嵌入式系统的发展前景及其应用

贾峥

摘 要：现今我们已进入到一个网络的时代，经历了漫长的单片机发展道路。嵌入式系也逐步应用到各种网络环境中。 嵌入式系统也有了独有的定义，嵌入式设备与互联网的结合才是嵌入式技术未来。了解嵌入式系统的发展历史，按照它应用的普遍性、通用性来定义嵌入式系统。由于嵌入式系统应用中，对象系统的普遍性与单片机的独立发展道路，使嵌入式系统应用在客观上存在这两个层次级。

关键词：嵌入式系统；应用模式；两个层次

1 嵌入式系统的发展史

计算机诞生于1946年，在漫长的历史进程中，计算机始终由于其体积大和不便携带而始终搁置在室内，用来完成数值计算的大型设备。随着20世纪70年代微型机的出现，微型机嵌入式专用化的深化，而进入嵌入式系统独立的微控制器发展时期，嵌入式处理器与外围集成电路技术发展成带处理器内核的单片机，即微控制器智能化电子系统。微型计算机以其小型、价廉、性能可靠的特点，逐步走出机房；快捷高速计算能力的微型机，智能化水平以及专业人士技能的不断提高，要求将微型机嵌入到一个不同应用实体中，实现其智能化的控制。

在工控机和单板机时期，无法彻底地满足嵌入式系统小体积，低价位、高可靠性要求，现在我们的日常生活中嵌入式系统无处不在，有着较广泛的应用领域，如：手机、汽车、家用电器、都有嵌入式系统，随着互联网和微处理器的开发研究，将来嵌入式系统在人们日常生活、工业、科技、军事等领域都会有广泛地应用。

2 嵌入式的定义和特点

在嵌入式系统应用领域中，现在有许多人对嵌入式系统了解较少。其实单片机就是嵌入式系统的代表；也有些人对嵌入式系统无法给出较完整的定义，而是把嵌入式系统的特点和定义混在一起。因而有必要从计算机的发展历史，了解嵌入式系统，从科学和专业角度来探讨嵌入式系统和特点。

2.1 嵌入式系统要素和定义

按照嵌入式系统开发和应用的要求，嵌入式系统可概括为：“嵌入到对象体系中的专用计算机系统”，“嵌入性”、“专用性”与“计算机系统”是嵌入式系统三个基本要素。定义是：以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、工耗严格要求的专用计算机系统。

2.2 嵌入式系统的特点

嵌入式系统应用软件是嵌入式系统功能的关键，对嵌入式处理器系统软件和应用软件的要求也使其具有以下的特点：⑴软件固态化存储提高了执行速度和系统可靠性，嵌入式系统软件一般都固化于存储器或单片机本身。⑵软件代码质量高、半导体和处理器速度可靠性不断提高、存储器容量增加，具体应用中存储空间仍有实时性的要求。

⑶在多任务嵌入式系统中，基本要求是高实时性，保证对重要性不相同的任务合理调度是任务执行的关键，单纯提高处理器速度无法达到和完成，只能由优化的系统软件来完成。

⑷嵌入式系统需要开发工具和计算机具有完善的人机接口界面，并增加一些开发应用程序即可进行对自身的开发。

⑸嵌入式系统软件需要开发平台具有完善的操作系统和应用程序接口，新开发的软件应用程序必须在平台上运行，嵌入式系统的应用程序则可以没有操作系统直接在芯片上运行。

⑹嵌入式系统开发人员以应用为主，计算机开发人员一般是计算机科学或工程方面的专业人士，而嵌入式系统是各个不同行业的应用相结合，需要的是计算机以外的专业知识，嵌入式系统开发人员都是其他应用领域的优秀人才。

2.3 嵌入式系统的种类与发展

按照上述瞒足嵌入式系统定义及定义中三要素的计算机系统，即可称为嵌入式系统。嵌入式系统可分为设备级、板级、芯片级。有些从事嵌入式开发的人员把嵌入式处理器当作嵌入式系统，但由于嵌入式系统是一个嵌入式计算机系统，将嵌入式处理器构成计算机系统，并与嵌入式共同应用时，这样的计算机系统才是嵌入式系统。

嵌入式系统与对象系统密切相关，主要发展方向是满足嵌入式应用要求，不断扩展对象系统要求所涉及的电路，够成满足对象要求的应用系统。嵌入式系统作为一个专用计算机系统，要不断向计算机应用系统发展。才可以把定义中的嵌入式系统看成是满足对象系统要求的计算机应用系统。

3 嵌入式系统的发展前景

3.1 嵌入式系统引入单片机的发展

微型计算机的出现诞生了嵌入式系统，可是微型计算机的体积、价位、可靠性无法满足对象系统的嵌入式应用要求，为此；嵌入式系统的独立发展道路就是芯片化道路。把计算机系统设置在芯片上，而进入了单片机时代。

在单片机的发展进程中，有过两种模式，即本质上的计算机直接芯片化模式，它是将计算机系统的基本单元进行裁剪，设置在一個芯片上，形成单片机，芯片则完全按嵌入式设计出新的嵌入式应用体系结构，微处理器、指令系统、总线方式、管理模式等。才是全面完善的嵌入式系统。芯片化模式是嵌入式系统独立发展并成为单片嵌入式系统的典型结构体系。

3.2 嵌入式系统发展前景

日益普及的家用电器体现了互联网时代嵌入式产品，为嵌入式市场展现了美好前景，带来了新的生命；也对嵌入式系统、软件技术带来新的挑战。包括：支持迅速增长的功能密度、快捷的网络联接、小巧的移动应用和多媒体信息处理，因此也带来了更加激烈的市场竞争。

⑴嵌入式软件开发需要完备的开发工具和操作系统支持，随着网络技术的成熟，网上提供的信息量也越来越大、应用项目像电话、手机、电冰箱等嵌入式设备的功能多样化。为满足功能的多样化，专业人士采用更强大的嵌入式处理器来增强处理能力；同时还应用实时多任务编程技术和交叉开发工具技术来控制功能，简化应用程序、确保软件质量和开发周期。

⑵随着嵌入式实时操作系统的国际商品化，已有WindRiver、Microsoft、等产品进入我国市场。自主开发的嵌入式系统软件产品如科银公司的嵌入式软件开发平台DeltaSystem，它不仅包括嵌入式实时操作系统，而且还包括交叉开发工具套件、测试工具、应用组件等。

⑶互联网的逐渐普及和迅速发展。嵌入式系统要求配备标准的或多种网络通信接口。为应对外部联网要求，嵌入设备必需配有通信接口，由于家用电器相互关联（如防盗、影视和信息终端交换）及协调工作等要求，新一代嵌入式设备还需具备多种实用或通信接口，也提供相应的通信组网协议软件和物理层驱动软件。

⑷嵌入式产品设计降低处理器的性能，限制内存容量和复用接口芯片。支持电子设备向小尺寸、微功耗和低成本方向发展。为满足这种特性，并相应提高了嵌入式软件设计技术要求。选用最佳的编程模型和不断改进算法，优化编译器性能。因此；既要软件人员经验丰富，同时需要先进嵌入式软件技术。

⑸嵌入式设备受众多家庭和人们喜爱，原因是它们与使用者之间具有亲和力，能提供丰富多样的人机交互界面，如信息终端交互要求以夜景或电子屏幕为中心的多媒体界面。手写文字输入、语音拨号、彩色图形、图像已取得初步成效。

4 嵌入式系统的两种应用模式

因嵌入式系统具有多学科交叉的应用特点，则需要计算机领域人员介入其结构体系、软件技术、工程应用的研究。所以了解对象系统的控制要求，实现系统控制就应具备该领域的专业知识。从嵌入式系统发展的历史，以及嵌入式应用的多样性，足以了解到嵌入式系统形成的两种应用模式。

4.1 现存的两种应用模式

从微型机出现到独立发展的单片机时代，嵌入式系统从原器件状态进入到电子技术领域，从电子技术应用为主体，到电子系统的智能化，计算机专业人员没有真正进入单片机应用领域。所以电子技术应用专业人员以习惯性的电子技术应用，进入到单片机的应用开发。这种应用模式具有：软、硬件的低层性和随意性，缺少计算机工程设计方法。

尽管在单片机时代，计算机专业出现嵌入式系统领域，随着后微型机时代的到来，网络、通信技术迅速发展；嵌入式系统软、硬件技术有了迅猛发展，为计算机专业人员进入嵌入式系统应用另辟了新的空间，使得嵌入式系统应用模式带有计算机工程应用的特点，即嵌入式系统软、硬件平台，以网络、通信为主的非嵌入式低层次应用。

4.2 两种模式的并存与互补

由于嵌入式系统最大、最广、最低层的应用是传统电子技术领域和智能化改造，以针对专业电子技术队伍为主，以较少的嵌入式系统软和硬件成本，使其产品带有浓重的电子系统设计色彩的电子系统应用模式较长时间存在。也使得计算机专业设计师会愈来愈多地介入嵌入式系统，由于对象专业知识的差别，其应用领域会集中在网络、电子商务等方面，无法替代电子系统人员在控制、仪器仪表、智能化等方面的嵌入式应用。所以，现存的两种应用模式会在一定时期并存下去，同时在不同领域相互补充。在嵌入式系统软和硬件研发过程中，不断学习计算机工程方法和嵌入式系统软件技术，在电子系统设计过程中，不断了解嵌入式系统应用的电路系统特性及外围电路设计方法和对象系统的设计原则。

4.3 嵌入式系统应用的两个层次

嵌入式系统有过很长的一段单片机的独立发展道路，在实现最低层的嵌入式系统应用，使其有着明显的电子系统设计特点。许多从事单片机研发人员，都是电子系统设计的专业人士，由于单片机的出现，部分人员脱离了计算机领域，另辟途径而进入电子系统领域，且没有带入嵌入式系统理念。所以：许多从事单片机应用的人，没有真正了解单片机与嵌入式系统，在涉及嵌入式系统时，往往理解成计算机专业：从事网络、通信等的应用。从而形成了“单片机”与“嵌入式系统”两个独立的名词。因为“单片机”是独立产生的嵌入式系统，应该把它统一归结到嵌入式系统。也可以把嵌入式系统按应用对象分成高层次与低层次，把原来的单片机应用理解成嵌入式系统的低层次应用。

5 结束语

由于嵌入式系统的市场巨大、潜力无限，全球的生产商都非常看好这一领域，且投入了许多人力物力，而围绕嵌入式系统的研究、设计和研发正成为计算机发展方向。笔者结合自身的学习和积累以及网站资料的搜索与分析，对嵌入式系统发展及应用进行了概述，希望能同从事嵌入式开发的人员共同探讨，为使嵌入式系统在未来的发展，能给人们的工作、学习、生活带来更多的便利而共同努力。

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