如今，物聯網、AI、5G的發展都離不開嵌入式系統，它就好比一個樂高拼圖，隻要你會“玩”，就會發生意想不到的性能。那麼到底什麼是嵌入式系統？下面就給大家科普一下。

想要了解它的組成就先要知道它是如何成長的。

第一個微處理器誕生于20 世紀70 年代初，是由成立3年的Intel推出的4004CPU，4位微處理器，10微米工藝。如今，嵌入式系統發展已有50年的曆史，大體上曆經了四個階段：

一、無操作系統階段

基于初單片機上，多數以編程控制器的形式出現，這一時期，一般沒有操作系統相關支持，隻有通過彙編語言對系統進行直接的控制，當然在相關運行結束之後再清除内存。

主要特點是：系統機構和功能相對都比較單一，處理效率較低、儲存量小，幾乎沒有用戶接口，由于具備以上特性，曾經被工業領域廣泛認可。

二、簡單的操作系統階段

高可靠、低耗能的嵌入式CPU。

特點：嵌入式操作系統比較簡單，但已初步具備一定的兼容性和擴展性，對控制系統負載以及監控應用程序的運行有一定作用。

三、實時操作系統階段

在數字化通信和信息家電等巨大需求的牽引下，随着硬件實時性要求的提高，嵌入式系統的軟件規模也在不斷擴大，這一時期操作系統的實行性得到了很大的改善。

特點：可在不同類型的微處理器上，實現高度的模塊化和擴展性運行，以此使得應用軟件的開發變的更加簡單。

四、面向internet階段

嵌入式設備與internet的完美結合才是嵌入式技術的真正未來，在這個信息時代和數字時代裡，為嵌入式系統的開發帶來了巨大的機遇，同時對于嵌入式系統提供商來講也是新的挑戰。

嵌入式系統構成：麻雀雖小五髒俱全

如果按照書本定義，嵌入式指的是把軟件直接燒錄在硬件裡，而不是安裝在外部存儲介質上。IEEE（美國電氣和電子工程師協會）對嵌入式系統的定義是：“嵌入式系統，是以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟件硬件可裁剪，适用于對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專用計算機系統。”

以應用為中心，嵌入式系統是有明确實際用途的。以計算機技術為基礎，說明它其實就是一種特殊的計算機。軟硬件可裁剪，說明它有很強的靈活性和可定制能力。

專用計算機系統的“專用”是什麼意思。先說“通用”，就是指我們常用的個人PC、筆記本電腦、數據中心服務器，可以用于多種用途，就是“通用計算機系統”。那麼嵌入式系統究竟具體應用于哪些“專用”方向呢？

比較貼近生活的嵌入式産品，如智能手機、智能冰箱、電梯、汽車導航等；又如一些高大上的産品，谷歌眼鏡、數字電視、智能醫療、智能手表。當然還有很多很多。

嵌入式系統就是以處理器（CPU）為核心，依靠總線（Bus）進行連接的多模塊系統：

一個嵌入式系統大體可以分為：

硬件系統

中間層

軟件系統

應用層

這張圖含蓋了嵌入式系統的基本構成：

在硬件層裡面的主要分為：嵌入式處理器、存儲器、模拟電路、電源、接口控制器、接插件等。

其核心是嵌入式微處理器。

嵌入式微處理器與通用CPU最大的不同在于嵌入式微處理器大多工作在為特定用戶群所專用設計的系統中，它将通用CPU許多由闆卡完成的任務集成在芯片内部，從而有利于嵌入式系統在設計時趨于小型化，同時還具有很高的效率和可靠性。

嵌入式微處理器的體系結構可以采用馮·諾依曼體系[1]或哈佛體系結構；指令系統可以選用精簡指令系統（RISC）和複雜指令系統（CISC）。其中RISC目前最為火熱，這種架構隻包含最有用的指令，确保數據通道快速執行每一條指令，從而提高了執行效率并使CPU硬件結構設計變得更為簡單。 　　嵌入式微處理器有各種不同的體系，即使在同一體系中也可能具有不同的時鐘頻率和數據總線寬度，或集成了不同的外設和接口。目前全世界嵌入式微處理器已經超過1000多種，體系結構有30多個系列，其中主流體系有arm、MIPS、PowerPC、X86和SH等。

在嵌入式領域，arm架構的處理器占據了半壁江山，而它卻沒有生産任何處理器，而隻是提供了IP。

嵌入式微處理器有以下特點：

1）對實時多任務有很強的支持能力，能完成多任務并且有較短的中斷響應時間，從而使内部的代碼和實時内核心的執行時間減少到最低限度。

2）具有功能很強的存儲區保護功能。這是由于嵌入式系統的軟件結構已模塊化，而為了避免在軟件模塊之間出現錯誤的交叉作用，需要設計強大的存儲區保護功能，同時也有利于軟件診斷。

3）可擴展的處理器結構，以能最迅速地開展出滿足應用的最高性能的嵌入式微處理器。

4）嵌入式微處理器必須功耗很低，尤其是用于便攜式的無線及移動的計算和通信設備中靠電池供電的嵌入式系統更是如此，功耗隻有mW甚至μW級。

你是否把單片機和嵌入式處理器搞混？

還有一個叫做嵌入式微控制器MCU，MCU内部集成ROM/RAM、總線邏輯、定時/計數器、看門狗、I/O、串口、A/D、D/A、FLASH等。典型代表是8051、8096、C8051F等。

其實MCU就是所謂的單片機。單片機就是将CPU、存儲器、定時計數器、I/O接口電路等集成在一塊芯片上，體積小，功耗小，叫做單片微型計算機。因為單片機體積很小可以植入任何微小的設備、儀表當中，被廣泛作為這些微小設備儀表的控制器，所以單片機又可稱作嵌入式微控制器。

典型産品：51單片機、STM32

嵌入式系統是一個大類，單片機是其中一個重要的子類。嵌入式系統像是一個完整的計算機，而單片機更像是一個沒有外設的計算機。現在各種硬件功能都能被做進單片機之中。所以，嵌入式系統和單片機之間的硬件區别越來越小，分界線也越來越模糊。

單片機與嵌入式處理器最大區别

單片機的存儲空間和嵌入式處理器不是一個等級，單片機通常片内存儲隻有幾k大小，而由于外設的限制也不太可能大範圍增加外設嵌入式多媒體控制器emmc，而嵌入式處理器通常有幾百兆的RAM，如此巨大的差别導緻單片機幾乎不可能像嵌入式處理器那樣運行操作系統，甚至連TCP/IP協議棧和USB協議棧都跑不起來，一些高端的單片機比如ST的STM32系列，可能可以跑一些輕量級系統os和嵌入式網絡協議棧，比如IwIP協議棧。

此外，嵌入式處理器豐富強大的性能決定它能完成更多單片機不能完成的應用，比如網絡通信功能，視頻傳輸處理功能等，而當外設存儲增加後，嵌入式處理器能夠輕松運行各種Linux系統，以及圖形GUI界面。

其餘部件

存儲器：嵌入式系統需要存儲器來存放和執行代碼。包含Cache、主存（ROM和RAM）和輔助存儲器。

嵌入式外圍硬件設備：串口、以太網接口、USB、音頻接口、液晶顯示屏、攝像頭等。

除此之外，還有專門用于信号處理的嵌入式DSP處理器（Digital Signal Processor）以及嵌入式片上系統SoC。

下圖是一個嵌入式系統的實物樣例：

中間偏左上角是CPU，中間是RAM，然後還有ROM、網卡、串口、電源等。可以看出，嵌入式系統麻雀雖小，五髒俱全。

軟件層

軟件層很好理解，它是一種用途廣泛的系統軟件，由實時多任務操作系統(RTOS)、文件系統、圖形用戶接口、網絡系統及通用組件模塊組成。RTOS是嵌入式應用軟件的基礎和開發平台。主要有：嵌入式實時操作系統µC/OS-II、嵌入式Linux、Windows、VxWorks等，以及應用在智能手機和平闆電腦的Android、iOS等。

嵌入式中間層

所謂中間層就是軟件層和硬件層之間的接口層，也稱為硬件抽象層（Hardware Abstract Layer，HAL）或闆級支持包（Board Support Package，BSP），它将系統上層軟件與底層硬件分離開來，使系統的底層驅動程序與硬件無關，上層軟件開發人員無需關心底層硬件的具體情況，根據BSP 層提供的接口即可進行開發。