賈崢

摘 要：現(xiàn)今我們已進(jìn)入到一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)代，經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的單片機(jī)發(fā)展道路。嵌入式系也逐步應(yīng)用到各種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中。 嵌入式系統(tǒng)也有了獨(dú)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(lái)。了解嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展歷史，按照它應(yīng)用的普遍性、通用性來(lái)定義嵌入式系統(tǒng)。由于嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用中，對(duì)象系統(tǒng)的普遍性與單片機(jī)的獨(dú)立發(fā)展道路，使嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用在客觀上存在這兩個(gè)層次級(jí)。

關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)；應(yīng)用模式；兩個(gè)層次

1 嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展史

計(jì)算機(jī)誕生于1946年，在漫長(zhǎng)的歷史進(jìn)程中，計(jì)算機(jī)始終由于其體積大和不便攜帶而始終擱置在室內(nèi)，用來(lái)完成數(shù)值計(jì)算的大型設(shè)備。隨著20世紀(jì)70年代微型機(jī)的出現(xiàn)，微型機(jī)嵌入式專用化的深化，而進(jìn)入嵌入式系統(tǒng)獨(dú)立的微控制器發(fā)展時(shí)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(jī)，即微控制器智能化電子系統(tǒng)。微型計(jì)算機(jī)以其小型、價(jià)廉、性能可靠的特點(diǎn)，逐步走出機(jī)房；快捷高速計(jì)算能力的微型機(jī)，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(jī)嵌入到一個(gè)不同應(yīng)用實(shí)體中，實(shí)現(xiàn)其智能化的控制。

在工控機(jī)和單板機(jī)時(shí)期，無(wú)法徹底地滿足嵌入式系統(tǒng)小體積，低價(jià)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(wú)處不在，有著較廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，如：手機(jī)、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(kāi)發(fā)研究，將來(lái)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(huì)有廣泛地應(yīng)用。

2 嵌入式的定義和特點(diǎn)

在嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域中，現(xiàn)在有許多人對(duì)嵌入式系統(tǒng)了解較少。其實(shí)單片機(jī)就是嵌入式系統(tǒng)的代表；也有些人對(duì)嵌入式系統(tǒng)無(wú)法給出較完整的定義，而是把嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)和定義混在一起。因而有必要從計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史，了解嵌入式系統(tǒng)，從科學(xué)和專業(yè)角度來(lái)探討嵌入式系統(tǒng)和特點(diǎn)。

2.1 嵌入式系統(tǒng)要素和定義

按照嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的要求，嵌入式系統(tǒng)可概括為：“嵌入到對(duì)象體系中的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”，“嵌入性”、“專用性”與“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”是嵌入式系統(tǒng)三個(gè)基本要素。定義是：以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、工耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

2.2 嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)

嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用軟件是嵌入式系統(tǒng)功能的關(guān)鍵，對(duì)嵌入式處理器系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的要求也使其具有以下的特點(diǎn)：⑴軟件固態(tài)化存儲(chǔ)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(chǔ)器或單片機(jī)本身。⑵軟件代碼質(zhì)量高、半導(dǎo)體和處理器速度可靠性不斷提高、存儲(chǔ)器容量增加，具體應(yīng)用中存儲(chǔ)空間仍有實(shí)時(shí)性的要求。

⑶在多任務(wù)嵌入式系統(tǒng)中，基本要求是高實(shí)時(shí)性，保證對(duì)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(wú)法達(dá)到和完成，只能由優(yōu)化的系統(tǒng)軟件來(lái)完成。

⑷嵌入式系統(tǒng)需要開(kāi)發(fā)工具和計(jì)算機(jī)具有完善的人機(jī)接口界面，并增加一些開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序即可進(jìn)行對(duì)自身的開(kāi)發(fā)。

⑸嵌入式系統(tǒng)軟件需要開(kāi)發(fā)平臺(tái)具有完善的操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序接口，新開(kāi)發(fā)的軟件應(yīng)用程序必須在平臺(tái)上運(yùn)行，嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用程序則可以沒(méi)有操作系統(tǒng)直接在芯片上運(yùn)行。

⑹嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員以應(yīng)用為主，計(jì)算機(jī)開(kāi)發(fā)人員一般是計(jì)算機(jī)科學(xué)或工程方面的專業(yè)人士，而嵌入式系統(tǒng)是各個(gè)不同行業(yè)的應(yīng)用相結(jié)合，需要的是計(jì)算機(jī)以外的專業(yè)知識(shí)，嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員都是其他應(yīng)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(jì)算機(jī)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(jí)、板級(jí)、芯片級(jí)。有些從事嵌入式開(kāi)發(fā)的人員把嵌入式處理器當(dāng)作嵌入式系統(tǒng)，但由于嵌入式系統(tǒng)是一個(gè)嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，將嵌入式處理器構(gòu)成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，并與嵌入式共同應(yīng)用時(shí)，這樣的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)才是嵌入式系統(tǒng)。

嵌入式系統(tǒng)與對(duì)象系統(tǒng)密切相關(guān)，主要發(fā)展方向是滿足嵌入式應(yīng)用要求，不斷擴(kuò)展對(duì)象系統(tǒng)要求所涉及的電路，夠成滿足對(duì)象要求的應(yīng)用系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)作為一個(gè)專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，要不斷向計(jì)算機(jī)應(yīng)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(duì)象系統(tǒng)要求的計(jì)算機(jī)應(yīng)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(jī)的發(fā)展

微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)誕生了嵌入式系統(tǒng)，可是微型計(jì)算機(jī)的體積、價(jià)位、可靠性無(wú)法滿足對(duì)象系統(tǒng)的嵌入式應(yīng)用要求，為此；嵌入式系統(tǒng)的獨(dú)立發(fā)展道路就是芯片化道路。把計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)置在芯片上，而進(jìn)入了單片機(jī)時(shí)代。

在單片機(jī)的發(fā)展進(jìn)程中，有過(guò)兩種模式，即本質(zhì)上的計(jì)算機(jī)直接芯片化模式，它是將計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本單元進(jìn)行裁剪，設(shè)置在一個(gè)芯片上，形成單片機(jī)，芯片則完全按嵌入式設(shè)計(jì)出新的嵌入式應(yīng)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(dú)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(shí)代嵌入式產(chǎn)品，為嵌入式市場(chǎng)展現(xiàn)了美好前景，帶來(lái)了新的生命；也對(duì)嵌入式系統(tǒng)、軟件技術(shù)帶來(lái)新的挑戰(zhàn)。包括：支持迅速增長(zhǎng)的功能密度、快捷的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接、小巧的移動(dòng)應(yīng)用和多媒體信息處理，因此也帶來(lái)了更加激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。

⑴嵌入式軟件開(kāi)發(fā)需要完備的開(kāi)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(lái)越大、應(yīng)用項(xiàng)目像電話、手機(jī)、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(qiáng)大的嵌入式處理器來(lái)增強(qiáng)處理能力；同時(shí)還應(yīng)用實(shí)時(shí)多任務(wù)編程技術(shù)和交叉開(kāi)發(fā)工具技術(shù)來(lái)控制功能，簡(jiǎn)化應(yīng)用程序、確保軟件質(zhì)量和開(kāi)發(fā)周期。

⑵隨著嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的國(guó)際商品化，已有WindRiver、Microsoft、等產(chǎn)品進(jìn)入我國(guó)市場(chǎng)。自主開(kāi)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(kāi)發(fā)平臺(tái)DeltaSystem，它不僅包括嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，而且還包括交叉開(kāi)發(fā)工具套件、測(cè)試工具、應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)的或多種網(wǎng)絡(luò)通信接口。為應(yīng)對(duì)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(shí)用或通信接口，也提供相應(yīng)的通信組網(wǎng)協(xié)議軟件和物理層驅(qū)動(dòng)軟件。

⑷嵌入式產(chǎn)品設(shè)計(jì)降低處理器的性能，限制內(nèi)存容量和復(fù)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(yīng)提高了嵌入式軟件設(shè)計(jì)技術(shù)要求。選用最佳的編程模型和不斷改進(jìn)算法，優(yōu)化編譯器性能。因此；既要軟件人員經(jīng)驗(yàn)豐富，同時(shí)需要先進(jìn)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(ài)，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(jī)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(xiě)文字輸入、語(yǔ)音撥號(hào)、彩色圖形、圖像已取得初步成效。

4 嵌入式系統(tǒng)的兩種應(yīng)用模式

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

4.1 現(xiàn)存的兩種應(yīng)用模式

從微型機(jī)出現(xiàn)到獨(dú)立發(fā)展的單片機(jī)時(shí)代，嵌入式系統(tǒng)從原器件狀態(tài)進(jìn)入到電子技術(shù)領(lǐng)域，從電子技術(shù)應(yīng)用為主體，到電子系統(tǒng)的智能化，計(jì)算機(jī)專業(yè)人員沒(méi)有真正進(jìn)入單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域。所以電子技術(shù)應(yīng)用專業(yè)人員以習(xí)慣性的電子技術(shù)應(yīng)用，進(jìn)入到單片機(jī)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)。這種應(yīng)用模式具有：軟、硬件的低層性和隨意性，缺少計(jì)算機(jī)工程設(shè)計(jì)方法。

盡管在單片機(jī)時(shí)代，計(jì)算機(jī)專業(yè)出現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域，隨著后微型機(jī)時(shí)代的到來(lái)，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(jì)算機(jī)專業(yè)人員進(jìn)入嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用另辟了新的空間，使得嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用模式帶有計(jì)算機(jī)工程應(yīng)用的特點(diǎn)，即嵌入式系統(tǒng)軟、硬件平臺(tái)，以網(wǎng)絡(luò)、通信為主的非嵌入式低層次應(yīng)用。

4.2 兩種模式的并存與互補(bǔ)

由于嵌入式系統(tǒng)最大、最廣、最低層的應(yīng)用是傳統(tǒng)電子技術(shù)領(lǐng)域和智能化改造，以針對(duì)專業(yè)電子技術(shù)隊(duì)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(jì)色彩的電子系統(tǒng)應(yīng)用模式較長(zhǎng)時(shí)間存在。也使得計(jì)算機(jī)專業(yè)設(shè)計(jì)師會(huì)愈來(lái)愈多地介入嵌入式系統(tǒng)，由于對(duì)象專業(yè)知識(shí)的差別，其應(yīng)用領(lǐng)域會(huì)集中在網(wǎng)絡(luò)、電子商務(wù)等方面，無(wú)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(yīng)用。所以，現(xiàn)存的兩種應(yīng)用模式會(huì)在一定時(shí)期并存下去，同時(shí)在不同領(lǐng)域相互補(bǔ)充。在嵌入式系統(tǒng)軟和硬件研發(fā)過(guò)程中，不斷學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)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(jì)過(guò)程中，不斷了解嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的電路系統(tǒng)特性及外圍電路設(shè)計(jì)方法和對(duì)象系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則。

4.3 嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的兩個(gè)層次

嵌入式系統(tǒng)有過(guò)很長(zhǎng)的一段單片機(jī)的獨(dú)立發(fā)展道路，在實(shí)現(xiàn)最低層的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，使其有著明顯的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)。許多從事單片機(jī)研發(fā)人員，都是電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的專業(yè)人士，由于單片機(jī)的出現(xiàn)，部分人員脫離了計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，另辟途徑而進(jìn)入電子系統(tǒng)領(lǐng)域，且沒(méi)有帶入嵌入式系統(tǒng)理念。所以：許多從事單片機(jī)應(yīng)用的人，沒(méi)有真正了解單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)，在涉及嵌入式系統(tǒng)時(shí)，往往理解成計(jì)算機(jī)專業(yè)：從事網(wǎng)絡(luò)、通信等的應(yīng)用。從而形成了“單片機(jī)”與“嵌入式系統(tǒng)”兩個(gè)獨(dú)立的名詞。因?yàn)椤皢纹瑱C(jī)”是獨(dú)立產(chǎn)生的嵌入式系統(tǒng)，應(yīng)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(yīng)用對(duì)象分成高層次與低層次，把原來(lái)的單片機(jī)應(yīng)用理解成嵌入式系統(tǒng)的低層次應(yīng)用。

5 結(jié)束語(yǔ)

由于嵌入式系統(tǒng)的市場(chǎng)巨大、潛力無(wú)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(jì)和研發(fā)正成為計(jì)算機(jī)發(fā)展方向。筆者結(jié)合自身的學(xué)習(xí)和積累以及網(wǎng)站資料的搜索與分析，對(duì)嵌入式系統(tǒng)發(fā)展及應(yīng)用進(jìn)行了概述，希望能同從事嵌入式開(kāi)發(fā)的人員共同探討，為使嵌入式系統(tǒng)在未來(lái)的發(fā)展，能給人們的工作、學(xué)習(xí)、生活帶來(lái)更多的便利而共同努力。

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