大型貨車超載超速實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)

第二章 相關(guān)技術(shù)

2.1 嵌入式系統(tǒng)

根據(jù)IEEE的定義，所謂的嵌入式系統(tǒng)是指“控制、監(jiān)視或者輔助裝置、機(jī)器和設(shè)備運(yùn)行的裝置”。在國內(nèi)普遍認(rèn)為：嵌入式系統(tǒng)(Embedded System)是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪，適用于應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴(yán)格要求的專用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它包括硬件部分和軟件部分。硬件部分包括微處理器、存儲(chǔ)器及外設(shè)器件和I/O端口、圖形控制器等；軟件部分包括操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序，操作系統(tǒng)控制著應(yīng)用程序與硬件的交互，而應(yīng)用程序控制著系統(tǒng)的運(yùn)作和行為，有時(shí)設(shè)計(jì)人員把這兩種軟件組合在一起 ^[3]。

通常情況下，人們常常會(huì)忽視自己身邊的嵌入式系統(tǒng)——例如取款機(jī)，手機(jī)或者電梯等等，在這些隨處都能夠見到的設(shè)備中就存在嵌入式系統(tǒng)，有時(shí)人們經(jīng)常使用嵌入在電梯，汽車，程控交換機(jī)，PDA等設(shè)備中的小巧的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，而對(duì)此毫無察覺。此外，嵌入式系統(tǒng)還在國防事業(yè)，衛(wèi)星，工業(yè)機(jī)器人，飛行系統(tǒng)，醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域扮演著更為重要的角色。正是看不見和無所不在這樣的特性使得嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有別于傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

2.1.1嵌入式系統(tǒng)的歷史

從上世紀(jì)七十年代單片機(jī)的出現(xiàn)到今天各式各樣的嵌入式微處理器、微控制器的大規(guī)模應(yīng)用，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)有了近40多年的發(fā)展歷史。

由于70年代單片機(jī)的出現(xiàn)，使得汽車、家用電器設(shè)備、工業(yè)機(jī)器、通信裝置及數(shù)以萬計(jì)產(chǎn)品可以通過內(nèi)嵌電子裝置來獲得更佳的使用性能：更容易使用、更快、更便宜。嵌入式的雛形在這個(gè)時(shí)候開始產(chǎn)生。

從上世紀(jì)80年代早期開始，嵌入式系統(tǒng)的程序員開始用商用級(jí)的“操作系統(tǒng)”編寫嵌入式應(yīng)用軟件，這使得可以獲取更短的開發(fā)周期，更低的開發(fā)資金和更高的開發(fā)效率，“嵌入式系統(tǒng)”就這樣真正出現(xiàn)了。

提示：最早的單片機(jī)是Intel公司生產(chǎn)的 8048，它是出現(xiàn)在1976年。Motorola公司同時(shí)推出了68HC05單片機(jī)，Zilog公司推出了Z80系列單片機(jī)，這些早期的單片機(jī)均含有4K的ROM、256字節(jié)的RAM、1個(gè)全雙工串行口、4 個(gè)8位并口、兩個(gè)16位定 時(shí) 器。之后在80年代初，Intel又進(jìn)一步完善了8048，在它的基礎(chǔ)上研制成功了8051單片機(jī)，迄今為止，51系列的單片機(jī)仍然是最為成功的單片機(jī)芯片，在各種產(chǎn)品中有著非常廣泛的應(yīng)用。

上世紀(jì)90年代以后，隨著實(shí)時(shí)性要求的提高，軟件規(guī)模的不斷上升，實(shí)時(shí)核逐漸發(fā)展為實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)（RTOS），并且作為一種軟件平臺(tái)逐步成為目前國際嵌入式系統(tǒng)的主流。

嵌入式均采用占先式的調(diào)度方式，響應(yīng)的時(shí)間非常短，任務(wù)執(zhí)行的時(shí)間可以確定；系統(tǒng)內(nèi)核很小，可裁剪，可擴(kuò)充和可移植，可以移植到各種處理器上；較強(qiáng)的實(shí)時(shí)和可靠性，適合嵌入式應(yīng)用。這些嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)得出現(xiàn)，使應(yīng)用開發(fā)人員可以從小范圍的開發(fā)解放出來，同時(shí)也促使嵌入式有了更為廣闊的應(yīng)用空間。

這時(shí)更多的公司看到了嵌入式系統(tǒng)的廣闊發(fā)展前景，開始大力發(fā)展自己的嵌入式操作系統(tǒng)。除了幾家老牌公司以外，還出現(xiàn)了Palm OS，WinCE，嵌入式Linux，Lynx，Nucleux，以及國內(nèi)的Hopen，Delta Os等嵌入式操作系統(tǒng)。隨著嵌入式技術(shù)的發(fā)展前景日益廣闊，會(huì)有更多的嵌入式操作系統(tǒng)軟件出現(xiàn)。

2.1.2嵌入式系統(tǒng)的組成

一個(gè)嵌入式系統(tǒng)裝置一般由嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和執(zhí)行裝置組成，嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是嵌入式系統(tǒng)的核心，由硬件層、中間層、系統(tǒng)軟件層和應(yīng)用軟件層組等成。執(zhí)行裝置也稱為被控對(duì)象，它能夠接受嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)發(fā)出的控制命令，執(zhí)行所規(guī)定的特定的操作或任務(wù)。執(zhí)行裝置可以很簡單，例如手機(jī)上的一個(gè)微小型的電機(jī)，當(dāng)在手機(jī)處于震動(dòng)接收狀態(tài)時(shí)打開；可以非常復(fù)雜，如SONY 智能機(jī)器狗，上面集成了多個(gè)微小型控制電機(jī)和多種傳感器，從而可以執(zhí)行各種復(fù)雜的動(dòng)作和感受各種狀態(tài)信息。

Linux操作系統(tǒng)是開放源碼、完全免費(fèi)的系統(tǒng)，并且具備高效、穩(wěn)定、易裁減、易定制、硬件支持廣泛等特點(diǎn)。Linux是由很多性能高且體積小的微內(nèi)核系統(tǒng)組成的。在內(nèi)核代碼完全開放的前提下，不同層次和不同領(lǐng)域的用戶可以根據(jù)自己的應(yīng)用需求非常方便地對(duì)內(nèi)核進(jìn)行改造，這樣的系統(tǒng)就能減小系統(tǒng)的冗余程度，提高有限資源的利用率^[5] 和系統(tǒng)的效率。

嵌入式系統(tǒng)的核心是嵌入式微處理器（Embedded Microprocessor Unit, EMPU），其在汽車、各種各樣的電子產(chǎn)品甚至是家用電器領(lǐng)域都獲得了廣泛的運(yùn)用。嵌入式系統(tǒng)使用ARM系列微處理器。ARM系列微處理器主要應(yīng)用于無線設(shè)備、安全系統(tǒng)、儀器儀表、高端打印機(jī)、機(jī)頂盒、數(shù)字照相機(jī)和數(shù)字?jǐn)z像機(jī)等 ^[4]。

Linux系統(tǒng)具有廣泛的硬件支持特性。無論是CISC還是、RISC，8位、32位還是64位等各種處理器，Linux都能運(yùn)行。Linux支持各種主流硬件設(shè)備和最新硬件技術(shù)，甚至可以在沒有存儲(chǔ)管理單元(MMU)的處理器上運(yùn)行。這意味著嵌入式Linux具有更廣泛的應(yīng)用前景。