宋曜剛（湖南人文科技學院，湖南 婁底　417000）

淺析嵌入式系統(tǒng)支柱學科的交叉與融合

宋曜剛
（湖南人文科技學院，湖南 婁底417000）

嵌入系統(tǒng)的概念最早源自微型計算機的嵌入式應(yīng)用。早期的嵌入式系統(tǒng)經(jīng)過工控機、單板機、微機單片化等專用計算機的探索。但與計算機發(fā)展不同是，嵌入式系統(tǒng)隨后進入了獨立的發(fā)展之路，其發(fā)展成為一種不是專用計算機系統(tǒng)卻有專用計算機功能的智能化設(shè)備及器材。本文將會對嵌入式系統(tǒng)的支柱學科進行闡述，并進一步分析嵌入式系統(tǒng)支柱學科的交叉與融合。

嵌入式系統(tǒng)；學科體系；平臺模式；對象學科

一、嵌入式系統(tǒng)簡介

（一）嵌入式系統(tǒng)的產(chǎn)生。嵌入式系統(tǒng)誕生于微型計算機時代，并且嵌入式系統(tǒng)出現(xiàn)后對一些專用計算機進行了短暫性的探索，便進入到嵌入式系統(tǒng)獨立的微型控制器發(fā)展時代，即微型控制器的智能化電子系統(tǒng)直接在嵌入式處理器與外圍集成電路技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展的帶處理器內(nèi)核的單片機與外圍集成電路技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展的帶處理器內(nèi)核的單片機。其與專用的微型計算機不同，其屬于嵌入式處理器而非通用微型處理器。

（二）專用計算機探索的失敗之路。嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用中，其需要具備體積小，性價比高，可靠性高的要求，但無論是在工控機，還是單板機上面進行探索，都無法滿足這一要求。后來，人們就直接將原有的微型計算機體系機構(gòu)進行了簡化設(shè)計，將嵌入式系統(tǒng)集成在一個半導體芯片中，形成了單片機的“雛形”。Motolora公司的6801系列就是由6800系列微型機簡化后集成的單片微型計算機。單片微型計算機滿足嵌入式系統(tǒng)小體積、低價位、高可靠性以及對象可控性方向的改進要求。

（三）嵌入式系統(tǒng)的獨立發(fā)展道路。嵌入式系統(tǒng)的為控制器（MCU）的發(fā)展之路，是基于ntelMCS51單片機、iDCX51實時多任務(wù)操作系統(tǒng)開辟的單片機的獨立發(fā)展之路，MC551是一個原創(chuàng)式嵌入式處理器，在微電子學、集成電路的基礎(chǔ)上，按照嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用要求，原創(chuàng)式嵌入式處理器。MCS51原創(chuàng)的體系結(jié)構(gòu)、控制型的指令系統(tǒng)與布爾空間、外部總線方式、特殊功能寄存器（SFR）的管理模式，奠定了嵌入式系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)；iDCX51是專門與MCS51單片機配置，滿足嵌入式應(yīng)用要求原創(chuàng)的實時多任務(wù)操作系統(tǒng)。

二、嵌入式系統(tǒng)的四個支柱學科

目前，嵌入式系統(tǒng)還沒有發(fā)展成為獨立的學科體系。從上文對于嵌入式系統(tǒng)發(fā)展背景及過程的研究闡述來看，“嵌入式系統(tǒng)”是包括電子學科、微電子學科、電子技術(shù)學科、對象學科等四個支柱學科的交叉與融合，是在這個基礎(chǔ)上構(gòu)造了平臺的模式，實現(xiàn)各學科的不同定位與分工，進而滿足于應(yīng)用需求的。

（一）四個支柱學科的關(guān)系。嵌入式系統(tǒng)的四個支柱學科主要包括微電子學科、計算機學科、電子技術(shù)學科、對象學科等。其中計算機學科與電子技術(shù)學科是嵌入式系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的重要保證，微電子學科是嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的基礎(chǔ)，對象學科是嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的歸宿學科。

（二）領(lǐng)銜的微電子學科。微電子學科與半導體集成電路為嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用提供了集成電路基礎(chǔ)，所以微電子學科具有領(lǐng)銜作用。集成電路中會集中體現(xiàn)電子技術(shù)學科、計算機學科的重要研究成果，如早期的數(shù)字電路進程，到現(xiàn)代的模混合、軟/硬件結(jié)合、以IP為基礎(chǔ)的知識與知識行為集成。

（三）為平臺服務(wù)的計算機學科。現(xiàn)代計算機出現(xiàn)后，計算機學科被分成了兩個學科分支，包括通用計算機學科和嵌入式計算機學科。通用計算機學科和嵌入式計算機學科的技術(shù)發(fā)展方向和技術(shù)內(nèi)涵是不同的。嵌入式計算機學科與原有計算機學科在內(nèi)容上存在較大的差異，其與嵌入式計算機學科與對象學科、微電子學科緊密相關(guān)，因此不能用通用計算機的概念來解釋嵌入式系統(tǒng)。為承擔嵌入式系統(tǒng)新學科的建設(shè)任務(wù)，嵌入式計算機與微電子學科、電子學科、對象學科聯(lián)系緊密。從而能夠?qū)崿F(xiàn)對嵌入式系統(tǒng)集成開發(fā)環(huán)境構(gòu)建、對嵌入式系統(tǒng)進行人為編程、程序設(shè)計等任務(wù)需求。

（四）廣泛服務(wù)的電子技術(shù)學科。在嵌入式系統(tǒng)中，電子技術(shù)學科提供了最為廣泛的技術(shù)服務(wù)，電子技術(shù)將微電子領(lǐng)域的集成電路設(shè)計，從原有的電路集成、功能集成、技術(shù)集成拓展到了知識集成；為計算機學科提供嵌入式系統(tǒng)的硬件設(shè)計技術(shù)支持；在對象學科中，廣大應(yīng)用工程師在嵌入式軟硬件平臺上能夠?qū)崿F(xiàn)最為廣泛的應(yīng)用。

（五）對象學科的最終出路。對象學科是嵌入式系統(tǒng)的終端用戶學科。對象學科對嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域進行有效的拓寬，它基本囊括了所有的科技領(lǐng)域。相對于對象學科來說，嵌入式系統(tǒng)相當于智能化工具，對象學科的能夠?qū)崿F(xiàn)在嵌入式系統(tǒng)上構(gòu)建出本領(lǐng)域的一個嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)。嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)是本學科的基礎(chǔ)理論與應(yīng)用環(huán)境、應(yīng)用要求。另外，在應(yīng)用過程，會不斷的給微電子、集成電路設(shè)計、嵌入式計算機學科提出技術(shù)要求，從而能有目的的對嵌入式系統(tǒng)平臺進行技術(shù)水平的提升。

三、平臺模式下的學科

（一）平臺模式的由來。在知識經(jīng)濟時代，平臺模式是一種基本的產(chǎn)業(yè)、科技模式，是人類知識分離規(guī)律、集成性規(guī)律發(fā)展到高級階段上的必然現(xiàn)象。它將一體化的產(chǎn)業(yè)、科技模式變革為知識平臺媒介下的平臺模式。對于一體化產(chǎn)業(yè)模式與平臺差異模式本質(zhì)差異性的體現(xiàn)，可以對上世紀60年代的收音機產(chǎn)業(yè)和90年代的VCD/ DVD產(chǎn)業(yè)進行對比。

（二）嵌入式系統(tǒng)的平臺模式。依據(jù)知識的分離性發(fā)展規(guī)律，知識應(yīng)用者不需要對創(chuàng)新知識進行了解，知識創(chuàng)新者也不需要涉及知識應(yīng)用領(lǐng)域；但按照知識集成性發(fā)展規(guī)律的要求，知識創(chuàng)新者需要將需要將創(chuàng)新知識成果集成到工具之中，打造知識平臺，而知識應(yīng)用者在知識創(chuàng)新者所集成的知識平臺上，要實現(xiàn)對創(chuàng)新知識的應(yīng)用；而對象學科所對應(yīng)的是用戶，所以該領(lǐng)域的電子技術(shù)應(yīng)用工程師需要在現(xiàn)有的嵌入式系統(tǒng)平臺上實現(xiàn)嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計。微電子學科、嵌入式計算機學科、電子技術(shù)學科（非對象學科領(lǐng)域中的應(yīng)用工程師），不是嵌入式系統(tǒng)的終端用戶，這些學科的目的是將一些創(chuàng)新科技成果轉(zhuǎn)化成為形形色色的知識平臺。

（三）平臺模式下的學科定位與分工。嵌入式系統(tǒng)中四個支柱學科的定位，所指的不盡己所能是學科知識結(jié)構(gòu)的定位，還包括知識平臺模式中的定位，其定位類似于“3+1”模式，即微電子學科、計算機學科、電子技術(shù)學科作為嵌入式應(yīng)用，構(gòu)建與各類不同的應(yīng)用平臺上，不介入嵌入式系統(tǒng)的具體應(yīng)用；對象學科，卻必須要介入于嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用平臺基礎(chǔ)，實現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)在本學科領(lǐng)域中的產(chǎn)品化應(yīng)用，不介入嵌入式系統(tǒng)的平臺構(gòu)建。

［1］何立民.嵌入式系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)模式［J］.單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2006，（1）。

［2］何立民.以SoC為中心的多學科融合與滲透［J］.單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2001，（5）。

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