嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展及未來

嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展

及未來始于微型機時代的嵌入式應(yīng)用現(xiàn)代計算機技術(shù)的兩大分支發(fā)展電子數(shù)字計算機誕生于1946年，在其后漫長的歷史進(jìn)程中，計算機始終是供養(yǎng)在特殊的機房中，實現(xiàn)數(shù)值計算的大型昂貴設(shè)備。直到20世紀(jì)70年代，微處理器的出現(xiàn)，計算機才出現(xiàn)了歷史性的變化。將微型機嵌入到一個對象體系中，實現(xiàn)對象體系的智能化控制。為了區(qū)別于原有的通用計算機系統(tǒng)，把嵌入到對象體系中，實現(xiàn)對象體系智能化控制的計算機，稱作嵌入式計算機系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)誕生于微型機時代，嵌入式系統(tǒng)的嵌入性本質(zhì)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(tǒng)的基本出發(fā)點。始于微型機時代的嵌入式應(yīng)用

由于嵌入式計算機系統(tǒng)要嵌入到對象體系中，實現(xiàn)的是對象的智能化控制，因此，它有著與通用計算機系統(tǒng)完全不同的技術(shù)要求與技術(shù)發(fā)展方向。

現(xiàn)代計算機技術(shù)的兩大分支技術(shù)要求技術(shù)發(fā)展方向通用計算機系統(tǒng)嵌入式計算機系統(tǒng)高速、海量的數(shù)值計算總線速度的無限提升，存儲容量的無限擴(kuò)大對象的智能化控制能力與對象系統(tǒng)密切相關(guān)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(tǒng)進(jìn)行改裝，在大型設(shè)備中實現(xiàn)嵌入式應(yīng)用。然而，對于眾多的對象系統(tǒng)（如家用電器、儀器儀表、工控單元……），無法嵌入通用計算機系統(tǒng)，況且嵌入式系統(tǒng)與通用計算機系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展方向完全不同。必須獨立地發(fā)展通用計算機系統(tǒng)與嵌入式計算機系統(tǒng)，這就形成了現(xiàn)代計算機技術(shù)發(fā)展的兩大分支。嵌入式計算機系統(tǒng)的誕生，則標(biāo)志了計算機進(jìn)入了通用計算機系統(tǒng)與嵌入式計算機系統(tǒng)兩大分支并行發(fā)展時代?，F(xiàn)代計算機技術(shù)的兩大分支通用計算機系統(tǒng)

計算機專業(yè)領(lǐng)域集中精力發(fā)展通用計算機系統(tǒng)的軟、硬件技術(shù)，不必兼顧嵌入式應(yīng)用要求，通用微處理器迅速從286、386、486到奔騰系列；操作系統(tǒng)則迅速擴(kuò)張計算機基于高速海量的數(shù)據(jù)文件處理能力，使通用計算機系統(tǒng)進(jìn)入到盡善盡美階段。現(xiàn)代計算機技術(shù)的兩大分支通用計算機系統(tǒng)與嵌入式計算機系統(tǒng)的專業(yè)化分工發(fā)展，導(dǎo)致20世紀(jì)末、21世紀(jì)初，計算機技術(shù)的飛速發(fā)展。

嵌入式計算機系統(tǒng)發(fā)展目標(biāo)是單芯片化。它動員了原有的傳統(tǒng)電子系統(tǒng)領(lǐng)域的廠家與專業(yè)人士，接過起源于計算機領(lǐng)域的嵌入式系統(tǒng)，承擔(dān)起發(fā)展與普及嵌入式系統(tǒng)的歷史任務(wù)，迅速地將傳統(tǒng)的電子系統(tǒng)發(fā)展到智能化的現(xiàn)代電子系統(tǒng)時代?，F(xiàn)代計算機技術(shù)的兩大分支現(xiàn)代計算機技術(shù)發(fā)展的兩大分支的意義形成了計算機發(fā)展的專業(yè)化分工將發(fā)展計算機技術(shù)的任務(wù)擴(kuò)展到傳統(tǒng)的電子系統(tǒng)領(lǐng)域使計算機成為進(jìn)入人類社會全面智能化時代的有力工具?，F(xiàn)代計算機技術(shù)的兩大分支計算機技術(shù)發(fā)展階段

嵌入式系統(tǒng)的含義及分類

嵌入式系統(tǒng)工業(yè)的特點現(xiàn)狀嵌入式系統(tǒng)被定義為:

以應(yīng)用為中心、以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計算機系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)是將先進(jìn)的計算機技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和電子技術(shù)和各個行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合后的產(chǎn)物,這一點就決定了它必然是一個技術(shù)密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識集成系統(tǒng)。目前嵌入式系統(tǒng)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(tǒng)是計算機應(yīng)用的另一種形態(tài)。嵌入式系統(tǒng)的含義及分類目前根據(jù)發(fā)展現(xiàn)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(chǔ)是通用計算機中的CPU。在應(yīng)用中,將微處理器裝配在專門設(shè)計的電路板上,只保留和嵌入式應(yīng)用有關(guān)的母板功能,這樣可以大幅度減小系統(tǒng)體積和功耗。為了滿足嵌入式應(yīng)用的特殊要求,嵌入式微處理器雖然在功能上和標(biāo)準(zhǔn)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(tǒng)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(nèi)核為核心,芯片內(nèi)部集成ROM、EPROM、RAM、FlashRAM、總線、總線邏輯、定時/計數(shù)器、WatchDog、串行口、脈寬調(diào)制輸出、A/D等各種必要功能和外設(shè)。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(tǒng)的含義及分類(3)嵌入式DSP處理器(EmbeddedDigitalSignalProcessor,EDSP)

嵌入式系統(tǒng)的含義及分類DSP處理器對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令進(jìn)行了特殊設(shè)計,使其適合于執(zhí)行DSP算法,編譯效率較高,指令執(zhí)行速度也較高。在數(shù)字濾波、FFT、譜分析等方面,DSP算法正在大量進(jìn)入嵌入式領(lǐng)域,DSP應(yīng)用正從在通用單片機中以普通指令實現(xiàn)DSP功能,過渡到采用嵌入式DSP處理器。(4)嵌入式片上系統(tǒng)(SystemOnChip)隨著EDI的推廣和VLSI設(shè)計的普及化,以及半導(dǎo)體工藝的迅速發(fā)展,在一個硅片上實現(xiàn)一個更為復(fù)雜的系統(tǒng)的時代已來臨,這就是SystemOnChip(SOC)。嵌入式系統(tǒng)的含義及分類(1)嵌入式系統(tǒng)工業(yè)是不可壟斷的高度分散的工業(yè)

從某種意義上來說,通用計算機行業(yè)的技術(shù)是壟斷的。嵌入式系統(tǒng)則不同,它是一個分散的工業(yè),充滿了競爭、機遇與創(chuàng)新,沒有哪一個系列的處理器和操作系統(tǒng)能夠壟斷全部市場。嵌入式系統(tǒng)工業(yè)的特點(2)嵌入式系統(tǒng)是面向用戶，特定產(chǎn)品和具體應(yīng)用領(lǐng)域嵌入式系統(tǒng)是面向用戶、面向產(chǎn)品、面向應(yīng)用的,如果獨立于應(yīng)用自行發(fā)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(yīng)用要求的制約；嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件都必須高效率地設(shè)計,量體裁衣、去除冗余,力爭在同樣的硅片面積上實現(xiàn)更高的性能；嵌入式系統(tǒng)和具體應(yīng)用有機地結(jié)合在一起,它的升級換代也是和具體產(chǎn)品同步進(jìn)行,因此嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品一旦進(jìn)入市場,具有較長的生命周期。嵌入式系統(tǒng)工業(yè)的特點(3)嵌入式系統(tǒng)對軟件有高要求

嵌入式處理器的應(yīng)用軟件是實現(xiàn)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(yīng)用軟件的要求也和通用計算機有所不同。軟件要求固態(tài)化存儲。軟件代碼高質(zhì)量、高可靠性系統(tǒng)軟件(OS)的高實時性是基本要求多任務(wù)操作系統(tǒng)是知識集成的平臺和走向工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化道路的基礎(chǔ)

嵌入式系統(tǒng)工業(yè)的特點(4)嵌入式系統(tǒng)開發(fā)需要特定的開發(fā)環(huán)境和開發(fā)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(yīng)用程序和開發(fā)環(huán)境即可進(jìn)行對自身的開發(fā)。而嵌入式系統(tǒng)本身不具備自舉開發(fā)能力,即使設(shè)計完成以后，用戶通常也是不能對其中的程序功能進(jìn)行修改的,必須有一套開發(fā)工具和環(huán)境才能進(jìn)行開發(fā),這些工具和環(huán)境是基于通用計算機上的軟硬件設(shè)備以及各種邏輯分析儀、混合信號示波器等。嵌入式系統(tǒng)工業(yè)的特點（5)嵌入式系統(tǒng)軟件需要RTOS開發(fā)平臺

通用計算機具有完善的操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序接口(API),應(yīng)用程序的開發(fā)以及完成后的軟件都在操作系統(tǒng)(OS)平臺上運行,但一般不是實時的。嵌入式系統(tǒng)則不同,應(yīng)用程序可以沒有操作系統(tǒng)直接在芯片上運行;但是為了合理地調(diào)度多任務(wù)、利用系統(tǒng)資源、系統(tǒng)函數(shù)以及和專家?guī)旌瘮?shù)接口,用戶必須自行選配RTOS開發(fā)平臺,這樣才能保證程序執(zhí)行的實時性、可靠性,并減少開發(fā)時間,保障軟件質(zhì)量。

嵌入式系統(tǒng)工業(yè)的特點(6)嵌入式系統(tǒng)開發(fā)人員以應(yīng)用專家為主

通用計算機的開發(fā)人員一般是計算機科學(xué)或計算機工程方面的專業(yè)人士,而嵌入式系統(tǒng)則是要和各個不同行業(yè)的應(yīng)用相結(jié)合的,要求更多的計算機以外的專業(yè)知識,其開發(fā)人員往往是各個應(yīng)用領(lǐng)域的專家。嵌入式系統(tǒng)工業(yè)的特點嵌入式計算機技術(shù)的應(yīng)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(shù)將使日常使用的設(shè)備具有智能,使它們具備學(xué)習(xí)與記憶的能力,能夠按照使用者的喜好及所處的環(huán)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(yōu)點,應(yīng)用已深入到工業(yè)、農(nóng)業(yè)、教育、國防以及日常生活等各個領(lǐng)域,對各行各業(yè)產(chǎn)品更新?lián)Q代、加速自動化進(jìn)程、提高生產(chǎn)率等方面起到了極其重要的推動作用。如果說推動數(shù)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(shù)便是推動數(shù)字革命的第三波動力。嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用前景嵌入式系統(tǒng)工業(yè)是專用計算機工業(yè),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(fā)展變?yōu)楣δ茈娔X,普遍進(jìn)入社會,嵌入式計算機發(fā)展的目標(biāo)是專用電腦,實現(xiàn)“普遍化計算”,因此可以稱嵌入式智能芯片是構(gòu)成未來世界的“數(shù)字基因”。嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)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(shù)峰會“技術(shù)前瞻日”上，英特爾中國研究院公布了新的戰(zhàn)略，宗旨是立足中國、服務(wù)中國，致力于打造世界一流的嵌入式系統(tǒng)研究院。英特爾首席技術(shù)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(yī)療保健、游戲等，但經(jīng)過考察之后，我們發(fā)現(xiàn)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(tǒng)的前沿研究’確定為英特爾中國研究院的新的主攻方向?！?/p>

我國資深嵌入式系統(tǒng)專家—沈緒榜院士的預(yù)言,“未來十年將會產(chǎn)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(chuàng)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(dāng)今很多技術(shù)和成果吸引進(jìn)來。中國應(yīng)當(dāng)注意發(fā)展智力密集型產(chǎn)業(yè)?！鼻度胧较到y(tǒng)的應(yīng)用前景

物聯(lián)網(wǎng)為人、機、物等3種對象的智慧型整合網(wǎng)路，強調(diào)個別物件的識別、定位、跟蹤、監(jiān)控與管理。物聯(lián)網(wǎng)重視感、知、行三要素，藉由資訊採集、資訊闡述、資訊處理，進(jìn)一步完成人與物、物與物間的智慧型溝通與控制。

物聯(lián)網(wǎng)首先涉及的是自動識別技術(shù)，主要係以無線射頻識別(RadioFrequencyIdentification；RFID)技術(shù)為主。RFID具標(biāo)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(dá)128Kbit，具可穿透式讀寫、多標(biāo)籤同時讀寫、可重複讀寫等非接觸式電子標(biāo)籤識別功能。物聯(lián)網(wǎng)是嵌入式應(yīng)用的機會與未來之一

嵌入式RFID應(yīng)用一般是將RFID讀寫器(模組)包含在產(chǎn)品或系統(tǒng)中，以增加該產(chǎn)品或系統(tǒng)的RFID讀寫功能，如票卡感應(yīng)匣門、圖書館自動化借書柜臺、超市商品查詢機等。在物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用上，將出現(xiàn)許多整合溫度、濕度、壓力等環(huán)境參數(shù)的嵌入式RFID系統(tǒng)，如自動檢測胎壓及引擎溫度的智慧型車機系統(tǒng)。將RF