变革。 z 产品市场窗口现在预计翻番的周期狂热到 6～9 个月。 z 全球重新定义市场的机会和膨胀的应用空间。 z 互联现在是一个需求而不是辅助性的，包括用有线和刚刚显露头角的无线技术。 z 基于电子的产品更复杂化。 z 互联嵌入式系统产生新的依赖网络基础设施的应用。 z 微处理器的处理能力按莫尔定律（Moore’s L aw）预计的速度在增加。该定律认为 集成电路和晶体管个数每 18 个月翻一番。 如果说过去的趋势能指明未来，那么随着技术的革新，嵌入式软件将继续增加新的应用， 并产生更加灵巧的产品种类。根据人们对于自身虚拟运行设备的消费要求增加而不断壮大的 市场，以及由 Internet 创造的无限的机会，嵌入式系统将不断地重新塑造未来的世界。 1.2 嵌入式处理器 1.2.1 简介 普通个人计算机（PC）中的处理器是通用目的的处理器。它们的设计非常丰富，因为 这些处理器提供全部的特性和广泛的功能，故可以用于各种应用中。使用这些通用处理器的 系统有大量的应用编程资源。例如，现代处理器具有内置的内存管理单元（MMU），提供内 存保护和多任务能力的虚存和通用目的的操作系统。这些通用的处理器具有先进的高速缓存 逻辑。许多这样的处理器具有执行快速浮点运算的内置数学协处理器。这些处理器提供接口， 支持各种各样的外部设备。这些处理器能源消耗大，产生