36 C语言进阶到上手大纲

小节：嵌入式系统的特点

1. 嵌入式系统定义

嵌入式系统是指专用计算机系统，其功能是嵌入到设备中执行特定的任务。相较于通用计算机，嵌入式系统通常具有更为明确的应用目标和限制。

2. 实时性

嵌入式系统通常要求实时性，即系统必须在特定时间内完成任务。实时性可分为两类：

• 硬实时系统：必须在规定的时间内完成任务，例如医疗设备中的监控系统。
• 软实时系统：尽量在规定时间内完成任务，偶尔的超时是可以接受的，如视频播放。

示例代码：以下是一个简单的任务调度示例，该示例展示了如何在一个简单的嵌入式系统中实现定时器。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

void task1() {
    printf("Task 1 is running...\n");
}

void task2() {
    printf("Task 2 is running...\n");
}

int main() {
    while (1) {
        task1();
        sleep(1); // 每隔1秒执行一次任务1
        task2();
        sleep(1); // 每隔1秒执行一次任务2
    }
    return 0;
}

3. 资源限制

嵌入式系统通常受限于资源，如：

• 处理能力：CPU速度较慢，通常是单核心。
• 内存：RAM和ROM的大小非常有限。
• 电源：嵌入式系统很多时候是电池供电，必须高效节能。

4. 可靠性和稳定性

由于嵌入式系统的应用范围广泛，通常需要高可靠性和稳定性。例如，在汽车、航空等安全性高的领域，故障可能导致严重后果。因此，嵌入式系统的设计中，必须考虑到极端条件下的稳定运行。

5. 特定硬件

嵌入式系统通常和特定硬件耦合紧密。程序往往需要直接与硬件交互，通过寄存器和特定的数据结构来操作外设。

示例代码：直接读写硬件寄存器的示例。

#define GPIO_PORT_REG (*(volatile unsigned int *)0x40021000) // 示例地址

void toggle_led() {
    GPIO_PORT_REG ^= 0x01; // 切换LED状态
}

int main() {
    while (1) {
        toggle_led();
        // 延时函数，模拟LED闪烁
        for (volatile int i = 0; i < 100000; i++);
    }
    return 0;
}

6. 任务与进程管理

嵌入式系统往往需要处理多个任务。一些嵌入式系统使用实时操作系统（RTOS）来管理任务，这样可以更好地处理并发和事件驱动。

7. 开发与调试工具

由于嵌入式系统的特性，开发和调试工具往往与PC环境不同。例如，使用JTAG或SWD接口进行调试，使用仿真器或调试器分析代码执行。

8. 应用领域

嵌入式系统被广泛应用于不同的领域，例如：

• 消费电子：如智能手机、家用电器。
• 汽车：如汽车控制系统、导航系统。
• 医疗设备：如心率监测仪、胰岛素泵。
• 工业控制：如PLC（可编程逻辑控制器）、传感器。

总结

嵌入式系统结合了硬件和软件的特性，C语言在嵌入式开发中扮演着重要角色。了解嵌入式系统的特点将帮助开发者更好地设计和实现相应的应用程序。