大型貨車超載超速實時檢測系統(tǒng)

第二章 相關(guān)技術(shù)

2.1 嵌入式系統(tǒng)

根據(jù)IEEE的定義，所謂的嵌入式系統(tǒng)是指“控制、監(jiān)視或者輔助裝置、機器和設(shè)備運行的裝置”。在國內(nèi)普遍認為：嵌入式系統(tǒng)(Embedded System)是以應(yīng)用為中心，以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪，適用于應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴(yán)格要求的專用的計算機系統(tǒng)。它包括硬件部分和軟件部分。硬件部分包括微處理器、存儲器及外設(shè)器件和I/O端口、圖形控制器等；軟件部分包括操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序，操作系統(tǒng)控制著應(yīng)用程序與硬件的交互，而應(yīng)用程序控制著系統(tǒng)的運作和行為，有時設(shè)計人員把這兩種軟件組合在一起 ^[3]。

通常情況下，人們常常會忽視自己身邊的嵌入式系統(tǒng)——例如取款機，手機或者電梯等等，在這些隨處都能夠見到的設(shè)備中就存在嵌入式系統(tǒng)，有時人們經(jīng)常使用嵌入在電梯，汽車，程控交換機，PDA等設(shè)備中的小巧的計算機系統(tǒng)，而對此毫無察覺。此外，嵌入式系統(tǒng)還在國防事業(yè)，衛(wèi)星，工業(yè)機器人，飛行系統(tǒng)，醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域扮演著更為重要的角色。正是看不見和無所不在這樣的特性使得嵌入式計算機系統(tǒng)有別于傳統(tǒng)的計算機系統(tǒng)。

2.1.1嵌入式系統(tǒng)的歷史

從上世紀(jì)七十年代單片機的出現(xiàn)到今天各式各樣的嵌入式微處理器、微控制器的大規(guī)模應(yīng)用，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)有了近40多年的發(fā)展歷史。

由于70年代單片機的出現(xiàn)，使得汽車、家用電器設(shè)備、工業(yè)機器、通信裝置及數(shù)以萬計產(chǎn)品可以通過內(nèi)嵌電子裝置來獲得更佳的使用性能：更容易使用、更快、更便宜。嵌入式的雛形在這個時候開始產(chǎn)生。

從上世紀(jì)80年代早期開始，嵌入式系統(tǒng)的程序員開始用商用級的“操作系統(tǒng)”編寫嵌入式應(yīng)用軟件，這使得可以獲取更短的開發(fā)周期，更低的開發(fā)資金和更高的開發(fā)效率，“嵌入式系統(tǒng)”就這樣真正出現(xiàn)了。

提示：最早的單片機是Intel公司生產(chǎn)的 8048，它是出現(xiàn)在1976年。Motorola公司同時推出了68HC05單片機，Zilog公司推出了Z80系列單片機，這些早期的單片機均含有4K的ROM、256字節(jié)的RAM、1個全雙工串行口、4 個8位并口、兩個16位定 時 器。之后在80年代初，Intel又進一步完善了8048，在它的基礎(chǔ)上研制成功了8051單片機，迄今為止，51系列的單片機仍然是最為成功的單片機芯片，在各種產(chǎn)品中有著非常廣泛的應(yīng)用。

上世紀(jì)90年代以后，隨著實時性要求的提高，軟件規(guī)模的不斷上升，實時核逐漸發(fā)展為實時多任務(wù)操作系統(tǒng)（RTOS），并且作為一種軟件平臺逐步成為目前國際嵌入式系統(tǒng)的主流。

嵌入式均采用占先式的調(diào)度方式，響應(yīng)的時間非常短，任務(wù)執(zhí)行的時間可以確定；系統(tǒng)內(nèi)核很小，可裁剪，可擴充和可移植，可以移植到各種處理器上；較強的實時和可靠性，適合嵌入式應(yīng)用。這些嵌入式實時多任務(wù)操作系統(tǒng)得出現(xiàn)，使應(yīng)用開發(fā)人員可以從小范圍的開發(fā)解放出來，同時也促使嵌入式有了更為廣闊的應(yīng)用空間。

這時更多的公司看到了嵌入式系統(tǒng)的廣闊發(fā)展前景，開始大力發(fā)展自己的嵌入式操作系統(tǒng)。除了幾家老牌公司以外，還出現(xiàn)了Palm OS，WinCE，嵌入式Linux，Lynx，Nucleux，以及國內(nèi)的Hopen，Delta Os等嵌入式操作系統(tǒng)。隨著嵌入式技術(shù)的發(fā)展前景日益廣闊，會有更多的嵌入式操作系統(tǒng)軟件出現(xiàn)。

2.1.2嵌入式系統(tǒng)的組成

一個嵌入式系統(tǒng)裝置一般由嵌入式計算機系統(tǒng)和執(zhí)行裝置組成，嵌入式計算機系統(tǒng)是嵌入式系統(tǒng)的核心，由硬件層、中間層、系統(tǒng)軟件層和應(yīng)用軟件層組等成。執(zhí)行裝置也稱為被控對象，它能夠接受嵌入式計算機系統(tǒng)發(fā)出的控制命令，執(zhí)行所規(guī)定的特定的操作或任務(wù)。執(zhí)行裝置可以很簡單，例如手機上的一個微小型的電機，當(dāng)在手機處于震動接收狀態(tài)時打開；可以非常復(fù)雜，如SONY 智能機器狗，上面集成了多個微小型控制電機和多種傳感器，從而可以執(zhí)行各種復(fù)雜的動作和感受各種狀態(tài)信息。

Linux操作系統(tǒng)是開放源碼、完全免費的系統(tǒng)，并且具備高效、穩(wěn)定、易裁減、易定制、硬件支持廣泛等特點。Linux是由很多性能高且體積小的微內(nèi)核系統(tǒng)組成的。在內(nèi)核代碼完全開放的前提下，不同層次和不同領(lǐng)域的用戶可以根據(jù)自己的應(yīng)用需求非常方便地對內(nèi)核進行改造，這樣的系統(tǒng)就能減小系統(tǒng)的冗余程度，提高有限資源的利用率^[5] 和系統(tǒng)的效率。

嵌入式系統(tǒng)的核心是嵌入式微處理器（Embedded Microprocessor Unit, EMPU），其在汽車、各種各樣的電子產(chǎn)品甚至是家用電器領(lǐng)域都獲得了廣泛的運用。嵌入式系統(tǒng)使用ARM系列微處理器。ARM系列微處理器主要應(yīng)用于無線設(shè)備、安全系統(tǒng)、儀器儀表、高端打印機、機頂盒、數(shù)字照相機和數(shù)字攝像機等 ^[4]。

Linux系統(tǒng)具有廣泛的硬件支持特性。無論是CISC還是、RISC，8位、32位還是64位等各種處理器，Linux都能運行。Linux支持各種主流硬件設(shè)備和最新硬件技術(shù)，甚至可以在沒有存儲管理單元(MMU)的處理器上運行。這意味著嵌入式Linux具有更廣泛的應(yīng)用前景。