基于單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)

杜朝

摘要：隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，近年來我國單片機(jī)研發(fā)設(shè)計(jì)領(lǐng)域也獲得了蓬勃的發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)在社會多個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越為廣泛，其在有效提升社會各領(lǐng)域的生產(chǎn)力及生產(chǎn)效率的同時(shí)，也極大的促進(jìn)了我國社會經(jīng)濟(jì)地迅猛發(fā)展。尤其是基于單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)在社會各個(gè)領(lǐng)域的廣泛滲透，如在信息家電，及手持設(shè)備等領(lǐng)域的應(yīng)用，其更是極大的推動了這些領(lǐng)域在產(chǎn)品質(zhì)量方面的飛躍，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品向智能化及多功能化方向的發(fā)展。然而由于我國當(dāng)前在單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)途徑方面，還尚未形成一套成熟的理論體系，因此加大對基于單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的相關(guān)研究，有著積極意義。文章對嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行了簡要的概述，在此基礎(chǔ)上，對基于單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)情況進(jìn)行了詳細(xì)的探討。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)；嵌入式系統(tǒng)；開發(fā)

隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，在強(qiáng)大的經(jīng)濟(jì)實(shí)力支持下，近年來我國科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域也獲得了長足的進(jìn)步，科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展及其在社會各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，在極大的提升各領(lǐng)域生產(chǎn)力及生產(chǎn)效率的同時(shí)，也為各領(lǐng)域創(chuàng)造了巨大的社會經(jīng)濟(jì)效益，其對于保障社會各領(lǐng)域建設(shè)事業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展等有著重要作用。信息技術(shù)是21世紀(jì)發(fā)展最為迅猛的科學(xué)技術(shù)之一，信息技術(shù)的快速發(fā)展，也開啟了信息時(shí)代的大門，隨著信息技術(shù)在社會多個(gè)領(lǐng)域的廣泛滲透，以計(jì)算機(jī)信息技術(shù)為基礎(chǔ)的單片機(jī)技術(shù)領(lǐng)域也獲得了極大的發(fā)展，基于單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)也成為了人們研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域之_。基于單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)的研發(fā)之所以能夠吸引業(yè)界如此多的注意力，究其原因主要是該系統(tǒng)的功能的強(qiáng)大性，及適用的廣泛性，基于單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)能夠應(yīng)用到社會多個(gè)領(lǐng)域中，如信息家電，及手持設(shè)備等領(lǐng)域，不僅能夠有效地提升這些領(lǐng)域的工作效率，為企業(yè)創(chuàng)造巨大的社會經(jīng)濟(jì)效益，還能有效地實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的智能化及多功能化發(fā)展，因而加大對單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的相關(guān)研究，有著積極意義。接下來對嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行簡要的概述，在此基礎(chǔ)上，對基于單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)情況進(jìn)行詳細(xì)的探討。

1.嵌入式系統(tǒng)概述

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)及性能方面，也在發(fā)生著重大的改變，原有的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)己難以適應(yīng)社會發(fā)展的需要，以及人們?nèi)找嫔叩膶ο到y(tǒng)性能的要求，因此加大對計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的研發(fā)，就顯得尤為必要了。嵌入式系統(tǒng)便是在這樣的社會大背景下應(yīng)運(yùn)而生的，其對于提升計(jì)算機(jī)性能，提升計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的智能化水平等，有著重要作用。嵌入式系統(tǒng)，顧名思義是一種基于計(jì)算機(jī)技術(shù)，以實(shí)際應(yīng)用為目標(biāo)，可以實(shí)現(xiàn)對軟硬件剪裁，同時(shí)在系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性、體積及成本和性能等方面，有著更高要求的專業(yè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)?；谇度胧较到y(tǒng)的優(yōu)異性能，該系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于我國社會的多個(gè)領(lǐng)域，如信息家電領(lǐng)域，甚至在我國的國防工業(yè)領(lǐng)域，該系統(tǒng)也有著廣泛的應(yīng)用。

具體來說，嵌入式系統(tǒng)相較于以往的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其具有如下主要特點(diǎn)：（1）體積小特點(diǎn)。隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在體積方面也提出了更高要求，為了更加方便人們的攜帶及使用，當(dāng)前系統(tǒng)的研發(fā)有向小體積方向發(fā)展的趨勢，而嵌入式系統(tǒng)就是一種具有較小體積的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，為了有效降低系統(tǒng)的體積，該系統(tǒng)將其部分控制部件，巧妙地安裝進(jìn)系統(tǒng)中，從而在有效的縮小系統(tǒng)體積的同時(shí)，也極大地提升了系統(tǒng)空間的利用率，降低了系統(tǒng)生產(chǎn)成本；（2）高性能特點(diǎn)。該系統(tǒng)相較于以往的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，具有更好的系統(tǒng)穩(wěn)定性，及更高的運(yùn)算速率，同時(shí)該系統(tǒng)在開發(fā)周期方面，也得到了急劇的降低，因而較高的性價(jià)比，也是該系統(tǒng)的主要特點(diǎn)之_；（3）存儲容量不高。由于該系統(tǒng)不具有以往計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬盤設(shè)備，其在數(shù)據(jù)信息的存儲方面，主要借助FLASH memory，及ROM等儲存介質(zhì)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的保存，因而其存儲容量不高；（4）實(shí)時(shí)性特點(diǎn)。該系統(tǒng)對時(shí)間較為敏感，在部分應(yīng)用軟件中，其對時(shí)間有一定的限制，若在某項(xiàng)操作中，其超過了規(guī)定的時(shí)間，其就不能達(dá)到預(yù)期的效果，因而該系統(tǒng)具有很強(qiáng)的實(shí)時(shí)性特性。

2.基于單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)

2.1單片機(jī)概述

隨著計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的快速發(fā)展，近年來我國單片機(jī)技術(shù)領(lǐng)域也獲得了迅猛的發(fā)展，單片機(jī)，又可被稱為微型計(jì)算機(jī)，其是一種將RAM，ROM，CPU等設(shè)備，采用高度集成的方式，將其全部設(shè)計(jì)在同一芯片上的一種微處理器。當(dāng)前隨著單片機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，其超大規(guī)模的集成技術(shù)領(lǐng)域，也獲得了長足的進(jìn)步，同時(shí)隨著單片機(jī)在低質(zhì)量、小體積方面的不斷發(fā)展，當(dāng)前我國單片機(jī)已形成了一套相對成熟的技術(shù)體系，在性能及功能性方面，也獲得了極大的提高，因而單片機(jī)技術(shù)在當(dāng)前社會的多個(gè)領(lǐng)域，諸如工藝控制，儀器儀表，以及通信領(lǐng)域等，己獲得了廣泛的應(yīng)用，并取得了顯著的成效，相信在不久的將來，其在社會的多個(gè)領(lǐng)域都有著良好的應(yīng)用前景。

2.2操作系統(tǒng)微內(nèi)核

2.2.1微內(nèi)核結(jié)構(gòu)

單片機(jī)作為一種微處理器，其是嵌入式系統(tǒng)最為核心的部分，其對于系統(tǒng)功能的充分發(fā)揮，發(fā)揮關(guān)鍵作用。嵌入式操作系統(tǒng)，其微內(nèi)核在結(jié)構(gòu)上主要由以下幾個(gè)部分組成：（1）任務(wù)管理和調(diào)度模塊。該模塊的主要功能是，實(shí)現(xiàn)對任務(wù)的有效的控制及其調(diào)度，同時(shí)該模塊還能有效實(shí)現(xiàn)各任務(wù)間的數(shù)據(jù)通信，以及對任務(wù)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行儲存等；（2）硬件抽象層模塊。該模塊的主要功能是，在一定的硬件平臺下，實(shí)現(xiàn)對某些硬件的有效映射，從而發(fā)揮系統(tǒng)的相關(guān)功效。嵌入式操作系統(tǒng)微內(nèi)核的以上結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，不僅能夠有效地降低系統(tǒng)核心的負(fù)荷，提升其運(yùn)行效率，保障系統(tǒng)性能的充分發(fā)揮，還能有效地提升系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，及可剪裁性等方面的性能，因而系統(tǒng)的微內(nèi)核結(jié)構(gòu)，對于保障系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，提升系統(tǒng)運(yùn)行效率等，有著重要作用。

2.2.2微內(nèi)核結(jié)構(gòu)對系統(tǒng)性能的作用

在嵌入式操作系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)微內(nèi)核結(jié)構(gòu)，對提升系統(tǒng)的性能有著重要作用，也正是基于此，微內(nèi)核結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)已廣泛地應(yīng)用于系統(tǒng)開發(fā)中，然而隨著人們嵌入式系統(tǒng)性能要求的不斷提高，及系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域及環(huán)境的不斷拓展，當(dāng)前的微內(nèi)核結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已難以適應(yīng)社會發(fā)展的需要，因而研發(fā)出體積更大，性能更高的微內(nèi)核，對于滿足社會對嵌入式系統(tǒng)的性能需要，就顯得尤為必要了。然而增大微內(nèi)核的體積，這也引起了當(dāng)前社會各界的普遍爭論，一部分人的觀點(diǎn)是，在核心結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中，可以使用客戶/服務(wù)器形式，如此一來，不僅會提高系統(tǒng)的開發(fā)成本，對系統(tǒng)性能也會造成較大影響；另一部分人則認(rèn)為，微核心理論之所以存在較大問題，其主要原因是受到以往系統(tǒng)內(nèi)涵理論的局限，因而如果在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上不合理的話，將會極大地影響系統(tǒng)的性能。因此為了提升嵌入式系統(tǒng)的功能，加大對其微內(nèi)核結(jié)構(gòu)及性能的相關(guān)設(shè)計(jì)研究，有著重要作用。

2.3EOS51系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

當(dāng)前在基于單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)中，微內(nèi)核基本上是EOS51系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其實(shí)現(xiàn)過程大致是這樣的，通過對任務(wù)實(shí)施有效的控制，并進(jìn)行相應(yīng)的切換，同時(shí)對任務(wù)間的互斥控制以及通信控制等，采取相應(yīng)的時(shí)機(jī)控制操作，由此保障微內(nèi)核引擎工作的正常進(jìn)行。在運(yùn)轉(zhuǎn)中，當(dāng)系統(tǒng)實(shí)施電的連接時(shí)，就能夠通過系統(tǒng)存儲器，獲得相關(guān)的地址信息，然后再得到相關(guān)指令后，可以實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的初始化，而剩下的存儲設(shè)備，則由用戶自行處理。如此一來的話，就能有效地保障系統(tǒng)的正常啟動，同時(shí)其外部硬件設(shè)施等，用戶也能夠依照自身需求情況，進(jìn)行適當(dāng)?shù)耐卣?，因而基于單盤機(jī)的嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)，不僅具有較高的系統(tǒng)靈活性，同時(shí)其微內(nèi)核結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，也具有更廣泛的適用性。

3.結(jié)語

由以上可以看出，基于單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)，相較于以往的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，具有更小的體積和質(zhì)量，同時(shí)在性價(jià)比方面，也有著更高的競爭優(yōu)勢，因此加大對基于單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的相關(guān)研究，有著深遠(yuǎn)意義。