嵌入式设计

        一种架构可以映射到各种不同的物理实现，每种实现表示不同的取舍，同时还要满足某些设计指标，并使其他的设计指标也同时达到最佳化。

简介

        嵌入式系统的设计方法跟一般的硬件设计、软件开发的方法不同，是采用硬件和软件协同设计的方法，开发过程不仅涉及软件领域的知识，还涉及硬件领域的综合知识，甚至还涉及机械等方面的知识。要求设计者必须熟悉并能自如地运用这些领域的各种技术，才能使所设计的系统达到最优。

       虽然嵌入式系统应用软件的设计方案随应用领域的不同而不同，但是嵌入式系统的分析与设计方法也遵循软件工程的一般原则，许多成 熟的分析和设计方法都可以在嵌入式领域得到应用。嵌入式系统的开发过程同样也包括需求分析、系统设计、实现和测试几个基本阶段，并且每个阶段都有其独有的特征和重点。

       嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，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计算机系统。

       嵌入式微处理器一般就具备以下4个特点：

       1、对实时多任务有很强的支持能力，能完成多任务并且有较短的中断响应时间，从而使内部的代码和实时内核心的执行时间减少到最低限度；

       2、具有功能很强的存储区保护功能。这是由于嵌入式系统的软件结构已模块化，而为了避免在软件模块之间出现错误的交叉作用，需要设计强大的存储区保护功能，同时也有利于软件诊断；

       3、可扩展的处理器结构，以能最迅速地开展出满足应用的最高性能的嵌入式微处理器；

       4、嵌入式微处理器必须功耗很低，尤其是用于便携式的无线及移动的计算和通信设备中靠电池供电的嵌入式系统更是如此，如需要功耗只有mW甚至μW级。

技术应用

       嵌入式是一种专用的计算机系统，作为装置或设备的一部分。通常，嵌入式系统是一个控制程序存储在ROM中的嵌入式处理器控制板。事实上，所有带有数字接口的设备，如手表、微波炉、录像机、汽车等，都使用嵌入式系统，有些嵌入式系统还包含操作系统，但大多数嵌入式系统都是由单个程序实现整个控制逻辑。

       嵌入式技术近年来得到了飞速的发展，但是嵌入式产业涉及的领域非常广泛，彼此之间的特点也相当明显。例如很多行业：手机、PDA、车载导航、工控、军工、多媒体终端、网关、数字电视......

手机领域

       以手机为代表的移动设备可谓是近年来发展最为迅猛的嵌入式行业。甚至针对于手机软件开发，还曾经衍生出“泛嵌入式开发”这样的新词汇。一方面，手机得到了大规模普及，另一方面，手机的功能得到了飞速发展，3、4年前的手机功能与价格与现在就不能同日而语。随着国内3G时代的脚步日益临近，可以预料到手机领域的软硬件都必将面临一场更大的变革。功耗、功能、带宽、价格等都是手机硬件领域的热门词汇。从软件技术角度来看，我认为手机的软件操作系统平台会趋于标准化和统一化。手机的应用会愈加丰富，除了最基本的通话功能外，逐渐会包括PDA、数码相机、游戏机等功能，更加趋向于成为个人手持终端。

汽车电子领域

       随着汽车产业的飞速发展，汽车电子近年来也有了较快的发展。但是不得不承认，国内的嵌入式车载领域的发展与国际相比差距还是比较大的。电子导航系统在汽车电子中占据的比重比较大，导航系统在国外已经有了广泛的应用。在国内近年来也已经开始起步，可以预料未来几年内会有比较快速的发展。汽车电子领域的另外一个发展趋势是与汽车本身机械结合，从而可以实现故障诊断定位等功能。

电子产品

       消费类电子产品的销量早就超过了PC若干倍。并且还在以每年10%左右的速度增长。消费类电子产品主要包括便携音频视频播放器、数码相机、掌上游戏机等。消费类电子产品已形成一定的规模，并且已经相对成熟。对于消费类电子产品，真正体现嵌入式特点的是在系统设计上经常要考虑性价比的折衷，如何设计出让消费者觉得划算的产品是比较重要的。

军工航天

       对于大多数开发者和用户而言，这可能都是比较神秘的一个领域。的确，大多数人一生都没有机会给F117战机编写控制程序。的确，军工和航天领域是不为大众所知的领域，在这个领域里面，无论是硬件还是操作系统、编译器，通常并不是市场上可以见到的通用设备，它们大多数都是专用的。但是并不代表这个领域落后，许多最先进的技术最前沿的成果，往往都会用在这个领域。

涉及的工作

       在学习嵌入式的过程中要涉及很多内容，就嵌入式系统的设计和实现而言，基本上需要四种不同的工作：系统设计工作，硬件设计工作，驱动程序和操作系统移植工作和应用程序设计开发工作。

系统设计工作

       在系统的设计阶段，系统分析师将根据需求确定系统的硬件的基本构成，根据系统的需求选择使用那种处理器，使用哪种操作系统，使用那些软件开发工具。系统分析师往往是较为完整的参与过嵌入式系统设计的全过程，对于系统应用的行业较为了解，对于嵌入式系统本身的开发流程十分清楚的人。

硬件设计工作

       系统硬件设计人员需要根据系统分析师的设计结果，进行硬件原理图的设计。通常需要硬件设计人员熟悉嵌入式系统的硬件构成。硬件设计人员需要了解常用的嵌入式系统处理器，存储器(Flash，SDRAM)，以太网MAC芯片，音频/视频编解码芯片，电源管理芯片，总线接口电路 (USB,PCI)，液晶显示模块，可编程逻辑器件(FPGA/CPLD)，无线网络通信模块(Bluetooth,WLAN,GPRS)等硬件电路构成元素的基本工作原理，连接使用方法，使用注意事项，基本调试方法等内容。在网络上能找到很多公司的评估板的原理图，对于这些原理图要仔细研究，摸清处理器同存储器，网卡，液晶模块等器件的连接方法和原因。通过对这些电路的研究，能够较快地了解整个嵌入式系统的构成，这些电路同实际产品中的电路虽有一定差别的，特别是对于手持设备，但这些差别不影响初学者学习嵌入式系统的硬件设计基本构成。

驱动程序和操作系统移植工作

       现代嵌入式系统的开发同传统8位单片机系统的开发相比，一个显著的区别就是嵌入式操作系统的广泛使用。在拿到焊接完毕的电路板，并进行基本的测试后，就要进行驱动程序和操作系统的移植工作了。首先要进行的Bootloader的编写和移植工作。Bootloader相当于PC系统的BIOS。对于有些嵌入式操作系统，如uc/OSII没有bootloader同样可以开发调试。但是对于WindowsCE和嵌入式linux系统而言Bootloader就是必须的了。

应用程序的开发

       嵌入式系统的应用程序开发同在PC 机上开发应用程序的区别不是很大。对于Windows CE系统而言，Microsoft已经提供了较为完善的开发工具。开发人员可以使用Windows 的C# 语言直接在PC上进行应用程序的开发和模拟调试，也可将目标系统同PC 机相连，进行联机调试。现在有很多系统支持J2ME(JAVA的嵌入式系统版本) ，这使得JAVA 在嵌入式系统应用开发中占有较大的优势。另外，作为专业的嵌入式系统软件开发人员，还需要充分了解面向对象技术和设计模式等方面的知识，当然作为初学者可以先不深入研究这方面的内容。