什么是嵌入式计算机？技术有哪些？

2021-12-21 15:26:43 作者：C-C 3067

1 什么是嵌入式计算机

嵌入式计算机是以应用为中心的专用计算机系统，与通用计算机系统不同，嵌入式计算机通常针对特定的应用，对计算机系统的功能、可靠性、体积、功耗等有严格要求，同时设计人员针对计算机系统进行优化、软硬件裁剪来降低成本。因此嵌入式计算机通常具备低功耗、体积小、集成度高、稳定性高、响应速度快等特点，特别适合于要求实时和多任务的体系。随着智能化产品在各行业不断渗透，嵌入式计算机模块技术已经广泛的应用于军事、工业、农业、消费品等方方面面，其发展对各应用领域具有重要影响。

2 嵌入式计算机架构

嵌入式计算机包含四个层级:硬件层、驱动层、操作系统层和应用层。

(1)硬件层是物理基础，其中微处理器是核心，关系到整个系统的性能。

(2)驱动层是直接与硬件层互动的底层软件，也被称为板级支持包(BSP)

(3)操作系统层，负责嵌入式计算机的全部软、硬件资源的分配、任务调度,控制、协调，是用户运行应用程序的软件平台，是用户运行应用程序的软件平台，嵌入式操作系统和Windows等通用操作系统不同，必须针对某特定行业应用需要和特定硬件进行专门的设计开发，具有精简实时可靠的特点;

(4)应用层指完成特定应用功能的软件程序。

嵌入式计算机

3 嵌入式计算机相关技术

(1)计算机架构的硬件设计技术：嵌入式计算机产品多为客户定制化产品，需要满足不同行业客户的特殊需求。嵌入式计算机模块除了要求对计算机通用处理器架构、常用SRAM、SDRAM的总线技术、PC架构的扩展总线技术、音频与显示接口技术有比较深的研究与技术积累，也需要对产品小型化、集成化设计方面长期经验积累，对不同种类电子元器件性能长期实践经验，才能开发出满足客户需求的产品。

(2)高速信号与大电流电源的PCB设计技术：计算机总线技术日新月异，总线速率已达到10 Gbps甚至更高，但嵌入式计算模块往往尺寸小，导致嵌入式计算机模块PCB密度高，解决PCB高速信号的阻抗连续性、串扰问题的难度很大。同时，计算机模块是含有少量模拟电路的硬件系统，对于PCB设计中的数字与模拟电路的混合布线也提出了较高的要求。计算机模块中往往会采用单相或多相的低压大电流DC/DC转换电路，这种电路的大电流功率器件容易干扰自身的小电流模拟控制器。综上，由于嵌入式计算机模块在非常小的PCB空间内，集成了通用处理器、大电流转换电路、少量模数转换电路、以及大量的高速数字信号，对PCB布局布线带来了很大的挑战，需要研发团队在该方面有长期技术积累。

由于CPU芯片、电子元器件等原材料种类繁多、技术进步较快，嵌入式计算机厂商的硬件设计技术、PCB设计技术既需要长期的经验积累，也需要持续的研发升级。由于国内嵌入式计算机行业起步较晚，CPU芯片及电子元器件性能较发达国家存在一定差距，因此国内高端嵌入式计算机硬件设计、PCB设计技术较发达国家、中国台湾等厂商存在一定差距。

(3)底层固件开发技术：嵌入式计算机与消费类PC不同，需要与用户的系统设备、外围设备、以及上层软件高度适配的一种计算机模块，对底层固件的可移植性、兼容性都提出了较大的挑战。需要研发团队具有丰富的底层固件开发经验。

由于不同行业用户的系统设备、上层软件差异较大，底层固件开发需要丰富的实践经验及持续的研发投入。目前，国内有较强底层固件开发技术的厂商较少。

(4)多种国产CPU系统集成技术：由于国产CPU发展相对滞后，尚未形成完善的生态体系，且不同的国产芯片采用不同CPU指令集，如申威采用申威64自主研发指令集、龙芯采用MIPS指令集，而客户则依据自身需求指定使用不同的国产CPU芯片，需要厂商对不同的国产CPU的系统架构、底层固件开发、软硬件适配等方面均需投入进行研发设计。目前，具备多种国产CPU系统集成技术的企业较少。捷世智通是少数几家具有同时具备申威、龙芯和飞腾国产CPU系统集成技术的厂商。

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