1.嵌入式系统的组成
嵌入式系统装置一般由嵌入式计算机系统和执行装置组成。嵌入式计算机系统是整个嵌入式系统的核心，由硬件层、中间层、系统软件层和应用软件层组成。执行装置又称被控对象，可接受嵌入式计算机系统发出的控制命令，执行规定的操作或任务。执行装置可以很简单，如手机上的一个微小型的电机，当手机处于震动接收状态时打开；也可以很复杂，如SONY智能机器狗集成了多个小型控制电机和多个传感器，可以执行各种复杂的动作，感受各种状态信息。
硬件层包括嵌入式微处理器、存储器、通用设备接口和I/O接口（A/D、D/A、I/O等待)。在嵌入式处理器的基础上添加电源电路、时钟电路和存储电路，形成嵌入式核心控制模块，即最小系统。操作系统和应用程序可以固化在存储器中。
嵌入式系统硬件层的核心是嵌入式微处理器，嵌入式微处理器与通用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芯片内集成了许多由板卡完成的任务，因此，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）以及复杂的指令系统CISC（Complex Instruction Set Computer，CISC）。RISC计算机只在通道中包含最有用的指令，以确保数据通道能够快速执行每一个指令，从而提高执行效率，使之CPU硬件结构设计变得更加简单。
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，世界上嵌入式微处理器有1000多种，系统结构有30多个系列，其中主流系统有ARM、MIPS、Power PC、X86等。但与全球PC市场不同的是，没有嵌入式微处理器可以主导市场。就32位产品而言，嵌入式微处理器有100多种。根据具体应用，选择嵌入式微处理器。
嵌入式系统需要存储和执行代码，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。
常用作主存的存储器有：
ROM类 NOR Flash、EPROM和PROM等。
RAM类 SRAM、DRAM和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。
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微处理器的输入/输出功能通过与片外其他设备或传感器的连接来实现。每个外设通常只有一个功能，可以在芯片外或内置芯片中。外设有很多种，从简单的串行通信设备到非常复杂的无线设备。
嵌入式系统中常用的通用设备接口有A/D(模/数转换接口)，D/A(数/模转换接口)，I/O接口有RS-232接口(串行通信接口)Ethernet(以太网接口)，USB(通用串行总线接口)、音频接口、VGA视频输出接口，I2C(现场总线)，SPI(串行外围设备接口)和IrDA(红外接口)等。
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，上层软件开发人员无需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。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：不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。
实际上，BSP它是操作系统与底层硬件之间的软件层次，包括系统中大多数与硬件密切相关的软件模块。设计一个完整的BSP嵌入式系统的硬件初始化和两部分需要完成BSP与硬件相关的设备驱动设计功能。
系统初始化过程可分为三个主要环节，分为片级初始化、板级初始化和系统级初始化。
片级初始化：完成嵌入式微处理器的初始化，包括设置嵌入式微处理器的核心寄存器和控制寄存器、嵌入式微处理器的核心工作模式和嵌入式微处理器的局部总线模式。片级初始化逐渐将嵌入式微处理器从上电时的默认状态设置为系统要求的工作状态。这是纯硬件的初始化过程。
板级初始化：完成嵌入式微处理器以外的其他硬件设备的初始化。此外，还需要设置一些软件的数据结构和参数，为随后的系统级初始化和应用程序运行建立硬件和软件环境。这是一个初始化过程，包括软件和硬件。
系统初始化：该初始化过程主要是软件初始化，主要是操作系统的初始化。BSP将嵌入式微处理器的控制转移到嵌入式操作系统，其余的初始操作由操作系统完成，包括加载和初始化与硬件无关的设备驱动程序，建立系统内存区，加载和初始化网络系统、文件系统等其他系统软件模块。最后，操作系统创建应用程序环境，并将控制权交给应用程序入口。
BSP另一个主要功能是硬件相关设备驱动。设备驱动程序的初始化通常是一个从高到低的过程。尽管BSP它包含与硬件相关的设备驱动程序，但这些设备驱动程序通常不直接通过BSP在系统初始化过程中使用BSP将其与操作系统中的一般设备驱动程序相关联，并在后续应用中由一般设备驱动程序调用，实现硬件设备的操作。与硬件相关的驱动程序是BSP设计与开发的另一个关键环节。
实时系统软件层任务操作系统（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。目前，已推出一些应用比较成功的EOS产品系列。随着Internet技术的发展、信息家电的普及应用及EOS的微型化和专业化，EOS开始从单一的弱功能向高专业化的强功能方向发展。嵌入式操作系统在系统实时高效性、硬件的相关依赖性、软件固化以及应用的专用性等方面具有较为突出的特点。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，还有以下特点：
（1）可装卸性。开放性、可伸缩性的体系结构。
（2）强实时性。EOS实时性一般较强，可用于各种设备控制当中。
（3）统一的接口。提供各种设备驱动接口。
（4）操作方便、简单、提供友好的图形GUI，图形界面，追求易学易用。
（5）提供强大的网络功能，支持TCP/IP协议及其它协议，提供TCP/UDP/IP/PPP协议支持及统一的MAC访问层接口，为各种移动计算设备预留接口。
（6）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的干预，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。
（7）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。
（8）更好的硬件适应性，也就是良好的移植性。
应用软件层是由基于实时系统开发的应用程序组成，用来实现对被控对象的控制功能。功能层是面向被控对象和用户的，为方便用户操作，往往需要提供一个友好的人机界面。对于一些复杂的系统，在系统设计的初期阶段就要对系统的需求进行分析，确定系统的功能，然后将系统的功能映射到整个系统的硬件、软件和执行装置的设计过程中，称为系统的功能实现。
2 嵌入式系统的应用
嵌入式系统技术应用非常广泛，如图1.1所示，主要可以包括以下几个方面：
入式系统主要应用领域
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、16、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。
在车辆导航、流量控制、信息监测与汽车服务方面，嵌入式系统技术已经获得了广泛的应用，内嵌GPS模块，GSM模块的移动定位终端已经在各种运输行业获得了成功的使用。目前GPS设备已经从尖端产品进入了普通百姓的家庭，只需要几千元，就可以随时随地找到你的位置。
这将称为嵌入式系统最大的应用领域，冰箱、空调等的网络化、智能化将引领人们的生活步入一个崭新的空间。即使你不在家里，也可以通过电话线、网络进行远程控制。在这些设备中，嵌入式系统将大有用武之地。
水、电、煤气表的远程自动抄表，安全防火、防盗系统，其中嵌有的专用控制芯片将代替传统的人工检查，并实现更高，更准确和更安全的性能。目前在服务领域，如远程点菜器等已经体现了嵌入式系统的优势。
公共交通无接触智能卡(Contactless Smartcard, CSC)发行系统，公共电话卡发行系统，自动售货机，各种智能ATM终端将全面走入人们的生活，到时手持一卡就可以行遍天下。
水文资料实时监测，防洪体系及水土质量监测、堤坝安全，地震监测网，实时气象信息网，水源和空气污染监测。在很多环境恶劣，地况复杂的地区，嵌入式系统将实现无人监测。
嵌入式芯片的发展将使机器人在微型化，高智能方面优势更加明显，同时会大幅度降低机器人的价格，使其在工业领域和服务领域获得更广泛的应用。
几个具体的应用实例：
远程家电控制，除了开发出支持TCP/IP的嵌入式系统之外，家电产品控制协议也需要制订和统一，这需要家电生产厂家来做。同样的道理，所有基于网络的远程控制器件都需要与嵌入式系统之间实现接口，然后再由嵌入式系统来控制并通过网络实现控制。所以，开发和探讨嵌入式系统有着十分重要的意义。
基于嵌入式系统在电网远程监控，可实现对电网参数的主动测量、分析、自动存储等功能，通过Internet光纤环网将电网监测数据传送到调度室的监控主机，工作人员可以对远程设备的运行状况进行及时、准确的监控，对其故障先兆做出判断和预测，采取有效措施解决问题，保证大型机组安全运行，防止恶性事故的发生，避免了定期检修引起的生产停顿，起到预防和消除故障的作用，提高设备运行的可靠性、安全性和有效性。
基于嵌入式系统的RFID手持机系统，以ARM微处理器为主控制器，根据系统的需求外扩了SRAM、Flash、SD卡、键盘、LCD显示、声响提示进行数据处理、数据存储、人机交互以及出错报警提示，通过USB接口可以与主机进行数据通信，背光模块可以为LCD和键盘提供背光，电压检测模块通过核心处理器的A/D转换器进行电池电压的检测，从而间接检测出电池的剩余电量，RF模块能够进行读写器与标签之间射频信号的收发，通过JTAG接口可以进行程序的调试与下载。电源部分可以为系统中需要电源的各个模块提供电源。