嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展前景及其應用

賈崢

摘 要：現(xiàn)今我們已進入到一個網(wǎng)絡(luò)的時代，經(jīng)歷了漫長的單片機發(fā)展道路。嵌入式系也逐步應用到各種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中。 嵌入式系統(tǒng)也有了獨有的定義，嵌入式設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合才是嵌入式技術(shù)未來。了解嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展歷史，按照它應用的普遍性、通用性來定義嵌入式系統(tǒng)。由于嵌入式系統(tǒng)應用中，對象系統(tǒng)的普遍性與單片機的獨立發(fā)展道路，使嵌入式系統(tǒng)應用在客觀上存在這兩個層次級。

關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)；應用模式；兩個層次

1 嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展史

計算機誕生于1946年，在漫長的歷史進程中，計算機始終由于其體積大和不便攜帶而始終擱置在室內(nèi)，用來完成數(shù)值計算的大型設(shè)備。隨著20世紀70年代微型機的出現(xiàn)，微型機嵌入式專用化的深化，而進入嵌入式系統(tǒng)獨立的微控制器發(fā)展時期，嵌入式處理器與外圍集成電路技術(shù)發(fā)展成帶處理器內(nèi)核的單片機，即微控制器智能化電子系統(tǒng)。微型計算機以其小型、價廉、性能可靠的特點，逐步走出機房；快捷高速計算能力的微型機，智能化水平以及專業(yè)人士技能的不斷提高，要求將微型機嵌入到一個不同應用實體中，實現(xiàn)其智能化的控制。

在工控機和單板機時期，無法徹底地滿足嵌入式系統(tǒng)小體積，低價位、高可靠性要求，現(xiàn)在我們的日常生活中嵌入式系統(tǒng)無處不在，有著較廣泛的應用領(lǐng)域，如：手機、汽車、家用電器、都有嵌入式系統(tǒng)，隨著互聯(lián)網(wǎng)和微處理器的開發(fā)研究，將來嵌入式系統(tǒng)在人們?nèi)粘Ｉ睢⒐I(yè)、科技、軍事等領(lǐng)域都會有廣泛地應用。

2 嵌入式的定義和特點

在嵌入式系統(tǒng)應用領(lǐng)域中，現(xiàn)在有許多人對嵌入式系統(tǒng)了解較少。其實單片機就是嵌入式系統(tǒng)的代表；也有些人對嵌入式系統(tǒng)無法給出較完整的定義，而是把嵌入式系統(tǒng)的特點和定義混在一起。因而有必要從計算機的發(fā)展歷史，了解嵌入式系統(tǒng)，從科學和專業(yè)角度來探討嵌入式系統(tǒng)和特點。

2.1 嵌入式系統(tǒng)要素和定義

按照嵌入式系統(tǒng)開發(fā)和應用的要求，嵌入式系統(tǒng)可概括為：“嵌入到對象體系中的專用計算機系統(tǒng)”，“嵌入性”、“專用性”與“計算機系統(tǒng)”是嵌入式系統(tǒng)三個基本要素。定義是：以應用為中心、以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、適應應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、工耗嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。

2.2 嵌入式系統(tǒng)的特點

嵌入式系統(tǒng)應用軟件是嵌入式系統(tǒng)功能的關(guān)鍵，對嵌入式處理器系統(tǒng)軟件和應用軟件的要求也使其具有以下的特點：⑴軟件固態(tài)化存儲提高了執(zhí)行速度和系統(tǒng)可靠性，嵌入式系統(tǒng)軟件一般都固化于存儲器或單片機本身。⑵軟件代碼質(zhì)量高、半導體和處理器速度可靠性不斷提高、存儲器容量增加，具體應用中存儲空間仍有實時性的要求。

⑶在多任務(wù)嵌入式系統(tǒng)中，基本要求是高實時性，保證對重要性不相同的任務(wù)合理調(diào)度是任務(wù)執(zhí)行的關(guān)鍵，單純提高處理器速度無法達到和完成，只能由優(yōu)化的系統(tǒng)軟件來完成。

⑷嵌入式系統(tǒng)需要開發(fā)工具和計算機具有完善的人機接口界面，并增加一些開發(fā)應用程序即可進行對自身的開發(fā)。

⑸嵌入式系統(tǒng)軟件需要開發(fā)平臺具有完善的操作系統(tǒng)和應用程序接口，新開發(fā)的軟件應用程序必須在平臺上運行，嵌入式系統(tǒng)的應用程序則可以沒有操作系統(tǒng)直接在芯片上運行。

⑹嵌入式系統(tǒng)開發(fā)人員以應用為主，計算機開發(fā)人員一般是計算機科學或工程方面的專業(yè)人士，而嵌入式系統(tǒng)是各個不同行業(yè)的應用相結(jié)合，需要的是計算機以外的專業(yè)知識，嵌入式系統(tǒng)開發(fā)人員都是其他應用領(lǐng)域的優(yōu)秀人才。

2.3 嵌入式系統(tǒng)的種類與發(fā)展

按照上述瞞足嵌入式系統(tǒng)定義及定義中三要素的計算機系統(tǒng)，即可稱為嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)可分為設(shè)備級、板級、芯片級。有些從事嵌入式開發(fā)的人員把嵌入式處理器當作嵌入式系統(tǒng)，但由于嵌入式系統(tǒng)是一個嵌入式計算機系統(tǒng)，將嵌入式處理器構(gòu)成計算機系統(tǒng)，并與嵌入式共同應用時，這樣的計算機系統(tǒng)才是嵌入式系統(tǒng)。

嵌入式系統(tǒng)與對象系統(tǒng)密切相關(guān)，主要發(fā)展方向是滿足嵌入式應用要求，不斷擴展對象系統(tǒng)要求所涉及的電路，夠成滿足對象要求的應用系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)作為一個專用計算機系統(tǒng)，要不斷向計算機應用系統(tǒng)發(fā)展。才可以把定義中的嵌入式系統(tǒng)看成是滿足對象系統(tǒng)要求的計算機應用系統(tǒng)。

3 嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展前景

3.1 嵌入式系統(tǒng)引入單片機的發(fā)展

微型計算機的出現(xiàn)誕生了嵌入式系統(tǒng)，可是微型計算機的體積、價位、可靠性無法滿足對象系統(tǒng)的嵌入式應用要求，為此；嵌入式系統(tǒng)的獨立發(fā)展道路就是芯片化道路。把計算機系統(tǒng)設(shè)置在芯片上，而進入了單片機時代。

在單片機的發(fā)展進程中，有過兩種模式，即本質(zhì)上的計算機直接芯片化模式，它是將計算機系統(tǒng)的基本單元進行裁剪，設(shè)置在一個芯片上，形成單片機，芯片則完全按嵌入式設(shè)計出新的嵌入式應用體系結(jié)構(gòu)，微處理器、指令系統(tǒng)、總線方式、管理模式等。才是全面完善的嵌入式系統(tǒng)。芯片化模式是嵌入式系統(tǒng)獨立發(fā)展并成為單片嵌入式系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)體系。

3.2 嵌入式系統(tǒng)發(fā)展前景

日益普及的家用電器體現(xiàn)了互聯(lián)網(wǎng)時代嵌入式產(chǎn)品，為嵌入式市場展現(xiàn)了美好前景，帶來了新的生命；也對嵌入式系統(tǒng)、軟件技術(shù)帶來新的挑戰(zhàn)。包括：支持迅速增長的功能密度、快捷的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接、小巧的移動應用和多媒體信息處理，因此也帶來了更加激烈的市場競爭。

⑴嵌入式軟件開發(fā)需要完備的開發(fā)工具和操作系統(tǒng)支持，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的成熟，網(wǎng)上提供的信息量也越來越大、應用項目像電話、手機、電冰箱等嵌入式設(shè)備的功能多樣化。為滿足功能的多樣化，專業(yè)人士采用更強大的嵌入式處理器來增強處理能力；同時還應用實時多任務(wù)編程技術(shù)和交叉開發(fā)工具技術(shù)來控制功能，簡化應用程序、確保軟件質(zhì)量和開發(fā)周期。

⑵隨著嵌入式實時操作系統(tǒng)的國際商品化，已有WindRiver、Microsoft、等產(chǎn)品進入我國市場。自主開發(fā)的嵌入式系統(tǒng)軟件產(chǎn)品如科銀公司的嵌入式軟件開發(fā)平臺DeltaSystem，它不僅包括嵌入式實時操作系統(tǒng)，而且還包括交叉開發(fā)工具套件、測試工具、應用組件等。

⑶互聯(lián)網(wǎng)的逐漸普及和迅速發(fā)展。嵌入式系統(tǒng)要求配備標準的或多種網(wǎng)絡(luò)通信接口。為應對外部聯(lián)網(wǎng)要求，嵌入設(shè)備必需配有通信接口，由于家用電器相互關(guān)聯(lián)（如防盜、影視和信息終端交換）及協(xié)調(diào)工作等要求，新一代嵌入式設(shè)備還需具備多種實用或通信接口，也提供相應的通信組網(wǎng)協(xié)議軟件和物理層驅(qū)動軟件。

⑷嵌入式產(chǎn)品設(shè)計降低處理器的性能，限制內(nèi)存容量和復用接口芯片。支持電子設(shè)備向小尺寸、微功耗和低成本方向發(fā)展。為滿足這種特性，并相應提高了嵌入式軟件設(shè)計技術(shù)要求。選用最佳的編程模型和不斷改進算法，優(yōu)化編譯器性能。因此；既要軟件人員經(jīng)驗豐富，同時需要先進嵌入式軟件技術(shù)。

⑸嵌入式設(shè)備受眾多家庭和人們喜愛，原因是它們與使用者之間具有親和力，能提供豐富多樣的人機交互界面，如信息終端交互要求以夜景或電子屏幕為中心的多媒體界面。手寫文字輸入、語音撥號、彩色圖形、圖像已取得初步成效。

4 嵌入式系統(tǒng)的兩種應用模式

因嵌入式系統(tǒng)具有多學科交叉的應用特點，則需要計算機領(lǐng)域人員介入其結(jié)構(gòu)體系、軟件技術(shù)、工程應用的研究。所以了解對象系統(tǒng)的控制要求，實現(xiàn)系統(tǒng)控制就應具備該領(lǐng)域的專業(yè)知識。從嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的歷史，以及嵌入式應用的多樣性，足以了解到嵌入式系統(tǒng)形成的兩種應用模式。

4.1 現(xiàn)存的兩種應用模式

從微型機出現(xiàn)到獨立發(fā)展的單片機時代，嵌入式系統(tǒng)從原器件狀態(tài)進入到電子技術(shù)領(lǐng)域，從電子技術(shù)應用為主體，到電子系統(tǒng)的智能化，計算機專業(yè)人員沒有真正進入單片機應用領(lǐng)域。所以電子技術(shù)應用專業(yè)人員以習慣性的電子技術(shù)應用，進入到單片機的應用開發(fā)。這種應用模式具有：軟、硬件的低層性和隨意性，缺少計算機工程設(shè)計方法。

盡管在單片機時代，計算機專業(yè)出現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域，隨著后微型機時代的到來，網(wǎng)絡(luò)、通信技術(shù)迅速發(fā)展；嵌入式系統(tǒng)軟、硬件技術(shù)有了迅猛發(fā)展，為計算機專業(yè)人員進入嵌入式系統(tǒng)應用另辟了新的空間，使得嵌入式系統(tǒng)應用模式帶有計算機工程應用的特點，即嵌入式系統(tǒng)軟、硬件平臺，以網(wǎng)絡(luò)、通信為主的非嵌入式低層次應用。

4.2 兩種模式的并存與互補

由于嵌入式系統(tǒng)最大、最廣、最低層的應用是傳統(tǒng)電子技術(shù)領(lǐng)域和智能化改造，以針對專業(yè)電子技術(shù)隊伍為主，以較少的嵌入式系統(tǒng)軟和硬件成本，使其產(chǎn)品帶有濃重的電子系統(tǒng)設(shè)計色彩的電子系統(tǒng)應用模式較長時間存在。也使得計算機專業(yè)設(shè)計師會愈來愈多地介入嵌入式系統(tǒng)，由于對象專業(yè)知識的差別，其應用領(lǐng)域會集中在網(wǎng)絡(luò)、電子商務(wù)等方面，無法替代電子系統(tǒng)人員在控制、儀器儀表、智能化等方面的嵌入式應用。所以，現(xiàn)存的兩種應用模式會在一定時期并存下去，同時在不同領(lǐng)域相互補充。在嵌入式系統(tǒng)軟和硬件研發(fā)過程中，不斷學習計算機工程方法和嵌入式系統(tǒng)軟件技術(shù)，在電子系統(tǒng)設(shè)計過程中，不斷了解嵌入式系統(tǒng)應用的電路系統(tǒng)特性及外圍電路設(shè)計方法和對象系統(tǒng)的設(shè)計原則。

4.3 嵌入式系統(tǒng)應用的兩個層次

嵌入式系統(tǒng)有過很長的一段單片機的獨立發(fā)展道路，在實現(xiàn)最低層的嵌入式系統(tǒng)應用，使其有著明顯的電子系統(tǒng)設(shè)計特點。許多從事單片機研發(fā)人員，都是電子系統(tǒng)設(shè)計的專業(yè)人士，由于單片機的出現(xiàn)，部分人員脫離了計算機領(lǐng)域，另辟途徑而進入電子系統(tǒng)領(lǐng)域，且沒有帶入嵌入式系統(tǒng)理念。所以：許多從事單片機應用的人，沒有真正了解單片機與嵌入式系統(tǒng)，在涉及嵌入式系統(tǒng)時，往往理解成計算機專業(yè)：從事網(wǎng)絡(luò)、通信等的應用。從而形成了“單片機”與“嵌入式系統(tǒng)”兩個獨立的名詞。因為“單片機”是獨立產(chǎn)生的嵌入式系統(tǒng)，應該把它統(tǒng)一歸結(jié)到嵌入式系統(tǒng)。也可以把嵌入式系統(tǒng)按應用對象分成高層次與低層次，把原來的單片機應用理解成嵌入式系統(tǒng)的低層次應用。

5 結(jié)束語

由于嵌入式系統(tǒng)的市場巨大、潛力無限，全球的生產(chǎn)商都非?？春眠@一領(lǐng)域，且投入了許多人力物力，而圍繞嵌入式系統(tǒng)的研究、設(shè)計和研發(fā)正成為計算機發(fā)展方向。筆者結(jié)合自身的學習和積累以及網(wǎng)站資料的搜索與分析，對嵌入式系統(tǒng)發(fā)展及應用進行了概述，希望能同從事嵌入式開發(fā)的人員共同探討，為使嵌入式系統(tǒng)在未來的發(fā)展，能給人們的工作、學習、生活帶來更多的便利而共同努力。

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