嵌入式系統(tǒng)基礎之：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)簡介

尼葛洛龐帝2001年訪華時的預言“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)已成為當今最為熱門的領域之一，它迅猛的發(fā)展勢頭引起了社會各界人士的關注。如家用電器、手持通信設備、信息終端、儀器儀表、汽車、航天航空、軍事裝備、制造工業(yè)、過程控制等。今天，嵌入式系統(tǒng)帶來的工業(yè)年產(chǎn)值已超過1萬億美元。用市場觀點來看，PC已經(jīng)從高速增長期進入到平穩(wěn)發(fā)展期，其年增長率由20世紀90年代中期的35%逐年下降，使單純由PC機帶領電子產(chǎn)業(yè)蒸蒸日上的時代成為歷史。根據(jù)PC時代的概念，美國BusinessWeek雜志提出了“后PC時代”概念，即計算機、通信和消費產(chǎn)品的技術將結(jié)合起來，以3C產(chǎn)品的形式通過Internet進入家庭。這必將培育出一個龐大的嵌入式應用市場。那么究竟什么是嵌入式系統(tǒng)呢？

按照電器工程協(xié)會的定義，嵌入式系統(tǒng)是用來控制或者監(jiān)視機器、裝置、工廠等各種規(guī)模系統(tǒng)的設備。這個定義主要是從嵌入式系統(tǒng)的用途方面來進行定義的。

那么，下面再來看一個在多數(shù)書籍資料中的關于嵌入式系統(tǒng)的定義：嵌入式系統(tǒng)是指以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟件硬件可剪裁，適應應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。筆者認為，將一套計算機控制系統(tǒng)嵌入到已具有某種完整的特定功能的（或者將會具備完整功能的）系統(tǒng)內(nèi)（例如：各種機械設備），以實現(xiàn)對原有系統(tǒng)的計算機控制，此時將這個新系統(tǒng)叫做嵌入式系統(tǒng)。它通常由特定功能模塊和計算機控制模塊組成，主要由嵌入式微處理器、外圍硬件設備、嵌入式操作系統(tǒng)以及用戶應用軟件等部分組成。它具有“嵌入性”、“專用性”與“計算機系統(tǒng)”的3個基本要素。

從這個定義可以看出，人們平常所廣泛使用的手機、PDA、MP3、機頂盒都屬于嵌入式系統(tǒng)設備；而車載GPS系統(tǒng)、機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)進入了人們生活的方方面面。

圖4.1生活中的嵌入式設備

4.1.2嵌入式系統(tǒng)發(fā)展歷史

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

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)。這類系統(tǒng)大部分應用于一些專業(yè)性強的工業(yè)控制系統(tǒng)中，一般沒有操作系統(tǒng)的支持，通過匯編語言編程對系統(tǒng)進行直接控制。這一階段系統(tǒng)的主要特點是：系統(tǒng)結(jié)構和功能相對單一，處理效率較低，存儲容量較小，幾乎沒有用戶接口。由于這種嵌入式系統(tǒng)使用簡單、價格低，因此以前在國內(nèi)工業(yè)領域應用較為普遍，但是現(xiàn)在已經(jīng)遠不能適應高效的、需要大容量存儲的現(xiàn)代工業(yè)控制和新興信息家電等領域的需求。

第2階段是以嵌入式CPU為基礎、以簡單操作系統(tǒng)為核心的嵌入式系統(tǒng)。其主要特點是：CPU種類繁多，通用性比較弱；系統(tǒng)開銷小，效率高；操作系統(tǒng)達到一定的兼容性和擴展性；應用軟件較為專業(yè)化，用戶界面不夠友好。

第3階段是以嵌入式操作系統(tǒng)為標志的嵌入式系統(tǒng)。其主要特點是：嵌入式操作系統(tǒng)能運行于各種不同類型的微處理器上，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展性；具備文件和目錄管理、支持多任務、支持網(wǎng)絡應用、具備圖形窗口和用戶界面；具有大量的應用程序接口API，開發(fā)應用程序較簡單；嵌入式應用軟件豐富。

第4階段是以Internet、多核技術為標志的嵌入式系統(tǒng)。這是一個正在迅速發(fā)展的階段。目前不少嵌入式系統(tǒng)提供Internet服務，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)進入嵌入式市場。隨著新技術、新工藝的發(fā)展以及它們與信息家電、工業(yè)控制技術結(jié)合日益緊密，嵌入式設備的全能化將代表嵌入式系統(tǒng)的未來。