嵌入式系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)的一種應(yīng)用形式，通常指嵌入在宿主設(shè)備中的微處理機(jī)系統(tǒng)。它所強(qiáng)調(diào)的要點(diǎn)是:計(jì)算機(jī)不為表現(xiàn)自己，而是輔助它所在的宿主設(shè)備，使宿主設(shè)備的功能智能化、網(wǎng)絡(luò)化。通常把嵌入式系統(tǒng)定義為一種以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，軟硬件可以剪裁，適用于系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。因此在嵌入式系統(tǒng)中，操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件常被集成于計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)之中，使系統(tǒng)的應(yīng)用軟件與硬件一體化。這樣，嵌入式系統(tǒng)的硬件與軟件需要高效率地協(xié)同設(shè)計(jì)，以做到量體裁衣，去除冗余，在同樣的系統(tǒng)配置上實(shí)現(xiàn)更高的性能 [1]。

在當(dāng)今科技日新月異的時(shí)代，嵌入式系統(tǒng)作為信息技術(shù)的重要組成部分，已經(jīng)滲透到我們生活的方方面面。從智能手機(jī)、智能家居到工業(yè)控制、醫(yī)療設(shè)備，嵌入式系統(tǒng)的身影無處不在。那么，嵌入式開發(fā)究竟是干啥的呢?本文將深入剖析嵌入式開發(fā)的內(nèi)涵、技術(shù)棧、應(yīng)用領(lǐng)域以及發(fā)展前景，為讀者提供一個(gè)全面而專業(yè)的視角。

入式開發(fā)，簡而言之，就是針對(duì)特定應(yīng)用需求，設(shè)計(jì)并開發(fā)嵌入在設(shè)備或系統(tǒng)中的專用計(jì)算機(jī)軟件和硬件的過程。這些系統(tǒng)通常是為了執(zhí)行特定功能而設(shè)計(jì)的，如控制電機(jī)速度、監(jiān)測環(huán)境溫度或處理圖像數(shù)據(jù)等。嵌入式系統(tǒng)通常由微處理器(或微控制器)、存儲(chǔ)器、輸入輸出接口以及嵌入式軟件組成，它們共同協(xié)作以實(shí)現(xiàn)預(yù)定的功能。

嵌入式開發(fā)的核心在于“嵌入”二字，即軟件與硬件的緊密結(jié)合。這要求開發(fā)者不僅具備扎實(shí)的軟件編程能力，還需要對(duì)硬件電路、接口協(xié)議以及系統(tǒng)架構(gòu)有深入的理解。因此，嵌入式開發(fā)是一個(gè)跨學(xué)科的領(lǐng)域，它融合了計(jì)算機(jī)科學(xué)、電子工程和自動(dòng)控制等多門學(xué)科的知識(shí)。

嵌入式開發(fā)的技術(shù)棧相當(dāng)廣泛，涵蓋了從硬件設(shè)計(jì)到軟件開發(fā)的多個(gè)層面。

硬件層面：包括微處理器選型、電路設(shè)計(jì)、PCB布局布線、電源管理等。開發(fā)者需要熟悉各種微處理器架構(gòu)(如ARM、MIPS等)、外設(shè)接口(如I2C、SPI、UART等)以及硬件調(diào)試工具的使用。

軟件層面：主要包括嵌入式操作系統(tǒng)(如RTOS、Linux等)、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)、應(yīng)用軟件開發(fā)以及調(diào)試測試等。開發(fā)者需要精通C/C++等編程語言，熟悉嵌入式操作系統(tǒng)的內(nèi)核機(jī)制，以及掌握各種調(diào)試技巧和工具。

工具鏈：嵌入式開發(fā)還需要一系列的工具鏈支持，如編譯器、鏈接器、調(diào)試器、仿真器等。這些工具是嵌入式開發(fā)不可或缺的一部分，它們幫助開發(fā)者將代碼編譯成可在目標(biāo)硬件上運(yùn)行的二進(jìn)制文件，并進(jìn)行調(diào)試和測試。

隨著嵌入式應(yīng)用的發(fā)展和16/32位RISC處理器技術(shù)的成熟，以及支持各種高端處理器的嵌入式操作系統(tǒng)的涌現(xiàn)和完善，嵌入式無線設(shè)備可以利用CDMA網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)許多新的應(yīng)用。自動(dòng)發(fā)送彩信的嵌入式系統(tǒng)就是這種新應(yīng)用之一，在特定的條件下，系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)送彩信到指定的移動(dòng)通信終端;該應(yīng)用系統(tǒng)是由用戶根據(jù)要求設(shè)定觸發(fā)條件的自動(dòng)發(fā)送彩信系統(tǒng)，當(dāng)滿足觸發(fā)條件時(shí)，設(shè)備會(huì)自動(dòng)控制捕獲、壓縮圖像部件拍攝外部圖像，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)字壓縮等處理后，經(jīng)處理器做MMS(Multimedia Message Service，多媒體短信服務(wù))協(xié)議封裝，封裝后的數(shù)據(jù)經(jīng)由手機(jī)模塊發(fā)送到移動(dòng)交換網(wǎng)絡(luò)，最終轉(zhuǎn)發(fā)到移動(dòng)通信終端用戶。

系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

● 系統(tǒng)主處理器

系統(tǒng)選用Samsung公司的16/32位基于ARM7TDMI的微處理器，其最高主頻可以達(dá)到130MIPS，同時(shí)支持16位的Thumb指令集，使用Thumb指令集可以以16位的系統(tǒng)開銷得到32位的系統(tǒng)性能。

● 系統(tǒng)原理框圖

系統(tǒng)從邏輯上分成三部分：圖像捕獲和圖像壓縮模塊用于捕獲和壓縮圖像;MMS協(xié)議處理和主控制器模塊處理圖像數(shù)據(jù)和任務(wù)控制;手機(jī)模塊可發(fā)送彩信和接收短消息。系統(tǒng)原理如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)原理框圖

● 系統(tǒng)工作原理步驟

(1)系統(tǒng)上電啟動(dòng)后，手機(jī)模塊讀取UIM信息發(fā)送無線信號(hào)尋找CDMA網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行用戶號(hào)碼賬戶和身份驗(yàn)證后連接到網(wǎng)絡(luò);然后系統(tǒng)發(fā)起任務(wù)讀取手機(jī)模塊中的信息，確定是否有網(wǎng)絡(luò)連接，若有網(wǎng)絡(luò)連接則系統(tǒng)發(fā)起任務(wù)，等待滿足觸發(fā)自動(dòng)發(fā)送彩信的條件。

(2)設(shè)備軟件可以接受SMS(Short Message Service，短信服務(wù))信息，并對(duì)之進(jìn)行解析，根據(jù)解析的結(jié)果進(jìn)行動(dòng)作。當(dāng)接收到用戶的觸發(fā)后，系統(tǒng)發(fā)起任務(wù)控制串口UART對(duì)圖像捕獲、壓縮模塊進(jìn)行命令控制和拍照;拍照后發(fā)起任務(wù)對(duì)串口進(jìn)行讀取，接收圖像捕獲、壓縮模塊回傳的圖像數(shù)據(jù)。

(3)當(dāng)接收到回傳的圖像數(shù)據(jù)后系統(tǒng)發(fā)起任務(wù)對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行MMS封裝，封裝格式完全符合MMS CLIENT端協(xié)議。

(4)系統(tǒng)發(fā)起任務(wù)使用WAP協(xié)議與WAP信息網(wǎng)關(guān)建立連接，建立連接后由系統(tǒng)把封裝的圖像數(shù)據(jù)通過標(biāo)準(zhǔn)串口UART傳送給手機(jī)模塊，最后系統(tǒng)發(fā)起任務(wù)使用AT指令控制手機(jī)模塊把彩色圖片發(fā)送到移動(dòng)交換網(wǎng)絡(luò)，最終轉(zhuǎn)發(fā)到設(shè)定的目標(biāo)移動(dòng)通信終端用戶，從而完成了自動(dòng)發(fā)送彩信的功能。

● 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)技術(shù)要點(diǎn)包括以下部分。

(1)圖像壓縮處理模塊完成對(duì)數(shù)字圖像信息的壓縮，部分電路如圖2所示。SDRAM用來緩存圖像數(shù)據(jù)，F(xiàn)LASH用來存儲(chǔ)壓縮處理器執(zhí)行程序映像。此外，圖像壓縮處理器模塊提供一個(gè)UART接口，以便將壓縮的圖像文件傳輸?shù)街骺靥幚砥髂K。

圖2 圖像壓縮處理電路

圖3 系統(tǒng)串口連接電路

(2)系統(tǒng)串口連接電路的部分電路如圖3所示。ARM7處理器提供標(biāo)準(zhǔn)的UART接口連接手機(jī)模塊，另外提供一個(gè)串行接口，與圖像壓縮處理器模塊串行接口相連。嵌入式軟件是一種特殊類型的軟件，它是緊密結(jié)合并嵌入在硬件中的。這種軟件的設(shè)計(jì)目的是為了控制、監(jiān)測、管理、操作硬件設(shè)備，使其能夠更好地服務(wù)于用戶。嵌入式軟件不同于我們通常在個(gè)人電腦上運(yùn)行的軟件，因?yàn)樗枰獙?shí)時(shí)處理和快速響應(yīng)，對(duì)系統(tǒng)資源(如處理器、內(nèi)存等)有嚴(yán)格的要求。

嵌入式軟件的開發(fā)和設(shè)計(jì)需要考慮到設(shè)備的電源管理、實(shí)時(shí)響應(yīng)、可靠性、效率等因素。因此，嵌入式軟件的開發(fā)過程通常需要更多的硬件知識(shí)，也需要更深入的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和優(yōu)化技能。

嵌入式軟件被廣泛應(yīng)用于各種行業(yè)和領(lǐng)域，包括工業(yè)制造、汽車、航空航天、醫(yī)療設(shè)備、通信技術(shù)、家庭自動(dòng)化等。例如，在汽車中，嵌入式軟件可以控制引擎、剎車系統(tǒng)、安全系統(tǒng)等;在航空航天中，嵌入式軟件可以控制飛行系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)等。

隨著物聯(lián)網(wǎng)(IoT)的發(fā)展，嵌入式軟件的作用越來越重要。從智能家居到智能城市，從醫(yī)療設(shè)備到工業(yè)自動(dòng)化，嵌入式軟件都在背后發(fā)揮著關(guān)鍵作用。隨著技術(shù)的發(fā)展，嵌入式軟件的功能和性能也將不斷提升，未來將有更多的創(chuàng)新和應(yīng)用。

總的來說，嵌入式軟件是電子設(shè)備中不可或缺的一部分，它使我們的生活更加便利、高效和安全。