嵌入式系统详解：原理、发展历程与关键特性

嵌入式系统原理与设计是一本由蒋建春主编的专业教材，针对非PC系统，特别是那些具备计算机功能但非传统计算机设备的研究。该书深入探讨了嵌入式系统的概念、发展历程、特性和应用领域。 1.1 嵌入式系统的定义： 嵌入式系统是一种高度定制化的计算机系统，它以特定的应用需求为核心，注重功能、可靠性、成本、体积和功耗等综合性能。其基本组成部分包括嵌入式处理器、硬件支撑、嵌入式操作系统以及相关的应用软件。 1.2 发展历程： 嵌入式系统的起源可以追溯到20世纪70年代的单片机，随着技术的进步，80年代出现了低成本且高效开发的嵌入式系统。进入90年代，随着实时性需求的提升，实时多任务操作系统（RTOS）成为主流，支持复杂的并发处理。 1.3 特性分析： 嵌入式系统的显著特点是功能特定性，即针对特定应用场景设计；规模可变性，可以根据需求调整硬件和软件配置；实时性和稳定性，强调快速响应时间和长期运行的稳定性。此外，嵌入式系统通常具有小型化的操作系统内核、高度专用、精简设计、高实时性的OS和多任务实时操作系统，以及专用的开发工具和环境。 1.4 应用领域广泛： 嵌入式系统在消费电子、智能仪器、通信信息、过程控制、国防武器以及生物微电子等领域都有广泛应用。 2.1 硬件构成： 嵌入式硬件包括基础的最小系统（电源、时钟、复位、存储器等）、通用I/O接口和外部设备，这些构成了一台嵌入式系统的基石。 2.2 软件架构： 软件系统主要由操作系统（如RTOS）、文件系统、图形用户界面、网络系统和通用组件模块组成。其中，操作系统负责管理硬件资源和任务调度，而文件系统和网络系统则确保数据管理和通信功能。 2.3 处理器分类： 嵌入式处理器根据体系结构可分为多种类型，如CISC（复杂指令集计算机）、RISC（精简指令集计算机）和SoC（系统级芯片），每种都有其适用场景和性能优势。 2.4 软件体系结构： 常见的嵌入式软件体系结构有轮转结构（无中断）和带中断的轮转结构。轮转结构简单，无中断，但可能无法满足快速响应时间的要求；带中断的结构则提供了更灵活的优先级控制，但可能会增加复杂性。 嵌入式系统原理与设计深入研究了这一领域的核心概念和技术细节，为理解和开发此类系统提供了坚实的理论基础。