嵌入式系统的硬件与软件架构是专为特定功能设计的计算系统，其核心特点是实时性、低功耗和高可靠性。硬件通常由微处理器/微控制器、存储器、传感器和执行器组成，而软件架构则基于实时操作系统（RTOS）或裸机程序，通过模块化设计实现高效控制。
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硬件架构
嵌入式系统的硬件以微处理器（如ARM Cortex-M系列）或微控制器（如8051）为核心，搭配Flash、RAM等存储器。外设包括ADC/DAC（模数/数模转换）、GPIO（通用输入输出）和通信接口（UART、SPI、I2C）。低功耗设计通过动态电压调节和休眠模式实现，例如智能手表在待机时关闭非必要模块。 -
软件架构
软件层分为驱动层、中间件和应用层。驱动层直接操作硬件寄存器，中间件提供协议栈（如TCP/IP），应用层实现业务逻辑。RTOS（如FreeRTOS）通过任务调度确保实时性，而裸机系统则依赖中断和轮询。例如，汽车ECU使用AUTOSAR标准实现软件模块化。 -
实时性与优化
硬实时系统（如航天控制）要求任务在毫秒级完成，通过硬件定时器和优先级调度保障。软件优化手段包括减少内存碎片、使用静态分配和编译器优化（-O3标志）。工业机器人常采用FPGA加速算法执行。 -
安全与可靠性
硬件层面通过看门狗定时器和冗余设计（双MCU）容错，软件采用CRC校验和加密通信（AES算法）。医疗设备需通过IEC 62304认证，确保代码覆盖率超过90%。
嵌入式架构的设计需平衡性能与成本，未来趋势是异构计算（CPU+AI加速芯片）和开源框架（如Zephyr OS）。开发者应优先选择经过市场验证的硬件平台，并通过持续测试保障系统稳定性。
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