嵌入式之我见

嵌入式之我见

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目前，在嵌入式系统应用领域中，不少人对什么是嵌入式系统不甚了解。有些人搞了十多年的单片机应用，不知道单片机就是一个最典型的嵌入式系统；也有些人在解释什么是嵌入式系统时，不是从定义出发，而是列举了嵌入式系统的一些特点，往往不知所云。因此，有必要从现代计算的发展历史，了解嵌入式系统的由来，从学科建设的角度来探讨嵌入式系统较为准确的定义。

嵌入式计算机系统的出现，是现代计算机发展史上的里程碑事件。嵌入式系统诞生于微型计算机时代，与通用计算机的发展道路完全不同，形成了独立的单芯片的技术发展道路。由于嵌入式系统的诞生，现代计算机领域中出现了通用计算机与嵌入式计算机的两大分支。不可兼顾的技术发展道路，形成了两大分支的独立发展道路：通用计算机按照高速、海量的技术发展；嵌入式计算机系统则为满足对象系统嵌入式智能化控制要求发展。由于独立的分工发展，20世纪末，现代计算机的两大分支都得到了迅猛地发展。

说起CPU很多人都耳熟能详，而对于嵌入式系统却没有足够了解。据统计，现在每年只有10％～20％的计算机芯片是专为电脑设计，而每年近10～20亿个CPU（80％～90％）或是SOC（系统级芯片）是为嵌入式系统设计制造的。

嵌入式系统的广泛应用已经渗入到我们日常生活的各个方面。在手机、MP3、PDA、数码相机、电视机、洗衣机、微波炉、电话、防盗系统、空调机甚至电饭锅、汽车导航、手表里都有嵌入式系统的身影，在工业自动化控制、仪器仪表、汽车、航空航天等领域更是嵌入式系统的天下。

举简单例子，消费者的手机能下载和播放MP3音乐及MPEG-4电影、高速浏览互联网、拍摄和显示高清晰度照片、收发多媒体邮件、玩互动多媒体游戏、在全球不同移动网中漫游、打可视电话，甚至在手机平台上收看实时卫星或地面DTV节目，手机从仅能打电话、发短信发展到现在，已增加了诸多功能，如彩信、音乐、摄影等，功能应用多了，系统就变得复杂，而嵌入式数据库作为共用的数据管理模块，实现了手机资源的共享。

以前手机软件的数据管理模式是每项应用需要自己定义、管理相关的数据，而如今已逐步趋向于用嵌入式数据库作为共用的数据管理模块以提高系统效率，实现手机资源（如影像、图片等）共享，并保持数据的稳定性和可靠性。例如：如果有电话打入，手机屏幕上显示的就不仅仅是一个电话号码，还可以同步显示出来电人的头像、声音等。 嵌入式系统的硬件架构，是以嵌入式处理器为中心，由存储器、I/O设备、通信模块以及电源等必要的辅助接口组成。嵌入式系统是量身定做的专用计算机应用系统，又不同于普通计算机组成，在实际应用中的嵌入式系统硬件配置非常精简，除了微处理器和基本的外围

电路以外，其余的电路都可根据需要和成本进行裁剪、定制，非常经济、可靠。

嵌入式系统的硬件核心是嵌入式微处理器，有时为了提高系统的信息处理能力，常外接DSP和DSP协处理器（也可内部集成），以完成高性能信号处理。

随着计算机技术、微电子技术、应用技术的不断发展及纳米芯片加工工艺技术的发展，以微处理器为核心的集成多种功能的SoC系统芯片已成为嵌入式系统的核心。在嵌入式系统设计中，要尽可能地满足系统功能接口的SoC芯片。这些SoC集成了大量的外围USB、UART、以太网、AD/DA、IIS等功能模块。

可编程片上系统SOPC（System On Programmable Chip）结合了SoC和PLD、FPGA各自的技术优点，使得系统具有可编程的功能，是可编程逻辑器件在嵌入式应用中的完美体现，极大地提高了系统的在线升级、换代能力。

以SoC/SOPC为核心，用最少的外围部件和连接部件构成一个应用系统，满足系统的功能需求，这也是嵌入式系统发展的一个方向。 因此，现代嵌入式设计是以处理器/SoC/SOPC为核心来完成系统设计的，其外围接口包括存储设备、通信扩展设备、扩展设备接口和辅助的机电设备（电源、连接器、传感器等），构成硬件系统。

在设计一个简单的应用程序时，可以不使用操作系统，但在设计较复杂的程序时，可能就需要一个操作系统（OS）来管理和控制内存、多任务、周边资源等。依据系统所提供的程序界面来编写应用程序，可大大减少应用程序员的负担。

对于使用操作系统的嵌入式系统来说，嵌入式系统软件结构一般包含4个层面：设备驱动层、实时操作系统RTOS、应用程序接口API层、实际应用程序层。有些书籍将应用程序接口API归属于OS层，嵌入式系统的软件结构，是按3层划分的。由于硬件电路的可裁剪性和嵌入式系统本身的特点，其软件部分也是可裁剪的。 对于功能简单，仅包括应用程序的嵌入式系统，一般不使用操作系统，仅有应用程序和设备驱动程序。现代高性能嵌入式系统的应用越来越广泛，操作系统的使用成为必然发展趋势。

嵌入式可应用在工业控制、交通管理、信息家电、家庭智能系统、POS网络及电子商务、环境工程与自然、机器人等领域中。就远程家电控制而言，除了开发出支持TCP/IP的嵌入系统之外，家电产品控制协议也需要制订和统一，这需要家电生产厂家来做。同样的道理，所有基于网络的远程控制协议也需要与嵌入式系统之间实现接口，然后再由嵌入式系统来控制并通过网络实现控制。所以，开发和探试嵌入式系统有着十分重要的意义。

随着“互联网时代”向“物联网时代”的过渡，作为物联网的“中枢神经”——嵌入式系统的持续发展更是成为决定物联网是否能够有

效实施的关键环节，而目前嵌入式方向软件研发人才的匮乏却俨然成为物联网发展的一大瓶颈，所以我们应该努力学好嵌入式这门课程。

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