現代計算機產(chǎn)業(yè)革命——嵌入式系統

       18世紀蒸汽機帶動(dòng)了機械化產(chǎn)業(yè)革命由工業(yè)革命把我們推進(jìn)到現代文明社會(huì )；20世紀計算機產(chǎn)業(yè)革命，使人類(lèi)進(jìn)入信息、知識、文明高度發(fā)展的時(shí)代。

       實(shí)際上，20世紀的計算機產(chǎn)業(yè)革命意義更加深遠、偉大，這兩次產(chǎn)業(yè)革命有很多可比性。從宏觀(guān)角度看，18世紀是 動(dòng)力機械產(chǎn)業(yè)革命，蒸汽機是其中的動(dòng)力機械，現代產(chǎn)業(yè)革命是計算機的產(chǎn)業(yè)革命，計算機技術(shù)成為核心驅動(dòng)力；18世紀產(chǎn)業(yè)革命催生了資本經(jīng)濟，現代計算機產(chǎn)業(yè)革命催生了知識經(jīng)濟；18世紀產(chǎn)業(yè)革命的成果是提供了動(dòng)力機械的平臺和動(dòng)力機械的嵌入，蒸汽機、內 燃機和電動(dòng)機等機械為工業(yè)發(fā)展提供了動(dòng)力平臺，并且提供了動(dòng)力器械的嵌入方式，計算機產(chǎn)業(yè)革命中，通用計算機提供了智力平臺，嵌入式系統嵌入到對象體系中間，提供了智力內核的嵌入；動(dòng)力機械產(chǎn)業(yè)革命完成了人類(lèi)體力勞動(dòng)的替代，計算機產(chǎn)業(yè)革命完成了人類(lèi)腦力勞動(dòng)的替代。這兩次產(chǎn)業(yè)革命都有深遠的意義。

       回顧兩次產(chǎn)業(yè)革命，18世紀產(chǎn)業(yè)革命的技術(shù)基礎是蒸汽機、內燃機和電動(dòng)機，能源實(shí)現了蒸汽動(dòng)力、石油動(dòng)力、電動(dòng)力，是歸一化的機械動(dòng)力。只有形成歸一化的動(dòng)力機械，并以各種方式嵌入所有基礎領(lǐng)域，才能催生出產(chǎn)業(yè)革命，它的發(fā)展模式是機械的動(dòng)力平臺嵌入。 

       計算機產(chǎn)業(yè)革命的技術(shù)基礎是集成電路、微處理器、微型計算機，它的計算手段起到了智力替代的作用。通用計算機智力平臺的模式，推動(dòng)了嵌入式系統的智力嵌入，整個(gè)現代計算機形成了兩個(gè)領(lǐng)域，一個(gè)是通用計算機領(lǐng)域，一個(gè)是嵌入式領(lǐng)域。

        通用計算機提供了智力平臺，主要實(shí)現軟件設計，包括計算機輔助設計、輔助制造、科學(xué)計算、工程設計等，實(shí)現了智力替代平臺；在嵌入式計算機領(lǐng)域中，智力嵌入是將嵌入式系統嵌入到對象體系中，這個(gè)對象體系包含家用電器、智能儀表、工控單元等多個(gè)領(lǐng)域，嵌入式是帶計算機內核的設備，所以提供了智力平臺和智力嵌入模式，這就是計算機革命的兩個(gè)模式。 

       嵌入式計算機出現以后，通用計算機和嵌入計算機分道揚鑣，出現了兩個(gè)不同的發(fā)展方向，嵌入式系統的發(fā)展走向單片機的道路，直到現在單片機仍然是嵌入式系統的重要發(fā)展方向。 

      通用計算機承擔智力平臺的革命，嵌入式系統承擔智力嵌入的革命，這是兩個(gè)不可兼容的技術(shù)發(fā)展方向。所以通用計算機承擔的任務(wù)是高速海量的數字計算，而嵌入式系統主要滿(mǎn)足對象系統的全面智能化要求?，F在通用計算機不斷地提高速度和存儲容量，而嵌入式系統中，8位計算機仍然是一個(gè)很主要的應用形式。嵌入式系統的發(fā)展方向是超小型、超低價(jià)位、高可靠性和易耦合。嵌入到對象體系時(shí)，原對象系統應該和電子系統具備很好的耦合，包括傳感器、傳感器接口、驅動(dòng)器接口、人機界面等。除了物理耦合性，還需要科學(xué)的耦合性，研究人員應對所涉及的技術(shù)原理深入了解。 

      單片機是嵌入式發(fā)展的必然道路，通用計算機的體系結構不能替代嵌入式系統，必須建立一個(gè)創(chuàng )新的體系結構。英特爾最早提出了嵌入式系統經(jīng)典的硬件體系，這個(gè)體系精簡(jiǎn)、高效、高可靠，它的指令系統突出控制功能，外部總線(xiàn)易擴展、易配置，提供了在32位系統中必須遵循的特殊功能計算機管理模式，不管將來(lái)擴展任何電路單元，都遵循歸一化的特殊功能管理模式。另外英特爾還帶來(lái)了原創(chuàng )嵌入式操作系統。早期嵌入式操作系統受通用計算機影響太大，作為原創(chuàng )RTOS實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統，設計時(shí)必須考慮實(shí)時(shí)性、多任務(wù)性。 

      嵌入式的發(fā)展是從單片機、微控制器再到SoC的發(fā)展，單片機是最早的嵌入式概念。嵌入式系統二三十年的發(fā)展史中，內核是發(fā)展最慢的，但也是最穩定的，因為嵌入式內核追求智能化控制，是外部接口和對象的耦合關(guān)系。 

      嵌入式系統新時(shí)代 

      單片機時(shí)代也屬于嵌入式時(shí)代，不過(guò)單片機進(jìn)入電子應用領(lǐng)域，主要面向智能儀表、家用電器、工控單位等領(lǐng)域。在通訊網(wǎng)絡(luò )遍布的后PC時(shí)代，很多計算機人才進(jìn)入這個(gè)領(lǐng)域，形成了嵌入式系統全面發(fā)展的新時(shí)代，它和單片機時(shí)代是銜接的。單片機和嵌入式系統是兩個(gè)時(shí)代概念，但其內涵相同，單片機是嵌入式獨立發(fā)展的時(shí)代，兩者之間并沒(méi)有技術(shù)本質(zhì)的差異，都遵循MCU和SoC道路。 

       嵌入式系統包含四個(gè)支柱學(xué)科：微電子學(xué)、計算機學(xué)科、電子學(xué)科和對象學(xué)科，四個(gè)學(xué)科共同促進(jìn)嵌入式系統發(fā)展。其中對象學(xué)科和其他三個(gè)學(xué)科之間差異最大，所有嵌入式產(chǎn)品從對象學(xué)科中走出來(lái)，無(wú)論是計算機學(xué)科、微電子學(xué)科還是電子技術(shù)學(xué)科，都為嵌入式應用提供了一個(gè)廣闊的平臺，對象系統在這個(gè)平臺上實(shí)現嵌入式系統的應用。

       嵌入式系統新型的產(chǎn)業(yè)模式是一個(gè)扇形產(chǎn)業(yè)結構，和資本經(jīng)濟時(shí)代一體化封閉的產(chǎn)業(yè)結構有本質(zhì)的差別。此外，半導體產(chǎn)業(yè)中還突顯了知識產(chǎn)權產(chǎn)業(yè)，嵌入式產(chǎn)業(yè)從百花齊放開(kāi)始向技術(shù)集權方向發(fā)展。技術(shù)集權方式對整個(gè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展很有利，可以做到技術(shù)上的高度統一和協(xié)調。平臺模式的發(fā)展日益明顯，微電子學(xué)科、計算機學(xué)科、電子學(xué)科都為對象學(xué)科構建理想的平臺，提供最適合的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境和操作系統。