嵌入式系統基礎之：嵌入式系統概述

4.1嵌入式系統概述

4.1.1嵌入式系統簡(jiǎn)介

尼葛洛龐帝2001年訪(fǎng)華時(shí)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，嵌入式系統已成為當今最為熱門(mén)的領(lǐng)域之一，它迅猛的發(fā)展勢頭引起了社會(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(guān)點(diǎn)來(lái)看，PC已經(jīng)從高速增長(cháng)期進(jìn)入到平穩發(fā)展期，其年增長(cháng)率由20世紀90年代中期的35%逐年下降，使單純由PC機帶領(lǐng)電子產(chǎn)業(yè)蒸蒸日上的時(shí)代成為歷史。根據PC時(shí)代的概念，美國B(niǎo)usinessWeek雜志提出了“后PC時(shí)代”概念，即計算機、通信和消費產(chǎn)品的技術(shù)將結合起來(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)龐大的嵌入式應用市場(chǎng)。那么究竟什么是嵌入式系統呢？

按照電器工程協(xié)會(huì )的定義，嵌入式系統是用來(lái)控制或者監視機器、裝置、工廠(chǎng)等各種規模系統的設備。這個(gè)定義主要是從嵌入式系統的用途方面來(lái)進(jìn)行定義的。

那么，下面再來(lái)看一個(gè)在多數書(shū)籍資料中的關(guān)于嵌入式系統的定義：嵌入式系統是指以應用為中心，以計算機技術(shù)為基礎，軟件硬件可剪裁，適應應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專(zhuān)用計算機系統。筆者認為，將一套計算機控制系統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）系統內（例如：各種機械設備），以實(shí)現對原有系統的計算機控制，此時(shí)將這個(gè)新系統叫做嵌入式系統。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、嵌入式操作系統以及用戶(hù)應用軟件等部分組成。它具有“嵌入性”、“專(zhuān)用性”與“計算機系統”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、PDA、MP3、機頂盒都屬于嵌入式系統設備；而車(chē)載GPS系統、機器人也是屬于嵌入式系統。圖4.1展出了人們日常生活中形形色色的嵌入式產(chǎn)品。的確，嵌入式系統已經(jīng)進(jìn)入了人們生活的方方面面。

圖4.1生活中的嵌入式設備

4.1.2嵌入式系統發(fā)展歷史

嵌入式系統經(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。這類(lèi)系統大部分應用于一些專(zhuān)業(yè)性強的工業(yè)控制系統中，一般沒(méi)有操作系統的支持，通過(guò)匯編語(yǔ)言編程對系統進(jìn)行直接控制。這一階段系統的主要特點(diǎn)是：系統結構和功能相對單一，處理效率較低，存儲容量較小，幾乎沒(méi)有用戶(hù)接口。由于這種嵌入式系統使用簡(jiǎn)單、價(jià)格低，因此以前在國內工業(yè)領(lǐng)域應用較為普遍，但是現在已經(jīng)遠不能適應高效的、需要大容量存儲的現代工業(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、以簡(jiǎn)單操作系統為核心的嵌入式系統。其主要特點(diǎn)是：CPU種類(lèi)繁多，通用性比較弱；系統開(kāi)銷(xiāo)小，效率高；操作系統達到一定的兼容性和擴展性；應用軟件較為專(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為標志的嵌入式系統。其主要特點(diǎn)是：嵌入式操作系統能運行于各種不同類(lèi)型的微處理器上，兼容性好；操作系統內核小、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(wù)、支持網(wǎng)絡(luò )應用、具備圖形窗口和用戶(hù)界面；具有大量的應用程序接口A(yíng)PI，開(kāi)發(fā)應用程序較簡(jiǎn)單；嵌入式應用軟件豐富。

第4階段是以Internet、多核技術(shù)為標志的嵌入式系統。這是一個(gè)正在迅速發(fā)展的階段。目前不少嵌入式系統提供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)品陸續進(jìn)入嵌入式市場(chǎng)。隨著(zhù)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)結合日益緊密，嵌入式設備的全能化將代表嵌入式系統的未來(lái)。