分类:嵌入式系统

嵌入式系统（Embedded System）是指专门为特定功能设计的计算机系统，通常作为更大系统的一部分运行。这类系统通常具有实时计算约束，被设计用于控制设备或执行特定任务，而非作为通用计算机使用。

基本特征[编辑 | 编辑源代码]

嵌入式系统的主要特征包括：

• 专用性：针对特定应用定制
• 实时性：多数要求实时响应
• 资源受限：有限的处理器性能、内存和存储空间
• 可靠性要求高：通常需要长期稳定运行
• 低功耗：特别是便携式设备中的嵌入式系统

硬件架构[编辑 | 编辑源代码]

典型的嵌入式系统硬件组成：

常见处理器类型包括：

• 8/16/32位微控制器（如51单片机、ARM架构）
• 数字信号处理器（DSP）
• 现场可编程门阵列（FPGA）
• 专用集成电路（ASIC）

软件开发[编辑 | 编辑源代码]

嵌入式软件开发特点：

• 通常使用交叉编译环境
• 需要直接硬件操作
• 资源优化至关重要
• 实时操作系统（RTOS）常见

示例代码（使用C语言控制GPIO）：

#include <stdint.h>
#define GPIO_OUTPUT (*(volatile uint32_t *)0x40000000)

void main() {
    // 设置GPIO为输出模式
    GPIO_OUTPUT = 0x01; 
    while(1) {
        GPIO_OUTPUT ^= 0x01; // 翻转LED状态
        delay(500);          // 延时500ms
    }
}

应用领域[编辑 | 编辑源代码]

嵌入式系统广泛应用于：

• 工业自动化：PLC、机器人控制
• 消费电子：智能手机、智能家居
• 汽车电子：ECU、ADAS系统
• 医疗设备：监护仪、植入式设备
• 物联网：传感器节点、网关设备

开发工具[编辑 | 编辑源代码]

常见嵌入式开发工具链：

性能指标[编辑 | 编辑源代码]

嵌入式系统关键性能参数：

• 处理速度（MIPS/DMIPS）
• 功耗（mW/MHz）
• 内存需求（KB/MB）
• 实时响应时间（μs/ms）

数学表达式示例（计算系统负载）： ${\displaystyle U={\displaystyle \sum _{i=1}^n}\frac{C_i}{T_i}\le 1}$ 其中：

• ${\displaystyle U}$为系统利用率
• ${\displaystyle C_i}$为任务i的最坏执行时间
• ${\displaystyle T_i}$为任务i的周期

发展趋势[编辑 | 编辑源代码]

现代嵌入式系统发展趋势：

• 多核处理器应用
• 人工智能边缘计算
• 低功耗设计技术
• 功能安全认证（如ISO 26262）
• 无线连接能力增强

参见[编辑 | 编辑源代码]

• 实时操作系统 - 嵌入式系统中常用的操作系统类型
• 物联网 - 嵌入式系统的重要应用领域
• 微控制器 - 嵌入式系统的核心组件
• FPGA - 可编程逻辑器件在嵌入式系统中的应用