嵌入式系统组成网络
简介
一个嵌入式系统装置通常都由
嵌入式计算机系统和执行装置组成，嵌入式计算机系统是整个嵌入式系统的核心，由硬件层、中间层、系统软件层和
应用软件层组成。执行装置也称为被控
对象，它能够接受
嵌入式计算机系统发出的控制
命令，执行所规定的操做或任务。执行装置能够很简单，如手机上的一个微小型的电机，当手机处于震动接收状态时打开；也能够很复杂，如SONY
智能
机器狗，上面集成了多个微小型控制电机和多种
传感器，从而能够执行各类复杂的动做和感觉各类状态信息。
硬件层
嵌入式系统硬件层的核心是
嵌入式微处理器，嵌入式微处理器与通用
CPU最大的不一样在于嵌入式微处理器大多工做在为特定用户群所专用设计的系统中，它将通用CPU许多由
板卡完成的任务集成在芯片内部，从而有利于嵌入式系统在设计时趋于小型化，同时还具备很高的
效率和可靠性。
嵌入式微处理器的
体系结构能够采用
冯·诺依曼体系或
哈佛体系结构；
指令系统能够选用精简指令系统（Reduced Instruction Set Computer，RISC）和复杂指令系统CISC（Complex Instruction Set Computer，CISC）。RISC计算机在通道中只包含最有用的指令，确保数据通道快速执行每一条指令，从而提升了执行
效率并使CPU硬件结构设计变得更为简单。
嵌入式微处理器有各类不一样的体系，即便在同一体系中也可能具备不一样的
时钟频率和
数据总线宽度，或集成了不一样的外设和接口。据不彻底统计，目前全世界
嵌入式微处理器已经超过1000多种，
体系结构有30多个系列，其中主流的体系有ARM、MIPS、PowerPC、X86和SH等。但与全球PC市场不一样的是，没有一种
嵌入式微处理器能够主导市场，仅以32位的产品而言，就有100种以上的嵌入式微处理器。
嵌入式微处理器的选择是根据具体的应用而决定的。
1>Cache
Cache是一种容量小、速度快的
存储器阵列它位于主存和
嵌入式微处理器
内核之间，存放的是最近一段时间微处理器使用最多的
程序代码和数据。在须要进行数据读取操做时，
微处理器尽量的从Cache中读取数据，而不是从主存中读取，这样就大大改善了系统的性能，提升了微处理器和主存之间的
数据传输速率。Cache的主要目标就是：减少
存储器（如主存和辅助存储器）给
微处理器
内核形成的存储器访问瓶颈，使处理速度更快，实时性更强。
在嵌入式系统中Cache所有集成在
嵌入式微处理器内，可分为数据Cache、指令Cache或混合Cache，Cache的大小依不一样处理器而定。通常中高档的
嵌入式微处理器才会把Cache集成进去。
2>主存
ROM类 NOR Flash、EPROM和PROM等。
RAM类 SRAM、DRAM和SDRAM等。
其中NOR Flash 凭借其可擦写次数多、存储速度快、存储容量大、价格便宜等优势，在嵌入式领域内获得了普遍应用。
3>辅助存储器
辅助
存储器用来存放
大数据量的
程序代码或信息，它的容量大、但读取速度与主存相比就慢的不少，用来长期保存用户的信息。
嵌入式系统中经常使用的外存有：
硬盘、NAND Flash、CF卡、MMC和SD卡等。
三、通用设备接口和I/O接口
嵌入式系统和外界交互须要必定形式的通用设备接口，如A/D、D/A、I/O等，外设经过和片外其余设备的或传感器的链接来实现
微处理器的输入/输出功能。每一个外设一般都只有单一的功能，它能够在芯片外也能够内置芯片中。外设的种类不少，可从一个简单的串行通讯设备到很是复杂的
802.11无线设备。
中间层
硬件层与软件层之间为中间层，也称为硬件抽象层（Hardware Abstract Layer，HAL）或
板级支持包（Board Support Package，BSP），它将系统上层软件与底层硬件分离开来，使系统的底层
驱动程序与硬件无关，上层软件开发人员无需关心底层硬件的具体状况，根据BSP 层提供的接口便可进行开发。该层通常包含相关底层硬件的初始化、数据的输入/输出操做和硬件设备的配置功能。BSP具备如下两个特色。
硬件相关性：由于
嵌入式实时系统的
硬件环境具备应用相关性，而做为上层软 件与硬件平台之间的接口，BSP须要为
操做系统提供操做和控制具体硬件的方法。
操做系统相关性：不一样的操做系统具备各自的软件层次结构，所以，不一样的操做系统具备特定的硬件接口形式。
实际上，BSP是一个介于
操做系统和底层硬件之间的软件层次，包括了系统中大部分与硬件联系紧密的软件模块。设计一个完整的BSP须要完成两部分工做：嵌入式系统的硬件初始化以及BSP功能，设计硬件相关的
设备驱动。
一、嵌入式系统硬件初始化
系统初始化过程能够分为3个主要环节，按照自底向上、从硬件到软件的次序依次为：片级初始化、板级初始化和系统级初始化。
片级初始化
板级初始化
完成
嵌入式微处理器之外的其余硬件设备的初始化。另外，还需设置某些软件的数据结构和参数，为随后的系统级初始化和
应用程序的运行创建硬件和
软件环境。这是一个同时包含软硬件两部分在内的初始化过程。
系统初始化
该初始化过程以软件初始化为主，主要进行
操做系统的初始化。BSP将对
嵌入式微处理器的控制权转交给
嵌入式操做系统，由操做系统完成余下的初始化操做，包含加载和初始化与硬件无关的设备驱动程序，创建
系统内存区，加载并初始化其余系统软件模块，如网络系统、文件系统等。最后，
操做系统建立
应用程序环境，并将控制权交给应用程序的入口。
BSP的另外一个主要功能是硬件相关的设备驱动。硬件相关的设备驱动程序的初始化一般是一个从高到低的过程。尽管BSP中包含硬件相关的设备驱动程序，可是这些设备驱动程序一般不直接由BSP使用，而是在系统初始化过程当中由BSP将他们与
操做系统中通用的设备驱动程序关联起来，并在随后的应用中由通用的设备驱动程序调用，实现对硬件设备的操做。与硬件相关的驱动程序是BSP设计与开发中另外一个很是关键的环节。
系统软件层
系统软件层由
实时多任务操做系统（Real-time Operation System，RTOS）、文件系统、图形
用户接口（Graphic User Interface，GUI）、网络系统及通用组件模块组成。RTOS是嵌入式
应用软件的基础和开发平台。
嵌入式操做系统（Embedded Operation System，EOS）是一种用途普遍的系统软件，过去它主要应用与工业控制和国防系统领域。EOS负责
嵌入系统的所有软、硬件资源的分配、任务调度，控制、协调并发活动。它必须体现其所在系统的特征，可以经过装卸某些模块来达到系统所要求的功能。目前，已推出一些应用比较成功的EOS产品系列。随着
Internet技术的发展、信息家电的普及应用及EOS的微型化和专业化，EOS开始从单一的弱功能向高专业化的强功能方向发展。
嵌入式操做系统在系统实时高效性、硬件的相关依赖性、软件固化以及应用的专用性等方面具备较为突出的特色。EOS是相对于通常
操做系统而言的，它除具有了通常操做系统最基本的功能，如任务调度、同步机制、
中断处理、文件功能等外，还有如下特色：
(2)强实时性。EOS实时性通常较强，可用于各类设备控制当中。
(3)统一的接口。提供各类设备驱动接口.
(4)操做方便、简单、提供友好的图形GUI，图形界面，追求易学易用.
(5)提供强大的网络功能，支持TCP/IP协议及其它协议，提供TCP/UDP/IP/PPP
协议支持及统一的MAC访问层接口，为各类移动计算设备预留接口.
(6)强稳定性，弱交互性。嵌入式系统一旦开始运行就不须要用户过多的干预，这就要负责系统管理的EOS具备较强的稳定性。
嵌入式操做系统的用户接口通常不提供操做命令，它经过
系统调用命令向
用户程序提供服务。
(8)更好的硬件适应性，也就是良好的移植性.