嵌入式系統的新特點(diǎn)

　隨著(zhù)半導體工藝的發(fā)展和系統設計水平的進(jìn)步，單片機的性能大幅度地提高，因而應用的領(lǐng)域更加廣闊。而由于網(wǎng)絡(luò )和通信的迅速發(fā)展，近年來(lái)嵌入式系統在硬件和軟件上都出現了許多新的特點(diǎn)。
1 嵌入式處理器
　嵌入式系統的核心處理器已經(jīng)向兩個(gè)方向分化：一個(gè)是8 bit/16 bit的處理器經(jīng)過(guò)擴展實(shí)現嵌入式Internet；另一個(gè)是32 bit的RISC處理器用在如交換機、路由器一類(lèi)的通信領(lǐng)域。
　Ubicom公司(前稱(chēng)為Scenix，提供SX系列高速8 bit單片機和虛擬外設技術(shù))新一代的8 bit互聯(lián)網(wǎng)處理器IP2022可以作為前一類(lèi)處理器的代表。新一代的高速I(mǎi)P2022具有100 MHz的工作頻率，實(shí)現了確定性的指令執行和中斷響應時(shí)間，特別適合于8 bit單片機嵌入式Internet系統應用[1]。
　32 bit的嵌入式RISC處理器目前有影響力的系列包括PowerPC、MIPS和ARM三類(lèi)處理器。
　PowerPC系列處理器的內核由IBM、Motorola和Apple三家公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)，當時(shí)的目標是替代Intel的80x86，但是目前也推出了許多嵌入式產(chǎn)品，如用得較多的PowerPC 860和PowerPC 8260等。
MIPS內核目前在日本應用較多，如日立半導體公司產(chǎn)品，MIPS內核處理器中最著(zhù)名的是用于Sony游戲機PS2的核心處理器，稱(chēng)為情感處理器(Emotion Engine)。該處理器含有MIPS核心和128 bit的矩陣處理機。這種把RISC核與DSP等結合起來(lái)的產(chǎn)品SoC(System on Chip)是未來(lái)的一種趨勢，即嵌入式系統的應用人員應該關(guān)心SoC而不是核。
　ARM處理器也是內核類(lèi)應用，因為幾乎沒(méi)有使用ARM“芯片”。ARM的開(kāi)發(fā)公司在英國，稱(chēng)為增強的RISC機器(Advanced RISC Machine)。大約十幾年前，ARM內核曾經(jīng)是業(yè)界的驕傲，因為它使用了大約十萬(wàn)門(mén)器件實(shí)現了當時(shí)最快的CISC處理器的性能。但RISC的主要困難在于C語(yǔ)言編譯程序，單獨使用其外圍芯片比較麻煩。所以一般ARM以發(fā)售使用許可證的方式授權各相關(guān)芯片開(kāi)發(fā)商來(lái)研制各自的微處理器。目前，ARM系列處理器在通信終端產(chǎn)品(特別是手持設備，如手機)中有著(zhù)廣泛的應用。如TI公司的TMS320C5410采用了DSPC549和ARM7內核封裝在一個(gè)芯片中，還包含有Intel的IXP1200網(wǎng)絡(luò )處理機。
2 嵌入式操作系統
　在嵌入式操作系統方面，也有一些新變化。近來(lái)嵌入式系統出現了許多新的特點(diǎn)，特別是嵌入式DSP技術(shù)和嵌入式Internet技術(shù)的出現，使得這些成熟的RTOS表現出了一定程度的不適應性。由于無(wú)處不在的數字化和無(wú)處不在的通信，嵌入式系統開(kāi)發(fā)迫切需要面向應用的、可裁剪的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(即特定應用的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統)。
　特定應用的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統ASOS(Application Specific Operating Systems)是指面向應用的、專(zhuān)用特制的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統。它除具有基本的處理多任務(wù)、文件及設備驅動(dòng)的操作系統功能外，還應具有如下系統特性：
　(1)面向特定應用的簡(jiǎn)化型系統調用接口，專(zhuān)門(mén)支持一種或一類(lèi)嵌入式應用。
　(2)最小內核處理集，系統開(kāi)銷(xiāo)小，運行效率高，并可用于各種非計算機設備。
　(3)可伸縮性、可裁剪的系統體系結構，提供多層次的系統體系結構。
　(4)具有各種即插即用的設備驅動(dòng)接口。
　(5)具有網(wǎng)絡(luò )如Internet或無(wú)線(xiàn)接入功能，提供TCP/UDP/IP/PPP協(xié)議支持及統一的MAC訪(fǎng)問(wèn)層接口，為各種移動(dòng)計算設備預留接口。
　ASOS與通用型RTOS相比較，有以下差別：
　(1)ASOS更強調面向應用的功能專(zhuān)用性，如面向某一(組)應用的高可靠性的部分功能集，而并不像RTOS的系統通用性與系統資源可配置性。
　(2)ASOS更強調面向應用的實(shí)時(shí)高性能，而RTOS強調系統的整體效率。
　(3)ASOS更強調系統結構的可伸縮性和可裁剪性，其極典型的例子是傳真機操作系統OS for FAX Machine。
　(4)ASOS更強調與Internet的連接，特別是無(wú)線(xiàn)接入接口。
　面向應用的嵌入式操作系統ASOS已經(jīng)引起許多相關(guān)行業(yè)的重視，出現了一些專(zhuān)門(mén)的研制開(kāi)發(fā)公司，隨著(zhù)對應用高性能、低成本的不斷追求，ASOS將成為許多產(chǎn)品的核心。本文介紹兩種ASOS類(lèi)產(chǎn)品：一個(gè)針對TI TMSC62x DSP，一個(gè)針對嵌入式Internet的IP2022。它們都是各自公司與器件配套開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品，具有強大的主機開(kāi)發(fā)支持工具，靈活的可配置、可裁剪性。不過(guò)在名稱(chēng)上，它們都沒(méi)有直接被稱(chēng)作“RTOS”。
　(1)Ubicom公司的IpModules
　IpModules是Ubicom公司為其新一代的8 bit互聯(lián)網(wǎng)處理器IP2022開(kāi)發(fā)的系統軟件模塊集。IpModules利用預先構建好的軟件模塊實(shí)現各種傳統硬件功能，可以靈活、高效地實(shí)現10 baseT以太網(wǎng)和USB接口，包括核心操作系統服務(wù)(ipOS)、IP協(xié)議棧(ipStack)、Ethernet虛擬外設(ipEthernet)以及其他的IO服務(wù)(ipIO)。此外，還有一個(gè)HTTP/1.1(超文本傳輸協(xié)議v1.1)和Web服務(wù)器(ipWeb)。這些特點(diǎn)使得IP2022特別適合于8 bit單片機嵌入式Internet系統應用。
　(2)TI公司的DSP/BIOS
　DSP/BIOS可運行于TMS320C5x和TMS320C6x系列DSP器件上，整個(gè)系統由實(shí)時(shí)庫和應用程序接口、主機配置工具以及插件(PlugIns)三大部分組成。實(shí)時(shí)庫和應用程序接口提供應用程序直接調用的接口函數，RTOS的基本功能由這一部分實(shí)現。主機配置工具用來(lái)靜態(tài)定義應用系統組成，用戶(hù)可以使用這個(gè)工具描述系統功能，實(shí)現操作系統的伸縮和裁剪。插件用來(lái)支持調試、主機數據傳遞和軟件儀器等諸多功能。DSP芯片上的JTAG邊界掃描接口實(shí)現目標系統和PC主機的數據交換。為了降低CPU的開(kāi)銷(xiāo)和減少系統存儲器的占用，DSP/BIOS同樣采用了一些新的思想。通過(guò)這些措施，DSP/BIOS實(shí)現了高效、簡(jiǎn)潔的結構[2]。
Internet與網(wǎng)絡(luò )的迅速普及應用，并向家庭領(lǐng)域不斷擴展，使消費電子、計算機、通信(3C)一體化趨勢日趨明顯，嵌入式系統再度成為研究與應用的熱點(diǎn)。嵌入式系統應用的特點(diǎn)也將發(fā)生新的變化。
參考文獻
[1] UBICOM. IP2022 Internet processor user′s manual. 2002.
[2] TI. TMS320C6000 DSP/BIOS application programming interface (API)ref guide (rev.F) 2003.