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還是抽不出時(shí)間靜下心來寫一篇技術(shù)方面的東西，總不能讓空間閑得發(fā)霉，今天就找點(diǎn)兒話題“嵌入式系統(tǒng)”閑扯幾句。
由于目前我也只是一個(gè)菜鳥，對(duì)專業(yè)知識(shí)的掌握還不夠完善。加上本人的語文水平很爛(自打上學(xué)那會(huì)兒，語文成績(jī)一直是處于及格水平)，寫起文章來措辭用句不免有些錯(cuò)誤，所以，還請(qǐng)“大蝦”們不要扔板磚，覺得文章不錯(cuò)的話，就順便頂一個(gè)哈。。。
什么是“嵌入式系統(tǒng)”？這個(gè)問題看上去很模糊，很抽象，很難回答。對(duì)，沒錯(cuò)，它就是一個(gè)比較抽象的沒有一個(gè)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)定義的事物。從字面意思上看上去有2個(gè)內(nèi)容構(gòu)成，即“嵌入式”和“系統(tǒng)”�！跋到y(tǒng)”給人的第一感覺應(yīng)該是一個(gè)很大的東西。其實(shí)，在嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域內(nèi)，它可以很大，也可以很小。而“嵌入式”從字面意思理解貌似是嵌入到某個(gè)東西里面。對(duì)，它就是嵌入到一個(gè)設(shè)備或裝備里面的。一般的定義就是：用于控制、監(jiān)視或者輔助操作機(jī)器和設(shè)備的裝置。這樣，我們就可以理解“嵌入式系統(tǒng)”就是一個(gè)用來控制、監(jiān)視或者輔助操作的一個(gè)系統(tǒng)。當(dāng)然，它包括軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)。目前，國內(nèi)普遍認(rèn)同的嵌入式系統(tǒng)的定義為：以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積和功耗等等嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。呵呵，說了這么一大溜，都是廢話。說白了，嵌入式系統(tǒng)就是一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，只不過跟我們?nèi)粘Ｉ钪兴玫挠?jì)算機(jī)系統(tǒng)不一樣罷了。它的軟硬件要遠(yuǎn)比通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)小，可是它對(duì)穩(wěn)定性和可靠性的要求卻遠(yuǎn)比通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)高。舉個(gè)例子，你的通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)容易中病毒，而嵌入式系統(tǒng)就沒有中毒的現(xiàn)象，它的可靠性是非常高的。硬件方面，它也有如同我們?nèi)粘Ｉ钪兴玫挠?jì)算機(jī)里面的CPU，只不過這種CPU的性能不如通用計(jì)算機(jī)里面的CPU性能高而已。軟件方面，它可以沒有操作系統(tǒng)，也可以搭載操作系統(tǒng)。程序源代碼一般都是用C語言編寫的，包括操作系統(tǒng)的源代碼。
在當(dāng)代生活中，嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用越來越多。可以說，從你出生的那一刻起，到你生命的最后一刻，嵌入式系統(tǒng)無時(shí)無刻不都在你的身邊并且深深地影響著你的生活。例如，你打電話使用的iPhone，你玩游戲使用的iPAD，你看電視節(jié)目使用的電視機(jī)數(shù)字機(jī)頂盒和電視機(jī)，你上網(wǎng)使用的路由器或者M(jìn)odem，你出門所駕駛和乘坐的交通工具，你烹飪時(shí)所使用的電磁爐和微波爐，你生活中使用的洗衣機(jī)、空調(diào)、冰箱等等，還有工廠里面自動(dòng)化生產(chǎn)的機(jī)器設(shè)備以及醫(yī)院里面的醫(yī)療儀等等等等�？梢哉f，你所看到的任何事物都是嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的典型代表。所以說，嵌入式系統(tǒng)無時(shí)無刻不影響并改善你的生活，就像我的QQ簽名所說的一樣：嵌入式，讓生活更美好。。。
在嵌入式系統(tǒng)里面，我不得不表一表一個(gè)極其重要的成員，它就是“單片機(jī)”。單片機(jī)是啥玩意兒，其實(shí)也就是塊芯片而已。我從2009年第一次接觸單片機(jī)，至今已經(jīng)快4年了。通常我們大家都有1個(gè)模糊的概念，都會(huì)問：“單片機(jī)系統(tǒng)是不是嵌入式系統(tǒng)呢？”O(jiān)f Course!!!只不過呢，我們現(xiàn)在把它看成一個(gè)低端的嵌入式系統(tǒng)。(不過現(xiàn)在ARM內(nèi)核的32位單片機(jī)可已經(jīng)不低端了哦！真要是和一般的ARM9火拼起來，鹿死誰手還說不定呢！這些高端的單片機(jī)干起活來，那也是崗崗滴。。。)所以可以這么說，單片機(jī)系統(tǒng)一定是屬于嵌入式系統(tǒng)，但是嵌入式系統(tǒng)不一定指單片機(jī)系統(tǒng)。高端的嵌入式系統(tǒng)一般指的是像“ARM+Linux”這樣結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，它側(cè)重在軟件上面搭載操作系統(tǒng)，在操作系統(tǒng)上面還搭載一些應(yīng)用程序。這樣，整個(gè)系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行更可靠更智能化。說了這么多，似乎有點(diǎn)抽象。舉個(gè)例子你就明白了。你買了一款智能手機(jī)，像現(xiàn)在的智能手機(jī)里面一般都會(huì)搭載Android操作系統(tǒng)，這個(gè)便是操作系統(tǒng)層。然后應(yīng)用程序?qū)泳褪悄愕倪@款手機(jī)上安裝了像騰訊QQ，搜狗輸入法，憤怒的小鳥這些應(yīng)用軟件之類的。這樣，你手里拿的便是一個(gè)高端的嵌入式系統(tǒng)的典型應(yīng)用案例。
嵌入式系統(tǒng)里面還有一個(gè)更加重要的成員，它就是“ARM”�！癆RM”是什么？它的英語原文意思我想不用我說大家都知道它是“手臂，胳膊”的意思。在嵌入式系統(tǒng)里，它是英國的一家電子半導(dǎo)體微處理器的著名企業(yè)，公司總部在英國劍橋。ARM公司是專門從事基于RISC技術(shù)芯片設(shè)計(jì)開發(fā)的公司，它只作為知識(shí)產(chǎn)權(quán)的供應(yīng)商，本身卻不直接從事芯片的生產(chǎn)，靠轉(zhuǎn)讓設(shè)計(jì)許可由各家半導(dǎo)體設(shè)計(jì)公司設(shè)計(jì)各具自身特色的處理器芯片。目前，世界上各大著名的半導(dǎo)體生產(chǎn)廠商已經(jīng)從ARM公司購買了其設(shè)計(jì)的ARM微處理器核，根據(jù)各自不同的應(yīng)用領(lǐng)域，加入適當(dāng)?shù)耐鈬娐�，從而形成了自己的ARM微處理器芯片進(jìn)入市場(chǎng)。目前，世界著名的半導(dǎo)體廠商ATMEL，NXP，TI，F(xiàn)REESCALE，ST都有了自己的ARM微處理器，其市場(chǎng)呈現(xiàn)出“百花齊放，百家爭(zhēng)鳴”的狀態(tài)。
那么，ARM微處理器有哪些種類呢？其實(shí)，按照ARM內(nèi)核來分，原來ARM公司走的路線是這樣的：最開始，ARM公司設(shè)計(jì)的ARM7內(nèi)核是當(dāng)時(shí)主流的嵌入式處理器，該內(nèi)核是三級(jí)流水線和馮·諾依曼架構(gòu)，我們大家常用的51單片機(jī)也是馮·諾依曼架構(gòu)，好有親切感，哈哈哈。。。因?yàn)槠涮幚硭俣戎挥?.9MIPS/MHz，處理能力非常有限，后來就誕生了ARM9。該內(nèi)核是5級(jí)流水線，提供1.1MIPS/MHz的哈佛總線架構(gòu)，其處理性能明顯大大提升。ARM9主要包括ARM9TDMI和ARM9EJ-S等內(nèi)核，而ARM7內(nèi)核典型代表就是ARM7TDMI。其實(shí)ARM9不僅僅是在處理性能上面比ARM7上一個(gè)檔次，更重要的是其內(nèi)部硬件比ARM7更加復(fù)雜，支持更多一種指令集技術(shù)。最最重要的一點(diǎn)，從ARM9開始，其微處理器開始能夠支持加載大型的操作系統(tǒng)，如LINUX，Windows CE，Vxworks，Android等等，這4中操作系統(tǒng)是當(dāng)今嵌入式領(lǐng)域內(nèi)最為歡迎的幾種。首先，Linux是一種自由和開放源碼的類Unix操作系統(tǒng)，其最大的特點(diǎn)就是源碼開放，所以它是目前在搞嵌入式技術(shù)開發(fā)的工程師們當(dāng)中很受歡迎的一種操作系統(tǒng)。Windows CE操作系統(tǒng)是微軟公司的，它很變態(tài)，源碼不開放，這的確讓人很蛋疼，使得想學(xué)習(xí)它的人可能比較困難。但是，它為什么還有如此好的市場(chǎng)空間呢？為什么還能在如此眾多實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的市場(chǎng)上站住腳呢？其實(shí)很簡(jiǎn)單，原因就在于它的一個(gè)特色和靚點(diǎn)：界面非常友好。。。它提供了非常友好的圖形化界面，就如同我們?nèi)粘Ｉ钏玫碾娔X一樣，操作簡(jiǎn)單。就憑這一點(diǎn)，它就能稱霸一方，呵呵。。。其實(shí)，Windows CE操作系統(tǒng)很像我們以前使用的Windows 98操作系統(tǒng)一樣，大家想想就應(yīng)該知道了。就是因?yàn)檫@一點(diǎn)，Windows CE操作系統(tǒng)在目前汽車電子領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用的最多，最主要的就是汽車的車載導(dǎo)航系統(tǒng)。
等下，喝口水，嘴巴都講干了呵呵。。。接下來，我們聊一聊Vxworks。這款嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)在民用領(lǐng)域比較少。它是美國溫瑞尓公司于1983年設(shè)計(jì)開發(fā)的。其良好的可靠性和實(shí)時(shí)性被廣泛的應(yīng)用在軍事，航空，航天等高精尖技術(shù)及實(shí)時(shí)性要求極高的領(lǐng)域中，如衛(wèi)星通訊，軍事演習(xí)，彈道制導(dǎo)，飛機(jī)導(dǎo)航等等。Android是一種以Linux為基礎(chǔ)的開放源碼的操作系統(tǒng)，主要用在便攜式設(shè)備上。如目前在智能手機(jī)和平板電腦上使用的最為廣泛，當(dāng)然，其也可以使用在嵌入式平臺(tái)上面。目前尚沒有統(tǒng)一的中文名稱，在中國大陸普遍稱為“安卓”，“安致”。它是由谷歌于2008年9月份開發(fā)的，最主要的應(yīng)用領(lǐng)域還是在消費(fèi)領(lǐng)域內(nèi)電子設(shè)備上面。
以上廢話了許多，主要講了一下在嵌入式開發(fā)上面的一些操作系統(tǒng)，有點(diǎn)跑題哈。。。
有了ARM9以后，在一般的應(yīng)用場(chǎng)合都能夠勝任，都能見到它的身影。然而，在消費(fèi)類領(lǐng)域特別是在音視頻處理領(lǐng)域內(nèi)，ARM9還是不能很好的勝任它的。如果要用一款A(yù)RM9來播放一端視頻文件，它會(huì)卡死極其嚴(yán)重，數(shù)據(jù)吞吐量完全吃不消。所以，就在這種背景下，ARM公司后來又開發(fā)出了ARM11內(nèi)核。ARM11系列主要有ARM1136J，ARM1156T2和ARM1176JZ三種內(nèi)核型號(hào)，分別針對(duì)不同的領(lǐng)域。ARM11是基于ARMv6架構(gòu)的專門為新一代消費(fèi)類電子、無線設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和汽車電子產(chǎn)品需求而制定的。ARM11的媒體處理能力和低功耗特點(diǎn)，特別適用于無線和消費(fèi)類電子產(chǎn)品。大家都有這樣的一種經(jīng)歷，平常用手機(jī)的時(shí)候，非常希望自己的手機(jī)待機(jī)或者續(xù)航能力持久，然而往往卻很難達(dá)到要求。其實(shí)，這就是要求電子產(chǎn)品和設(shè)備的低功耗能力要超強(qiáng)。并且，ARM11的高數(shù)據(jù)吞吐量和高性能的結(jié)合非常適合網(wǎng)絡(luò)處理應(yīng)用。
按照ARM公司以往走得路線來看，ARM11時(shí)代過了以后，ARM公司應(yīng)該繼續(xù)開發(fā)出ARM13，ARM15甚至更高的處理器內(nèi)核。但是，ARM公司從ARM11以后就沒有走原來的路線了。據(jù)有些人說，ARM公司畢竟是西方國家的，13這個(gè)數(shù)字對(duì)西方國家來說是個(gè)很不好的數(shù)字，就如中國人不喜歡4這個(gè)數(shù)字一樣。所以，后來ARM公司開發(fā)出了新的內(nèi)核，它有3種，分別如下：ARM Cortex-A系列，ARM Cortex-R系列，ARM Cortex-M系列。很有意思的是，這三個(gè)系列正好拼在一起就是“ARM”，哈哈，有意思吧。。。
其中，A是英文Application的縮寫，它是應(yīng)用的意思，意思就是ARM Cortex-A系列的處理器目標(biāo)市場(chǎng)就是高端設(shè)備的應(yīng)用場(chǎng)合，如現(xiàn)在的很多手機(jī)，平板電腦就是該系列的處理器，像蘋果的iPhone就是A5處理器啊。R是英文Realtime的縮寫，它是實(shí)時(shí)的意思，意思就是ARM Cortex-R系列的處理器目標(biāo)市場(chǎng)就是一些對(duì)實(shí)時(shí)性能要求較高的場(chǎng)合，如軍事，航空，航天領(lǐng)域最為典型。M是英文Microcontroller的縮寫，它是微控制器的意思，也就是單片機(jī)，哈哈，我們大家都很熟悉并且津津樂道的玩意兒。對(duì)，ARM Cortex-M系列目標(biāo)市場(chǎng)就是單片機(jī)市場(chǎng)，不用多說，你懂的。。。嘿嘿。。。
現(xiàn)在，常常有些朋友總是問道我這樣的問題：你用的ARM到底是ARM9還是ARM11��？你用ARM9干嘛不用ARM11��？每當(dāng)被問及這個(gè)問題，我只能很無語，我不知所云。大家伙總是一味的追求高端，總是以為追求高端就很NB，其實(shí)大錯(cuò)特錯(cuò)。并且，大家伙貌似對(duì)ARM的認(rèn)識(shí)和了解也就只知道ARM9和AMR11，卻不知道還有其它系列就妄下結(jié)論選型，這點(diǎn)我不得不一笑回之。要知道，在嵌入式技術(shù)開發(fā)這一領(lǐng)域內(nèi)，對(duì)設(shè)備的穩(wěn)定性，可靠性和成本有著極其苛刻的要求。對(duì)于一個(gè)低端的應(yīng)用，你硬是搞個(gè)非常高端的芯片來使用，那純屬是浪費(fèi)，就如你殺雞硬是用宰牛刀一樣，典型的就是2B一個(gè)。。。
目前，我正在使用的是飛思卡爾半導(dǎo)體公司于2011年下半年剛推出的一款基于ARM Cortex-M4內(nèi)核的微控制器。這款芯片功能非常強(qiáng)大，也是目前M系列內(nèi)最新的一款控制器，資料較少，上手難度較大。但我相信，這款芯片在未來肯定有非常大的市場(chǎng)前景，I Belive In。。。 |
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