嵌入式系统硬件构成概述

# 1. 嵌入式系统基础概念

## 1.1 嵌入式系统的定义和特点

嵌入式系统是指嵌入到其他设备或系统中，用于控制和监测设备或系统运行的计算机系统。它通常由硬件和软件两部分组成。嵌入式系统具有以下几个特点：

- 实时性：嵌入式系统通常需要在严格的时间限制下完成任务，因此需要具备快速响应能力。
- 可靠性：嵌入式系统运行在各种设备和环境中，要求具备良好的稳定性和可靠性。
- 节能性：嵌入式系统通常运行在电池供电的设备中，需要具备低功耗的特点。
- 简洁性：嵌入式系统通常需要考虑硬件资源有限的情况下，要求软件代码简洁高效。
- 特定功能：嵌入式系统设计用于特定的应用领域，如工业控制、医疗设备、智能家居等。

## 1.2 嵌入式系统在日常生活中的应用

嵌入式系统已经深入到我们的日常生活中，在各个领域都起到了重要作用。以下是一些常见的嵌入式系统应用实例：

- 智能手机：智能手机是一种典型的嵌入式系统，它不仅具备通信功能，还集成了计算能力、多媒体和传感器等功能。
- 汽车：现代汽车中有大量的嵌入式系统，用于控制引擎、车身稳定性、车载娱乐系统等功能。
- 家电：家电产品如电视、空调、冰箱等都包含嵌入式系统，提供控制和交互功能。
- 医疗设备：医疗设备如心脏起搏器、体温计、血压计等都采用嵌入式系统，用于监测和控制患者的生理状态。
- 工业控制：工业领域中的控制系统和自动化设备也广泛使用嵌入式系统，如PLC（可编程逻辑控制器）、SCADA（监控与数据采集）等。

## 1.3 嵌入式系统与通用计算机系统的区别

嵌入式系统与通用计算机系统相比有着一些明显的区别：

- 硬件资源限制：嵌入式系统通常具有有限的硬件资源，如处理器性能、存储空间和功耗限制等。相对而言，通用计算机系统通常具备更多的硬件资源，以满足更广泛的应用需求。
- 实时性要求：嵌入式系统通常需要在严格的时间限制下完成任务，对实时性的要求更高。而通用计算机系统的实时性要求相对较低。
- 特定领域应用：嵌入式系统的设计用于特定的应用领域，如汽车、医疗、工业控制等。而通用计算机系统则广泛应用于办公、娱乐等各个领域。
- 软件定制化：嵌入式系统的软件往往是定制开发的，根据具体应用场景进行优化和定制。通用计算机系统的软件通常是面向广大用户的通用软件。

以上是关于嵌入式系统基础概念的介绍，下面将进入第二章，介绍嵌入式系统的硬件构成。

# 2. 嵌入式系统硬件架构

嵌入式系统的硬件架构是指嵌入式系统中各个硬件组成部分的结构和功能。在嵌入式系统中，主要包括CPU和微控制器、存储器和输入输出设备等。

### 2.1 CPU和微控制器

CPU（中央处理器）是嵌入式系统的核心部件，它负责执行指令和控制系统的运行。在嵌入式系统中，常用的CPU有ARM、MIPS、PowerPC等。这些CPU通常具有低能耗、高性能和强大的计算能力。

微控制器是一种集成了CPU、存储器和I/O接口等功能的单芯片系统。它通常用于对外部信号进行采集和处理，驱动执行器，实现嵌入式系统的功能。微控制器通常搭载在嵌入式开发板或嵌入式设备上，常见的微控制器有PIC、AVR、STM32等。

### 2.2 存储器

存储器是嵌入式系统中用于存储数据和程序的设备。常见的存储器包括RAM（随机存储器）和ROM（只读存储器）。

RAM用于临时存储程序运行时的数据，其特点是读写速度快但存储容量较小。常见的RAM类型有SRAM和SDRAM。

ROM用于存储程序和数据，通常是只读的，不可修改。常见的ROM类型有EPROM、EEPROM和Flash。其中，Flash是一种常用的存储器类型，它具有可擦写、可编程的优点。

### 2.3 输入输出设备

嵌入式系统的输入输出设备主要用于与外部环境进行信息交互。常见的输入设备包括按键、触摸屏和传感器（如温度传感器、光线传感器等）。常见的输出设备包括LED、液晶显示屏、电机和声音发生器等。

这些输入输出设备通过接口与嵌入式系统进行连接。常见的接口有串口、并口和USB接口。其中，串口通常用于与外部设备进行数据通信，而并口和USB接口则可用于连接打印机、摄像头等外部设备。

总结起来，嵌入式系统的硬件架构主要包括CPU和微控制器、存储器和输入输出设备。这些硬件组成部分共同协作，实现嵌入式系统的功能和任务。在设计嵌入式系统时，需要根据具体应用场景选择合适的硬件组件，以满足系统的性能、功耗和成本等要求。

# 3. 嵌入式系统的嵌入式操作系统

嵌入式操作系统是嵌入式系统中不可或缺的一部分，它提供了系统的核心功能，管理和协调系统资源的使用，同时也为应用程序提供了开发接口和运行环境。下面将从功能和特点、常见的嵌入式操作系统比较以及选择与设计考虑三个方面对嵌入式操作系统进行详细介绍。

#### 3.1 嵌入式操作