嵌入式系統(tǒng)定義探討

　　隨著現(xiàn)代化技術(shù)的飛速發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)已深入到社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，嵌入式系統(tǒng)的產(chǎn)品已應(yīng)用到人們的日常生活的各個(gè)角落，嵌入式系統(tǒng)技術(shù)已成為目前人們研究的熱門之一。但是，什么是嵌入式系統(tǒng)？大家卻眾說(shuō)不一，至今沒(méi)有統(tǒng)一的定論，為此我們有必要加以探討，使嵌入式系統(tǒng)沿著健康的道路發(fā)展。

1 什么是嵌入式系統(tǒng)

對(duì)于不懂這方面知識(shí)的人來(lái)說(shuō)，嵌入式系統(tǒng)這個(gè)詞可能顯得比較深?yuàn)W，其實(shí)嵌入式系統(tǒng)和普通人的生活聯(lián)系非常緊密。手機(jī)、U盤你一定很熟悉吧，它就是典型的嵌入式系統(tǒng)；MP3、MP4、微波爐、有線電視機(jī)頂盒，你一定不陌生，它也是嵌入式系統(tǒng)；汽車、ATM自動(dòng)取款機(jī)、電梯等等都屬于嵌入式系統(tǒng)。以上僅從應(yīng)用方面感性的認(rèn)識(shí)嵌入式系統(tǒng)，但它并不是嵌入式系統(tǒng)的真正含義。

那么嵌入式系統(tǒng)真正的含義是什么？現(xiàn)在國(guó)內(nèi)流行的說(shuō)法是：“嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，并且軟硬件可裁剪，適用于應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。”[13]對(duì)于這個(gè)定義，我有兩點(diǎn)疑義：其一，說(shuō)嵌入式系統(tǒng)“以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)”，我認(rèn)為不全面，它忽略了微電子等技術(shù)作為嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)的重要作用;其二，把嵌入式系統(tǒng)定義為“專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”，我認(rèn)為不正確，它混淆了嵌入式系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的區(qū)別。何立民老師說(shuō)得好：“嵌入式系統(tǒng)不是專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”［4］，嵌入式系統(tǒng)是一個(gè)智能化的控制系統(tǒng)。

為什么嵌入式系統(tǒng)不是“專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”，不只是“以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)”？如何定義嵌入式系統(tǒng)?我們從以下幾方面分析探討。

2 嵌入式系統(tǒng)不是“專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”

“專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”這個(gè)名詞應(yīng)該和“通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”這個(gè)名詞相對(duì)應(yīng)。從字義上看，不管是“專用”或者是“通用”，它們都沒(méi)有脫離計(jì)算機(jī)系統(tǒng)這個(gè)范疇，應(yīng)該說(shuō)它們都?xì)w屬計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。既然是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，那它們的發(fā)展起源應(yīng)該是計(jì)算機(jī)。它們的體系結(jié)構(gòu)、功能特點(diǎn)，知識(shí)體系、技術(shù)要求應(yīng)該有相同之處。但是，事實(shí)上嵌入式系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)雖有聯(lián)系，可在以上提及的幾點(diǎn)上并沒(méi)有多少相同之處，又何談它是“專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”。

2.1 發(fā)展并行獨(dú)立

嵌入式系統(tǒng)獨(dú)立發(fā)展至今約30年了。它與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是兩個(gè)獨(dú)立的發(fā)展系統(tǒng)，從它們的起源看，二者都源于半導(dǎo)體集成電路，誕生于微型計(jì)算機(jī)時(shí)代，二者發(fā)展并行獨(dú)立。［5］如圖1所示。


圖1

嵌入式系統(tǒng)起源于半導(dǎo)體集成電路，該半導(dǎo)體集成電路分為晶體管和集成電路。20世紀(jì)70年代，集成電路產(chǎn)生了微處理器，微處理器是智能內(nèi)核，它有兩個(gè)功能，其一是運(yùn)算處理功能，即高速海量的解算能力，它促使了計(jì)算機(jī)獨(dú)立的飛速發(fā)展至今；其二是控制功能，嵌入式系統(tǒng)屬控制功能，控制功能產(chǎn)生了微控制器，俗稱單片機(jī)，它促使了嵌入式系統(tǒng)的獨(dú)立發(fā)展至今。

20世紀(jì)70年代，微處理器的控制功能引起了控制專業(yè)人士研究興趣，他們將微機(jī)嵌入到對(duì)象體系內(nèi)，經(jīng)過(guò)電氣、機(jī)械加固，并配置各種外圍接口，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)對(duì)象體系的智能化控制。這樣此微機(jī)便失去了原來(lái)的形態(tài)和微型計(jì)算機(jī)功能，嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱嵌入式系統(tǒng))由此而得名。由于嵌入式系統(tǒng)要求嵌入到對(duì)象器件內(nèi)，體積要特小，功能要可靠，成本還要低，而計(jì)算機(jī)無(wú)法承擔(dān)起對(duì)對(duì)象系統(tǒng)的智能化控制任務(wù)，所以嵌入式系統(tǒng)則走上了自己獨(dú)立發(fā)展的單芯片化的道路。

微控制器也就是傳統(tǒng)意義上的單片機(jī)。它的特點(diǎn)是體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于開(kāi)發(fā)以及價(jià)格經(jīng)濟(jì)。它可以說(shuō)是目前嵌入式系統(tǒng)的前身。單片機(jī)就是把對(duì)象所需要的主要功能集成到了一個(gè)芯片上，通常一個(gè)單片機(jī)芯片包含了運(yùn)算處理單元、ARM、Flash存儲(chǔ)器以及一些外部接口等。通過(guò)外部接口可以輸出或者輸入信號(hào)，控制相應(yīng)的設(shè)備，用戶可以把編寫好的代碼燒寫到單片機(jī)芯片內(nèi)部來(lái)控制外部設(shè)備。單片機(jī)常被用在智能儀器、工業(yè)測(cè)量、辦公自動(dòng)化方面。如數(shù)字電表、公交IC刷卡系統(tǒng)、打印機(jī)等，內(nèi)部都有單片機(jī)存在。

我們由嵌入式系統(tǒng)發(fā)展起源的歷史看，嵌入式系統(tǒng)起源于半導(dǎo)體集成電路，它不是起源于計(jì)算機(jī)，所以它不是“專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”，它是專用的智能化的控制系統(tǒng)。將嵌入式系統(tǒng)定義為“專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”，不符合歷史，混淆了二者的本質(zhì)區(qū)別，因此不可取。