1 嵌入式系統與Linux

按 照電氣工程師協會的一個定義：嵌入式系統是用來控制或監視機器、裝置或工廠等的大規模系統的設備。具體說來，它是電腦軟件和硬件的綜合體；是以應用為中 心，以計算機技術為基礎，軟硬件可裁減，從而能夠適應實際應用中對功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴格要求的專用計算機系統。一般來說，嵌入式系統不能 使用通用型計算機，而且運行的是固化的軟件，終端用戶很難或者不可能改變固件。而Linux也早已成為IT界家喻戶曉的一個名字。概括說來，將Linux 應用于嵌入式系統的開發有如下一些優點：

① Linux自身具備一整套工具鏈，容易自行建立嵌入式系統的開發環境和交叉運行環境，并且可以跨越在嵌入式系統開發中仿真工具（ICE）的障礙。

② 內核的完全開放，使得可以自己設計和開發出真正的硬實時系統；對于軟實時系統，在Linux中也容易得到實現。

③ 強大的網絡支持，使得可以利用Linux的網絡協議棧將其開發成為嵌入式的TCP/IP網絡協議棧。

2 嵌入式系統設計的過程

按 照嵌入式系統的工程設計方法，嵌入式系統的設計可以分成三個階段：分析、設計和實現。分析階段是確定要解決的問題及需要完成的目標，也常常被稱為“需求階 段”；設計階段主要是解決如何在給定的約束條件下完成用戶的要求；實現階段主要是解決如何在所選擇的硬件和軟件的基礎上進行整個軟、硬件系統的協調實現。 在分析階段結束后，通常開發者面臨的一個棘手的問題就是硬件平臺和軟件平臺的選擇，因為它的好壞直接影響著實現階段的任務完成。

通常硬件和軟件的選擇包括：處理器、硬件部件、操作系統、編程語言、軟件開發工具、硬件調試工具、軟件組件等。

在上述選擇中，通常，處理器是最重要的，同時操作系統和編程語言也是非常關鍵的。處理器的選擇往往同時會限制操作系統的選擇，操作系統的選擇又會限制開發工具的選擇。

3 硬件平臺的選擇

3.1 處理器的選擇

嵌 入式系統的核心部件是各種類型的嵌入式處理器。據不完全統計，目前全世界嵌入式處理器的品種總量已經超過1000多種，流行體系結構有30幾個系列。但與 全球PC市場不同的是，沒有一種微處理器和微處理器公司可以主導嵌入式系統，僅以32位的CPU而言，就有100種以上嵌入式微處理器。由于嵌入式系統設 計的差異性極大，因此選擇是多樣化的。

調 查上市的CPU供應商，有些公司如Motorola、Intel、AMD很有名氣，而有一些小的公司，如QED（Santa Clara.CA）雖然名氣很小，但也生產很優秀的微處理器。另外，有一些公司，如ARM、MIPS等，只設計但并不生產CPU，他們把生產權授予世界各 地的半導體制造商。ARM是近年來在嵌入式系統有影響力的微處理器制造商，ARM的設計非常適用于小的電源供電系統。Apple在Newton手持計算機 中使用ARM，另外有幾款數字無線電話也在使用ARM。

設計者在選擇處理器時要考慮的主要因素有：

① 處理性能。一個處理器的性能取決于多個方面的因素，如時鐘頻率，內部寄存器的大小，指令是否對等處理所有的寄存器等。對于許多需用處理器的嵌入式系統設計 來說，目標不是在于挑選速度最快的處理器，而是在于選取能夠完成作業的處理器和I/O子系統。如果是面向高性能的應用設計，那么建議考慮某些新的處理器， 其價格相對低廉，如IBM和Motorola Power PC。

② 技術指標。當前，許多嵌入式處理器都集成了外圍設備的功能，減少了芯片的數量，降低了整個系統的開發費用。開發人員首先考慮的是，系統所要求的一些硬件能 否無需過多的膠合邏輯（GL，Glue Logic）就可以連接到處理器上。其次是考慮該處理器的一些支持芯片，如DMA控制器，內存管理器，中斷控制器，串行設備、時鐘等的配套。