嵌入式系統 - 概述

系統

系統是由所有單元元件根據一套規則共同工作的安排。它也可以定義為一種工作、組織或執行一項或多項任務的方式，按照固定的計劃進行。例如，手錶就是一個顯示時間的系統。它的元件遵循一套規則來顯示時間。如果其中一個部件發生故障，手錶將停止工作。因此，我們可以說，在一個系統中，所有子元件都是相互依賴的。

嵌入式系統

顧名思義，“嵌入式”是指嵌入到另一事物中的東西。嵌入式系統可以被認為是一個具有嵌入式軟體的計算機硬體系統。嵌入式系統可以是一個獨立的系統，也可以是一個大型系統的一部分。嵌入式系統是一個基於微控制器或微處理器的系統，旨在執行特定任務。例如，火災報警器就是一個嵌入式系統；它只會檢測煙霧。

嵌入式系統具有三個元件：

• 它具有硬體。

• 它具有應用軟體。

• 它具有即時作業系統 (RTOS)，它監督應用軟體並提供機制，讓處理器根據排程計劃執行程序，以控制延遲。RTOS 定義了系統的工作方式。它在應用程式程式執行期間設定規則。小型嵌入式系統可能沒有 RTOS。

因此，我們可以將嵌入式系統定義為基於微控制器的、軟體驅動的、可靠的、即時控制系統。

嵌入式系統的特點

• 單功能 - 嵌入式系統通常執行專門的操作，並重復執行相同的操作。例如：尋呼機始終充當尋呼機的功能。

• 嚴格約束 - 所有計算系統都對設計指標有限制，但嵌入式系統的限制尤其嚴格。設計指標是對實現的特性（例如其成本、大小、功耗和效能）的衡量。它必須足夠小，可以安裝在一個晶片上，必須足夠快地即時處理資料，並且必須消耗最少的功耗以延長電池壽命。

• 反應式和即時性 - 許多嵌入式系統必須持續響應系統環境的變化，並且必須即時計算某些結果，而沒有任何延遲。考慮汽車巡航控制器的示例；它持續監控並響應速度和制動感測器。它必須在有限的時間內重複計算加速度或減速度；計算延遲會導致無法控制汽車。

• 基於微處理器 - 它必須基於微處理器或微控制器。

• 記憶體 - 它必須具有記憶體，因為其軟體通常嵌入在 ROM 中。它不需要計算機中的任何輔助儲存器。

• 連線 - 它必須連線外設以連線輸入和輸出裝置。

• 硬體-軟體系統 - 軟體用於更多功能和靈活性。硬體用於效能和安全。

優點

• 易於定製
• 低功耗
• 低成本
• 效能增強

缺點

• 高開發成本
• 上市時間較長

嵌入式系統的基本結構

下圖顯示了嵌入式系統的基本結構：

• 感測器 - 它測量物理量並將其轉換為觀察者或任何電子儀器（如 A2D 轉換器）可以讀取的電訊號。感測器將測得的量儲存到記憶體中。

• A-D 轉換器 - 模擬數字轉換器將感測器傳送的模擬訊號轉換為數字訊號。

• 處理器和 ASIC - 處理器處理資料以測量輸出並將其儲存到記憶體中。

• D-A 轉換器 - 數字模擬轉換器將處理器提供的數字資料轉換為模擬資料。

• 執行器 - 執行器將 D-A 轉換器給出的輸出與儲存在其中的實際（預期）輸出進行比較，並存儲批准的輸出。