1.2 嵌入式系统的分类

1.嵌入式处理器的分类

由于嵌入式系统是由软硬件组成的，所以可按硬件和软件进行分类。在硬件中，嵌入式处理器是最核心的部分，主要有以下四类。

（1）嵌入式微处理器（Micro Processor Unit，MPU）

嵌入式微处理器的基础是通用计算机中的CPU。在应用中，将微处理器装配在专门设计的电路板上，只保留和嵌入式应用有关的母板功能，这样可以大幅度减小系统的体积和功耗。为了满足嵌入式应用的特殊要求，嵌入式微处理器虽然在功能上和标准微处理器基本是一样的，但在工作温度、抗电磁干扰、可靠性等方面一般都做了进一步的增强。

（2）嵌入式DSP处理器（Digital Signal Processor，DSP）

DSP处理器对系统结构和指令进行了特殊设计，使其适合于执行DSP算法，编译效率较高，指令执行速度也较高。在数字滤波、FFT、谱分析等方面，DSP算法正在大量进入嵌入式领域，DSP应用正在从通用单片机中以普通指令实现DSP功能过渡到采用嵌入式DSP处理器。嵌入式DSP处理器有两个发展来源：一是DSP处理器经过单片化、EMC改造、增加片上外设成为嵌入式DSP处理器，如TI的TMS320C2000/C5000等属于此范畴；二是在通用单片机或SoC中增加DSP协处理器，如Intel的MCS-296和Infineon（Siemens）的TriCore。随着集成度的增加和多核技术的发展，出现了不同内核集于一身的超强功能芯片，例如，TMS320DM6446（简称为DM6446）双核处理器，该芯片包括1个ARM子系统、1个DSP子系统和1个视频处理子系统（Video Processing Subsystem，VPSS）。

（3）嵌入式微控制器（Micro Controller Unit，MCU）

嵌入式微控制器又称为单片机，顾名思义，就是将整个计算机系统集成到一块芯片中。嵌入式微控制器一般以某一种微处理器内核为核心，芯片内部集成ROM/EPROM、RAM、总线、总线逻辑、定时/计数器、WatchDog、I/O、串行口、脉宽调制输出、A/D、D/A、Flash RAM、EEPROM等各种必要功能和外设。和嵌入式微处理器相比，微控制器的最大特点是单片化，体积大大减小，从而使功耗和成本下降、可靠性提高。微控制器是目前嵌入式系统工业的主流。微控制器的片上外设资源一般比较丰富，适合用于控制领域，因此称为微控制器。

（4）嵌入式片上系统（System on Chip，SoC）

用户只需定义整个应用系统，仿真通过后将设计图交给半导体工厂制作样品。这样除了个别无法集成的器件外，整个嵌入式系统均可集成到一块或几块芯片中，应用系统电路板将变得很简捷，这对于减小体积和功耗、提高可靠性非常有利。

SoC可以分为通用和专用两类。通用系列包括Infineon的TriCore、Motorola的M*Core、某些ARM系列器件、Echelon和Motorola联合研制的Neuron芯片等。专用SoC一般专用于某个或某类系统中，不为一般用户所知。一个有代表性的产品是Philips的Smart XA，它将XA单片机内核和支持超过2048位复杂RSA算法的CCU单元制作在一块硅片上，形成一个可加载Java或C语言的专用SoC，可用于公众互联网（如Internet安全）方面。

2.嵌入式操作系统的分类

在软件中，操作系统是最核心的部分，由于嵌入式操作系统大多是实时操作系统，根据操作系统的实时性，可以分为以下两类。

（1）硬实时操作系统

实时操作系统是目前嵌入式系统最主要的组成部分。根据操作系统的工作特性，实时是指物理进程的真实时间。硬实时操作系统是指系统有一刚性的时间限制，若在此之前任务得不到执行，系统将产生严重的后果。典型的硬实时操作系统有美国风河（WindRiver）公司的VxWorks，主要应用于航空航天、武器设备以及实时性要求较高的通信设备中。

（2）软实时操作系统

软实时操作系统是相对于硬实时操作系统而言的，指任务执行的时间具有柔性和弹性，典型的如微软的Windows CE操作系统，当我们执行某个较大的应用程序时，通常我们需要等待数秒，这时系统并不产生严重后果，是可以接受的。时间上的错误不会造成灾难性的后果。

3.按复杂程度分类

根据嵌入式系统实现的复杂程度不同，嵌入式系统可分为以下四类。

（1）单个微处理器

这类系统应用在小型设备，如温度传感器（见图1-6）、烟雾和气体探测器及断路器（见图1-7）中，是由供应商根据设备的用途进行设计的。

（2）不带计时功能的微处理器装置

这类系统应用在过程控制、信号放大器、位置传感器（见图1-8）及阀门传动器中。

（3）带计时功能的组件

这类系统应用在开关装置、控制器、电话交换机、电梯、数据采集系统、医药监视系统、诊断及实时控制系统中。它们是一个大系统的局部组件，由传感器收集数据并传递给该系统。这种组件可同PC一起操作，并可包括某种数据库（如事件数据库）。

（4）在制造或过程控制中使用的计算机系统

对于这类系统，计算机与仪器、机械及设备相连来控制这些装置的工作。这类系统包括自动仓储系统（见图1-9）和自动发货系统。在这些系统中，计算机用于总体控制和监视，而不是对单个设备直接控制。过程控制系统可与业务系统连接（如根据销售额和库存量来决定订单或产品量）。

另外，若按形态划分，嵌入式系统则可分为设备级（工控机）、板级（单板、模块）、芯片级（MCU、SoC）。