嵌入式系統(tǒng)的論述與延伸

王培英　李楠

摘 要：目前，全世界的絕大多數(shù)微處理器應(yīng)用嵌入式系統(tǒng)（如家用電器到飛機(jī)）。嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，我們每天都在使用的許多設(shè)備都屬于嵌入式系統(tǒng)，但是，大多數(shù)人對(duì)嵌入式系統(tǒng)卻了解甚少。在當(dāng)前的數(shù)字信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)高速發(fā)展的后PC時(shí)代，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)廣泛地滲透到科學(xué)研究、工程應(yīng)用、軍事技術(shù)、交通、通信，以及人們?nèi)粘Ｉ钪械募译?、娛樂、藝術(shù)、社會(huì)文化等各個(gè)領(lǐng)域中，掀起了一場數(shù)字化革新技術(shù)。因此，在未來，即使人們不接觸計(jì)算機(jī)，但卻不能不接觸嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)必將存在于人們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€(gè)角落。

關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)；設(shè)計(jì)；軟件工程

許多人對(duì)于以“高技術(shù)”統(tǒng)稱的產(chǎn)品感到驚奇：能夠很快、安全地到達(dá)目的地的現(xiàn)代有軌列車和飛機(jī)，能夠主動(dòng)地修正行駛偏差的小汽車，以及能夠無痛地給出人體內(nèi)部詳細(xì)圖形的計(jì)算機(jī)斷層掃描機(jī)器，這僅僅是其中一些例子。然而，沒有軟件，現(xiàn)在這些系統(tǒng)將不能完成它們的功能。雖然有些在幾十年前根本沒有軟件的情況下也能工作，但是，它們是在不具有現(xiàn)在看來的很自然的一些特性為前提的；而計(jì)算機(jī)斷層掃描機(jī)器在沒有軟件的情況下是根本不能工作的。

1 嵌入式系統(tǒng)概述

1.1 嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展

從二十世紀(jì)七十年代單片機(jī)的出現(xiàn)到今天各式各樣的嵌入式微處理器，微控制器的大規(guī)模應(yīng)用，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)有了近三十年的發(fā)展歷史。嵌入式系統(tǒng)誕生于微型機(jī)時(shí)代，嵌入式系統(tǒng)的嵌入性本質(zhì)是將一個(gè)計(jì)算機(jī)嵌入到一個(gè)對(duì)象體系中去，這些是理解嵌入式系統(tǒng)的基本出發(fā)點(diǎn)。由于嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)要嵌入到對(duì)象體系中，實(shí)現(xiàn)的是對(duì)象的智能化控制，因此，它有著與通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)完全不同的技術(shù)要求與技術(shù)發(fā)展方向。

1.2 嵌入式系統(tǒng)的定義

所謂嵌入式系統(tǒng)，實(shí)際上是“嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”的簡稱，它是相對(duì)于通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)而言的。在有些系統(tǒng)里也有計(jì)算機(jī)，但是計(jì)算機(jī)只是作為某個(gè)專用系統(tǒng)中的一部分而存在的。像這樣“嵌入”到更大、專用的系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，稱為“嵌入式計(jì)算機(jī)”、“嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”或“嵌入式系統(tǒng)”。

1.3 嵌入式系統(tǒng)的組成

一個(gè)嵌入式系統(tǒng)裝置一般都由嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和執(zhí)行裝置組成嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是整個(gè)嵌入式系統(tǒng)的核心，由硬件層、中間層、系統(tǒng)軟件層和應(yīng)用軟件層組成。嵌入式系統(tǒng)既然是一種專用的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，當(dāng)然也包括嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件兩大部分。由于嵌入式系統(tǒng)是一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)，因此還有應(yīng)用中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)其他設(shè)備的控制、監(jiān)管或管理功能。

2 嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

許多的現(xiàn)代技術(shù)產(chǎn)品，如果沒有軟件是根本無法工作的。現(xiàn)在技術(shù)系統(tǒng)的很大部分的產(chǎn)值是通過軟件來實(shí)現(xiàn)的。因此，在滿足軟件質(zhì)量、成本限制和時(shí)間要求的前提下，具備軟件開發(fā)的能力是非常重要的。軟件工程就是專門解決軟件開發(fā)領(lǐng)域已系列的相關(guān)問題。嵌入式系統(tǒng)的軟件通常僅僅是整個(gè)系統(tǒng)的一個(gè)組成部分。因此，嵌入式軟件的開發(fā)，必須能夠適應(yīng)整個(gè)系統(tǒng)的周圍情況。嵌入式系統(tǒng)的軟件工程有別于通常的軟件工程。在許多的技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，存在著特別高的質(zhì)量要求，如在安全性和可使用性方面，也存在著一些限制的要求，如存儲(chǔ)容量的限制。相應(yīng)地，嵌入式系統(tǒng)的軟件工程必須能夠適應(yīng)嵌入式系統(tǒng)的一些特殊要求。

3 嵌入式系統(tǒng)軟件工程的設(shè)計(jì)及開發(fā)過程

⑴軟件對(duì)于嵌入式系統(tǒng)的意義。沒有相應(yīng)的軟件，微處理器是不能工作的。事實(shí)上，現(xiàn)代系統(tǒng)的大部分功能是通過軟件實(shí)現(xiàn)的。例如，西門子集團(tuán)公司在全世界范圍創(chuàng)造的60%的價(jià)值通過軟件來實(shí)現(xiàn)的。嵌入式軟件在所謂的“軟件作為分支部門”的企業(yè)中開發(fā)完成，軟件不是這些企業(yè)生產(chǎn)的最終產(chǎn)品，而是作為產(chǎn)品的不可缺少的一個(gè)組成部分，如這些企業(yè)生產(chǎn)的是汽車、移動(dòng)電話或CT機(jī)器等。與此不同，在所謂的“軟件作為主導(dǎo)部門”的企業(yè)中，其最終的產(chǎn)品就是軟件，如操作系統(tǒng)或文字處理軟件。毫無疑問，軟件對(duì)于嵌入式系統(tǒng)具有很大的技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上的意義。此外，軟件也持續(xù)和不可避免地影響著我們的日常生活。對(duì)于其生產(chǎn)的產(chǎn)品中含軟件的企業(yè)來說，必須具備開發(fā)軟件的能力。不具備相應(yīng)的軟件開發(fā)能力的企業(yè)是不能生存的。顯然，嵌入式系統(tǒng)軟件工程對(duì)于國民經(jīng)濟(jì)具有很重要的意義。

出于同樣的原因，嵌入式軟件實(shí)際上持續(xù)地影響著我們的生活。例如，嵌入式軟件有于提高汽車駕駛時(shí)的安全性，使電話交談變得很容易簡單，有助于盡早地診斷出疾病，能夠支持大量的人們希望的服務(wù)。所有這些重要的或增加舒適的任務(wù)和功能通常都是通過嵌入式軟件來實(shí)現(xiàn)的。因此，嵌入式軟件在相應(yīng)的領(lǐng)域都具有非常重要的意義。

⑵嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)考慮及挑戰(zhàn)。

⑶軟件工程環(huán)境分析。

⑷用于嵌入式系統(tǒng)的軟件工程。

[參考文獻(xiàn)]

[1]馬洪連.嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)教程.北京：電子工業(yè)出版社，2005.

[2]方彥軍，劉經(jīng)宇，李云娟.嵌入式系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì).北京：國防工業(yè)出版社，2005.5.

[3]利格斯邁爾（德），等，著.張聚，等，譯.嵌入式系統(tǒng)軟件工程.北京：電子工業(yè)出版社，2009.1.