嵌入式系統技術的發展

及未來始于微型機時代的嵌入式應用現代計算機技術的兩大分支發展電子數字計算機誕生于1946年，在其后漫長的歷史進程中，計算機始終是供養在特殊的機房中，實現數值計算的大型昂貴設備。直到20世紀70年代，微處理器的出現，計算機才出現了歷史性的變化。將微型機嵌入到一個對象體系中，實現對象體系的智能化控制。為了區別于原有的通用計算機系統，把嵌入到對象體系中，實現對象體系智能化控制的計算機，稱作嵌入式計算機系統。嵌入式系統誕生于微型機時代，嵌入式系統的嵌入性本質是將一個計算機嵌入到一個對象體系中去，這是理解嵌入式系統的基本出發點。始于微型機時代的嵌入式應用

由于嵌入式計算機系統要嵌入到對象體系中，實現的是對象的智能化控制，因此，它有著與通用計算機系統完全不同的技術要求與技術發展方向。

現代計算機技術的兩大分支技術要求技術發展方向通用計算機系統嵌入式計算機系統高速、海量的數值計算總線速度的無限提升，存儲容量的無限擴大對象的智能化控制能力與對象系統密切相關的嵌入性能、控制能力與控制的可靠性早期，人們勉為其難地將通用計算機系統進行改裝，在大型設備中實現嵌入式應用。然而，對于眾多的對象系統（如家用電器、儀器儀表、工控單元……），無法嵌入通用計算機系統，況且嵌入式系統與通用計算機系統的技術發展方向完全不同。必須獨立地發展通用計算機系統與嵌入式計算機系統，這就形成了現代計算機技術發展的兩大分支。嵌入式計算機系統的誕生，則標志了計算機進入了通用計算機系統與嵌入式計算機系統兩大分支并行發展時代。現代計算機技術的兩大分支通用計算機系統

計算機專業領域集中精力發展通用計算機系統的軟、硬件技術，不必兼顧嵌入式應用要求，通用微處理器迅速從286、386、486到奔騰系列；操作系統則迅速擴張計算機基于高速海量的數據文件處理能力，使通用計算機系統進入到盡善盡美階段。現代計算機技術的兩大分支通用計算機系統與嵌入式計算機系統的專業化分工發展，導致20世紀末、21世紀初，計算機技術的飛速發展。

嵌入式計算機系統發展目標是單芯片化。它動員了原有的傳統電子系統領域的廠家與專業人士，接過起源于計算機領域的嵌入式系統，承擔起發展與普及嵌入式系統的歷史任務，迅速地將傳統的電子系統發展到智能化的現代電子系統時代。現代計算機技術的兩大分支現代計算機技術發展的兩大分支的意義形成了計算機發展的專業化分工將發展計算機技術的任務擴展到傳統的電子系統領域使計算機成為進入人類社會全面智能化時代的有力工具。現代計算機技術的兩大分支計算機技術發展階段

嵌入式系統的含義及分類

嵌入式系統工業的特點現狀嵌入式系統被定義為:

以應用為中心、以計算機技術為基礎、軟件硬件可裁剪、適應應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統。嵌入式系統是將先進的計算機技術、半導體技術和電子技術和各個行業的具體應用相結合后的產物,這一點就決定了它必然是一個技術密集、資金密集、高度分散、不斷創新的知識集成系統。目前嵌入式系統除了部分為32位處理器外,大量存在的是8位和16位的嵌入式微控制器(MCU),嵌入式系統是計算機應用的另一種形態。嵌入式系統的含義及分類目前根據發展現狀,嵌入式計算機可以分成下面幾類:

(1)嵌入式微處理器(EmbeddedMicroprocessorUnit,EMPU)

嵌入式微處理器的基礎是通用計算機中的CPU。在應用中,將微處理器裝配在專門設計的電路板上,只保留和嵌入式應用有關的母板功能,這樣可以大幅度減小系統體積和功耗。為了滿足嵌入式應用的特殊要求,嵌入式微處理器雖然在功能上和標準微處理器基本是一樣的,但在工作溫度、抗電磁干擾、可靠性等方面一般都做了各種增強。嵌入式系統的含義及分類(2)嵌入式微控制器(MicrocontrollerUnit,MCU)

嵌入式微控制器又稱單片機。嵌入式微控制器一般以某一種微處理器內核為核心,芯片內部集成ROM、EPROM、RAM、FlashRAM、總線、總線邏輯、定時/計數器、WatchDog、串行口、脈寬調制輸出、A/D等各種必要功能和外設。與嵌入式微處理器相比,微控制器的最大特點是單片化,體積大大減小,從而使功耗和成本下降、可靠性提高。嵌入式系統的含義及分類(3)嵌入式DSP處理器(EmbeddedDigitalSignalProcessor,EDSP)

嵌入式系統的含義及分類DSP處理器對系統結構和指令進行了特殊設計,使其適合于執行DSP算法,編譯效率較高,指令執行速度也較高。在數字濾波、FFT、譜分析等方面,DSP算法正在大量進入嵌入式領域,DSP應用正從在通用單片機中以普通指令實現DSP功能,過渡到采用嵌入式DSP處理器。(4)嵌入式片上系統(SystemOnChip)隨著EDI的推廣和VLSI設計的普及化,以及半導體工藝的迅速發展,在一個硅片上實現一個更為復雜的系統的時代已來臨,這就是SystemOnChip(SOC)。嵌入式系統的含義及分類(1)嵌入式系統工業是不可壟斷的高度分散的工業

從某種意義上來說,通用計算機行業的技術是壟斷的。嵌入式系統則不同,它是一個分散的工業,充滿了競爭、機遇與創新,沒有哪一個系列的處理器和操作系統能夠壟斷全部市場。嵌入式系統工業的特點(2)嵌入式系統是面向用戶，特定產品和具體應用領域嵌入式系統是面向用戶、面向產品、面向應用的,如果獨立于應用自行發展,則會失去市場；嵌入式處理器的功耗、體積、成本、可靠性、速度、處理能力、電磁兼容性等方面均受到應用要求的制約；嵌入式系統的硬件和軟件都必須高效率地設計,量體裁衣、去除冗余,力爭在同樣的硅片面積上實現更高的性能；嵌入式系統和具體應用有機地結合在一起,它的升級換代也是和具體產品同步進行,因此嵌入式系統產品一旦進入市場,具有較長的生命周期。嵌入式系統工業的特點(3)嵌入式系統對軟件有高要求

嵌入式處理器的應用軟件是實現嵌入式系統功能的關鍵,對嵌入式處理器系統軟件和應用軟件的要求也和通用計算機有所不同。軟件要求固態化存儲。軟件代碼高質量、高可靠性系統軟件(OS)的高實時性是基本要求多任務操作系統是知識集成的平臺和走向工業標準化道路的基礎

嵌入式系統工業的特點(4)嵌入式系統開發需要特定的開發環境和開發工具

通用計算機具有完善的人機接口界面,在上面增加一些應用程序和開發環境即可進行對自身的開發。而嵌入式系統本身不具備自舉開發能力,即使設計完成以后，用戶通常也是不能對其中的程序功能進行修改的,必須有一套開發工具和環境才能進行開發,這些工具和環境是基于通用計算機上的軟硬件設備以及各種邏輯分析儀、混合信號示波器等。嵌入式系統工業的特點（5)嵌入式系統軟件需要RTOS開發平臺

通用計算機具有完善的操作系統和應用程序接口(API),應用程序的開發以及完成后的軟件都在操作系統(OS)平臺上運行,但一般不是實時的。嵌入式系統則不同,應用程序可以沒有操作系統直接在芯片上運行;但是為了合理地調度多任務、利用系統資源、系統函數以及和專家庫函數接口,用戶必須自行選配RTOS開發平臺,這樣才能保證程序執行的實時性、可靠性,并減少開發時間,保障軟件質量。

嵌入式系統工業的特點(6)嵌入式系統開發人員以應用專家為主

通用計算機的開發人員一般是計算機科學或計算機工程方面的專業人士,而嵌入式系統則是要和各個不同行業的應用相結合的,要求更多的計算機以外的專業知識,其開發人員往往是各個應用領域的專家。嵌入式系統工業的特點嵌入式計算機技術的應用已影響到我們生活的方方面面,幾乎無處不在,我們的移動電話、家用電器、汽車等無不有它的蹤影。嵌入式技術將使日常使用的設備具有智能,使它們具備學習與記憶的能力,能夠按照使用者的喜好及所處的環境做出回答。

嵌入式控制器因其體積小、可靠性高、功能強、靈活方便等許多優點,應用已深入到工業、農業、教育、國防以及日常生活等各個領域,對各行各業產品更新換代、加速自動化進程、提高生產率等方面起到了極其重要的推動作用。如果說推動數字革命的動力最早是大型機,第二波動力是PC機,那么嵌入式技術便是推動數字革命的第三波動力。嵌入式系統的應用前景嵌入式系統工業是專用計算機工業,其目的就是要把一切變得更簡單、更方便、更普遍、更適用;

通用計算機的發展變為功能電腦,普遍進入社會,嵌入式計算機發展的目標是專用電腦,實現“普遍化計算”,因此可以稱嵌入式智能芯片是構成未來世界的“數字基因”。嵌入式系統的應用前景英特爾中國研究院將主攻嵌入式方向

在4月12日的2010英特爾信息技術峰會“技術前瞻日”上，英特爾中國研究院公布了新的戰略，宗旨是立足中國、服務中國，致力于打造世界一流的嵌入式系統研究院。英特爾首席技術官在會上表示，英特爾中國研究院是去年10月份從原來的英特爾中國研究中心升級而來，成立后，“我們用了6個月的時間來探討和確定英特爾中國研究院的研究方向。討論的方向包括云計算、高性能計算、汽車、醫療保健、游戲等，但經過考察之后，我們發現這些都有一個共同的主題，就是嵌入式。為此，我們最終將‘嵌入式系統的前沿研究’確定為英特爾中國研究院的新的主攻方向。”

我國資深嵌入式系統專家—沈緒榜院士的預言,“未來十年將會產生針頭大小、具有超過一億次運算能力的嵌入式智能芯片,

將為我們提供無限的創造空間。嵌入式微控制器或者說單片機好像是一個黑洞,

會把當今很多技術和成果吸引進來。中國應當注意發展智力密集型產業。”嵌入式系統的應用前景

物聯網為人、機、物等3種對象的智慧型整合網路，強調個別物件的識別、定位、跟蹤、監控與管理。物聯網重視感、知、行三要素，藉由資訊採集、資訊闡述、資訊處理，進一步完成人與物、物與物間的智慧型溝通與控制。

物聯網首先涉及的是自動識別技術，主要係以無線射頻識別(RadioFrequencyIdentification；RFID)技術為主。RFID具標籤體積小、式樣多、壽命長、安全性高等特色，其記憶體容量可達128Kbit，具可穿透式讀寫、多標籤同時讀寫、可重複讀寫等非接觸式電子標籤識別功能。物聯網是嵌入式應用的機會與未來之一

嵌入式RFID應用一般是將RFID讀寫器(模組)包含在產品或系統中，以增加該產品或系統的RFID讀寫功能，如票卡感應匣門、圖書館自動化借書柜臺、超市商品查詢機等。在物聯網的應用上，將出現許多整合溫度、濕度、壓力等環境參數的嵌入式RFID系統，如自動檢測胎壓及引擎溫度的智慧型車機系統。將RF