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近些年來隨著經濟的飛速發展，移動電子產品越來越成為生活中的重要組成部分，如在手機、GPS 等新興移動產品的逐漸成為生活中的必需品，所以嵌入式系統設計研究也成為了嵌入式工程師比較關注的話題。嵌入式系統將無線網絡技術、電子半導體技術相互有機的結合起來，使的移動電子產品越來越智能化。然而由于移動電子產品通常是靠電池進行供電，所以基于單片機的嵌入式系統的低消耗的設計也是很多設計人員必須面對的問題。主要的原因是由于便攜式且移動性比較強的產品上使用的電池的蓄電能力一般都在 2000mAh 以下，所以產品中的低功耗設計成為了必然的趨勢。 一、相關原理 嵌入式系統要實現低功耗，互補金屬氧化物半導體器件（CMOS）在其中起到的了非常重要的作用。以下是互補金屬氧化物半導體數字集成電路的一些特點： 1) 允許的電源電壓范圍寬,方便電源電路的設計 2) 邏輯擺幅大,使電路抗干擾能力強 3) 靜態功耗低 CMOS 在電路運行時的功耗是靜態功耗與動態功耗兩部分相加。靜態功耗等于工作電源電壓加上靜態情況下電源流向于電路內部電流；動態功耗則會等于瞬時導電功耗加上輸出電容允許放電功耗。CMOS 的靜態功耗較低，所以決定只要降低 CMOS 的動態功耗，就能滿足產品的低功耗設計目標。動態功耗不單單是來自于負載，就電路的內部來說，它和電源電壓、輸出電平與工作頻率均有著很大的關系。而 CMOS 允許的電源電壓范圍寬,方便電源電路的設計，邏輯擺幅大, 使電路抗干擾能力強的特點，能夠很好的降低動態功耗。 二、嵌入式操作系統硬件設計方法 計算機網絡技術在硬件中的大面積的提高，為單片機嵌入式系統的建立提供了根本的條件，為高性質的 EDA 的開發創造得到了長時間以來始終的改進和發展，計算機網絡的軟件在突飛猛進的更新與進步，這也為單片機軟件開發系統的嵌入式的軟件充分的應用帶來了或者是比較高效益和利潤的開發平臺。這些主要的原因都可以推進單片嵌入式系統在設計中方法和想法上的進一步的改變。 我們以 PCB、CAD 軟件和 ICE 為主要的設計的思路合和方法，這同時也為我國當今信息化的社會中單片機系統的專業的設計人員始終在采用和使用的方法，主要的實施步驟是先進行抽象的操作最后具體的實施方法。抽象的系統設計是按照單片機嵌入式軟件系統的實時的應用進而來實現的必要的要求和標準，對嵌入式系統的操作功能進行了系統化的分離，分成了若干個不同種類功能的模塊，并且嵌入式系統中畫出系統的功能實施設計圖，對系統功能區的模塊進行硬件和系統中的軟件在分配分工。 嵌入式系統設計工作的主要內容包括系統軟件的設計和硬件設施的設計。硬件設施設計的主要原理，主要是按照性能的數據參數，對每一個功能模塊中的系統構件進行的選擇和重新組合，當今社會當中可以購買到適用的，性能價格比較高的構件，做單片機嵌入式系統軟件在選擇的根木的前提條件。系統軟件中的設計工作主要的內容包括任務數據分析、資源信息配置、功能模塊的細分、設計的程序和代碼的調節等。 EDA 工具軟件和 RTOS 的設計方法是：隨著計算機技術的發展，可通用編程制邏輯器產生。在硬件設施上的設計上，可采用并非制定的器件把原先傳統的器件利用印刷制作線板路，相互連接的邏輯器制成集成電路，可以使印制板的布局的復雜性轉化為半定制器件的復雜性。半定制器件設計不要求設計人員有半導體工藝和集成電路的布局經驗。半定制器件規模的不斷擴大，可集成器件逐漸增多，這也時印制板器件線路、配置進而調試的費用愈來愈少，使印制板的面積和插件的數量大大的減少降低了系統的成本，增加了可編程應用系統的靈活性，最顯著的是大大降低了嵌入式系統的功耗，進而提高的系統的工作速率，提高系統的可靠性和安全性。 三、單片機嵌入式系統操作系統的設計 單片機系統作為嵌入式操作系統中的主要控制環節，它的軟件設計通常是一個非常細小的比較實時的操作軟件系統，大多數軟件是為了程序當中的某種應用系統而設計的而成的。系統的編制程序在實時的操作過程中，對信息資料的處理的時候，就應該要求迅速的根據外部的變化對時間進行處理。實時性能的單片機嵌入式操作系統它按照應用程序的操作系統的中的提供的要求產生的。通常的情況下我們可以說，微型機器的系統控制器(也就是單片機嵌入式的 MCU)它，是一個單片密集的操作式的系統，可以將計算軟件當中所需要的外部的設施，例如軟件當中的程序和信息數據當中的存儲信息的管理器和集成系統中的芯片。從硬件這一方面上來說，單片機在它的系統使用上，其實是分時這種操作系統和計算機這一操作系統皆無法進行一系列比較的。可是，在單片機這樣的設計之中，關于設計人員們對于這最終的具體要求其實還是很明確的，可以利用一些來自環境上的相對的固定特征，為單片機這一嵌入式系統在它的實時上具體操作問題以及設計提供了相應的例如以及可能性。 嵌入式這種操作系統其實是嵌入式之中的核心，更是應用系統的靈魂，它承擔著不僅是來自各種任務的調配、控制或者是同步以及資源的管理等，這些重要的任務都需要它才可以。嵌入式的這種操作系統和其他別的操作系統進行比較的話，有微內核，而它并沒有 SHELL 和圖形的接口等，其他的功能其實是可以去掉。一般情況來講，操作系統以及它的應用程序其實是緊密相連的，運行在同一個空間中，嵌入式系統存儲空間較小，一般也都是使用它在實際上的物理地址，存儲管理這種模塊相對來說是比較簡單，內核的體積也在減小，可以使它的內核成為自己的微內核。 四、單片機在嵌入式這一系統的軟件上，關于編碼的相關設計 嵌入式系統的這一軟件在它的開發上，一定要經過詳盡的分析以及功能上相關細致的設計、在結構上的嚴謹的設計進而編碼的實現階段，它和那些普通的臺式機在軟件上相比，其實是在開發的形式上是不同的，嵌入式這一系統軟件的開發其實更是跨平臺式的一種開發，許多代碼也都是直接影響著，以及控制著硬件的具體設施，硬件它自身的依賴性強、嵌入式這種系統自身在應用軟件之中的設計之時，主要也是有自己可用的一種工具包，在不同時期以及不同階段，更是都需要不同形式的工具包。 目前情況而言，嵌入式這種系統的操作正在不斷的走向成熟，它在開發的環境以及它的開發的功能更是在逐漸的進步，逐漸的完善，嵌入式這種系統軟件在它的應用上來開發或者是和以后相比相對顯得尤為簡單。一般情況來說，開發的環境其實就是集成了相應的編輯器、編譯器和模擬器等，可以使開發人員脫離硬件目標的環境，迅速的開發出應用軟件的原型，用戶可以根據微機上集成環境時嵌入式系統軟件的開發人員更好的實現軟件上的功能。 總之，嵌入式系統設計在實際的系統應用中，低消耗的設計要綜合的考慮可能出現的因素、條件和狀態，我們要對這樣的細節進行系統認真的斟酌分析，這樣做才可以取得最佳的效果，進而降低潛入系統低消耗的目的。 |
