嵌入式系統是建立在微處理器基礎上的電腦系統,用於對專門的功能進行控制、運算和介面。它結合了硬體和軟體,可以提供即時的響應,廣泛套用於工業控制、通訊、醫療、交通等領域。
嵌入式系統的核心是微處理器。常見的嵌入式處理器有ARM系列、MIPS系列、DSP系列等。選擇處理器時,需要考慮處理效能,如運算速度、功耗等參數,同時要匹配系統的即時性需求和功能復雜程度。
除處理器外,嵌入式系統還包含記憶體和外部裝置。儲存系統常用的有ROM、RAM、Flash記憶體,不同型別的記憶體有各自的優勢。ROM用於儲存固化的程式碼和數據;RAM用於儲存變量和中間結果;Flash兼具ROM和RAM的功能,方便線上編程。
外部裝置是嵌入式系統與外界互動的介面,比如ADC采集模擬量,DAC輸出模擬量,GPIO發送和接收數位訊號等。常見的外設還包括LCD顯視器、按鍵、網路通訊模組等。外設的選擇需要根據系統的套用場景來確定。
軟體是嵌入式系統的大腦,負責指揮硬體的運作。軟體系統由作業系統、中介軟體和套用軟體構成。作業系統管理系統資源,實作硬體抽象。中介軟體提供檔案系統、網路協定、圖形界面等高級功能。應用程式則用於實作系統控制邏輯和專門功能。
嵌入式系統的工作原理是:系統上電後,處理器呼叫ROM中的啟動程式碼進行初始化,然後載入作業系統到RAM中執行。作業系統啟動後,根據應用程式的指令,透過系統呼叫管理硬體資源,或者透過中介軟體與硬體裝置進行互動,以實作對整個系統的控制和專門功能的實作。
總體而言,嵌入式系統是一個工程學科,需要硬體、軟體和系統工程方法的綜合套用,透過最佳化各層次的配置,設計出功能豐富、高效可靠的專用電腦系統。
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