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微处理器是整个嵌入式系统的核心，负责控制系统的执行。外部设备是嵌入式系统同外界交互的通道，常见的外部设备有Flash存储器、键盘、输入笔、触摸屏、液晶显示器等，在很多嵌入式系统中还有与系统用途紧密相关的各种专用外设。嵌入式系统中经常使用的存储器有3种类型，分别是RAM、ROM和混合存储器。系统的存储器用于存放系统的程序代码、数据和系统运行的结果。
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嵌入式系统的核心部件是各种类型的嵌入式处理器，根据目前的使用情况，嵌入式处理器可以分为如下几类：
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（1）嵌入式微处理器。由通用计算机中的CPU演变而来，在功能上跟普通的微处理器基本一致，但是它具有体积小、功耗低、质量轻、成本低及可靠性高的优点。通常，嵌入式微处理器和ROM（Read Only Memory，只读存储器）、RAM（Random Access Memory，随机存取存储器）、总线接口及外设接口等部件安装在一块电路板上，称为单板计算机。
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（2）嵌入式微控制器。又称为单片机，整个计算机系统都集成到一块芯片中。嵌入式微控制器一般以某一种微处理器内核为核心，芯片内部集成有存储器、总线、总线逻辑、定时器／计数器、监督定时器、并口／串口、数模／模数转换器、闪存等必要外设。与嵌入式微处理器相比，嵌入式微控制器的最大特点是单片化，因而体积更小、功耗和成本更低，可靠性更高。
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（3）嵌入式数字信号处理器。一种专门用于信号处理的处理器，DSP（Digital Signal Processor，数字信号处理器）是芯片内部采用程序和数据分开的结构，具有专门的硬件乘法器，广泛采用流水线操作，提供特殊的DSP指令，可以用来快速实现各种数字信号的处理算法。目前，DSP在嵌入式系统中使用非常广泛，如数字滤波、快速傅里叶变换及频谱分析等。
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（4）嵌入式片上系统。一种在一块芯片上集成很多功能模块的复杂系统，例如，把微处理器内核、RAM、USB（Universal Serial Bus，通用串行总线）、IEEE 1394、Bluetooth（蓝牙）等集成到一个芯片中，构成一个嵌入式片上系统，从而大幅度缩小了系统的体积、降低了系统的复杂度、增强了系统的可靠性。在大量生产时，生产成本也远远低于单元部件组成的电路板系统。根据用途不同，嵌入式片上系统可以分为通用片上系统和专用片上系统两类。专用类的嵌入式片上系统一般是针对某一或某些系统而设计的。
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编写嵌入式软件有两种选择：一是自己编写内核；二是使用现成的操作系统。如果嵌入式软件只需要完成一项非常小的工作，例如在电动玩具、空调中，就不需要一个功能完整的操作系统。但如果系统的规模较大、功能较复杂，那么最好还是使用一个现成的操作系统。可用于嵌入式系统软件开发的操作系统有很多，但关键是如何选择一个适合开发项目的操作系统，可以从以下几点进行考虑：
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（1）操作系统提供的开发工具。有些实时操作系统只支持该系统供应商的开发工具，因此，还必须从操作系统供应商处获得编译器、调试器等；而有的操作系统应用广泛，且有第三方工具可用，因此选择的余地比较大。
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（2）操作系统向硬件接口移植的难度。操作系统到硬件的移植是一个重要的问题，是关系到整个系统能否按期完工的一个关键因素。因此，要选择那些可移植性程度高的操作系统，以避免因移植带来的种种困难。
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（3）操作系统的内存要求，有些操作系统对内存有较大要求。
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除了CPU，内存也是影响系统性能的最常见的瓶颈之一。看系统内存是否够用的一个重要参考就是分页文件的数目，分页文件是硬盘上的真实文件，当操作系统缺少物理内存时，它就会把内存中的数据挪到分页文件中去，如果单位时间内此类文件使用频繁（每秒个数大于5）,那就应该考虑增加内存。具体考察内存的性能的参数包括内存利用率、物理内存和虚拟内存的大小。
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在嵌入式微处理器当中，存储管理单元（Memory Management Unit，MMU）提供了一种内存保护的硬件机制。操作系统通常利用MMU来实现系统内核与应用程序的隔离，以及应用程序与应用程序之间的隔离。这样可以防止应用程序去破坏操作系统和其他应用程序的代码和数据，防止应用程序对硬件的直接访问。内存保护包含两个方面的内容：一是防止地址越界，每个应用程序都有自己独立的地址空间，当一个应用程序要访问某个内存单元时，由硬件检查该地址是否在限定的地址空间内，如果不是的话就要进行地址越界处理；二是防止操作越权，对于允许多个应用程序共享的某块存储区域，每个应用程序都有自己的访问权限，如果违反了权限规定，则要进行操作越权处理。
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嵌入式操作系统是指在嵌入式系统中的操作系统。嵌入式操作系统运行在嵌入式智能芯片环境中，对整个智能芯片以及它所操作、控制的各种部件装置等资源进行统一协调、调度、指挥和控制。
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嵌入式操作系统具有占用空间小、执行效率高、方便进行个性化定制和软件要求固化存储等特点。
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（1）微型化。由于硬件平台的局限性，如主存少、字长短、运行速度有限、能源少（用微小型电池）、外部设备和控制对象千变万化，因此，不论从性能还是从成本角度考虑，都不允许它占用很多资源，系统代码量少，应在保证应用功能的前提下，以微型化作为特点来设计嵌入式操作系统的结构与功能。
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（2）可定制。嵌入式操作系统的运行平台多种多样，应用更是千变万化，表现出专业化的特点。从减少成本和缩短研发周期方面考虑，要求它能运行在不同的微处理机平台上，能针对硬件变化进行结构与功能上的配置，以满足不同应用的需要。
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（3）实时性。嵌入式操作系统广泛应用于过程控制、数据采集、传输通信、多媒体信息及一些需要迅速响应的场合，实时响应要求严格，因此实时性是其主要特点之一。
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（4）可靠性。系统构件、模块和体系结构必须达到应有的可靠性，对关键要害应用还要提供容错和防故障措施，以进一步提高可靠性。
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（5）易移植性。为了提高系统的易移植性，通常采用硬件抽象层（Hardware Abstraction Level，HAL）和板级支撑包（Board Support Package，BSP）的底层设计技术。HAL提供了与设备无关的特性，屏蔽了硬件平台的细节和差异，向操作系统上层提供了统一接口，保证了系统的可移植性。
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嵌入式系统开发环境通常配有源码级可配置的系统模块设计、丰富的同步原语、可选择的调度算法、可选择的主存分配策略、定时器与计数器、多方式中断处理支持、多种异常处理选择、多种通信方式支持、标准C语言库、数学运算库和开放式应用程序接口等。较著名的嵌入式操作系统有Windows CE、VxWorks、pSOS、Palm OS等。
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