嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)之：嵌入式系統(tǒng)概述

4.1嵌入式系統(tǒng)概述

4.1.1嵌入式系統(tǒng)簡(jiǎn)介

尼葛洛龐帝2001年訪華時(shí)的預(yù)言“4～5年后，嵌入式智能電腦將是繼PC和Internet后的最偉大發(fā)明！”。如今，嵌入式系統(tǒng)已成為當(dāng)今最為熱門(mén)的領(lǐng)域之一，它迅猛的發(fā)展勢(shì)頭引起了社會(huì)各界人士的關(guān)注。如家用電器、手持通信設(shè)備、信息終端、儀器儀表、汽車(chē)、航天航空、軍事裝備、制造工業(yè)、過(guò)程控制等。今天，嵌入式系統(tǒng)帶來(lái)的工業(yè)年產(chǎn)值已超過(guò)1萬(wàn)億美元。用市場(chǎng)觀點(diǎn)來(lái)看，PC已經(jīng)從高速增長(zhǎng)期進(jìn)入到平穩(wěn)發(fā)展期，其年增長(zhǎng)率由20世紀(jì)90年代中期的35%逐年下降，使單純由PC機(jī)帶領(lǐng)電子產(chǎn)業(yè)蒸蒸日上的時(shí)代成為歷史。根據(jù)PC時(shí)代的概念，美國(guó)BusinessWeek雜志提出了“后PC時(shí)代”概念，即計(jì)算機(jī)、通信和消費(fèi)產(chǎn)品的技術(shù)將結(jié)合起來(lái)，以3C產(chǎn)品的形式通過(guò)Internet進(jìn)入家庭。這必將培育出一個(gè)龐大的嵌入式應(yīng)用市場(chǎng)。那么究竟什么是嵌入式系統(tǒng)呢？

按照電器工程協(xié)會(huì)的定義，嵌入式系統(tǒng)是用來(lái)控制或者監(jiān)視機(jī)器、裝置、工廠等各種規(guī)模系統(tǒng)的設(shè)備。這個(gè)定義主要是從嵌入式系統(tǒng)的用途方面來(lái)進(jìn)行定義的。

那么，下面再來(lái)看一個(gè)在多數(shù)書(shū)籍資料中的關(guān)于嵌入式系統(tǒng)的定義：嵌入式系統(tǒng)是指以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟件硬件可剪裁，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。筆者認(rèn)為，將一套計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)嵌入到已具有某種完整的特定功能的（或者將會(huì)具備完整功能的）系統(tǒng)內(nèi)（例如：各種機(jī)械設(shè)備），以實(shí)現(xiàn)對(duì)原有系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)控制，此時(shí)將這個(gè)新系統(tǒng)叫做嵌入式系統(tǒng)。它通常由特定功能模塊和計(jì)算機(jī)控制模塊組成，主要由嵌入式微處理器、外圍硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)以及用戶(hù)應(yīng)用軟件等部分組成。它具有“嵌入性”、“專(zhuān)用性”與“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”的3個(gè)基本要素。

從這個(gè)定義可以看出，人們平常所廣泛使用的手機(jī)、PDA、MP3、機(jī)頂盒都屬于嵌入式系統(tǒng)設(shè)備；而車(chē)載GPS系統(tǒng)、機(jī)器人也是屬于嵌入式系統(tǒng)。圖4.1展出了人們?nèi)粘Ｉ钪行涡紊那度胧疆a(chǎn)品。的確，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)入了人們生活的方方面面。

圖4.1生活中的嵌入式設(shè)備

4.1.2嵌入式系統(tǒng)發(fā)展歷史

嵌入式系統(tǒng)經(jīng)過(guò)30年的發(fā)展歷程，主要經(jīng)歷了4個(gè)階段。

第1階段是以單芯片為核心的可編程控制器形式的系統(tǒng)。這類(lèi)系統(tǒng)大部分應(yīng)用于一些專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)的工業(yè)控制系統(tǒng)中，一般沒(méi)有操作系統(tǒng)的支持，通過(guò)匯編語(yǔ)言編程對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行直接控制。這一階段系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能相對(duì)單一，處理效率較低，存儲(chǔ)容量較小，幾乎沒(méi)有用戶(hù)接口。由于這種嵌入式系統(tǒng)使用簡(jiǎn)單、價(jià)格低，因此以前在國(guó)內(nèi)工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用較為普遍，但是現(xiàn)在已經(jīng)遠(yuǎn)不能適應(yīng)高效的、需要大容量存儲(chǔ)的現(xiàn)代工業(yè)控制和新興信息家電等領(lǐng)域的需求。

第2階段是以嵌入式CPU為基礎(chǔ)、以簡(jiǎn)單操作系統(tǒng)為核心的嵌入式系統(tǒng)。其主要特點(diǎn)是：CPU種類(lèi)繁多，通用性比較弱；系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)小，效率高；操作系統(tǒng)達(dá)到一定的兼容性和擴(kuò)展性；應(yīng)用軟件較為專(zhuān)業(yè)化，用戶(hù)界面不夠友好。

第3階段是以嵌入式操作系統(tǒng)為標(biāo)志的嵌入式系統(tǒng)。其主要特點(diǎn)是：嵌入式操作系統(tǒng)能運(yùn)行于各種不同類(lèi)型的微處理器上，兼容性好；操作系統(tǒng)內(nèi)核小、效率高，并且具有高度的模塊化和擴(kuò)展性；具備文件和目錄管理、支持多任務(wù)、支持網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、具備圖形窗口和用戶(hù)界面；具有大量的應(yīng)用程序接口API，開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序較簡(jiǎn)單；嵌入式應(yīng)用軟件豐富。

第4階段是以Internet、多核技術(shù)為標(biāo)志的嵌入式系統(tǒng)。這是一個(gè)正在迅速發(fā)展的階段。目前不少嵌入式系統(tǒng)提供Internet服務(wù)，而且多種多核嵌入式處理器以及支持多核的軟件產(chǎn)品陸續(xù)進(jìn)入嵌入式市場(chǎng)。隨著新技術(shù)、新工藝的發(fā)展以及它們與信息家電、工業(yè)控制技術(shù)結(jié)合日益緊密，嵌入式設(shè)備的全能化將代表嵌入式系統(tǒng)的未來(lái)。