如今，物联网、AI、5G的发展都离不开嵌入式系统。 它就像一个乐高拼图。 只要你能“玩”它，就会出现意想不到的表现。 那么到底什么是嵌入式系统呢？ 下面我就给大家科普一下。

要了解它的成分，您首先需要知道它是如何生长的。

第一个微处理器诞生于 20 世纪 70 年代初。 那是成立三年前的Intel推出的4004CPU。 它是一个 10 微米工艺的 4 位微处理器。 时至今日，嵌入式系统的发展已有50年的历史，大致经历了四个阶段：

1.无操作系统阶段

基于早期的微控制器，大多以编程控制器的形式出现。 在此期间，普遍没有操作系统相关的支持。 该系统只能通过汇编语言直接控制。 当然，相关操作完成后，内存就被清空了。

主要特点是：系统结构和功能比较简单，处理效率低，存储容量小，几乎没有用户界面。 由于上述特点，一度在工业领域得到广泛认可。

2.简单操作系统阶段

高可靠、低能耗的嵌入式CPU。

特点：嵌入式操作系统比较简单，但具有初步的兼容性和可扩展性，在控制系统负载和监控应用程序的运行方面起到一定的作用。

3.实时操作系统阶段

在数字通信和信息家电巨大需求的推动下，随着硬件实时性要求的提高，嵌入式系统的软件规模也在不断扩大。 在此期间，操作系统的实现得到了很大的提高。

特点：可以在不同类型的微处理器上实现高度的模块化和可扩展性，使应用软件的开发变得更加容易。

4、互联网化阶段

嵌入式设备与互联网的完美结合才是嵌入式技术真正的未来。 在这个信息时代、数字时代，给嵌入式系统的发展带来了巨大的机遇。 对于嵌入式系统提供商来说，这也是一个新鲜事。 挑战。

嵌入式系统组成：麻雀虽小，五脏俱全

根据书中的定义，嵌入式是指将软件直接烧录到硬件中，而不是安装在外部存储介质上。 IEEE（电气和电子工程师协会）对嵌入式系统的定义是：“嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软件和硬件可量身定制，适合功能、可靠性、成本、体积、特殊性的系统。具有严格功耗要求的计算机系统。”

以应用程序为中心的嵌入式系统具有明确的实际用途。 基于计算机技术，意味着它实际上是一种特殊的计算机。 软硬件均可定制，说明其具有很强的灵活性和可定制性。

专用计算机系统中的“专用”是什么意思？ 先说“通用”，指的是我们常用的个人PC、笔记本电脑、数据中心服务器。 它们可以用于多种目的，这是一个“通用计算机系统”。 那么嵌入式系统具体应用在哪些“特殊”方向呢？

更贴近生活的嵌入式产品，如智能手机、智能冰箱、电梯、汽车导航等； 以及一些高端产品，如谷歌眼镜、数字电视、智能医疗、智能手表等。 当然还有很多很多。

嵌入式系统是以处理器（CPU）为核心，依靠总线（Bus）进行连接的多模块系统：

嵌入式系统大致可以分为：

硬件系统

中间层

软件系统

应用层

该图涵盖了嵌入式系统的基本组件：

硬件层主要分为：嵌入式处理器、存储器、模拟电路、电源、接口控制器、连接器等。

其核心是嵌入式微处理器。

嵌入式微处理器与通用CPU的最大区别在于，大多数嵌入式微处理器工作在专门为特定用户群体设计的系统中。 它们将通用CPU板完成的许多任务集成到芯片中嵌入式系统软件教程，这对嵌入式系统是有利的。 该系统设计紧凑，同时高效可靠。

嵌入式微处理器的体系结构可以采用冯诺依曼体系[1]或哈佛体系结构； 指令系统可选择精简指令系统（RISC）和复杂指令系统（CISC）。 其中，RISC是目前最流行的。 这种架构只包含最有用的指令，保证数据通道快速执行每条指令嵌入式系统软件教程，从而提高执行效率，使CPU硬件结构设计更简单。 嵌入式微处理器出现在不同的系统中，甚至在同一系统中，它们也可能具有不同的时钟频率和数据总线宽度，或者集成不同的外设和接口。 目前，全球嵌入式微处理器有1000多种，架构有30多个系列，其中主流系统有arm、MIPS、PowerPC、X86和SH等。

在嵌入式领域，ARM架构处理器占据了半壁江山，但它不生产任何处理器，只提供IP。

嵌入式微处理器具有以下特点：

1）对实时多任务有较强的支持，可以完成多任务并且中断响应时间短，从而将内部代码和实时核心的执行时间减少到最低限度。

2）具有强大的存储区保护功能。 这是因为嵌入式系统的软件结构已经模块化，为了避免软件模块之间错误的交叉交互，需要设计强大的存储区保护功能，这也有利于软件诊断。

3）可扩展的处理器结构，可快速开发出满足应用的最高性能嵌入式微处理器。

4）嵌入式微处理器必须具有非常低的功耗，特别是对于便携式无线和移动计算和通信设备中使用的电池供电的嵌入式系统。 功耗仅为mW甚至μW级别。

您是否混淆了微控制器和嵌入式处理器？

还有一种嵌入式微控制器MCU，集成了ROM/RAM、总线逻辑、定时器/计数器、看门狗、I/O、串口、A/D、D/A、FLASH等。典型代表有8051、8096、C8051F ， ETC。

其实MCU就是所谓的微控制器。 单片机将CPU、存储器、定时计数器、I/O接口电路等集成在一块芯片上。 它具有体积小、功耗低等特点。 它被称为单片机。 由于单片机体积非常小，可以植入到任何微型设备和仪器中，并被广泛用作这些微型设备和仪器的控制器，因此单片机也可以称为嵌入式单片机。

典型产品：51单片机、STM32

嵌入式系统是一个大类，而微控制器是一个重要的子类。 嵌入式系统就像一台完整的计算机，而微控制器更像是一台没有外设的计算机。 现在各种硬件功能可以内置到微控制器中。 因此，嵌入式系统和微控制器之间的硬件差异越来越小，分界线也越来越模糊。

单片机和嵌入式处理器的最大区别

微控制器的存储空间与嵌入式处理器不在同一级别。 微控制器的片上存储器通常只有几千字节大小。 由于外设的限制，大规模添加外设的可能性不大。 嵌入式多媒体控制器emmc，而嵌入式处理器通常有数百兆字节的RAM。 如此巨大的差异使得微控制器几乎不可能像嵌入式处理器那样运行操作系统。 甚至无法运行TCP/IP协议栈和USB协议栈。 一些高端微控制器如ST的STM32系列可能能够运行一些轻量级系统操作系统和嵌入式网络协议栈，如IwIP协议栈。

另外，嵌入式处理器丰富而强大的性能决定了它可以完成更多单片机无法完成的应用，例如网络通信功能、视频传输和处理功能等。当外设存储增加时，嵌入式处理器可以完成更多的微控制器无法完成的应用。轻松运行各种Linux系统，图形GUI界面。

其余零件

内存：嵌入式系统需要内存来存储和执行代码。 包含高速缓存、主存（ROM 和 RAM）和辅助存储器。

嵌入式外围硬件设备：串口、以太网接口、USB、音频接口、液晶显示器、摄像头等。

此外，还有专门用于信号处理的嵌入式DSP处理器（数字信号处理器）和嵌入式片上系统SoC。

下图是嵌入式系统的物理示例：

左上角中央是CPU，中间是RAM，然后是ROM、网卡、串口、电源等。可见，嵌入式系统虽然体积小，但是却有所有内脏器官。

软件层

软件层很容易理解。 它是一种广泛使用的系统软件，由实时多任务操作系统（RTOS）、文件系统、图形用户界面、网络系统和通用组件模块组成。 RTOS是嵌入式应用软件的基础和开发平台。 主要包括：嵌入式实时操作系统μC/OS-II、嵌入式Linux、Windows、VxWorks等，以及智能手机、平板电脑中使用的Android、iOS等。

嵌入式中间层

所谓中间层，就是软件层和硬件层之间的接口层。 它也称为硬件抽象层 (HAL) 或板支持包 (BSP)。 它将系统的上层软件与底层硬件分开。 它使得系统底层驱动独立于硬件。 上层软件开发人员无需关心底层硬件的具体情况，可以根据BSP层提供的接口进行开发。