如何安装单片机嵌入式操作系统_单片机嵌入式系统原理及应用
一、现代计算机的技术发展史
1.微型计算机时代的嵌入式应用
电子数字计算机诞生于1946。在此后漫长的历史进程中，计算机一直是在专用机房中实现数值计算的大型昂贵设备。直到20世纪70年代，微处理器出现，计算机才经历了历史性的变革。以微处理器为基础的微型计算机因其体积小、价格低、可靠性高，正迅速走出计算机房。基于高速数值计算能力的微型计算机引起了控制专业人员的兴趣，要求将微型计算机嵌入到对象系统中，实现对对象系统的智能控制。例如，一台微型计算机经过电气和机械强化后，配以各种外围接口电路，安装在大型船舶上，构成自动驾驶仪或船用发动机状态监测系统。这样，计算机就失去了原来的形态和一般的计算机功能。为了区别于原来的通用计算机系统，将计算机嵌入到对象系统中，实现对对象系统的智能控制，称为嵌入式计算机系统。因此，嵌入式系统诞生于微机时代，嵌入式系统的嵌入式本质是将一台计算机嵌入到一个对象系统中，这些都是理解嵌入式系统的基本出发点。
2.现代计算机技术的两个分支。
由于嵌入式计算机系统要嵌入到对象系统中，实现对对象的智能控制，因此与一般计算机系统有着完全不同的技术要求和发展方向。通用计算机系统的技术要求是高速、海量的数值计算；技术的发展方向是总线速度的无限提升和存储容量的无限扩展。嵌入式计算机系统的技术要求是对对象的智能控制能力；技术的发展方向是与对象系统密切相关的嵌入式性能、控制能力和控制可靠性。
早期，人们不情愿地对通用计算机系统进行改造，以实现大型设备中的嵌入式应用。但对于很多对象系统(如家用电器、仪器仪表、工业控制单元)，不可能嵌入通用计算机系统，嵌入式系统和通用计算机系统的技术发展方向完全不同。因此，有必要独立开发通用计算机系统和嵌入式计算机系统，这就形成了现代计算机技术发展的两大分支。
如果说微型计算机的出现使计算机进入了现代计算机发展阶段，那么嵌入式计算机系统的诞生则标志着计算机进入了通用计算机系统和嵌入式计算机系统并行发展的时代，从而导致了20世纪末计算机的高速发展时期。
3.两个分支发展的里程碑
通用计算机系统和嵌入式计算机系统之间的专业化发展导致了20世纪末20世纪初计算机技术的飞速发展。计算机专业领域集中精力开发通用计算机系统的软硬件技术，不考虑嵌入式应用需求，通用微处理器从286、386、486迅速向奔腾系列转变；操作系统迅速扩展了计算机基于高速、海量数据的文件处理能力，使通用计算机系统进入完善阶段。
嵌入式计算机系统走上了一条完全不同的道路，这就是单芯片发展之路。它动员了传统电子系统领域的原始厂商和专业人士，接手了起源于计算机领域的嵌入式系统，承担了开发和普及嵌入式系统的历史任务，使传统电子系统迅速发展到智能化的现代电子系统时代。
因此，现代计算机技术发展的两大分支的里程碑意义在于，它不仅形成了计算机发展的专业化分工，而且将发展计算机技术的任务延伸到传统的电子系统领域，使计算机成为人类社会进入全面智能时代的有力工具。
二、嵌入式系统的定义和特点
如果了解了嵌入式(计算机)系统的起源和发展，我们就不会对嵌入式系统有太多的误解，但是我们可以历史地、本质地、普遍地定义嵌入式系统。
1.嵌入式系统的定义
根据历史的、本质的和普遍的要求，嵌入式系统应定义为“嵌入在目标系统中的专用计算机系统”。嵌入式、专用性和计算机系统是嵌入式系统的三个基本要素。目标系统是指嵌入在嵌入式系统中的主机系统。
2.嵌入式系统的特点
嵌入式系统的特征不同于定义，这是由定义中的三个基本要素派生出来的。不同的嵌入式系统会有不同的特点。“嵌入性”的相关特性:因为是嵌入到对象系统中，所以必须满足对象系统的环境要求，如物理环境(小)、电气/大气环境(可靠)、成本(低价格)等。与“特殊性”相关的特征:软件和硬件的定制；满足对象要求的最低软件和硬件配置。与“计算机系统”相关的特性:嵌入式系统必须是能够满足目标系统控制要求的计算机系统。针对以上两个特点，这种计算机必须配备适合目标系统的接口电路。
另外，在理解嵌入式系统的定义时，不要和嵌入式设备混淆。嵌入式设备是指具有嵌入式系统的产品和设备，如家用电器、仪器仪表、工业控制单元、机器人、手机、PDA等。
3.嵌入式系统的类型及发展
根据上述嵌入式系统的定义，只要满足定义中的三个要素，计算机系统就可以称为嵌入式系统。嵌入式系统可分为器件级(工控机)、板级(单板、模块)和芯片级(MCU、SoC)。
有人把嵌入式处理器当成嵌入式系统，但是因为嵌入式系统是嵌入式计算机系统，只有把嵌入式处理器作为嵌入式应用，这样的计算机系统才能称为嵌入式系统。
嵌入式系统与目标系统密切相关，其主要技术发展方向是满足嵌入式应用的要求，不断扩展目标系统所需的外围电路(如ADC、DAC、PWM、日历时钟、电源监控、程序运行监控电路等。)，并形成符合对象系统要求的应用系统。因此，嵌入式系统作为一种特殊的计算机系统，应该不断向计算机应用系统发展。因此，定义中的专用计算机系统可以扩展为符合目标系统要求的计算机应用系统。
第三，嵌入式系统的自主开发路径
1.单片机开创了嵌入式系统自主开发的先河。
虽然嵌入式系统起源于微型计算机时代，但是，微型计算机的体积、价格和可靠性并不能满足大多数目标系统的嵌入式应用要求，因此嵌入式系统必须走自主开发的道路。这条路是芯片路。计算机制作在一个芯片上，从而开创了独立开发嵌入式系统的单片机时代。
在探索单片机的发展道路时，出现过两种模式，即“σ模式”和“创新模式”。“∑模式”本质上是通用计算机直接芯片模式，将通用计算机系统中的基本单元进行切割，集成在一个芯片上，形成单片机。“创新模式”根据嵌入式应用的要求，设计了全新的体系结构、微处理器、指令系统、总线模式、管理模式等。Intel公司的MCS-48和MCS-51是按照创新模式开发的单片嵌入式系统(单片微型计算机)。MCS-51是基于MCS-48开发的综合嵌入式系统。历史证明，“创新模式”是嵌入式系统自主开发的正确途径，MCS-51的架构也因此成为了单片嵌入式系统的典型架构。
2.单片机技术发展史
单片机诞生于20世纪70年代末，经历了SCM、MCU、SoC三个阶段。
1.SCM是单片机的阶段，主要是以最佳的单片形式寻求嵌入式系统的最佳架构。“创新模式”的成功，奠定了单片机与通用计算机完全不同的发展道路。英特尔为嵌入式系统的自主开发做出了巨大贡献。
2.MCU是微控制器单元的阶段，其主要技术发展方向是:扩展符合嵌入式应用要求的各类外围电路和接口电路，突出其对象的智能控制能力。它所涉及的领域都与对象系统有关，所以开发MCU的重任不可避免地落在了电气电子技术厂商身上。由此看来，英特尔逐渐淡出MCU也有其客观因素。在MCU的开发中，最著名的厂商是飞利浦。
飞利浦公司凭借其在嵌入式应用方面的巨大优势，将MCS-51从单片机迅速发展为微控制器。因此，当我们回顾嵌入式系统的发展道路时，不要忘记英特尔和飞利浦的历史功绩。
3.单片机是嵌入式系统的独立发展道路，发展到MCU阶段的重要因素是寻求应用系统在片上的最大解决方案；因此，专用单片机的发展自然形成了SoC的趋势。随着微电子技术、ic设计和EDA工具的发展，基于SoC的单片机应用系统的设计将会有很大的发展。所以对单片机的理解可以从单片机、单片机扩展到单片机应用系统。
四、嵌入式系统的两种应用模式
嵌入式系统的嵌入式应用特点决定了其跨学科的特点。作为计算机的内涵，要求计算机领域的人们投身于对其体系结构、软件技术和工程应用的研究。但是，要了解对象系统的控制需求，实现系统控制模式，必须具备对象领域的专业知识。因此，从嵌入式系统发展的历史进程和嵌入式应用的多样性，我们可以理解两种客观形成的应用模式。
1.两种客观存在的应用模式
嵌入式计算机系统起源于微机时代，但很快进入了单片机自主开发时代。在单片机时代，嵌入式系统以器件的形式迅速进入传统电子技术领域，以电子技术应用工程师为主体实现传统电子系统的智能化，而计算机专业团队并没有真正进入单片机应用领域。因此，电子技术应用工程师以他们习惯的电子技术应用模式从事单片机的应用开发。这种应用模式最重要的特点是:软件和硬件的底层性和随机性；对象系统专业知识的密切相关性；缺乏计算机工程设计方法。
虽然在单片机时代，计算机专业淡出了嵌入式系统领域，但随着后PC时代的到来，网络和通信技术发展起来；同时，嵌入式系统的软硬件技术有了很大的提高，为计算机专业人士介入嵌入式系统应用开辟了广阔的天地。在计算机专业人员的介入下，计算机应用模式具有明显的计算机工程应用特征，即基于嵌入式系统软硬件平台的非嵌入式底层应用，主要是网络和通信。
2.两种应用模式的共存与互补。
由于嵌入式系统最大、最广、最低的应用是对传统电子技术领域的智能化改造，具有强烈电子系统设计色彩的电子系统应用模式将长期存在，主要以熟悉对象的电子技术团队为主，使用最少的嵌入式系统软硬件费用，以8位计算机为主。
此外，计算机专业人员会越来越多地涉及嵌入式系统应用，但由于对象专业知识的差距，其应用领域将集中在网络、通信、多媒体、商务电子等方面，不可能取代电子工程师在控制、仪器仪表、机械、电子等方面的原有嵌入式应用。因此，这两种客观存在的应用模式将长期共存，在不同领域相辅相成。电子系统设计模式要从计算机应用设计模式中学习计算机工程方法和嵌入式系统软件技术；计算机应用设计模式要从电子系统设计模式中了解电路系统特点、基本外围电路设计方法和对象系统的基本要求。
3.嵌入式系统应用的高端和低端
由于嵌入式系统有较长的单片机独立开发路径，大多基于8位单片机，实现了最底层的嵌入式系统应用，具有明显的电子系统设计模式特征。从事单片机应用的开发人员大多是目标系统领域的电子系统工程师。此外，单片机的出现，立即离开了计算机专业领域，作为“智能”设备进入电子系统领域，没有带入“嵌入式系统”的概念。所以很多从事单片机应用的人并不了解单片机和嵌入式系统的关系。谈到“嵌入式系统”领域，他们往往理解为计算机专业领域，基于32位嵌入式处理器，从事网络、通信、多媒体等应用。这样，“单片机”和“嵌入式系统”就形成了嵌入式系统中常见的两个独立的术语。但由于“单片机”是典型的、独立开发的嵌入式系统，从学科建设的角度来看，应该统一为“嵌入式系统”。考虑到原单片机电子系统底层应用的特点，嵌入式系统的应用可以分为高端和低端，原单片机应用可以理解为嵌入式系统的低端应用，意味着其底层性和与目标系统的紧耦合性。