基于單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)研究

徐　倫

（三江學(xué)院工程教育學(xué)院，江蘇南京，210012）

基于單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)研究

徐倫

（三江學(xué)院工程教育學(xué)院，江蘇南京，210012）

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，近幾年來(lái)，我國(guó)在單片機(jī)的研究開(kāi)發(fā)方面也相繼取得了較大的進(jìn)步。單片機(jī)技術(shù)逐漸被應(yīng)用于社會(huì)各領(lǐng)域，不僅能夠有效提高我國(guó)社會(huì)各領(lǐng)域的生產(chǎn)效率、生產(chǎn)力，還能夠有效促進(jìn)我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。特別是單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用，極大地推動(dòng)了我國(guó)手持設(shè)備及其信息家電等產(chǎn)品質(zhì)量的發(fā)展，使產(chǎn)品逐步朝著智能化、功能多樣化的方向發(fā)展。然而，就當(dāng)前的發(fā)展形勢(shì)來(lái)看，單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)仍未形成完善的理論體系。本文首先介紹了嵌入式系統(tǒng)，并進(jìn)一步分析了嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r，最后就單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用進(jìn)行了探討。

單片機(jī)；嵌入式系統(tǒng)；應(yīng)用開(kāi)發(fā)

單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)單片機(jī)的遠(yuǎn)程調(diào)控，還能夠加強(qiáng)資源儲(chǔ)存管理并使通信信息同步等。計(jì)算機(jī)技術(shù)作為嵌入式專用系統(tǒng)的主核心，在單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中占據(jù)著重要地位，并作為開(kāi)發(fā)系統(tǒng)平臺(tái)存在著，而基于我國(guó)近年來(lái)科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)在社會(huì)各行業(yè)的應(yīng)用也愈發(fā)廣泛。這是因?yàn)樵撓到y(tǒng)具有強(qiáng)大的功能性和廣泛的適用性，使其在眾多領(lǐng)域中都能被充分應(yīng)用。不僅為企業(yè)創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，還能夠提高企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量，為此，有必要對(duì)單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行研究，這對(duì)企業(yè)及其國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展有積極意義。

1　嵌入式系統(tǒng)的相關(guān)概述

1.1嵌入式系統(tǒng)簡(jiǎn)介

所謂的嵌入式系統(tǒng)主要是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，可裁剪軟硬件，并對(duì)系統(tǒng)的性能、體積、成本等方面要求相對(duì)嚴(yán)格，以實(shí)際的應(yīng)用為中心的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。當(dāng)前，嵌入式系統(tǒng)更是廣泛的應(yīng)用到國(guó)防系統(tǒng)、國(guó)民經(jīng)濟(jì)等領(lǐng)域當(dāng)中，嵌入式系統(tǒng)具有相對(duì)優(yōu)異的性能。而較之以往的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，嵌入式系統(tǒng)還有以下幾個(gè)特征。

其一，高性能。較之以往的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，嵌入式系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)定性，其運(yùn)算速率也相對(duì)較高，在開(kāi)發(fā)周期方面，所耗用時(shí)間也較短，因此該系統(tǒng)具有較高的性價(jià)比；其二，體積較小。在科技信息不斷發(fā)展的背景之下，人們對(duì)于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的體積大小也提出了相應(yīng)的要求，為了便于人們輕松攜帶和使用，嵌入式系統(tǒng)以一種體積較小的狀態(tài)逐步呈現(xiàn)在人們眼前，而為了能夠保障系統(tǒng)的正常運(yùn)用并有效縮短系統(tǒng)體積，該系統(tǒng)更是巧妙地安裝了部分控制部件，不僅有效的提高了系統(tǒng)空間使用率，縮小系統(tǒng)體積，更進(jìn)一步降低了系統(tǒng)的成本費(fèi)用；其三，實(shí)時(shí)性較強(qiáng)。嵌入式系統(tǒng)對(duì)于時(shí)間異常敏感，在某些軟件應(yīng)用中，有一定的時(shí)間限制，若是無(wú)意間超過(guò)了某項(xiàng)軟件所規(guī)定的操作時(shí)間，就算得出了所需要的結(jié)果，也不能達(dá)到所預(yù)期的效果，所以嵌入式系統(tǒng)還具有實(shí)時(shí)性較強(qiáng)的特點(diǎn)；最后，應(yīng)該注意的是該系統(tǒng)的存儲(chǔ)容量較少。由于其缺少硬盤(pán)設(shè)備，且其數(shù)據(jù)信息的存儲(chǔ)仍是借用ROM、FLASH memory等存儲(chǔ)介質(zhì)來(lái)進(jìn)行保存，所以存儲(chǔ)容量相對(duì)不高。

1.2嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r

當(dāng)前，嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用范圍不斷被擴(kuò)展，但也正如上述所說(shuō)，嵌入式系統(tǒng)仍舊缺乏完整、通用、有效的開(kāi)發(fā)方法，所以，在嵌入式的軟件環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)上我國(guó)仍處于初級(jí)開(kāi)發(fā)階段。這就意味著若想更好地促進(jìn)嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)就必須對(duì)單片機(jī)的微內(nèi)核、關(guān)鍵技術(shù)及其嵌入式系統(tǒng)的集成軟件的相關(guān)測(cè)試等方面進(jìn)行研究和考慮。而分析嵌入式系統(tǒng)自身的特點(diǎn)之后還可以發(fā)現(xiàn)，嵌入式系統(tǒng)仍存在著些許不足之處，例如雖然該系統(tǒng)具有體積較小，便于攜帶的特點(diǎn)，但卻導(dǎo)致該系統(tǒng)的存儲(chǔ)容量不足，此外，由于單片機(jī)微內(nèi)核的體積也逐步朝著越變?cè)酱蟮内厔?shì)發(fā)展，這也要求要不斷完善和改進(jìn)單片機(jī)的儲(chǔ)存容量，才能更好適應(yīng)當(dāng)前的復(fù)雜化發(fā)展趨勢(shì)。

2　單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)

2.1單片機(jī)簡(jiǎn)介

單片機(jī)主要基于CPU、ROM等設(shè)備全部集成于硅片上的原理所形成的微型計(jì)算機(jī)。當(dāng)前的單機(jī)片基本采用了超大規(guī)模集成技術(shù)，綜合嵌入式系統(tǒng)體積小等特點(diǎn)。而隨著單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)趨向成熟，其應(yīng)用范圍也逐步擴(kuò)寬，在市場(chǎng)中的地位也愈發(fā)重要。

2.2單機(jī)片嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用

依據(jù)單機(jī)片的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，該系統(tǒng)具有減少耗能損失，節(jié)約能源的優(yōu)勢(shì)，所耗費(fèi)的成本費(fèi)用相對(duì)較少，且便于修理維護(hù)?；诖颂攸c(diǎn)，著重分析嵌入式Web服務(wù)器，來(lái)進(jìn)一步探討單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用。

嵌入式Web服務(wù)器，主要是利用以太網(wǎng)得以運(yùn)轉(zhuǎn)，并完成通信領(lǐng)域相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行，使其信息傳輸?shù)男视兴岣撸⒐蚕頂?shù)據(jù)資源。在嵌入式Web服務(wù)器中，科學(xué)運(yùn)用單片機(jī)不僅能夠有效解決資源遭受限制的狀況，還能通過(guò)遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)服務(wù)，在嵌入式設(shè)備連入網(wǎng)絡(luò)之后，即可實(shí)行遠(yuǎn)程設(shè)備管理，還可瀏覽該服務(wù)器中的內(nèi)容。此外，該服務(wù)器的客戶端，主要是作為嵌入式系統(tǒng)與其服務(wù)器連接的路局，并根據(jù)相關(guān)協(xié)議，該服務(wù)器會(huì)自動(dòng)分析單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)的指令，并通過(guò)腳本語(yǔ)言的形式傳入到放武器中，最終將符合指令的信息輸送到嵌入式系統(tǒng)。通常來(lái)說(shuō)，嵌入式Web服務(wù)器接收了嵌入式系統(tǒng)的相關(guān)指令后，能夠?qū)TTP請(qǐng)求進(jìn)行自動(dòng)解析，并與遠(yuǎn)程設(shè)備迅速連接成功，使管理和配置能夠方便實(shí)行，就算嵌入式Web服務(wù)器在實(shí)施信息監(jiān)測(cè)時(shí)，也能夠與接口通信進(jìn)行準(zhǔn)確的連接，使得嵌入式Web服務(wù)器信息的交互水平能夠有所提升。

2.3單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)

（1）微內(nèi)核結(jié)構(gòu)的影響

嵌入式系統(tǒng)的微內(nèi)核結(jié)構(gòu)在實(shí)際開(kāi)發(fā)過(guò)程中取得了較高的成果，然而，在實(shí)際應(yīng)用不斷復(fù)雜化的背景之下，微內(nèi)核的體積也相應(yīng)不斷增大，這就使得單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)受其原始操作系統(tǒng)的內(nèi)核所限，不能夠合理使用微內(nèi)核結(jié)構(gòu)，最終導(dǎo)致嵌入式的各種性能遭受影響。因此，改善微內(nèi)核操作系統(tǒng)的性能、提高功能效率也愈發(fā)成為當(dāng)前單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)研究問(wèn)題。

（2）開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)時(shí)，不僅要確保嵌入式系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)控制、良好的信息處理能力等特點(diǎn)，還要保障所需數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器與網(wǎng)絡(luò)接口等都集成在同一塊芯片上，才能使單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)有效實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制、資源信息存儲(chǔ)、資源共享等功能。此外，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，還應(yīng)將驅(qū)動(dòng)與其應(yīng)用的接口設(shè)定為指定的接口，讓嵌入式系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用軟件能夠符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，這也直接避免了多個(gè)單片機(jī)出現(xiàn)重復(fù)使用的現(xiàn)象。在設(shè)計(jì)組合硬件及其驅(qū)動(dòng)程序時(shí)，應(yīng)利用EDA工具來(lái)展開(kāi)模擬調(diào)試開(kāi)發(fā)，以檢驗(yàn)嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程是否具有科學(xué)性和合理性，還能夠減少嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)時(shí)間的損耗。最后，在該系統(tǒng)軟件的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，應(yīng)先測(cè)試程序的運(yùn)行流程及其運(yùn)行邏輯，加以分析系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，及其各種訪問(wèn)的周期信息。如此測(cè)試，對(duì)于確保嵌入式系統(tǒng)的調(diào)試階段穩(wěn)序進(jìn)行有其重要意義。若是能夠充分利用EDA工具來(lái)開(kāi)發(fā)單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)，這對(duì)于開(kāi)發(fā)人員工作難度的降低也是有其益處的。同時(shí)，在計(jì)算機(jī)軟件最后的開(kāi)發(fā)階段完成后，應(yīng)該將軟件直接移植到單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)當(dāng)中，使得單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)最終開(kāi)發(fā)完成。

3　結(jié)束語(yǔ)

作為嵌入式系統(tǒng)的核心結(jié)構(gòu)，單片機(jī)決定著嵌入式系統(tǒng)是否能夠穩(wěn)定運(yùn)行。而依據(jù)當(dāng)前嵌入式系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，還必須不斷加強(qiáng)對(duì)單片的開(kāi)發(fā)力度，并逐步推動(dòng)嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展，才能夠使嵌入式系統(tǒng)的功能更加完善和增強(qiáng)，確保單片機(jī)的地位。此外，對(duì)于單片機(jī)嵌入操作系統(tǒng)中以便進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)也逐步成為嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)的主流，并成為各研究者的熱點(diǎn)研究對(duì)象，所以，基于單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)研究，還應(yīng)加強(qiáng)其實(shí)踐性和理論性的結(jié)合，才能保證嵌入式系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自身的運(yùn)行價(jià)值。

［1］陳麗芳.基于單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)［J］.電子測(cè)試，2015，10：13-14.

［2］查加林，孫小美，王寧.基于單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)探究［J］.通訊世界，2015，14：234.

［3］杜朝.基于單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)［J］.無(wú)線互聯(lián)科技，2016，01：56-57.

［4］張志.基于單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)及實(shí)踐要點(diǎn)研究論述［J］.電腦知識(shí)與技術(shù)，2016，01：258-259+262.

徐倫（1982.02—），男，漢族，江蘇贛榆人，三江學(xué)院工程教育學(xué)院，碩士，實(shí)驗(yàn)師，從事智能化控制與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用研究。

Research of embedded system based on single chip microcomputer

Xu Lun
（College of engineering education， Sanjiang University Nanjing Jiangsu 210012）

With the continuous development of computer technology，in recent years，China has made great progress in the research and development of SCM. SCM technology has gradually been applied in various fields of society，not only can effectively improve the production efficiency and productivity in various fields of our country，but also can effectively promote the rapid development of social economy in our country.Especially the development and application of the embedded system，which has greatly promoted the development of the quality of handheld devices and information appliances in China，and make the products develop towards the direction of intelligent and functional diversification.However，in terms of the current development situation，SCM embedded system has not yet formed a perfect theoretical system.This paper first introduces the embedded system，and further analyzes the development of embedded system，and finally the development and application of SCM embedded system is discussed.

single chip microcomputer；embedded system；application and development