??嵌入式系统是指以应用为中心，以计算机技术为基础，可切割软硬件，满足应用系统对功能、可靠性、成本、体积和功耗的严格要求的专用计算机系统。
??它包括硬件和软件。硬件包括处理器/微处理器、存储器和外设器件I/O端口、图形控制器等。软件包括操作系统软件（OS）(需要实时和多任务操作)和应用程序编程。
??有时设计师会将这两个软件结合在一起。应用程序控制系统的运行和行为，操作系统控制应用程序编程和硬件的交互。

??嵌入式系统的核心计算系统可以抽象出硬件层、中间层、软件层和功能层的典型组成模型

??嵌入式微处理器是嵌入式系统硬件层的核心CPU最大的区别在于，嵌入式微处理器大多工作在为特定用户群设计的系统中，这将是通用的CPU芯片内部集成了许多由板卡完成的任务，有利于嵌入式系统在设计上趋于小型化，同时也具有很高的效率和可靠性。
??可采用嵌入式微处理器的系统结构·诺依曼系统或哈佛系统结构；精简指令系统可用于指令系统（Reduced Instruction Set Computer，RISC）和复杂指令系统（Complex Instruction Set Computer，CISC）
??嵌入式微处理器有不同的系统，即使在同一系统中，也可能有不同的时钟频率和数据总线宽度，或集成不同的外设和接口。据不完全统计，全球嵌入式微处理器已超过1 有30多个系列，包括主流系统ARM、MIPS、PowerPC、X86、SH等。但与全球PC市场不同的是，没有一种嵌入式微处理器可以主导市场，仅以32位的产品而言，就有100种以上的嵌入式微处理器。嵌入式微处理器的选择取决于具体应用

??嵌入式系统需要存储器来存储和执行代码。嵌入式系统的存储器包括Cache、主存和辅助存储器
??Cache它是一个容量小、速度快的存储阵列，位于主存储器和嵌入式微处理器的核心之间，存储最近使用最多的程序代码和数据。当需要读取数据时，微处理器尽可能多地从Cache读取数据而不是主存，大大提高了系统的性能，提高了微处理器与主存之间的数据传输速率
??主存储器：主存储器是嵌入式微处理器可以直接访问的存储器，用于存储系统和用户的程序和数据。它可以位于微处理器的内部或外部，容量为256KB～1GB，根据具体应用，一般片内存储容量小，速度快，片外存储容量大
??主存储器常用于以下几种：
??- ROM类NOR Flash、EPROM、PROM等；
?? - RAM类SRAM、DRAM、SDRAM等。
??其中，NOR Flash 嵌入式领域广泛应用于可擦写次数多、存储速度快、存储容量大、价格低廉等优点。
??辅助存储器：辅助存储器用于存储大数据量的程序代码或信息，容量大，但读取速度远慢于主存储器，用于长期保存用户信息。
??嵌入式系统中常用的外部硬盘，NAND Flash、CF卡、MMC、SD卡等

??嵌入式系统和外部交互需要一定形式的通用设备接口，如A/D、D/A、I/O等，外设通过和片外其他设备的或传感器的连接来实现微处理器的输入/输出功能。每个外设通常都只有单一的功能，它可以在芯片外也可以内置芯片中。外设的种类很多，可从一个简单的串行通信设备到非常复杂的802.11无线设备

??硬件层和软件层是中间层，也称为硬件抽象层（Hardware Abstract Layer，HAL）或板级支持包（Board Support Package，BSP），将系统的上层软件与底层硬件分开，使系统的底层驱动程序与硬件无关，上层软件开发人员不必关心底层硬件的具体情况，根据BSP 开发层提供的界面。该层一般包括硬件设备的初始化、数据输入/输出操作和配置功能
??BSP具有以下两个特点
??- 硬件相关性：由于嵌入式实时系统的硬件环境具有应用相关性，实时系统的硬件环境具有应用相关性，BSP为操作系统提供操作和控制特定硬件的方法
??- 操作系统相关性：同的操作系统具有各自的软件层次结构，因此，不同的操作系统具有特定的硬件接口形式

  软件层由实时多任务操作系统（Real-time Operation System，RTOS）、文件系统、图形用户接口（Graphic User Interface，GUI）、网络系统及通用组件模块组成。RTOS是嵌入式应用软件的基础和开发平台
  嵌入式操作系统（Embedded Operation System，EOS）是一种用途广泛的系统软件，过去它主要应用与工业控制和国防系统领域。EOS负责嵌入系统的全部软、硬件资源的分配、任务调度，控制、协调并发活动。它必须体现其所在系统的特征，能够通过装卸某些模块来达到系统所要求的功能。
  嵌入式文件系统比较简单，主要提供文件存储、检索、更新等功能，一般不提供保护、加密等安全机制。它以系统调用和命令方式提供文件的各种操作，主要有设置、修改对文件和目录的存取权限。提供建立、修改、改变和删除目录等服务。提供创建、打开、读写、关闭和撤销文件等服务。
  图形用户接口（GUI）的广泛应用是当今计算机发展的重大成就之一，它极大地方便了非专业用户的使用，人们从此不再需要死记硬背大量的命令，取而代之的是可用通过窗口、菜单、按键等方式来方便地进行操作。而嵌入式GUI具有下面几个方面的基本要求：轻型、占用资源少、高性能、高可靠性、便于移植、可配置等特点

  功能层也称为应用软件层，应用软件是由基于实时系统开发的应用程序组成，运行在嵌入式操作系统之上，一般情况下与操作系统是分开的。应用软件用来实现对被控对象的控制功能。功能层是要面对被控对象和用户，为方便用户操作，往往需要提供一个友好的人机界面

  嵌入式处理器是嵌入式系统的核心，是控制、辅助系统运行的硬件单元。其产品范围极其广阔，从最初的４位处理器、目前仍在大规模应用的８位单片机，到最新的受到广泛青睐的32位、64位嵌入式CPU
  目前，世界上具有嵌入式功能特点的处理器已经超过1000种，流行体系结构包括MCU、MPU等30多个系列。

  嵌入式微处理器（Micro Processor Unit，MPU）是由通用计算机中的CPU演变而来的。它的特征是具有32位以上的处理器，具有较高的性能，其价格也相应较高。但与计算机处理器不同的是，在实际嵌入式应用中，只保留和嵌入式应用紧密相关的功能硬件，去除其他的冗余功能部分，这样就以最低的功耗和资源实现嵌入式应用的特殊要求。
  嵌入式微处理器具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高的优点。目前，主要的嵌入式处理器类型有Am186/88、386EX、SC-400、Power PC、68000、MIPS、ARM/StrongARM系列等

  嵌入式微控制器（Microcontroller Unit，MCU）的典型代表是单片机，从20世纪70年代末单片机出现到今天，虽然已经经过了20多年的历史，但这种８位的电子器件目前在嵌入式设备中仍然有着极其广泛的应用。
  单片机芯片内部集成ROM/EPROM、RAM、总线、总线逻辑、定时/计数器、看门狗、I/O、串行口、脉宽调制输出、A/D、D/A、Flash RAM、EEPROM等各种必要功能和外设，与嵌入式微处理器相比，微控制器的最大特点是单片化，体积大大减小，从而使功耗和成本下降、可靠性提高。微控制器是目前嵌入式系统工业的主流。

  嵌入式DSP处理器（Embedded Digital Signal Processor，EDSP）是专门用于信号处理方面的处理器，其在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计，具有很高的编译效率和指令的执行速度。在数字滤波、FFT、谱分析等各种仪器上DSP获得了大规模的应用
  目前，最为广泛应用的是TI的TMS320C2000/C5000系列，另外如Intel的MCS-296和Siemens的TriCore也有各自的应用范围

  SoC追求产品系统最大包容的集成器件，是目前嵌入式应用领域的热门话题之一。SoC最大的特点是成功实现了软硬件无缝结合，直接在处理器片内嵌入操作系统的代码模块。而且SoC具有极高的综合性，在一个硅片内部运用VHDL等硬件描述语言，实现一个复杂的系统

  嵌入式操作系统（Embedded Operating System，EOS）是一种用途广泛的系统软件，过去它主要应用于工业控制和国防系统领域。EOS负责嵌入系统的全部软、硬件资源的分配、调度工作，控制协调并发活动；它必须体现其所在系统的特征，能够通过装卸某些模块来达到系统所要求的功能
  EOS是相对于一般操作系统而言的，它除具备了一般操作系统最基本的功能，如任务调度、同步机制、中断处理、文件功能等外，还具有以下特点:
  - 可装卸性、开放性、可伸缩性的体系结构
  - 强实时性，可用于各种设备控制当中
  - 统一的接口，提供各种设备驱动接入
  - 操作方便、简单，提供友好的图形用户界面
  - 提供强大的网络功能，支持TCP/IP及其他协议，提供TCP/UDP/IP/PPP支持及统一的MAC访问层接口，为各种移动计算设备预留接口
  - 强稳定性，弱交互性。嵌入式系统一旦开始运行就不需要用户过多地干预，这就要负责系统管理的EOS具有较强的稳定性。嵌入式操作系统的用户接口一般不提供操作命令，它通过系统调用命令向用户程序提供服务
  - 固化代码。在嵌入系统中，嵌入式操作系统和应用软件被固化在嵌入式系统计算机的ROM中。辅助存储器在嵌入式系统中很少使用，因此，嵌入式操作系统的文件管理功能应该能够很容易地拆卸，而用各种内存文件系统
更好的硬件适应性，也就是良好的移植性

  在所有的操作系统中，Linux是发展最快、应用最广泛的系统之一。Linux本身的种种特性使其成为嵌入式开发的首选。在进入市场的前两年中，嵌入式Linux的设计通过广泛应用而获得巨大的成功。
  随着嵌入式Linux技术的成熟，以其按应用要求可定制系统、支持多数硬件平台等特性，已由早期的试用阶段迈进到逐渐成为嵌入式市场的主流。
  根据IDC的报告，Linux已经成为全球第二大操作系统。Linux发展如此之快的另一个主要原因是产品的成本。在激烈的市场竞争中，只拥有先进的技术是远远不够的，如何减少产品的投入也是需要重点考虑的问题。免费的Linux为厂商节约了一大笔开支，特别是对于经济实力不强的公司来说。目前 Linux 内核的最新版本已经达到4.9.xx

  μC/OS是一个典型的实时操作系统。该系统从1992年开始发展，目前流行的是第二个版本，即μC/OSⅡ。
其特点可以概括为以下几个方面：公开源代码，代码结构清晰、明了，注释详细，组织有条理，可移植性好，可裁剪，可固化，内核属于抢占式，最多可以管理64个任务。
  该系统短小精悍，是研究和学习实时操作系统的首选

  Windows CE是Microsft公司的产品，是从整体上为有限资源的平台设计的多线程、完整优先权、多任务的操作系统。
  Windows CE采用模块化设计，并对于从掌上电脑到专用的工控电子设备进行定制。此操作系统的基本内核需要至少200KB ROM存储器。从游戏机到现在大部分的掌上电脑都采用了Windows CE作为操作系统，其缺点是系统软件价格过高，影响整个产品的成本控制

  VxWorks是WindRiver（风河）公司专门为实时嵌入式系统设计开发的操作系统软件，为程序员开发提供了高效的实时任务调度、中断管理、实时的系统资源以及实时的任务间通信。应用程序员可以将尽可能多的精力放在应用程序本身，而不必再去关心系统资源的管理。
  该系统主要应用在单板机、数据网络（以太网交换机、路由器）、通信等多方面。该公司据已为Intel所收购

  QNX是一款实时操作系统，由加拿大 QNX 软件系统有限公司开发，广泛应用于自动化、控制、机器人科学、电信、数据通信、航空航天、计算机网络系统、医疗仪器设备、交通运输、安全防卫系统、POS机、零售机等任务关键型应用领域。20世纪90年代后期，QNX系统在高速增长的Internet终端设备、信息家电、掌上电脑等领域也得到了广泛应用

  iOS是由苹果公司为iPhone开发的操作系统。它主要是给iPhone、iPod Touch以及iPad使用。就像其基于的Mac OS X操作系统一样，它也是以Darwin为基础的。原本这个系统名为iPhone OS，直到2010年6月7日WWDC大会上宣布改名为iOS
  iOS的系统架构分为4个层次：核心操作系统层（the Core OS layer），核心服务层（the Core Services layer），媒体层（the Media layer）、可轻触层（the Cocoa Touch layer）。

  Android是Google开发的基于Linux平台的开源手机操作系统。它包括操作系统、用户界面和应用程序—移动电话工作所需的全部软件，而且不存在任何以往阻碍移动产业创新的专有权障碍。
  Google与开放手机联盟合作开发了Android，这个联盟由包括中国移动、摩托罗拉、高通、宏达电和T-Mobile在内的30多家技术和无线应用的领军企业组成。
  Google通过与运营商、设备制造商、开发商和其他有关各方结成深层次的合作伙伴关系，希望借助建立标准化、开放式的移动电话软件平台，在移动产业内形成一个开放式的生态系统

  基于嵌入式芯片的工业自动化设备将获得长足的发展，目前已经有大量的8位、16位、32位嵌入式微控制器在应用中，网络化是提高生产效率和产品质量、减少人力资源主要途径，如工业过程控制、数字机床、电力系统、电网安全、电网设备监测、石油化工系统。就传统的工业控制产品而言，低端型采用的往往是８位单片机。但是随着技术的发展，32位、64位的处理器逐渐成为工业控制设备的核心，在未来几年内必将获得长足的发展

• 小型化、智能化、网络化、可视化
• 多核技术的应用
• 低功耗（节能）、绿色环保
• 云计算、可重构、虚拟化等技术被进一步应用到嵌入式系统中
• 嵌入式软件开发平台化、标准化、系统可升级，代码可复用将更受重视
• 嵌入式系统软件将逐渐PC化
• 融合趋势
• 安全性

  以自顶向下的角度来看，系统设计从系统需求分析开始；第二步是规格说明，在这一步我们对需设计的系统功能进行更细致地描述，这些描述并不涉及系统的组成；第三步是系统结构设计，在这一阶段以大的构件为单位设计系统内部详细构造，明确软、硬件功能的划分；第四步是构件设计，它包括系统程序模块设计、专用硬件芯片选择及硬件电路设计；第五步是系统集成，在完成了所有构件设计的基础上进行系统集成，构造出所需的完整系统。

  在嵌入式系统设计开发时必须考虑以下因素：

• 功能可靠实用、便于升级
• 实时并发处理，及时响应
• 体积符合要求，结构紧凑
• 接口符合规范，易于操作
• 配置精简稳定，维护便利
• 功耗管理严格，成本低廉

  Arduino 是一款便捷灵活、方便上手的开源电子原型平台，包含硬件（各种型号的arduino板）和软件（arduino IDE)。它适用于艺术家、设计师、爱好者和对于“互动”有兴趣的朋友们。
  Arduino，是一个基于开放原始码的软硬件平台，构建于开放原始码simple I/O介面版，并且具有使用类似Java，C语言的Processing/Wiring开发环境。