基於單片機的嵌入式系統設計

『壹』 嵌入式系統是什麼嵌入式系統與單片機有什麼聯系嗎

單片機與嵌入式系統

一、現代計算機的技術發展史

1.始於微型機時代的嵌入式應用

電子數字計算機誕生於1946年，在其後漫長的歷史進程中，計算機始終是供養在特殊的機房中，實現數值計算的大型昂貴設備。直到20世紀70年代，微處理器的出現，計算機才出現了歷史性的變化。以微處理器為核心的微型計算機以其小型、價廉、高可靠性特點，迅速走出機房；基於高速數值解算能力的微型機，表現出的智能化水平引起了控制專業人士的興趣，要求將微型機嵌入到一個對象體系中，實現對象體系的智能化控制。例如，將微型計算機經電氣加固、機械加固，並配置各種外圍介面電路，安裝到大型艦船中構成自動駕駛儀或輪機狀態監測系統。這樣一來，計算機便失去了原來的形態與通用的計算機功能。為了區別於原有的通用計算機系統，把嵌入到對象體系中，實現對象體系智能化控制的計算機，稱作嵌入式計算機系統。因此，嵌入式系統誕生於微型機時代，嵌入式系統的嵌入性本質是將一個計算機嵌入到一個對象體系中去，這些是理解嵌入式系統的基本出發點。

2.現代計算機技術的兩大分支

由於嵌入式計算機系統要嵌入到對象體系中，實現的是對象的智能化控制，因此，它有著與通用計算機系統完全不同的技術要求與技術發展方向。通用計算機系統的技術要求是高速、海量的數值計算；技術發展方向是匯流排速度的無限提升，存儲容量的無限擴大。而嵌入式計算機系統的技術要求則是對象的智能化控制能力；技術發展方向是與對象系統密切相關的嵌入性能、控制能力與控制的可靠性。

早期，人們勉為其難地將通用計算機系統進行改裝，在大型設備中實現嵌入式應用。然而，對於眾多的對象系統（如家用電器、儀器儀表、工控單元……），無法嵌入通用計算機系統，況且嵌入式系統與通用計算機系統的技術發展方向完全不同，因此，必須獨立地發展通用計算機系統與嵌入式計算機系統，這就形成了現代計算機技術發展的兩大分支。

如果說微型機的出現，使計算機進入到現代計算機發展階段，那麼嵌入式計算機系統的誕生，則標志了計算機進入了通用計算機系統與嵌入式計算機系統兩大分支並行發展時代，從而導致20世紀末，計算機的高速發展時期。

3.兩大分支發展的里程碑事件

通用計算機系統與嵌入式計算機系統的專業化分工發展，導致20世紀末、21世紀初，計算機技術的飛速發展。計算機專業領域集中精力發展通用計算機系統的軟、硬體技術，不必兼顧嵌入式應用要求，通用微處理器迅速從286、386、486到奔騰系列；操作系統則迅速擴張計算機基於高速海量的數據文件處理能力，使通用計算機系統進入到盡善盡美階段。

嵌入式計算機系統則走上了一條完全不同的道路，這條獨立發展的道路就是單晶元化道路。它動員了原有的傳統電子系統領域的廠家與專業人士，接過起源於計算機領域的嵌入式系統，承擔起發展與普及嵌入式系統的歷史任務，迅速地將傳統的電子系統發展到智能化的現代電子系統時代。

因此，現代計算機技術發展的兩大分支的里程碑意義在於：它不僅形成了計算機發展的專業化分工，而且將發展計算機技術的任務擴展到傳統的電子系統領域，使計算機成為進入人類社會全面智能化時代的有力工具。

二、嵌入式系統的定義與特點

如果我們了解了嵌入式（計算機）系統的由來與發展，對嵌入式系統就不會產生過多的誤解，而能歷史地、本質地、普遍適用地定義嵌入式系統。

1.嵌入式系統的定義

按照歷史性、本質性、普遍性要求，嵌入式系統應定義為：「嵌入到對象體系中的專用計算機系統」。「嵌入性」、「專用性」與「計算機系統」是嵌入式系統的三個基本要素。對象系統則是指嵌入式系統所嵌入的宿主系統。

2.嵌入式系統的特點

嵌入式系統的特點與定義不同，它是由定義中的三個基本要素衍生出來的。不同的嵌入式系統其特點會有所差異。與「嵌入性」的相關特點：由於是嵌入到對象系統中，必須滿足對象系統的環境要求，如物理環境（小型）、電氣/氣氛環境（可靠）、成本（價廉）等要求。與「專用性」的相關特點：軟、硬體的裁剪性；滿足對象要求的最小軟、硬體配置等。與「計算機系統」的相關特點：嵌入式系統必須是能滿足對象系統控制要求的計算機系統。與上兩個特點相呼應，這樣的計算機必須配置有與對象系統相適應的介面電路。

另外，在理解嵌入式系統定義時，不要與嵌入式設備相混淆。嵌入式設備是指內部有嵌入式系統的產品、設備，例如，內含單片機的家用電器、儀器儀表、工控單元、機器人、手機、PDA等。

3.嵌入式系統的種類與發展

按照上述嵌入式系統的定義，只要滿足定義中三要素的計算機系統，都可稱為嵌入式系統。嵌入式系統按形態可分為設備級（工控機）、板級（單板、模塊）、晶元級（MCU、SoC）。

有些人把嵌入式處理器當作嵌入式系統，但由於嵌入式系統是一個嵌入式計算機系統，因此，只有將嵌入式處理器構成一個計算機系統，並作為嵌入式應用時，這樣的計算機系統才可稱作嵌入式系統。

嵌入式系統與對象系統密切相關，其主要技術發展方向是滿足嵌入式應用要求，不斷擴展對象系統要求的外圍電路（如ADC、DAC、PWM、日歷時鍾、電源監測、程序運行監測電路等），形成滿足對象系統要求的應用系統。因此，嵌入式系統作為一個專用計算機系統，要不斷向計算機應用系統發展。因此，可以把定義中的專用計算機系統引伸成，滿足對象系統要求的計算機應用系統。

三、嵌入式系統的獨立發展道路

1.單片機開創了嵌入式系統獨立發展道路

嵌入式系統雖然起源於微型計算機時代，然而，微型計算機的體積、價位、可靠性都無法滿足廣大對象系統的嵌入式應用要求，因此，嵌入式系統必須走獨立發展道路。這條道路就是晶元化道路。將計算機做在一個晶元上，從而開創了嵌入式系統獨立發展的單片機時代。

在探索單片機的發展道路時，有過兩種模式，即「∑模式」與「創新模式」。「∑模式」本質上是通用計算機直接晶元化的模式，它將通用計算機系統中的基本單元進行裁剪後，集成在一個晶元上，構成單片微型計算機；「創新模式」則完全按嵌入式應用要求設計全新的，滿足嵌入式應用要求的體系結構、微處理器、指令系統、匯流排方式、管理模式等。Intel公司的MCS-48、MCS-51就是按照創新模式發展起來的單片形態的嵌入式系統（單片微型計算機）。MCS-51是在MCS-48探索基礎上，進行全面完善的嵌入式系統。歷史證明，「創新模式」是嵌入式系統獨立發展的正確道路，MCS-51的體系結構也因此成為單片嵌入式系統的典型結構體系。

2.單片機的技術發展史

單片機誕生於20世紀70年代末，經歷了SCM、MCU、SoC三大階段。

1.SCM即單片微型計算機（Single Chip Microcomputer）階段，主要是尋求最佳的單片形態嵌入式系統的最佳體系結構。「創新模式」獲得成功，奠定了SCM與通用計算機完全不同的發展道路。在開創嵌入式系統獨立發展道路上，Intel公司功不可沒。

2.MCU即微控制器（Micro Controller Unit）階段，主要的技術發展方向是：不斷擴展滿足嵌入式應用時，對象系統要求的各種外圍電路與介面電路，突顯其對象的智能化控制能力。它所涉及的領域都與對象系統相關，因此，發展MCU的重任不可避免地落在電氣、電子技術廠家。從這一角度來看，Intel逐漸淡出MCU的發展也有其客觀因素。在發展MCU方面，最著名的廠家當數Philips公司。

Philips公司以其在嵌入式應用方面的巨大優勢，將MCS-51從單片微型計算機迅速發展到微控制器。因此，當我們回顧嵌入式系統發展道路時，不要忘記Intel和Philips的歷史功績。

3.單片機是嵌入式系統的獨立發展之路，向MCU階段發展的重要因素，就是尋求應用系統在晶元上的最大化解決；因此，專用單片機的發展自然形成了SoC化趨勢。隨著微電子技術、IC設計、EDA工具的發展，基於SoC的單片機應用系統設計會有較大的發展。因此，對單片機的理解可以從單片微型計算機、單片微控制器延伸到單片應用系統。

四、嵌入式系統的兩種應用模式

嵌入式系統的嵌入式應用特點，決定了它的多學科交叉特點。作為計算機的內含，要求計算機領域人員介入其體系結構、軟體技術、工程應用方面的研究。然而，了解對象系統的控制要求，實現系統控制模式必須具備對象領域的專業知識。因此，從嵌入式系統發展的歷史過程，以及嵌入式應用的多樣性中，可以了解到客觀上形成的兩種應用模式。

1.客觀存在的兩種應用模式

嵌入式計算機系統起源於微型機時代，但很快就進入到獨立發展的單片機時代。在單片機時代，嵌入式系統以器件形態迅速進入到傳統電子技術領域中，以電子技術應用工程師為主體，實現傳統電子系統的智能化，而計算機專業隊伍並沒有真正進入單片機應用領域。因此，電子技術應用工程師以自己習慣性的電子技術應用模式，從事單片機的應用開發。這種應用模式最重要的特點是：軟、硬體的底層性和隨意性；對象系統專業技術的密切相關性；缺少計算機工程設計方法。

雖然在單片機時代，計算機專業淡出了嵌入式系統領域，但隨著後PC時代的到來，網路、通信技術得以發展；同時，嵌入式系統軟、硬體技術有了很大的提升，為計算機專業人士介入嵌入式系統應用開辟了廣闊天地。計算機專業人士的介入，形成的計算機應用模式帶有明顯的計算機的工程應用特點，即基於嵌入式系統軟、硬體平台，以網路、通信為主的非嵌入式底層應用。

2.兩種應用模式的並存與互補

由於嵌入式系統最大、最廣、最底層的應用是傳統電子技術領域的智能化改造，因此，以通曉對象專業的電子技術隊伍為主，用最少的嵌入式系統軟、硬體開銷，以8位機為主，帶有濃重的電子系統設計色彩的電子系統應用模式會長期存在下去。

另外，計算機專業人士會愈來愈多地介入嵌入式系統應用，但囿於對象專業知識的隔閡，其應用領域會集中在網路、通信、多媒體、商務電子等方面，不可能替代原來電子工程師在控制、儀器儀表、機械電子等方面的嵌入式應用。因此，客觀存在的兩種應用模式會長期並存下去，在不同的領域中相互補充。電子系統設計模式應從計算機應用設計模式中，學習計算機工程方法和嵌入式系統軟體技術；計算機應用設計模式應從電子系統設計模式中，了解嵌入式系統應用的電路系統特性、基本的外圍電路設計方法和對象系統的基本要求等。

3.嵌入式系統應用的高低端

由於嵌入式系統有過很長的一段單片機的獨立發展道路，大多是基於8位單片機，實現最底層的嵌入式系統應用，帶有明顯的電子系統設計模式特點。大多數從事單片機應用開發人員，都是對象系統領域中的電子系統工程師，加之單片機的出現，立即脫離了計算機專業領域，以「智能化」器件身份進入電子系統領域，沒有帶入「嵌入式系統」概念。因此，不少從事單片機應用的人，不了解單片機與嵌入式系統的關系，在談到「嵌入式系統」領域時，往往理解成計算機專業領域的，基於32位嵌入式處理器，從事網路、通信、多媒體等的應用。這樣，「單片機」與「嵌入式系統」形成了嵌入式系統中常見的兩個獨立的名詞。但由於「單片機」是典型的、獨立發展起來的嵌入式系統，從學科建設的角度出發，應該把它統一成「嵌入式系統」。考慮到原來單片機的電子系統底層應用特點，可以把嵌入式系統應用分成高端與低端，把原來的單片機應用理解成嵌入式系統的低端應用，含義為它的底層性以及與對象系統的緊耦合。

摘自 單片機與嵌入式系統應用

『貳』 單片機及嵌入式系統的目錄

第1章嵌入式計算機系統設計概述
1.1概述
1.1.1嵌入式計算機系統的定義
1.1.2嵌入式計算機系統的構成
1.2嵌入式計算機系統的設計要求和設計步驟
1.2.1系統設計的基本要求
1.2.2系統設計的步驟
1.2.3嵌入式系統的硬軟體協同設計
1.2.4系統設計中應注意的問題
習題
第2章MCS-51單片機的基本結構
2.1MCS-51單片機的構成
2.1.IMCS-51單片機家族
2.1.2MCS-51單片機的內部結構
2.1.3MCS-51單片機外部引線
2.2MCS-51單片機的內部結構
2.2.1MCS-51的CPU
2.2.2MCS-51單片機的存儲器組織
2.2.3MCS-51的輸入輸出介面
2.3MCS-51單片機的時序
2.3.1MCS-51的三種周期
2.3.2指令執行時序
2.4MCS-51單片機的相關問題
2.4.1復位
2.4.2時鍾電路
2.4.3編程和校驗
2.5MCS-51指令系統及匯編語言程序設計
2.5.1MCS-51的指令編碼
2.5.2指令系統中用到的符號
2.5.3指令定址方式
2.5.4MCS-51的指令系統
2.5.5匯編語言程序設計
2.5.6匯編語言程序的開發過程
2.6MCS-51的匯流排擴展
2.6.1MCS-51單片機構成的最小系績
2.6.2MCS-51的匯流排擴展
2.7MCS-51的外部存儲器
2.7.1存儲器的分類
2.7.2存儲器的主要性能指標
2.7.3RAM的連接使用
2.7.4隻讀存儲器
2.8輸入輸出技術
2.8.1外設介面的編址方式
2.8.2外設介面的基本模型
2.8.3程序控制輸入輸出
2.8.4查詢方式
2.8.5中斷方式
2.8.6中斷控制器8259
2.9MCS-51定時器/計數器
2.9.1工作方式
2.9.2定時器/計數器的控制寄存器
2.9.3定時器/計數器的應用
2.10MCS-51的串列介面
2.10.1概述
2.10.2MCS-51單片機串列口的控制寄存器
2.10.3串列口的工作方式
2.10.4串列口的應用
習題
第3章嵌入式系統匯流排及介面技術
3.1匯流排概述
3.1.1匯流排概述
3.1.2內匯流排
3.1.3外匯流排
3.2匯流排驅動與控制
3.2.1匯流排競爭與負載計算
3.2.2匯流排驅動與控制的實現
3.3MCS-51的匯流排擴展
3.3.1概述
3.3.2擴展匯流排的形成
3.4擴展匯流排上的典型外設介面
3.4.1可編程並行介面8255
3.4.2鍵盤介面
3.4.3列印機介面
3.4.4顯示器介面
3.4.5光電隔離輸入輸出介面
3.4.6數/模(D/A)變換器介面
3.4.7模/數變換器介面
3.4.8電機介面
習題
第4章嵌入式計算機系統軟體
4.1嵌入式系統軟體概述
4.1.1最小系統
4.1.2駐留監控程序
4.2嵌入式系統實時操作系統內核開發
4.2.1嵌入式操作系統的特點
4.2.2實時內核所涉及的概念..
4.2.3實時內核的開發
4.2.4嵌入式操作系統的移植
4.3用戶程序的開發
4.3.1用戶程序的基本要求
4.3.2用戶程序的開發過程
4.3.3高級語言與匯編語言混合編程
習題
第5章嵌入式系統的可靠性設計
5.1概述
5.1.1可靠性的基本指標
5.1.2故障因素
5.2故障檢測技術
5.2.1嵌入式系統的離線自檢
5.2.2嵌入式系統的在線故障檢測
5.3硬體可靠性設計
5.3.1硬體故障
5.3.2影響硬體可靠性的因素
5.3.3硬體可靠性措施
5.4軟體可靠性設計
5.4.1軟體故障的特點
5.4.2軟體可靠性指標
5.4.3軟體錯誤的來源
5.4.4軟體可靠性模型
5.4.5提高軟體可靠性的方法
5.5系統的抗干擾設計
5.5.1抗干擾的三要素
5.5.2干擾的來源及耦合方式
5.5.3系統的抗干擾措施
5.6匯流排的有關問題
5.6.1匯流排上的交叉串擾
5.6.2匯流排的延時
5.6.3匯流排上的反射與終端網路
5.7可靠性的總體設計
5.7.1設計過程
5.7.2可靠性的分配方法
習題
第6章基於SOC的嵌入式系統
6.1概述
6.1.1PXA27X一般介紹
6.1.2IntelXScale結構
6.2ARM處理器
6.2.1ARM處理器系列
6.2.2ARM處理器工作模式及寄存器
6.2.3ARM指令系統
6.2.4ARM的異常中斷處理
6.3IntelPXA27X介紹
6.3.1PXA27X的結構
6.3.2PXA27X的內部存儲器
6.3.3PXA27X的外部存儲器控制器
6.3.4PXA27X的中斷控制器
6.3.5PXA27X的鍵盤介面
6.3.6PXA27X的通用輸入輸出介面GPIO
6.4PXA27X的開發與應用
6.4.1PXA27X開發平台
6.4.2PXA27X的應用
習題
第7章基於專用晶元的嵌入式系統
7.1概述
7.1.1數字系統設計的發展
7.1.2IP核
7.1.3數字系統的設計方法
7.2設計語言與工具
7.2.1EDA工具軟體分類
7.2.2硬體描述語言HDL
7.2.3SystemC
7.2.4QuartusII
7.3基於VHDL的CPU設計
7.3.1單元電路的設計
7.3.2CPU設計概要
7.4SOC設計
7.4.1概述
7.4.2SOC片內匯流排
7.4.3IP核設計與復用
7.4.4SOC設計舉例
7.5基於可配置處理器的SOC設計
7.5.1問題的由來
7.5.2TensilicaXtensa可配置處理器
習題
參考文獻
……

『叄』 嵌入式開發和單片機開發有什麼區別

一、主體不同

1、嵌入式開發：指在嵌入式操作系統下進行開發，包括在系統化設計指導下的硬體和軟體以及綜合研發。

2、單片機開發：開發能夠保證單片機在十分復雜的計算機與控制環境中可以正常有序的進行程序。

二、特點不同

1、嵌入式開發：利用分立元件或集成器件進行電路設計、結構設計，再進行軟體編程（通常是高級語言），實驗，經過多輪修改設計、製作，最終完成整個系統的開發。

2、單片機開發：有效完善單片機信息處理功能緩慢的問題，提高信息處理效率與速度，開發改進中央處理器的實際結構，能夠做到同時運行2-3個CPU，從而大大提高單片機的整體性能。

三、優勢不同

1、嵌入式開發：除暫且分離硬體的EDA研發以外，側重的就是在一定硬體條件下的系統化設計和軟體研發。

2、單片機開發：加強對基於傳統內存讀寫功能的新內存的探索，使其既能實現靜態讀寫又能實現動態讀寫，從而顯著提高存儲性能。

『肆』 嵌入式系統的設計方法和過程與傳統的單片機開發有什麼不同

嵌入式系統之所以叫系統，是因為在用操作系統的存在，這種操作系統可以是linux，可以是WINCE等等，比如linux吧，如果你想寫一個驅動程序，一般只需要按照它的寄存器進行配置，之後操作I/O等等就可以了，但在linux中，不僅僅要實現這樣的驅動，還要將這種程序按一定的要求融入在linux系統中，這樣以來復雜性就大了很多，單片機開發一般都是沒有操作系統的，就是裸機編程。這是其中一個非常重要的區別。

『伍』 單片機和嵌入式系統有啥區別

(1)單片機基本結構

單片機由運算器、控制器、存儲器、輸入輸出設備構成。

(2)嵌入式系統成部分:

嵌入式系統一般由以下幾組嵌入式微處理器、外圍硬體設備、嵌入式操作系統、特定的應用程序。
嵌入式系統設計的第一步是結合具體的應用，綜合考慮系統對成本、性能、可擴展性、開發周期等各個方面的要求，確定系統的主控器件，並以之為核心搭建系統硬體平台。

拓展資料

單片機是眾多嵌入式處理器的一種，目前通用的理解是,嵌入式主要是指ARMDSP等處理器.而嵌入式系統是指實現了一定功能的電路的軟硬體的集合。

單片機與autoCAD的聯系就不是很大，因為單片機是一種控制領域用的微控制晶元，而autoCAD是機械或者建築行業用的一種應用設計軟體。

『陸』 單片機！！！！！！！！！！！！！！！

單片機是指一個集成在一塊晶元上的完整計算機系統。盡管他的大部分功能集成在一塊小晶元上，但是它具有一個完整計算機所需要的大部分部件：CPU、內存、內部和外部匯流排系統，目前大部分還會具有外存。同時集成諸如通訊介面、定時器，實時時鍾等外圍設備。而現在最強大的單片機系統甚至可以將聲音、圖像、網路、復雜的輸入輸出系統集成在一塊晶元上。
單片機也被稱為微控制器（Microcontroler），是因為它最早被用在工業控制領域。單片機由晶元內僅有CPU的專用處理器發展而來。最早的設計理念是通過將大量外圍設備和CPU集成在一個晶元中，使計算機系統更小，更容易集成進復雜的而對提及要求嚴格的控制設備當中。INTEL的Z80是最早按照這種思想設計出的處理器，從此以後，單片機和專用處理器的發展便分道揚鑣。
早期的單片機都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，因為簡單可靠而性能不錯獲得了很大的好評。此後在8031上發展出了MCS51系列單片機系統。基於這一系統的單片機系統直到現在還在廣泛使用。隨著工業控制領域要求的提高，開始出現了16位單片機，但因為性價比不理想並未得到很廣泛的應用。90年代後隨著消費電子產品大發展，單片機技術得到了巨大的提高。隨著INTEL
i960系列特別是後來的ARM系列的廣泛應用，32位單片機迅速取代16位單片機的高端地位，並且進入主流市場。而傳統的8位單片機的性能也得到了飛速提高，處理能力比起80年代提高了數百倍。目前，高端的32位單片機主頻已經超過300MHz，性能直追90年代中期的專用處理器，而普通的型號出廠價格跌落至1美元，最高端的型號也只有10美元。當代單片機系統已經不再只在裸機環境下開發和使用，大量專用的嵌入式操作系統被廣泛應用在全系列的單片機上。而在作為掌上電腦和手機核心處理的高端單片機甚至可以直接使用專用的Windows和Linux操作系統。
單片機比專用處理器最適合應用於嵌入式系統，因此它得到了最多的應用。事實上單片機是世界上數量最多的計算機。現代人類生活中所用的幾乎每件電子和機械產品中都會集成有單片機。手機、電話、計算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及滑鼠等電腦配件中都配有1-2部單片機。而個人電腦中也會有為數不少的單片機在工作。汽車上一般配備40多部單片機，復雜的工業控制系統上甚至可能有數百台單片機在同時工作！單片機的數量不僅遠超過PC機和其他計算的綜合，甚至比人類的數量還要多。

『柒』 單片機與嵌入式系統的區別是什麼

根據IEEE的定義，嵌入式系統是用來控制或監視機器、裝置或工廠等大規模系統的設備。 從定義我們可以看出，實際上以前的控制裝置、單片機系統應該也屬於嵌入式系統的范疇。雖然嵌入式系統的流行是最近幾年的事，或者是說最近幾年才得到了迅速應用，但是，單片機系統早在20世紀七、八十年代就已經得到廣泛的應用。所以嵌入式的歷史已有幾十年。 但是，早期的單片機系統和嵌入式系統還是有一定的區別的。從操作系統OS(Operating System)應用的層面上分析，一般單片機應用都沒有OS的概念，由循環來進行控制，無網路協議支持，只適合簡單的應用領域。而嵌入式系統一般因為要求由OS，可以執行多任務調度，支持網路協議TCP/IP，所以嵌入式系統可以比普通單片機系統更適合完成復雜的應用。
滿意請採納

『捌』 什麼叫嵌入式系統 它與單片機的關系如何

嵌入式系統（Embedded
system），是一種「完全嵌入受控器件內部，為特定應用而設計的專用計算機系統。與單片機關系密切，可以說凡事單片機作為控制器的產品都是嵌入式系統，當然嵌入式系統不僅僅是單片機的應用，還包括ARM、DSP等高級處理器的應用系統。