什么是嵌入式計算機？
本文導航：什么是嵌入式計算機？ 嵌入式系統(tǒng)分層 什么是嵌入式系統(tǒng)？ 什么是嵌入式微處理器？ 什么是嵌入式操作系統(tǒng)？ 嵌入式計算機設計分幾步？ 嵌入式計算機的應用領域 嵌入式計算機對未來的影響/發(fā)展趨勢
什么是嵌入式計算機？嵌入式計算機的類型有很多，比如：嵌入式顯示器、嵌入式平板電腦一體機、嵌入式工控機等等，可以將嵌入式計算機理解為加固計算機。通常嵌入式計算機都有一定的防護特性，比如防塵、抗震、抗電磁干擾等。魯成偉業(yè)是嵌入式計算機生產(chǎn)廠家，如有嵌入式計算機需求，歡迎咨詢。產(chǎn)品可按需定制。下面魯成偉業(yè)小篇就帶您了解一下什么是嵌入式計算機？嵌入式計算機到底是什么東西？
（嵌入式工控機）
什么是嵌入式計算機？
通俗的說，嵌入式技術就是"專用"計算機技術，這個專用，是指針對某個特定的應用，如針對網(wǎng)絡、針對通信、針對音頻、針對視頻，針對工業(yè)控制等，從學術的角度，嵌入式系統(tǒng)是以應用為中心，以計算機技術為基礎，并且軟硬件可裁剪，適用于應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)，它一般由嵌入式微處理器、外圍硬件設備、嵌入 式操作系統(tǒng)以及用戶的應用程序等四個部分組成。
主要從三個方面上來理解嵌入式系統(tǒng)的概念：
- 從硬件 嵌入式計算機 嵌入式計算機(17張) 上。將基于CPU的外圍器件，整合到CPU芯片內部，比如早期基于X86體系結構下的計算機，CPU只是有運算器和累加器的功能，一切芯片要靠外部橋路來擴展實現(xiàn)，象串口之類的都是靠外部的 16C550/2的串口控制器芯片實現(xiàn)，而目前的這種串口控制器芯片早已集成到CPU內部，還有PC機有顯卡，而多數(shù)嵌入式處理器都帶有LCD控制器，但其種意義上就相當于顯卡。比較高端的ARM類Intel Xscale架構下的IXP網(wǎng)絡處理器CPU內部集成PCI控制器（可配成支持4個PCI從設備或配成自身為CPI從設備）；還集成3個NPE網(wǎng)絡處理器引擎，其中兩個對應于兩個MAC地址，可用于網(wǎng)關交換用，而另外一個NPE網(wǎng)絡處理器引擎支持DSL，只要外面再加個PHY芯片即可以實現(xiàn)DSL上網(wǎng)功能。IXP系列zui高主頻可以達到1.8G，支持2G內存，1G×10或10G×1的以太網(wǎng)口或Febre channel的光通道。IXP系列應該是目標基于ARM體系統(tǒng)結構下由intel進行整合后成Xscale內核的zui高的處理器了。
- 從軟件上講，就是在定制操作系統(tǒng)內核里將應用一并選入，編譯后將內核下載到ROM中。而在定制操作系統(tǒng)內核時所選擇的應用程序組件就是完成了軟件的“嵌入”，比如WinCE在內核定制時，會有相應選擇，其中就是Wordpad,PDF,MediaPlay等等選擇，如果我們選擇了，在CE啟動后，就可以在界面中找到這些東西，如果是以前PC上將的windows操作系統(tǒng)，多半的東西都需要我們得新再裝。
- 把軟件內核或應用文件系統(tǒng)等東西燒到嵌入式系統(tǒng)硬件平臺中的ROM中就實現(xiàn)了一個真正的“嵌入”。
嵌入式系統(tǒng)分層
嵌入式系統(tǒng)分為4層，硬件層、驅動層、操作系統(tǒng)層和應用層。
- 硬件層，是整個嵌入式系統(tǒng)的根本，如果現(xiàn)在單片機及接口這塊很熟悉，并且能用C和匯編語言來編程的話，從嵌入式系統(tǒng)的硬件層走起來相對容易，硬件層也是驅動層的基礎，一個優(yōu)xiu的驅動工程師是要能夠看懂硬件的電路圖和自行完成CPLD的邏輯設計的，同時還要對操作系統(tǒng)內核及其調度性相當?shù)氖煜さ?。但硬件平臺是基礎，增值還要靠軟件。硬件層比較適合于，電子、通信、自動化、機電一體、信息工程類的人來搞，需要掌握的基礎知識有，單片機原理及接口技術、微機原理及接口技術、C語言。
- 驅動層，這部分比較難，驅動工程師不僅要能看懂電路圖還要能對操作系統(tǒng)內核十分的精通，以便其所寫的驅動程序在系統(tǒng)調用時，不會du占操作系統(tǒng)時間片，而導至其它任務不能動行，不懂操作系統(tǒng)內核架構和實時調度性，沒有良好的驅動編寫風格，按大多數(shù)書上所說添加的驅動的方式，很多人都能做到，但可能連個初級的驅動工程師的水平都達不到，這樣所寫的驅動在應用調用時就如同windows下我們打開一個程序運行后，再打開一個程序時，要不就是中斷以前的程序，要不就是等上一會才能運行后來打開的程序。想做個好的驅動人員沒有三、四年功底，操作系統(tǒng)內核不研究上幾編，不是太容易成功的，但其工資在嵌入式系統(tǒng)四層中可是zui高的。 驅動層比較適合于電子、通信、自動化、機電一體、信息工程類尤其是計算機偏體系結構類的人來搞，除硬件層所具備的基礎學科外，還要對數(shù)據(jù)結構與算法、操作系統(tǒng)原理、編譯原理都要十分精通了解。
- 操作系統(tǒng)層，對于操作系統(tǒng)層目前可能只能說是簡單的移植，而很少有人來自已寫操作系統(tǒng)，或者寫出缺胳膊少腿的操作系統(tǒng)來，這部分工作大都由驅動工程師來完成。操作系統(tǒng)是負責系統(tǒng)任務的調試、磁盤和文件的管理，而嵌入式系統(tǒng)的實時性十分重要。據(jù)說，XP操作系統(tǒng)是微軟投入300人用兩年時間才搞定的，總時工時是600人年，中科院軟件所自己的女媧Hopen操作系統(tǒng)估計也得花遇幾百人年才能搞定。因此這部分工作相對來講沒有太大意義。
- 應用層，相對來講較為容易的，如果會在windows下如何進行編程接口函數(shù)調用，到操作系統(tǒng)下只是編譯和開發(fā)環(huán)境有相應的變化而已。如果涉及Java方面的編程也是如此的。嵌入式系統(tǒng)中涉及算法的由算法的人來處理的，不必歸結到嵌入式系統(tǒng)范疇內。但如果涉及嵌入式系統(tǒng)下面嵌入式數(shù)據(jù)庫、基于嵌入式系統(tǒng)的網(wǎng)絡編程和基于某此應用層面的協(xié)議應用開發(fā)（比如基于SIP、H.323、Astrisk）方面又較為復雜，并且有難度了。
什么是嵌入式系統(tǒng)？
嵌入式系統(tǒng)一般指非 pc 系統(tǒng)，有計算機功能但又不稱之為計算機的設備或器材。它是以應用為中心，軟硬件可裁減的，適應應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗等綜合性嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。簡單地說，嵌入式系統(tǒng)集系統(tǒng)的應用軟件與硬件于一體，類似于 pc 中 bios 的工作方式，具有軟件代碼小、高度自動化、響應速度快等特點，特別適合于要求實時和多任務的體系。嵌入式系統(tǒng)主要由嵌入式處理器、相關支撐硬件、嵌入式操作系統(tǒng)及應用軟件系統(tǒng)等組成，它是可du立工作的“器件”。
嵌入式系統(tǒng)幾乎包括了生活中的所有電器設備，如掌上 pda 、計算器、電子表、電話機、收音機、錄音機、影碟機、手機、電話手表、平板電腦、電視機頂盒、路由器、數(shù)字電視、多媒體播放設備、汽車、火車、地鐵、飛機、微波爐、烤箱、照相機、攝像機、讀卡器、POS機、洗衣機、熱水器、電磁爐、家庭自動化系統(tǒng)、電梯、空調、安全系統(tǒng)、導航系統(tǒng)、自動售貨機、蜂窩式電話、消費電子設備、工業(yè)自動化儀表、醫(yī)療儀器、互動游戲機、VR、機器人、視頻學習機、點讀機、等。
嵌入式系統(tǒng)的硬件部分，包括微處理器、存儲器及外設器件和 i/o 端口、圖形控制器等。嵌入式系統(tǒng)有別于一般的計算機處理系統(tǒng)，它不具備像硬盤那樣大容量的存儲介質，而大多使用 eprom 、 eeprom 或閃存 (flash memory) 作為存儲介質。軟件部分包括操作系統(tǒng)軟件 ( 要求實時和多任務操作 ) 和應用程序編程。應用程序控制著系統(tǒng)的運作和行為；而操作系統(tǒng)控制著應用程序編程與硬件的交互作用。
（嵌入式顯示器）
什么是嵌入式微處理器？
嵌入式系統(tǒng)的核心是嵌入式微處理器。嵌入式微處理器一般具備 4 個特點： (1) 對實時和多任務有很強的支持能力，能完成多任務并且有較短的中斷響應時間，從而使內部的代碼和實時操作系統(tǒng)的執(zhí)行時間減少到zui低限度； (2) 具有功能很強的存儲區(qū)保護功能，這是由于嵌入式系統(tǒng)的軟件結構已模塊化，而為了避免在軟件模塊之間出現(xiàn)錯誤的交叉作用，需要設計強大的存儲區(qū)保護功能，同時也有利于軟件診斷； (3) 可擴展的處理器結構，以能迅速地擴展出滿足應用的高性能的嵌入式微處理器； (4) 嵌入式微處理器的功耗必須很低，尤其是用于便攜式的無線及移動的計算和通信設備中靠電池供電的嵌入式系統(tǒng)geng是如此，功耗只能為 mw 甚至μ w 級。
什么是嵌入式操作系統(tǒng)？
嵌入式操作系統(tǒng)是一種支持嵌入式系統(tǒng)應用的操作系統(tǒng)軟件，它是嵌入式系統(tǒng) ( 包括硬、軟件系統(tǒng)) 極為重要的組成部分，通常包括與硬件相關的底層驅動軟件、系統(tǒng)內核、設備驅動接口、通信協(xié)議、圖形界面、標準化瀏覽器等 Browser 。嵌入式操作系統(tǒng)具有通用操作系統(tǒng)的基本特點，如能夠有效管理越來越復雜的系統(tǒng)資源；能夠把硬件虛擬化，使得開發(fā)人員從繁忙的驅動程序移植和維護中解脫出來；能夠提供庫函數(shù)、驅動程序、工具集以及應用程序 。與通用操作系統(tǒng)相比較，嵌入式操作系統(tǒng)在系統(tǒng)實時高效性、硬件的相關依賴性、軟件固態(tài)化以及應用的專用性等方面具有較為突出的特點。
（嵌入式電腦觸摸一體機）
嵌入式計算機設計分幾步？
di一步：需求分析
確定設計任務和目標，并制定說明規(guī)格文檔，作為下一步設計的指導和驗收標準。需求分析往往要與用戶反復交流，以明確系統(tǒng)功能需求，性能需求，環(huán)境、可靠性、成本、功耗、資源等需求。
di二步：體系結構設計
體系結構設計是嵌入式系統(tǒng)的總體設計，它需要確定嵌入式系統(tǒng)的總體構架，從功能上對軟硬件進行劃分。在此基礎上，確定嵌入式系統(tǒng)的硬件選型（主要是處理器選型），操作系統(tǒng)的選擇和開發(fā)環(huán)境的選擇。
di三步：硬件的設計、制作及測試
在這一階段要確定硬件部分的各功能模塊及模塊之間的關聯(lián)，并在此基礎上完成元器件的選擇、原理圖繪制、印刷電路板（PCB）設計、硬件的裝配與測試、目標硬件zui終的確定和測試。
di四步：軟件的設計、實現(xiàn)及測試
這部分工作與硬件開發(fā)并行、交互進行。軟件設計主要完成引導程序的編制、操作系統(tǒng)的移植、驅動程序的開發(fā)、應用軟件的編寫等工作。設計完成后，軟件開發(fā)進入實現(xiàn)階段。這一階段主要是嵌入式軟件的生成（編譯、鏈接），調試和固化運行，zui后完成軟件的測試。
di五步：系統(tǒng)集成
將測試完成的軟件系統(tǒng)裝入制作好的硬件系統(tǒng)中，進行系統(tǒng)綜合測試，驗證系統(tǒng)功能是否能夠正確無誤地實現(xiàn)，zui后將正確的軟件固化在目標硬件中。本階段的工作是整個開發(fā)過程中zui復雜、zui費時的，特別需要相應的輔助工具支持。
di六步：系統(tǒng)性能測試及可靠性測試
測試zui終完成的系統(tǒng)性能是否滿足設計任務書的各項性能指標和要求。若滿足，則可將正確無誤的軟件固化在目標硬件中；若不能滿足，在zui壞的情況下，則需要回到設計的初始階段重新進行設計方案的制定。
嵌入式計算機的應用領域
嵌入式工控機（Embedded Industrial Computer）是一種加固的增強型工業(yè)計算機，它可以作為一個工業(yè)控制器在工業(yè)環(huán)境中可靠運行。嵌入式工控機通俗的說就是專門為工業(yè)現(xiàn)場而設計的機構緊湊的計算機。
嵌入式工控機可以靈活的應用在對溫度及使用空間等苛刻的環(huán)境中，包括車載、零售、監(jiān)控、電子廣告牌、工廠控制等有低功耗系統(tǒng)需求的應用市場。
嵌入式計算機對未來的影響/發(fā)展趨勢
- 嵌入式系統(tǒng)促使計算機的形態(tài)和性能geng加小型化,多功能,低功耗.
- 嵌入式系統(tǒng)使計算機由以往的諾曼尼結構發(fā)展成為多處理器并行計算,大大提高運行效率及穩(wěn)定性!
- 嵌入式系統(tǒng)已成為計算機技術的一個主要分支!
- 嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展已成為當今計算機技術發(fā)展的一個重要標志!
- 改變傳統(tǒng)小型機與微型機的概念,使嵌入式系統(tǒng)不再成為計算機硬件控制技術的代名詞.某些嵌入系統(tǒng)的性能已經(jīng)能夠chao越微型機的性能!
