嵌入式设计系统大全11篇

嵌入式设计系统篇（1）

中图分类号：TP368.1 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2012）12-0104-01

1、序言

本系统是设计一款基于ARM的嵌入式开发平台，该嵌入式开发平台是基于AT91SAM9263（基于ARM926EJ-S芯核）的嵌入式系统，可以在此系统上运行嵌入式操作系统，并在上运行嵌入式数据库、人机窗口等应用程序，此系统包括硬件和软件两部分，本文主要介绍硬件部分。

2、系统硬件设计

本系统硬件由核心板和母板组成，核心板将系统扩展可能用到的总线都引出来，与母板之间通过针形接插件连接，为以后产品开发提供了稳定、经济而又方便的平台，此种设计的好处，其一把高速和低速分开，降低了硬件之间的干扰，提高了稳定性。其二是当系统需要扩展某些特殊接口时，则只需要对母板进行修改，缩短了开发周期。

其中核心板设计这部分是任何一个ARM系统要正常运行所必备的电路，因此称为核心板，这些基础电路，包括存贮程序用的Flash存贮器，运行程序和缓冲数据所必须的SDRAM、复位模块、时钟模块、JTAG接口等。这部分电路集中在较小空间里，因此相对比较密集，而且这部分的信号是超高速信号，且电路的设计要求比较高，所以核心板采用购买成熟的核心板。

系统母板设计了大部分的电路，因为模板上的信号都是低速信号，所以从成本角度考虑，母板采用二层电路板设计，其主要电路包括了电源部分、USB接口部分、串口及10/100M以太网接口、LCD接口、CAN总线以及底板与核心板之间通过针形接插件相连的接口等，其结构如图1所示。

下面将分模块介绍电路原理。

2.1 串行接口电路设计

系统设计了一个RS-232、RS-485接口，方便与其他设备通信。具体的电路采用MAX3232作为电平转换芯片，它本身提供两组驱动器和接收器，并接有数字隔离器ADuM1201，此芯片提供了两个信道的通道，具体电路如图2。

系统的RS-485串行接口，是由ADM2483来实现，ADM2483本身是带有隔离的高速RS-485转换器，不需要其它额外的电路。

2.2 以太网接口设计

系统选用DM9161作为以太网的接口芯片，因为系统工作在100BASE-TX模式下，所以选择RMII作为DM9161与AT91SAM9263的接口模式，具体电路如图3所示。

2.3 CAN接口电路设计

本系统的CAN总线接口的实现，是通过外接CAN收发器来实现的，系统选用的是MCP2551作为系统的收发器，其特点是有差分发射和接收能力，自动检测TXD输入端接地错误及较强的抗噪声特性。

3、结语

本系统设计了基于ARM系统的嵌入式硬件平台，在此之上可以提供各种实时操作系统，从而构成一个完整的平台，其硬件部分电路已经进行了信号完整性分析具有一定的可靠性。

参考文献

嵌入式设计系统篇（2）

2基于桌面总线的嵌入式系统嵌入式设备结构

2.1嵌入式设备的结构

嵌入式设备是嵌入式系统的核心部件，在生产现场，需要根据具体对象采用模块化的方法来开发嵌入式设备，其基本思想是将复杂控制系统转化成一个个具有独立功能的简单模块。这些简单的模块都有通用的接口，它们可根据需要不加改造通过总线接口模块与桌面总线相连，从而实现与嵌入式系统的无缝连接。不同的嵌入式设备结构不尽相同，但一般都包含五个部分，如图1所示。（1）输入设备：完成用户对数据的输入。（2）输出设备：将信息处理CPU处理好的信号通过用户界面显示给用户。（3）数据存储器：保存信息处理CPU处理结果。（4）数据采集CPU：完成信号的采集、预处理，并将处理信号提交给信息处理CPU。（5）信息处理CPU：接收用户输入信号和数据采集CPU提交信号，对信息进行处理，同时把处理结果提交给用户界面并做好存储工作。

2.2总线接口模块的结构

由底层到高层依次有：（1）物理层：是最底层，是设备之间的物理接口，数据通过该接口从一台设备传送给另一台设备。（2）数据链路层：完成用户信息的处理，确保网络之间数据帖可靠地传输。（3）应用层接口：是最高层，提供计算机网络与最终用户界面。

3基于桌面总线的嵌入式系统桌面总线的拓扑结构

对于不同的生产需求，桌面总结的拓扑结构不尽相同，图2是一种常见的嵌入式设备桌面总线的拓扑结构。（1）各嵌入式设备通过总线接口模块与桌面总线连接。（2）中继器：算一个嵌入式设备，单段总线传输距离有限，中继器可扩展桌面总线连接嵌入式设备的台数。（3）总线终端：总线终端有一个网络终结器，用于消除信号传输时的反射。（4）嵌入式处理器：是桌面总线的主站，并提供与桌面计算机的接口。

4基于桌面总线的嵌入式系统嵌入式Internet服务器体系结构

4.1嵌入式Internet服务器体系结构

Internet通信技术，具有开放性的互联标准，能够提供强大的通信能力，但嵌入式处理器通常只支持8位并行数据处理，而建立在Internet基础上的各种通信协议对于计算机内存储器的容量、计算机CPU的运行速度都有较高的要求。[3]本文将桌面计算机（高端机）与嵌入式处理器（低端机）作为服务器，如图3所示。两个嵌入式处理器通过P1口实现数据通信，嵌入式处理器二通过桌面总线、嵌入式接口模块（图1）与接入的各嵌入式设备实现通信处理及协议转换，嵌入式处理器一负责与桌面计算机交换数据。两个嵌入式处理器都具有独立处理信息的能力，并能各自独立完成不同的信息处理功能，对高速运行的桌面计算机与低速运行的嵌入式处理器速度不匹配问题起到了一个缓冲的作用。Key是键盘输入功能。LED显示器接口：通用的计算机主要显示设备是CRT显示器。但是在专用的计算机系统中，特别是在多数微型计算机控制系统和测量系统中，往往有了数字显示功能就可以了。在这种情况下，使用LED数码管来构成数字显示器则非常适用，这种显示器价格低廉、体积小、功耗低，而且可靠性很好。

4.2嵌入式处理器与各嵌入式设备之间通信

嵌入式处理器二作为底层桌面总线的中心控制点，通过桌面总线与各嵌入式设备相连，实时监控各嵌入式设备的当前工作状态，采用并行处理的工作方式与各嵌入式设备通信，同时，也使用并行的工作方式与嵌入式处理器一通信。嵌入式处理器与各嵌入式设备之间通信编程语言一般使用汇编语言或C语言。使用C语言能够使软件开发的时间缩短，开发过程加快，所以目前获得广泛的应用。使用汇编语言在开发编程和调试阶段要花费较多的时间，但是与等效的C语言相比，具有执行速度快，占用内在少，并且只有汇编语言与机器硬件紧密相连。为了扬长避短，有时在一个程序中，对执行速度或实时性要求较高的部分使用汇编语言，而其余部分则使用C语言编写[4]。

4.3桌面计算机与嵌入式处理器之间通信

桌面计算机主要接受来自嵌入式处理器的实时数据，根据定义的数据访问协议和处理规则，对实时数据进行分析、显示、存储等功能，同时将相关的控制命令发送给嵌入式处理器。桌面计算机与嵌入式处理器之间的通信方式有串行传输和并行传输两种传输方式。并行传输通常使用8根或更多根导线来传输数据，并行传输的特点是同时可以传输多个二进制位，传输速度快，但是传输线路结构较复杂、传输距离有限。而串行传输一次仅能传输一个二进制位，多个二进制位“鱼贯而入”，传输速度慢，但传输线路结构简单、传输距离远。目前，计算机的并行口已经从基本的SPP（Standard-ParallelPort）类型并行口发展到EPP（EnhancedParallelPort）增强式并行口，EPP并行口可以直接进行8位数据的读写操作，其读写操作可以在一个总线周期内完成。总线周期：通常把CPU通过总线对其外部进行一次访问所需要的时间称为总线周期。一个总线周期一般包含4个时钟周期，时钟周期又称节拍周期，是微处理器处理操作的最基本时间单位[4]。

4.4桌面计算机与互联网之间通信

桌面计算机通过路由器（HUB）与互联网（Internet）相连，借助TCP/IP（TrasmissionControlProtocol/Internetprotocol，传输控制协议/网间协议）协议和HTTP（HyperTextTransmis-sionprotocol，超文本传输协议）协议实现与互联网之间通信。同时，桌面计算机还能过TCP/IP协议、ADO（ActiveX-DataObjects）组件（访问数据库的模型）、数据库提供的中间软件（SQLServer，Oracle）实现对数据库服务器的访问。

嵌入式设计系统篇（3）

Bashir M. Al-Hashimi, University of

Southampton, UK

Petru Eles, Linkping University, Sweden

System-Level Design

Techniques for

Energy-Efficient

Embedded Systems

2004, 194pp.

Hardcover GBP 72.00

ISBN 1-4020-7750-5

Kluwer Academic Publishers

M.T.施密兹，B.M.奥-哈希姆，P.埃莱斯著

现在对于低功耗的嵌入式计算系统的需求持续上升。信息技术的发展使得集成电路单位面积上集成的晶体管越来越多，这就必然导致单位面积上的功耗越来越大，局部过热会让晶体管处于不稳定状态，因此，低功耗技术的研究意义十分重大。本书主要讨论节能型嵌入式系统的有效自动设计技术的开发和验证，重点介绍了嵌入式系统的系统级同步综合技术，包括动态电压调度处理器技术。这种技术在性能和功耗之间权衡，使得系统低功耗高性能。

全书分为五部分。第一部分讨论分布式嵌入式系统的能量降低技术：动态电压调度，这是一种基于电压梯度的电压选择技术，这种技术利用了系统的空闲和剩余时间来降低功耗，考虑了每一个单独任务的功耗，很多测试程序证实了这种技术的有效性。第二部分重点在于基于遗传算法的同步综合技术，包括任务调度和分配；调度优化系统任务的次序，不仅仅是为了提高性能，也采用电压调度来达到节省功耗的目的；分配优化的目的在于将系统任务分配给分布式系统的各个设备来达到低功耗。第三部分主要讨论了多模式系统的功耗最小化技术，提出了一种基于操作模式状态自动机的同步综合技术，这种技术通过考虑特定操作模式的执行概率大大降低了功耗。第四部分主要讨论了特定应用背景下的动态电压调度技术，主要通过实例来验证这个技术，说明这种算法的有效性。第五部分介绍了一种自动化设计工具LOPOCOS.。

本书适合计算机体系结构专业的研究生和工程技术人员阅读，同时也适合相关专业对低功耗有兴趣的人员参考。

丁丹，硕士生

嵌入式设计系统篇（4）

1嵌入式系统模块化教学设计思路

计算机嵌入式系统教学模式改革涉及嵌入式课程体系的设置、理论教学和实验教学的开展、综合设计与学生工程实训等方面，教学体系设计以培养学生的系统分析、设计与验证能力为出发点，以培养学生的软硬件设计能力、驱动程序设计能力为导向，构建精讲多练的模块化课程体系和教学知识体系。

1.1合理设置分层培养教学环节

嵌入式教学设计中体现分层次培养环节。在教学中可按照人才培养分类，分层次进行嵌入式人才培养：一是以面向应用为主，培养学生能够针对某个具体的嵌入式系统的软硬件平台进行应用开发的能力，这属于嵌入式系统教学的基本层次，培养嵌入式应用软件人才；二是培养的学生能够进行嵌入式系统的软硬件系统平台设计和开发，具有综合系统开发和应用能力，因此，在教学过程中注重培养学生软件、硬件设计开发能力[2]。

1.2优化课程结构和创新教学内容

以人才培养与社会行业需求度为导向，以“创新创业能力培养”为目标，对嵌入式系统的课程结构、教学内容进行改革创新。做到课程结构“任务模块化”、课程模块“动态组合化”；使课程结构和教学内容不断更新。实际教学中采用灵活多样的教学方法体系，具体方法：(1)对于初级嵌入式系统各模块按统一模式讲解，有利于提高学生的学习效率，加深对嵌入式软硬件结合的理解；(2)通过函数封装等技术对外设、接口设置和操作进行模块化设计，如在以NXP单片机为核心的初级嵌入式系统上，进行硬件和软件模块化教学设计；(3)针对实践教学环节，保持课程实验课之外，进一步加强综合性的课程设计，加强独立开设综合性、设计性实验安排，锻炼学生的实际应用能力。对于部分章节采用讨论式教学，老师引出问题，学生进行讨论，共同设计。在不断讨论、解决问题的过程中，有利于学生独立思考能力的培养和灵活、综合运用基础知识能力的提高。结束时，老师对设计原理、方法和注意事项进行总结，在此基础上再进行较复杂的设计，这样可以激发同学的学习兴趣和学习热情。

2嵌入式系统模块化教学具体设计方案

嵌入式系统教学体系构建贯穿“以学生自主学习为中心”“实践教学”等教学理念，模块化教学设计具体如下。

2.1精细划分实验课程功能单元

嵌入式系统课程因其自身特点，目前理论课按照不同的功能单元进行教学，相应地实验系统也按功能单元进行划分，但大多数实验系统是采用最小系统板加底板形式的实验箱，不易扩展和携带。笔者曾在教学过程中设计了嵌入式实验系统的“口袋化”方案，即把整个实验平台分为最小系统板、输入输出单元板和交互接口板三块，方便学生携带和课后学习演练。细化初级嵌入式课程的实验系统，尽可能划分成不可再分割的基本功能模块，如单片机与电脑的异步串行通信模块，制作以MAX232为核心的电路板，配有单片机和电脑数据接口以及电源接口；继电器模块，制作以继电器为核心的小电路板，配有单片机开关信号接口和继电器开合线路接口；最小系统板则根据所连的模块分别给出各模块的数据接口。按功能需求连接需要配置的模块，进行可裁剪式的硬件设计。对不同的功能模块在软件上按照模式设置、数据读写操作进行封装。教学上按照功能原理、操作接口和应用进行解析。课堂教学上，不同功能的模块可按原理、操作、应用这种模式讲解，便于学生归纳学习理解。理论课讲解之后可以随即分发最小系统板和相应的硬件模块，实现理论讲授、实验演练的“一堂化”，让学生能理论与操作相结合，当堂消化，提高学习和运用效率[3]。

2.2设计嵌入式实验系统的模块化平台

嵌入式设计系统篇（5）

中图分类号：TP368.1

1 嵌入式系统的历史

20世纪60年代以晶体管、磁芯存储为基础的计算机开始用于航空等军用领域。

20世纪70年代之后，随着单片机出现，再到今天发展成各式各样的嵌入式微处理器。这使得汽车、民用电器、工业机械器材及各种通信设施，通过内嵌电子设备来获得更好的使用性能，这些内嵌的电子设备已经初步具备了嵌入式的特点。

20世纪80年代，计算机程序编写有了突飞猛进的发展，专业人士开始用更高级更精准的操作系统编程进行实际嵌入式应用，使得他们不但节约开发成本，并且可以获得极高的开发效率和更短的开发周期。

20世纪90年代，随着对实时急迫要求及各种应用软件的出现，导致软件规模数量不断上升，嵌入式操作系统已经开始出现新的变化，实时性变得非常突出，从而导致一场嵌入式系统研发的革命。

2 嵌入式系统的定义

国际上通用的嵌入式系统定义是“控制、监视或者辅助机器和设备运行的系统装置，从而完成既定功能的一种软件系统”。

在我们国家嵌入式系统概念一般认为是：嵌入式系统是以计算机实际应用为基础，辅以计算机技术，对实际应用功能、安全可靠性、资本消耗等各种程序为导入要求的专用计算机系统。嵌入式系统一般由微处理器、嵌入式操作系统、硬件设备及客户应用程序组成。

通常的嵌入式系统有以下几种：：Linux、uClinux、WinCE、PalmOS、Symbian、eCos、uCOS-II、VxWorks、pSOS、Nucleus、ThreadX 、Rtems 、QNX、INTEGRITY、OSE、C Executive。

3 嵌入式系统的发展现状

2011年全球嵌入式软件市场平均增长率为31%，中国嵌入式软件市场则超过了40%，居世界之首，2012年中国嵌入式软件产业销售收入已突破3000亿元人民币，但仍有市场空间。有业内专业咨询公司预计未来5年，嵌入式软件产业将继续保持高速增长态势，到2015年，产业规模有望达到5000亿元人民币。

在网络与通信设备、消费电子、数字家电、汽车电子、医疗设备、工业精准控制方面都是嵌入式系统应用的领域，同时嵌入式系统在办公自动化、金融电子、国防军事及航空航天等领域也有她的身影，嵌入式软件均已得到广泛应用。在应用深度方面，也由最简单的仅有执行单一功能控制能力的嵌入式系统，发展到几乎与PC具有一样的功能，很多复杂的嵌入式系统，由若干个小型嵌入式系统组成。随着需求的旺盛、技术的进步和市场的成熟，嵌入式设计与应用已成为工业现代化、智能化的必经之路，使嵌入式软件产业与数字化时代的传统产业和新兴产业的融合趋势进一步加强。

4 嵌入式系统设计

4.1 硬件设计部分

对于嵌入式系统的硬件设计部分，包含处理器以及I/O 端口等，具体设计包含以下几个部分。

处理器设计：在嵌入式系统设计中，其核心就是嵌入式微处理器，嵌入式微处理器设计中，应该具备对实时多任务的响应能力，具有很强的存储保护功能，具有可扩展性，降低嵌入式微处理器功耗。

总线设计：在总线设计部分，因为总线是进行互连以及传输信息、指令、数据的桥梁，因此在设计中应该特别注意，因此在嵌入式系统中，可以采用片内总线与片外总线的方式，确保CPU 与片内部件的连接，也可以确保与外部设备的准确连接。

存储器设计：在对嵌入式系统的设计中，在嵌入式系统内可以分为高速缓存Cache以及主存、外存三种形式的存储器，在设计中对这三个存储器也应该有明确的设计，以便提高系统的运行速度。

I/O端口设计：对于嵌入式系统的I/O设计中，因为嵌入式系统是面向应用的，因此对于输入/输出接口设计中，应该具备多任务、多平台的特点，确保嵌入式系统的适用性。

4.2 软件设计部分

对于嵌入式系统的软件设计部分，首先应该清楚嵌入式软件是嵌入在硬件内的操作系统或者开发工具软件，是在嵌入式系统设计中的关联核心，与嵌入式系统是密不可分的，因此对于嵌入式系统的软件设计中应该具备一定的优势，嵌入式操作系统中，包括驱动软件、系统内核以及通信协议、图形界面、标准化浏览器等程序，以满足嵌入式系统开发设计的需求。

软件设计中的任务管理：对于嵌入式系统来说，在内核的软件设计部分，其任务管理中应该具备任务调度、删除任务、创建任务、挂起任务以及设置任务优先级的功能，以此来实现对嵌入式系统的调度。

内存管理的设计：在嵌入式系统的软件设计中，对于系统的内存管理中，将会采用静态内存分配以及动态内存分配的方式进行管理，并且应用虚拟内存技术，为实时用户提供强大的虚拟存储管理机制。

通信以及同步互斥机制：对于嵌入式系统的通信，将会采用一定的机制，实现任务间的通信，在优先级的限制性下实现任务的中断、同步以及互斥的功能。

软件设计中的中断管理：中断设计中，当程序中的中断发生时，需要对中断现场进行保存，将其转到相应的服务程序上，并且在退出中断后还要恢复中断。

软件设计中的时间管理：在嵌入式系统中，具有很高的时效性，这些全是依靠时钟的作用，因此在软件设计中提供高精度以及可以设置的时钟，在嵌入式系统中负责与时间有关的任务管理工作；其中包括对计时、时间片轮转调度等。

任务扩展功能的设计：在嵌入式系统软件设计部分，在软件设计中还需要设置一些任务扩展部分，以此来实现对新任务的创建、切换以及删除工作，提高嵌入式系统的使用效率。

5 嵌入式系统发展的趋势

随着信息时代的到来，嵌入式系统有了快速发展的基础，也产生了众多嵌入式产品，为嵌入式系统发展展现了美好的未来，从目前来看，嵌入式系统发展趋势有以下几点：

首先，嵌入式系统开发是一项综合系统工程，包括了几项或者N项不同系统产品的集合体。嵌入式系统研发厂商不但要提坚实可靠的嵌入式系统软硬件，还需要提供为嵌入式系统软硬件服务的开发工具和软件支持，这是嵌入式系统能良好发展下去的必备条件。

其次，现实社会的高度信息化对嵌入式系统要求越来越高，并且二者依赖性越来越强。这不光表现在互联网技术的成熟，3G、4G带宽速度提高，归根到底是人类知识成几何级数爆发，这样的产品使得我们身边的多媒体产品和远程智能操控更加便捷，如手机、智能家电（电视、冰箱、空调、微波炉）、智能房屋等功能不再单一，打破了人们对一般产品的惯性思维，导致产品结构更加复杂。

再次，现实生活产品与网络互联（虚拟世界）是嵌入式系统发展的必然趋势。这主要体现在嵌入式设备为了适应高速运行的网络，通过硬件上不同的网络通信信息接口来进行各种不同功能有机整合。目前嵌入式处理器大多是内嵌网络接口，支持TCP/IP协议，同时支持IEEE1394、USB、CAN、Bluetooth或IrDA当中的一种或者几种，嵌入式系统软件系统内核还要支持不同网络模块版本，以此来实现工作、生活、娱乐三合一式上网要求。

四是精简嵌入式系统内核，适当降低系统功耗，实现功能成本最大化。在人们的设想中未来的嵌入式产品应该是适用性强、覆盖面广、性价比高、价格低廉的一款大众化产品，这就要求嵌入式系统研发厂商不但减低系统功耗，减少不必要的成本，还要精简系统内核，求得与系统功能紧密相关的软硬件设计，运用价值工程原理进行优化组合生产出更多更优秀的嵌入式系统产品。

最后嵌入式系统要为客户提供更多更理想的多媒体人机界面，完美体现人性化的一面。

之所以嵌入式设备产品能有很好的发展前景，与嵌入式系统方便快捷人性化特点是分不开的。嵌入式系统产品不光与客户互动，还能虚拟化出现实生活中的场景，让客户深入其中，为人们带来巨大角色互换感觉，同时也对产品的图像界面、灵活的操制方法及便携等提出了更高的要求，嵌入式设备的高要求反过来促使软件设计人员在多媒体（或者M媒体）技术上下大力气进行编程扩展。如，界面手写输入、语音输入、远程家电控制、图像色彩、多合一功能等等都要客户获得崭新的感受，成为人们生活中不可离缺的一部分。

6 流行的嵌入式Linux操作系统介绍

嵌入式linux是将现阶段的人们经常使用的Linux操作系统进行修改升级，并让其在嵌入式计算机系统上运行，保证使用者要求功能的一种操作系统。嵌入式linux特点一是既继承了互联网上无限的开放源代码，二是它的版权费免费（我认为未来一定时期内是免费的，可能是十年吧，但天底下没有免费的午餐），三是便捷性操控性能优异，更容易软件移植，四是产品更替速度快，研发周期短，产品上市迅速，极大地发挥人类知识的创造力。五是产品实时性能稳定，安全性好、性价比高。

嵌入式linux速度很快，linux是可以定制的，系统内核最小只有一两百KB。Linux是免费的OS，在价格上极具竞争力。Linux还有着嵌入式操作系统所需要的很多特色，突出的就是Linux适应于多种CPU和多种硬件平台，是一个跨平台的系统。到目前为止，它可以支持二三十种CPU。而且性能稳定，裁剪性很好，开发和使用都很容易。Linux内核的结构在网络方面是非常完整的，Linux对网络中最常用的TCP/IP协议有最完备的支持。提供了包括十兆、百兆、千兆的以太网络，以及无线网络，Toker ring、光纤甚至卫星的支持。所以Linux很适于做信息家电的开发，还有使用Linux为的是来开发无线连接产品的开发者越来越多。

嵌入式Linux的应用领域非常广泛，涵盖了我们生活工作大部分空间，人们越来越离不开它，它影响着并在一定程度上改变着我们的生活与工作方式。近来研发人员利用嵌入式Linux自身特点，把它应用到嵌入式系统里中，像GNOME，KDE，UTITY等都是很优秀的桌面管理器就是一个典型，并且其背后有着众多的社团支持，可定制性极强，这点已经在Unix和Linux世界普及开来。

7 结束语

作为新一代IT发展和提升价值链高端地位的关键技术，可信嵌入式软件是推动中国高端装备产业由“中国制造”向“中国创造”转型升级的关键因素。 综上所述，在今后的嵌入式系统发展中，还将更加趋于低成本、网络化、智能化、精简化、效率高以及集成性的发展趋势，让嵌入式系统彻底改变人们的生活。

参考文献：

[1]魏洪兴.嵌入式系统设计师教程全国计算机技术与软件专业技术资格水平考试指定用书.2012，03，01.

[2]余甫炜.对嵌入式系统发展趋势的思考[J].网络财富，2010（14）：56-57.

[3]王树红.嵌入式系统的现状及发展趋势[J].太原大学学报，2011，（34）：45-46.

[4]张晓莹.计算机嵌入式操作系统初探[J].信息与电脑（理论版），2012（08）：31-32.

嵌入式设计系统篇（6）

随着软硬件技术快速发展，嵌入式系统不再是一门课程就可以介绍清晰，而逐步成为一个课程群，该方向的专业课程可划分为：嵌入式系统原理、嵌入式操作系统、实时系统、嵌入式软件设计、软硬件协同设计、嵌入式系统软件工程、嵌入式系统中间件、数字信号处理等。一些学校还开设了微机电路应用设计、单片机编程、ARM等课程。

我们收集并分析了国内部分高校在嵌入式课程上的教学大纲，以此为基础设置了我们的嵌入式系统概论课程。表1是我们收集的大学名称、课程名称、学时数与知识点，这些课程基本上是基于Intel的XScale实验板设计的，对我们设计“嵌入式系统概论”有借鉴作用。

综合上述高校的嵌入式课程，有些是针对计算机专业开设的，有些是针对其他专业的，有本科期间开设的，也有硕士期间开设的，一些高校开设了多门嵌入式方向大课程。我们设计的“嵌入式系统概论”是针对本科阶段开设的嵌入式方向入门课程，主要面向大三的本科生，其课程结构如图1所示，其前修课程一般是计算机组成、微机原理、接口、汇编、操作系统、程序设计语言、体系结构。部分后续课程开设在研究生阶段。

嵌入式系统概论课程的目的，是综合前修计算机专业课程，以及包括数字电路等更基础的知识，开拓学生对嵌入式的视野，为后续课程奠定基础。因此在嵌入式课程中不会介绍汇编语言设计、接口电路的设计等知识。

我们认为，该课程理论部分的知识点分布基本上如图2所示，主要分为四大模块，分别是嵌入式概念、嵌入式体系、嵌入式系统软件、嵌入式软件开发。实验部分由于各学校实验材料的差异，较难对比，我们的使用设备主要是30套Intel XScale与30套Motorola Dragonball。

对于嵌入式体系结构，首先介绍各种嵌入式体系结构、处理器、DSP。

由于ARM体系是目前嵌入式系统工业界事实上的标准，一般都以ARM体系为例介绍嵌入式体系结构，并介绍ARM汇编。由于上课学生已经学习了汇编语言，所以需要简单介绍ARM汇编与微机汇编的差异与特点，要求学生以自学为主，作业为辅，可以较快地掌握该汇编。浙江大学计算机专业本科生阶段在计算机组成课程中还学习了MIPS汇编，所以学生们对ARM汇编掌握起来就更快一些。

在嵌入式体系的具体实例介绍中，我们结合本课程的实验平台简要介绍XScale体系，这部分主要也是自学为主，结合实验环节让学生掌握看硬件资料的能力。

在嵌入式体系结构部分，还需要介绍嵌入式系统的硬件系统，包括JTAG接口、外设、中断、总线等。通过这部分的介绍，学生们可以了解嵌入式硬件系统的构成与软硬件接口。

嵌入式系统软件就是嵌入式操作系统。嵌入式操作系统包括非实时嵌入式操作系统与实时嵌入式操作系统（RTOS），在嵌入式课程中主要介绍RTOS。在系统软件模块中将介绍实时系统概念、操作系统在嵌入式系统领域的改造，例如处理器调度的实时性改造、中断处理、文件系统、MMU等。嵌入式系统概论课程主要介绍常见的各种嵌入式操作系统，包括它们的特点、应用领域，并以嵌入式Linux为例子，介绍Linux的改造、裁减与移植。

最后一个模块是嵌入式软件开发，是介绍嵌入式软件开发的过程，使得整门课程最终能够形成一个完备的嵌入式开发体系。Bootloader的设计，也可放在操作系统移植中进行介绍。嵌入式图形用户界面目前没有统一的标准，作为概论课程需要介绍各个嵌入式GUI的优缺点与适用范围。同样，课程介绍包括Tornado、等嵌入式开发环境，以及嵌入式中间件。课程最后将以实例来介绍嵌入式系统的开发流程。

嵌入式设计系统篇（7）

随着社会信息化的发展，嵌入式系统在经济、教育、科技等领域得到了广泛的应用。小到电子手表，大到飞机、火箭都需要应用到嵌入式系统。在这种情况下，如何保障嵌入式系统的安全就显得尤为重要，尤其是当嵌入式系统应用到金融领域或者是科技军事领域，对其安全性能要求更好，因此，研究嵌入式系统的安全性，建立可信根和信任链来保障嵌入式系统的安全性和完整性是非常重要的。

一、嵌入式系统的发展对可信平台模块提出的新挑战

嵌入式系统具有一些特点，这个系统有特定的应用场景，硬件设计较为自由，自主设计性强，系统软件硬件设计都很灵活，具有可裁剪性，嵌入系统对TPM的功能、可靠性、成本、体积、功能等都有严格的要求。而目前，传统的TPM还存在一些不足核问题，比如，TPM的芯片缺乏主动控制能力，而嵌入式系统的灵活性很强，与之相比，TPM的主控能力却相对不足，这就与嵌入式系统之间产生较大的矛盾，对嵌入式系统的TPM提出了新的挑战。另外，TPM密码机制存在不足。

二、嵌入式系统可信平台模块设计

结合嵌入式系统的特点，需要设计一种能够满足其需要的可信平台模块，这种模块需要在传统TPM的基础上，进行创新改进，增加新的功能，这对于TPM研究是一种新的挑战。通过可信平台模块的设计需要提升嵌入式系统的可靠性，有效减低信息传递过程中的损失。新型的模块具体有总线仲裁模块、对密码引擎和备份恢复魔抗，通过建立可信平台模块提升传统TPM的控制能力，保障整个嵌入式系统的稳定新，安全性和可靠性。

1.总线仲裁模块。在可信计算平台中，引入TPM后会产生两个问题，第一，启动流程问题，在上电后，TPM需要先进行完整性的检验，这是，平台处理器和外设不能通电启动，只有在TPM检验完毕后，才能使平台处理器和外设开启，第二，TPM与平台处理器对需要对外部存储器上的数据进行读取，这种情况下，必然会产生对存储器的互斥访问问题。主要解决以上的两个问题。通过总线总线仲裁模块对外部存储器总线控制权进行仲裁后，对整个嵌入系统进行控制，通过启动控制和系统仲裁功能，以解决上述问题。在进行设计的过程中，为了保障TPM能够完成工作，还需要增加两个寄存器，也就是控制寄存器和状态寄存器。通过设置两个寄存器对信号进行复位，并保障信号传播的有效性。总线总裁模块引入到嵌入式系统可信平台模块建设中，可以使传统的TPM突破自身的限制，成为主设备控制计算机系统，对计算机系统进行有效地控制，使系统更具良好的扩展性能。同时，新设计的ETPM能够进行平台启动控制，进行系统完整性度量，系统总线互斥访问和外设控制等功能都能实现，这样，不需要添加其他配件，系统的安全可靠性能就可以得到有效的提升。这种设计使TPM更加符合嵌入式系统灵活多变的性能特点，能够有效解决嵌入式系统中的一些问题，提高系统的可信度。

2.备份恢复模块。在TPM中加入备份恢复模块，可以有效提高整个可信计算机平台的可靠性，如果系统被非法更改，备份恢复在发现异常时就会将系统关键数据进行恢复，有效保障系统的稳定性和可靠性。加入备份恢复可以提高嵌入式系统平台的持续工作能力和抗击数据信息的篡改能力，保障系统的高效性和安全性。

3.对称密码引擎模块。在TPM内部设计一个对称密码引擎可以满足嵌入式系统对对称加解密的需求，通过可信软件栈能够为上层应用提供对称密码加解密服务。加入对称密码引擎后，TPM就具有了对称密码和非对称密码加解密的功能，从而有效发挥出系统的安全性能，为用户提供安全的可靠的服务。总之，总线仲裁模块、对称密码引擎模块和系统备份恢复模块的设计都将有效提升TPM的稳定性，使TPM更加符合嵌入式系统的工作环境，通过可信平台模块在嵌入式系统环境下的功能设计，嵌入式系统的功能价值将得到进一步提升，嵌入式系统安全性将得到有效的保障。H

参考文献

嵌入式设计系统篇（8）

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）11（c）-0069-02

随着计算机科学这一大学科的不断发展和进步，移动数据终端的数量不断激增，对于移动数据的处理和计算越来越受到重视。嵌入式数据库系统就是为了解决移动数据终端在进行信息交互过程中出现的问题而出现的，嵌入式数据库系统的出现很好地解决了当前的问题并给移动数据处理带来了新的发展方向。越来越多的移动数据终端的使用使得人们对于嵌入式数据库系统的研究和设计越来越深入，因为现代社会要求嵌入式数据库系统能处理越来越多的移动数据信息，所以嵌入式数据库系统的设计和研究是非常必要的。

1 嵌入式数据库系统的概念

嵌入式数据库系统在应用了相应的计算机技术之后可以根据来自软件或者硬件的请求对数据进行收发和处理，这样可以保证数据终端运行的安全性和稳定性。嵌入式数据库系统属于智能系统的一部分，因为嵌入式系统在设备运行的过程中是隐藏的，并没有具体的显现形式，在嵌入式系统中应用数据库可以增加系统的智能程度。在嵌入式数据库设计的过程中要应用到计算机技术、电子技术等现代化技术，将上述技术进行完美的搭配使用才能设计出功能强大的嵌入式数据库，并且可以安全稳定运行。嵌入式数据库系统是一个需要大量技术支持和资金支持的系统。嵌入式数据库系统的组成框架较为简单，其框架主要分为中央处理器和设备元件。从数据库的发展来看，每种数据库技术的发展都是和计算机技术息息相关的，计算机技术的发展大大促进了数据库技术的发展，同样的，数据库技术的发展也会促进计算机技术的发展，这两种技术相辅相成，彼此有着很大的影响。嵌入式数据库系统可以为当下不断增加的移动数据终端提供更好的服务，因为现在的移动数据终端可以在任何时间和地点进行数据的交流和处理，所以就需要嵌入式数据库系统的支持。现在的各种移动数据终端都是建立在嵌入式数库系统上的。

2 关于嵌入式数据库系统的设计

2.1 嵌入式数据库系统的设计含义

出于对移动数据终端的需求的满足，以及为实现嵌入式数据库系统的功能，嵌入式数据库一般被分为3个部分，分别是数据库、数据源和交互模块。通过上述模块可以看出嵌入式数据库系统的设计特点，嵌入式数据库系统的高技术性和高性能性就是嵌入式数据库系统的设计含义。在嵌入式数据库的3个组成部分中嵌入式数据库可以存储的数据容量较小，所以导致数据库的可靠性略有降低，但是这一缺陷会让数据源完美解决，但是数据源只存在于计算机中不可以随时进行交互，所以这时就应用到了嵌入式数据库中的交互模块，通过交互模块可以实现数据的传输。这种数据传输不但可以单向传输，还可以实现嵌入式数据库和数据源之间的信息交互传输，通过这种方式可以实现数据的及时和一致。交互模块是数据交互的桥梁，负责沟通嵌入式数据库和数据源，只有正确合理地应用数据库的3个组成部分才能使嵌入式数据库系统正常稳定工作，在正常工作的同时还能保持其便携的特性。三种部件互相结合的方式，就是嵌入式数据库系统设计的主要方式。

2.2 嵌入式数据库系统的设计特点

在传统的网络连接中采用的连接方式都是固定的网络连接，就是对于不同网络节点的固定持续链接，这样可以很好地保持网络的连通。随着移动数据技术的不断发展，这种网络连接方式已经不能满足移动数据终端对于移动网络节点的连接。移动数据终端所使用的移动数据库对于性能的要求较一般的数据库要高很多，所以采用嵌入式数据库系统设计，这种设计是基于传统数据库的拓展，但是有着更加良好的性能。移动数据库是通过用户终端访问服务器的固定节点来获取动态数据信息的，基于这个原理可以把计算机中的数据库管理系统看成动态数据库管理系统。从设计特点来说，传统的数据库系统与嵌入式数据库系统有着非常大的不同，并且在移动计算机环境下使用嵌入式数据库系统不论性能还是效率上都大大优于传统数据库系统。嵌入式数据库系统的主要设计特点包括对SQLsever的技术标准进行支持，对事务的管理功能和完备的数据库管理功能，同时还可以提供许多嵌入型操作系统的应用。

3 嵌入式数据库系统的应用技术和发展前景

3.1 嵌入式数据库系统设计的主要应用技术

当今嵌入式数据库系统设计中的一项主要技术就是对数据库中数据的复制和缓存。通过使用这项技术可以将数据库中较为重要的数据存储在不同的网络节点中，一旦数据库中的数据发生丢失就可以通过存储在不同网络节点的数据进行数据库数据的恢复。从严格的意义上来讲，只有数据库之间的数据复制才能称得上数据的复制，而计算机上的数据复制其实是属于数据的缓存。复制功能可以在很大程度上提升分布式数据库的可靠性和访问性能，但首要前提是不同节点所储存的数据具有一致性。设计复制功能时所使用的技术不同就会导致复制功能的不同，将这种不同称为强一致性和弱一致性。在进行嵌入式数据库系统的设计过程中如果需要保持数据的一致性不变就要使用强一致性的复制功能，如果没有很严格的要求就可以在短时间内使局部的数据不同，这种复制称为弱一致性复制。但是不相一致的数据一定要保持在一定的数量范围内，并且随着时间的推移最终实现数据的一致性。当今嵌入式数据库系统设计中的另一项主要技术就是数据广播，通过这项技术可以实现数据和信息的周期性传递，对于处理数据库断接问题有着很大帮助。

3.2 嵌入式数据库系统的发展前景

随着电商的不断发展，物流业也随之壮大，嵌入式移动数据库系统可以被应用在物流方面。嵌入式数据库系统可以实现对物流进行准确跟踪，在物流运输的过程中，可以利用嵌入式数据库系统技术将运输信息中的移动数据信息传递，进而保证运输中一切行踪都在总系统的控制范围内，这样非常有利于物流信息的更新。嵌入式数据库系统技术也可以应用在银行上，随着我国技术的不断发展，移动支付的市场占有率不断上升，所以银行移动化也是大势所趋。嵌入式数据库系统应用到移动银行可以使用户对自己账户交易信息进行实时查询，不但方便办理银行业务的用户，也节省了大量的人力物力，提升银行的业务效率。

4 结语

随着我国计算机信息技术的不断发展和进步，人们在使用移动数据终端的时候对于移动数据终端的要求也越来越高，所以为了解决这个问题，嵌入式数据库系统顺应而生。嵌入式数据库系统可以顺应时展的需要解决当前移动数据处理的需要，从而提高移动数据终端的运行效率。在对嵌入式数据库系统进行研究的过程中一定要注意对嵌入式数据库系统的概念的把握，同时还要明确应用的前景和应用技术。随着对嵌入式数据库系统设计的研究不断深入，嵌入式数据库系统会不断完善，并且有着更好的应用前景。

嵌入式设计系统篇（9）

在机械加工制造业中，一些复杂的、精度要求高、质量要求高的产品零件必须要由高精机械设备来进行加工，为了保证这些产品的质量用来加工的设备必须要由计算机数控系统来进行加工控制。但是在数控系统（CNC）应用中存在的一个问题就是不同生产厂家所开发出的CNC之间无法兼容，虽然此问题并不影响产品的生产及设备的单独使用，但是在通讯传输上存在的缺陷限制了数控系统联合应用的性能，并不利于加工生产的多种需求。

1 数控系统的特点

数字控制（Numericcontrol，称NC）是随着我国计算机技术变革，以微处理器发展为核心，形成的基于微型或小型计算机应用的数控系统，又称为计算机数字控制系统（Computernumericcontrol，简称CNC）。数控系统的一般工作原理是，将录入的零件加工信息进行数字化指令的转换，根据保存的数字化指令对加机床下达工作的命令，车床完成对零件的加工。上世纪80年代起，由于数位微处理器的发展迅速，也大大提高了PC端在人机交互、数据的计算和处理方面的速度。而我国在目前的情况来看，基于PC的开放式数控技术，不仅在技术层面得到了发展，在多样化领域中（如PC+NC二者相互嵌入的模式，NC中继承PC全软件的结构等）发展都十分迅速。

尽管在现代社会中不论PC还是NC都得到了迅速的发展，但是不能否认，在进行制造方面，两者的结构还都比较复杂，制造成本也较为昂贵，因此并不能满足大规模控制的应用需求。而在其他方面如NC中硬件系统功能的操作性等方面也有待加强。目前网络技术的不断发展，网络化的数字控制系统技术也在逐渐成为未来数控系统的主要发展方向。

2 嵌入式技术

将控制程序存储在只读内存（Read-OnlyMemory，简称ROM）中，用来作为相关设备中控制系统的一部分，这种技术就被称之为嵌入式技术。虽然看起来嵌入式技术十分复杂，但是事实上，我们身边很多设备例如手机、电子手表、摄影机等设备都应用了一定程度的嵌入式技术。有些嵌入式技术构成的系统中不仅包含了控制指令，甚至本身这些嵌入式系统（EmbeddedSystem）之中就带有不同程度的操作系统。尽管嵌入式系统已经具备整体携带操作系统的功能，但是操作中处于某些限制和不同方面的考虑，主要还是应用单个程序来完成控制。作为目前在控制、操作系统等领域应用最为广泛的技术，嵌入式技术可以通过嵌入式微型或小型处理器、嵌入式的控制指令或者系统、相应的硬件以及使用指令或系统的应用程序这几部分组成。将嵌入式技术应用在数控技术中，不仅能够更大程度地发挥出嵌入式技术的优势，解决数控技术中存在的问题，同时也能够使嵌入式技术和数控技术都能得到更大程度的开发，得到性价比更高的嵌入式技术和扩大应用嵌入式技术的数控技术的开放性。

3 嵌入式数控系统总体结构设计

一个专用系统在开发时其过程主要是以下几个步骤：

（1）要先对嵌入式数控系统的需求进行分析，找出需要解决问题的用户；

（2）对原理图和PCB等数控硬件进行设计，确定硬件能否正常工作；

（3）调试软件，其中包括处理器的初始化、中断、外设等这些都需要自己进行编程序控制。

嵌入式系统开发与传统的系统开发过程相比有很大的优势。如果我们有了一个嵌入式系统，它基本的处理器和核心电路是固定的，操作系统是移植好的。做产品，所需要做的工作就是根据用户需求，看看是否需要添加外设，然后编写所添加外设的驱动程序，最后就是编写应用程序。流程图如图1所示。可以看出，如果使用一个成熟的嵌入式系统，则会避免重复劳动，缩短开发周期。这就是嵌入式系统设计的价值所在。

4 数控系统中嵌入式技术的应用设计

通常情况下进行系统设计的方式可以作为嵌入式技术设计的参照而进行。第一是分析用户的需求，以用户的使用方式和设计内容的应用范围为基础，进行用户需求的分析；第二是根据分析出的用户应用方式进行一定的硬件设备选择和处理器的选型；第三是对硬件的设计与调试以及原理图的改动与应用，了解硬件进行工作的情况；最后是对整套软件控制系统的调试，在将软件接入控制设备中，确定软件是否能对设备进行正常控制，是否能进行符合工作的指令下达，在进行控制的过程中是否存在，处理相关问题后再次运行系统确定整个系统能够满足正常生产工作的使用。而嵌入式技术的应用设计与一般系统设计也有一定区别，嵌入式系统可以是应用于已经成型的处理器和相关设备中，只需要添加相应的程序在其中，省去了关于处理器方面的工作时间和工作任务量，还能给用户提供更稳定的处理功能，同时处理器的不断发展也能够带动嵌入式数字控制技术的发展。

5 嵌入式技术数控系统应用开发中的硬件设计

数控系统中的嵌入式技术通常使用的硬件结构为ARM+DSP双CPU结构，ARM通常使用32位RISC芯片，S3C2410，DPS通常使用32位高性能的MCX314As运动控制类的专用芯片。为了方便开发，可采用相关的S3C2410微处理器的SBC-2410X开发板为主要的控制板，在精简的版面中（大约为120mmx×90mm）集成了64MSDRAM，64MNandFlash、IMBootFlashe、RJ-45网卡、输入以及输出、音频、用户按键和指示灯、SD卡插座、USBHost等设备接口。可使用2.0mm插针槽将CPU的信息导出，使其与PC及以及相关的系统进行通讯，能够适应产品以及项目的原型。设计运用了MCX314As运用控制芯片的运动控制板，这种控制板能够相对复杂的运动控制。

参考文献

[1]时炳彦.基于嵌入式技术的数控系统设计[J].数字技术与应用，2012（04）：3-3.

[2]林立明.高性能嵌入式数控系统通讯模块的设计与实现[D].中国科学院研究生院，2012.

嵌入式设计系统篇（10）

目前,嵌入式技术已成为通信和消费类产品的共同发展方向。嵌入式系统几乎包括了生活中的所有电器设备,如掌上PDA、移动计算设备、电视机顶盒、手机上网、数字电视、多媒体、汽车、微波炉、数字相机、家庭自动化系统、电梯、空调、安全系统、自动售货机、蜂窝式电话、消费电子设备、工业自动化仪表与医疗仪器等。

嵌入式系统是先进的计算机技术、半导体技术、电子技术和各个行业的具体应用相结合的产物,这就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。嵌入式系统一般指非PC系统。它是以应用为中心、软硬件可裁减的、能适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等综合性要求的专用计算机系统。简单地说,嵌入式系统是集系统的应用软件与硬件于一体,类似于PC中BIOS的工作方式,具有软件代码小、高度自动化、响应速度快等特点,因此特别适合于要求实时和多任务的系统。嵌入式系统主要由嵌入式处理器、相关支撑硬件、嵌入式操作系统及应用软件系统等组成。

1 嵌入式系统的基本知识

嵌入式系统是集软、硬件于一体的可独立工作的“器件”。嵌入式系统的硬件部分包括处理器/微处理器、存储器及外设器件和I/O端口、图形控制器等。这种系统有别于一般的计算机处理系统,它不像硬盘那样有大容量的存储介质,而大多使用E-PROM、EEPROM或闪存煟疲欤幔螅 Memory犠魑存储介质。软件部分包括操作系统软件熞求实时和多任务操作牶陀τ贸绦虮喑獭Sτ贸绦蚩刂谱畔低车脑俗骱托形;而操作系统则控制着应用程序编程与硬件的交互作用。

嵌入式计算机系统同通用型计算机系统相比,具有以下特点:

1)嵌入式系统通常是面向特定应用的,嵌入式CPU与通用型的最大不同就是,嵌入式CPU大多工作在为特定用户群设计的系统中,它通常都具有低功耗、小体积、高集成度等特点,能够把通用CPU中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设计趋于小型化,因此,器件的移动能力大大增强,同时跟网络的耦合也越来越紧密。

2)嵌入式系统的硬件和软件都必须高效地设计,量体裁衣、去除冗余,力争在同样的硅片面积上实现更高的性能,这样才能在具体应用中对处理器的选择更具有竞争力。

3)因为嵌入式系统和具体应用有机地结合在一起,它的升级换代也和具体产品同步进行,所以,嵌入式系统产品一旦进入市场,一般都具有较长的生命周期。

4)为了提高执行速度和系统可靠性,嵌入式系统中的软件一般都固化在存储器芯片或单片机之中,而不是存贮于磁盘等载体中。

嵌入式系统本身不具备自举开发能力,即使在设计完成后,用户也不能对其中的程序进行修改,而是必须有一套开发工具和环境才能进行开发。

2 嵌入式系统的选型原则

2.1 硬件平台的选择

嵌入式系统的核心部件是各种类型的嵌入式处理器,嵌入式开发硬件平台的选择主要是嵌入式处理器的选择。在一个系统中使用什么样的嵌入式处理器内核主要取决于应用的领域、用户的需求、成本、开发的难易程度等因素。确定了使用哪种嵌入式处理器内核以后熃酉吕淳褪亲酆峡悸窍低惩馕设备的需求情况以选择一款合适的处理器。下面列出考虑系统设备的一些因素:

总线的需求

有没有通用串行接口

是否需要USB总线

有没有以太网接口

系统内部是否需要I2C总线和SPI总线

音频D/A连接的IIS总线

外设接口

系统是否需要A/D或D/A转换器

系统是否需要I/O控制接口。

另外,还要考虑处理器的寻址空间,有没有片上的Flash存储器,处理器是否容易调试和仿真以及调试工具的成本和易用性等相关的信息。在实际过程中,挑选最好的硬件是一项很复杂的工作,充满着各种顾忌和干扰,包括其它工程的影响以及缺乏完整或准确的等。

2.2 嵌入式操作系统的选择

实时嵌入式系统的种类繁多煷筇迳峡煞治两种:商用型和免费型。商用型的实时操作系统功能稳定、可靠,有完善的技术支持和售后服务,但往往价格昂贵。免费型的实时操作系统在价格方面具有优势,目前主要有Linux和μC/OS,但是不管选用什么样的系统,都要考虑以下几点:

操作系统的硬件支持;

开发工具的支持程度;

能否满足应用需求。

由此可见,选择一款既能满足应用需求,性价比又可达到最佳的实时操作系统,对开发工作的顺利开展意义重大。

3 嵌入式系统的开发

图1是一款MP3随身听的设计框图。它的结构由存储器系统、MP3压缩模块、LCD显示模块、键盘模块、RS232通信接口和USB接口组成,该结构在原有的MP3播放功能上进行了扩展。该方案选用了ARM7微处理器和μC/OS嵌入式操作系统。

嵌入式设计系统篇（11）

ESM的嵌入式操作系统JetOS设计。ESM还包括一个嵌入式操作系统JetOS，主要负责对嵌入式模块的管理。JetOS的软件模块主要分为6大部分：主控系统、通讯系统、命令处理系统、智能卡接口模块、文件系统、密钥管理系统。每一个都和其他的模块有一定的联系，但并不是全互联的。

1 主控系统

主控系统负责监控通讯通道，同时要控制ESM自身系统的安全和稳定运行。与它有联系的有3个子系统：通讯子系统、命令处理子系统和智能卡接口子系统。因此它要控制并管理这3个子系统的正常运行，他们之间主要是调用和被调用的关系：医学论文主控系统会监控系统异常和正常事件的发生，一旦被激活，它会调用通讯系统与主机通讯，接收命令，转而调用命令处理子系统，对主机的要求做出响应。如果是和智能卡相关的，它会直接调用智能卡接口模块。主控模块并不直接和文件系统以及密钥管理系统关联，它只是通过命令处理系统来调用。主控系统还执行有权限的开关机功能，这也是通过对智能卡接口模块和通讯系统的调用来实现的。

2 处理子系统

JetOS提供给主机的命令调用功能都是通过命令处理子系统来实现的。命令处理子系统连接了4个主要的系统模块。由于命令处理模块要执行各种安全功能或操作，它必须能够自主调用所需要的资源。但在超循环结构中，命令处理子系统是不能自主运行的，它属于前台系统，它必须通过主控系统的调用来激活。同时它要受到主控系统的监控，英语论文一旦命令处理模块执行异常或碰到非法操作，主控系统会直接采取相应措施来控制主机，这是通过检测命令处理系统的返回应答码来实现的。

3 通讯系统

通讯系统是ESM和主机之间的唯一接口，是控制和主机相互通讯和传送控制命令的通道。

它包含一个命令通道、一个辅助的数据通道以及一个控制用通道。命令通道提供了和主机的函数调用接口、辅助的数据通道通过PCI总线方式来传输大容量数据，主要是加解密数据、控制用通道利用I2C总线来传输控制信号控制主机外设。

4 管理系统

密钥管理是实现整个ESM系统安全的一个重要组成部分，这里考虑在JetOS中实现一个简单的密钥管理功能，实现除了能够对自身所提供的加解密和认证签名系统提供支持外，还一定程度上实现整个系统环境下的密钥管理系统的局部功能。

5 智能卡接口模块

智能卡的硬件接口是用GPIO实现的，在JetOS中，需要用纯软件模拟的方式来控制智能卡设备，需要一个专门的智能卡接口模块。它通过控制GPIO信号来与智能卡通讯，提供了一个标准的智能卡软件接口。它受主控系统的调用，同时也受命令处理系统的调用。主控系统在执行开关机权限检测或身份认证，卡异常监控等功能时，会直接调用智能卡接口来执行卡操作。而碰到通用性智能卡应用比如卡验证，加解密，圈存圈提（银行应用）时，会由命令处理模块来发出调用命令。

6 文件系统

在JetOS管理ESM并执行各项功能时，需要一个简单的文件系统来存贮各种重要的JetOS系统文件和应用参数。文件系统同时考虑了密钥管理系统的实现，因为密钥管理系统的一部分需要文件系统的支持，同时文件系统也给ESM系统本身功能和应用的升级留下了扩充的余地，可以在文件系统中建立多个应用文件或多个功能性文件等。

应注意在JetOS的模块图中并没有内存管理模块，并不是完全没有内存管理，只是内存管理的实现十分简单，而且由于ESM的资源有限，实现一个完整的内存管理并没有必要，因此考虑了一种很简单的内存管理方式，在设计中采用顺序存储的方式，利用链表域来查找内存区域，内存并没有分配和回收，由于应用的特殊性，职称论文产生的碎片对系统性能的影响并不大。

7 计算机安全

尽管ESM的嵌入式操作系统JetOS设计可以提高计算机的安全性，但也不是唯一的一种方法，现在用于网络安全的产品有很多，比如有防火墙、杀毒软件、入侵检测系统等等，但是仍然有很多黑客的非法入侵。根本原因是网络自身的安全隐患无法根除，这就使得黑客进行入侵有机可乘。虽然如此，安全防护仍然必须是慎之又慎，尽最大可能降低黑客入侵的可能，从而保护我们的网络信息安全。而JetOS的总体结构设计中采用了超循环结构，那么相应的在实现策略上就应该是一种被动的方式，即ESM系统处于一个空闲等待状态，除了一些系统自身的例行操作之外，其余时间是等待事件的发生，主要是接收主机OS的命令，然后进入命令处理系统进行处理，并返回结果给OS，这是超循环结构所规定的模式。但这样的模式不能实现主动控制主机的功能，所以需要改进，考虑的一种方式就是采用主动和被动相结合，JetOS可以被动地接收主机发送的命令，也可以主动向主机发送控制信号，但主要是以被动式为主的辅助以主动控制模式，这样ESM同时扮演主设备和从设备。

这种策略的好处主要是灵活，可以很好地满足功能设计上的各种应用需求。主动控制模式可以有效地增强主机的安全性能。可以说主动控制模式才真正体现了硬件一级的安全功能。