嵌入式系統定義探討
隨著(zhù)現代化技術(shù)的飛速發(fā)展,嵌入式系統已深入到社會(huì )的各個(gè)領(lǐng)域,嵌入式系統的產(chǎn)品已應用到人們的日常生活的各個(gè)角落,嵌入式系統技術(shù)已成為目前人們研究的熱門(mén)之一。但是,什么是嵌入式系統?大家卻眾說(shuō)不一,至今沒(méi)有統一的定論,為此我們有必要加以探討,使嵌入式系統沿著(zhù)健康的道路發(fā)展。
1 什么是嵌入式系統
對于不懂這方面知識的人來(lái)說(shuō),嵌入式系統這個(gè)詞可能顯得比較深奧,其實(shí)嵌入式系統和普通人的生活聯(lián)系非常緊密。手機、U盤(pán)你一定很熟悉吧,它就是典型的嵌入式系統;MP3、MP4、微波爐、有線(xiàn)電視機頂盒,你一定不陌生,它也是嵌入式系統;汽車(chē)、ATM自動(dòng)取款機、電梯等等都屬于嵌入式系統。以上僅從應用方面感性的認識嵌入式系統,但它并不是嵌入式系統的真正含義。
那么嵌入式系統真正的含義是什么?現在國內流行的說(shuō)法是:“嵌入式系統是以應用為中心,以計算機技術(shù)為基礎,并且軟硬件可裁剪,適用于應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專(zhuān)用計算機系統。”[13]對于這個(gè)定義,我有兩點(diǎn)疑義:其一,說(shuō)嵌入式系統“以計算機技術(shù)為基礎”,我認為不全面,它忽略了微電子等技術(shù)作為嵌入式系統基礎的重要作用;其二,把嵌入式系統定義為“專(zhuān)用計算機系統”,我認為不正確,它混淆了嵌入式系統與計算機系統的區別。何立民老師說(shuō)得好:“嵌入式系統不是專(zhuān)用計算機系統”[4],嵌入式系統是一個(gè)智能化的控制系統。
為什么嵌入式系統不是“專(zhuān)用計算機系統”,不只是“以計算機技術(shù)為基礎”?如何定義嵌入式系統?我們從以下幾方面分析探討。
2 嵌入式系統不是“專(zhuān)用計算機系統”
“專(zhuān)用計算機系統”這個(gè)名詞應該和“通用計算機系統”這個(gè)名詞相對應。從字義上看,不管是“專(zhuān)用”或者是“通用”,它們都沒(méi)有脫離計算機系統這個(gè)范疇,應該說(shuō)它們都歸屬計算機系統。既然是計算機系統,那它們的發(fā)展起源應該是計算機。它們的體系結構、功能特點(diǎn),知識體系、技術(shù)要求應該有相同之處。但是,事實(shí)上嵌入式系統和計算機系統雖有聯(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(zhuān)用計算機系統”。
2.1 發(fā)展并行獨立
嵌入式系統獨立發(fā)展至今約30年了。它與計算機系統是兩個(gè)獨立的發(fā)展系統,從它們的起源看,二者都源于半導體集成電路,誕生于微型計算機時(shí)代,二者發(fā)展并行獨立。[5]如圖1所示。
圖1
嵌入式系統起源于半導體集成電路,該半導體集成電路分為晶體管和集成電路。20世紀70年代,集成電路產(chǎn)生了微處理器,微處理器是智能內核,它有兩個(gè)功能,其一是運算處理功能,即高速海量的解算能力,它促使了計算機獨立的飛速發(fā)展至今;其二是控制功能,嵌入式系統屬控制功能,控制功能產(chǎn)生了微控制器,俗稱(chēng)單片機,它促使了嵌入式系統的獨立發(fā)展至今。
20世紀70年代,微處理器的控制功能引起了控制專(zhuān)業(yè)人士研究興趣,他們將微機嵌入到對象體系內,經(jīng)過(guò)電氣、機械加固,并配置各種外圍接口,從而實(shí)現了對對象體系的智能化控制。這樣此微機便失去了原來(lái)的形態(tài)和微型計算機功能,嵌入式計算機系統(簡(jiǎn)稱(chēng)嵌入式系統)由此而得名。由于嵌入式系統要求嵌入到對象器件內,體積要特小,功能要可靠,成本還要低,而計算機無(wú)法承擔起對對象系統的智能化控制任務(wù),所以嵌入式系統則走上了自己獨立發(fā)展的單芯片化的道路。
微控制器也就是傳統意義上的單片機。它的特點(diǎn)是體積小、結構簡(jiǎn)單、便于開(kāi)發(fā)以及價(jià)格經(jīng)濟。它可以說(shuō)是目前嵌入式系統的前身。單片機就是把對象所需要的主要功能集成到了一個(gè)芯片上,通常一個(gè)單片機芯片包含了運算處理單元、ARM、Flash存儲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,控制相應的設備,用戶(hù)可以把編寫(xiě)好的代碼燒寫(xiě)到單片機芯片內部來(lái)控制外部設備。單片機常被用在智能儀器、工業(yè)測量、辦公自動(dòng)化方面。如數字電表、公交IC刷卡系統、打印機等,內部都有單片機存在。
我們由嵌入式系統發(fā)展起源的歷史看,嵌入式系統起源于半導體集成電路,它不是起源于計算機,所以它不是“專(zhuān)用計算機系統”,它是專(zhuān)用的智能化的控制系統。將嵌入式系統定義為“專(zhuān)用計算機系統”,不符合歷史,混淆了二者的本質(zhì)區別,因此不可取。
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