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嵌入式系统被定义为:
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、功耗严格要求的专用计算机系统。
嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术和各个行业的具体应用相结合后的产物,这一点就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。
目前嵌入式系统除了部分为32位处理器外,大量存在的是8位和16位的嵌入式微控制器（MCU）,嵌入式系统是计算机应用的另一种形态,正如前所述它与通用计算机应用不同:
嵌入式计算机是以嵌入式系统的形式隐藏在各种装置、产品和系统之中的一种软硬件高度专业化的特定计算机系统。
目前根据其发展现状,嵌入式计算机可以分成下面几类:
（1）嵌入式微处理器（EmbeddedMicroprocessorUnit,EMPU）
嵌入式微处理器的基础是通用计算机中的CPU。
在应用中,将微处理器装配在专门设计的电路板上,只保留和嵌入式应用有关的母板功能,这样可以大幅度减小系统体积和功耗。
为了满足嵌入式应用的特殊要求,嵌入式微处理器虽然在功能上和标准微处理器基本是一样的,但在工作温度、抗电磁干扰、可靠性等方面一般都做了各种增强。
（2）嵌入式微控制器（MicrocontrollerUnit,MCU）
嵌入式微控制器又称单片机。
嵌入式微控制器一般以某一种微处理器内核为核心,芯片内部集成ROMPEPROM、RAM、总线、总线逻辑、定时P计数器、WatchDog、IPO、串行口、脉宽调制输出、APD、DPA、FlashRAM、E2PROM等各种必要功能和外设。
为适应不同的应用需求,一般一个系列的单片机具有多种衍生产品,每种衍生产品的处理器内核都是一样的,不同的是存储器和外设的配置及封装。
这样可以使单片机最大限度地和应用需求相匹配,功能不多不少,从而减少功耗和成本。
和嵌入式微处理器相比,微控制器的最大特点是单片化,体积大大减小,从而使功耗和成本下降、可靠性提高。
（3）嵌入式DSP处理器（EmbeddedDigitalSignalProcessor,EDSP）
DSP处理器对系统结构和指令进行了特殊设计,使其适合于执行DSP算法,编译效率较高,指令执行速度也较高。
在数字滤波、FFT、谱分析等方面DSP算法正在大量进入嵌入式领域,DSP应用正从在通用单片机中以普通指令实现DSP功能,过渡到采用嵌入式DSP处理器。
（4）嵌入式片上系统（SystemOnChip）
随着EDI的推广和VLSI设计的普及化,及半导体工艺的迅速发展,在一个硅片上实现一个更为复杂的系统的时代已来临,这就是SystemOnChip（SOC）。
各种通用处理器内核将作为SOC设计公司的标准库,和许多其它嵌入式系统外设一样,成为VLSI设计中一种标准的器件,用标准的VHDL等语言描述,存储在器件库中。
用户只需定义出其整个应用系统,仿真通过后就可以将设计图交给半导体工厂制作样品。
这样除个别无法集成的器件以外,整个嵌入式系统大部分均可集成到一块或几块芯片中去,应用系统电路板将变得很简洁,对于减小体积和功耗、提高可靠性非常有利。
2嵌入式系统工业的特点
（1）嵌入式系统工业是不可垄断的高度分散的工业
从某种意义上来说,通用计算机行业的技术是垄断的。
占整个计算机行业90%的PC产业,80%采用Intel的8x86体系结构,芯片基本上出自Intel,AMD,Cyrix等几家公司。
在几乎每台计算机必备的操作系统和文字处理器方面,Microsoft的Windows及Word占80-90%,凭借操作系统还可以搭配其它应用程序。
因此当代的通用计算机工业的基础被认为是由Wintel（Microsoft和Intel90年代初建立的联盟）垄断的工业。
嵌入式系统则不同,它是一个分散的工业,充满了竞争、机遇与创新,没有哪一个系列的处理器和操作系统能够垄断全部市场。
即便在体系结构上存在着主流,但各不相同的应用领域决定了不可能有少数公司、少数产品垄断全部市场。
因此嵌入式系统领域的产品和技术,必然是高度分散的,留给各个行业的中小规模高技术公司的创新余地很大。
另外,社会上的各个应用领域是在不断向前发展的,要求其中的嵌入式处理器核心也同步发展,这也构成了推动嵌入式工业发展的强大动力。
器件是嵌入式系统产业的根本,嵌入式系统工业的基础就是以应用为中心的“芯片”设计技术和面向应用的软件产品开发技术。
（2）嵌入式系统具有的产品特征
嵌入式系统是面向用户、面向产品、面向应用的,如果独立于应用自行发展,则会失去市场。
嵌入式处理器的功耗、体积、成本、可靠性、速度、处理能力、电磁兼容性等方面均受到应用要求的制约,这些也是各个半导体厂商之间竞争的热点。
和通用计算机不同,嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计,量体裁衣、去除冗余,力争在同样的硅片面积上实现更高的性能,这样才能在具体应用对处理器的选择面前更具有竞争力。
嵌入式处理器要针对用户的具体需求,对芯片配置进行裁剪和添加才能达到理想的性能;
但同时还受用户订货量的制约。
因此不同的处理器面向的用户是不一样的,可能是一般用户,行业用户或单一用户。
嵌入式系统和具体应用有机地结合在一起,它的升级换代也是和具体产品同步进行,因此嵌入式系统产品一旦进入市场,具有较长的生命周期。
嵌入式系统中的软件,一般都固化在只读存储器中,而不是以磁盘为载体,可随意更换,所以嵌入式系统的应用软件生命周期也和嵌入式产品一样长。
另外,各个行业的应用系统和产品,和通用计算机软件不同,很少发生突然性跳跃,嵌入式系统中的软件也因此更强调可继承性和技术衔接性,发展比较稳定。
嵌入式处理器的发展也体现出稳定性,一个体系一般要存在8-10年的时间。
一个体系结构及其相关的片上外设、开发工具、库函数、嵌入式应用产品是一套复杂的知识系统,用户和半导体厂商都不会轻易地放弃一种处理器。
（3）嵌入式系统软件的特征
嵌入式处理器的应用软件是实现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和通用计算机有所不同。
①软件要求固态化存储
为了提高执行速度和系统可靠性,嵌入式系统中的软件一般都固化在存储器芯片或单片机本身中,而不是存贮于磁盘等载体中。
②软件代码高质量、高可靠性
尽管半导体技术的发展使处理器速度不断提高、片上存储器容量不断增加,但在大多数应用中,存储空间仍然是宝贵的,还存在实时性的要求。
为此要求程序编写和编译工具的质量要高,以减少程序二进制代码长度、提高执行速度。
③系统软件（OS）的高实时性是基本要求
多任务嵌入式系统中,对重要性各不相同的任务进行统筹兼顾的合理调度是保证每个任务及时执行的关键,单纯通过提高处理器速度是无法完成和没有效率的,这种任务调度只能由优化编写的系统软件来完成,因此系统软件的实时性是基本要求。
④多任务操作系统是知识集成的平台和走向工业标准化道路的基础
（4）嵌入式系统开发需要开发工具和环境
通用计算机具有完善的人机接口界面,在上面增加一些开发应用程序和环境即可进行对自身的开发。
而嵌入式系统本身不具备自举开发能力,即使设计完成以后用户通常也是不能对其中的程序功能进行修改的,必须有一套开发工具和环境才能进行开发,这些工具和环境是基于通用计算机上的软硬件设备以及各种逻辑分析仪、混合信号示波器等。
（5）嵌入式系统软件需要RTOS开发平台
通用计算机具有完善的操作系统和应用程序接口（API）,是计算机基本组成不可分离的一部分,应用程序的开发以及完成后的软件都在操作系统（OS）平台上面运行,但一般不是实时的。
嵌入式系统则不同,应用程序可以没有操作系统直接在芯片上运行;
但是为了合理地调度多任务、利用系统资源、系统函数以及和专家库函数接口,用户必须自行选配RTOS开发平台,这样才能保证程序执行的实时性、可靠性,并减少开发时间,保障软件质量。
（6）嵌入式系统开发人员以应用专家为主
通用计算机的开发人员一般是计算机科学或计算机工程方面的专业人士,而嵌入式系统则是要和各个不同行业的应用相结合的,要求更多的计算机以外的专业知识,其开发人员往往是各个应用领域的专家。
因此开发工具的易学、易用、可靠、高效是基本要求。
前景
3嵌入式系统的应用前景
嵌入式控制器的应用几乎无处不在:
移动电话、家用电器、汽车……无不有它的踪影。
嵌入控制器因其体积小、可靠性高、功能强、灵活方便等许多优点,其应用已深入到工业、农业、教育、国防、科研以及日常生活等各个领域,对各行各业的技术改造、产品更新换代、加速自动化化进程、提高生产率等方面起到了极其重要的推动作用。
嵌入式计算机在应用数量上远远超过了各种通用计算机,一台通用计算机的外部设备中就包含了5-10个嵌入式微处理器。
在制造工业、过程控制、网络、通讯、仪器、仪表、汽车、船舶、航空、航天、军事装备、消费类产品等方面均是嵌入式计算机的应用领域。
嵌入式系统工业是专用计算机工业,其目的就是要把一切变得更简单、更方便、更普遍、更适用;
通用计算机的发展变为功能电脑,普遍进入社会,嵌入式计算机发展的目标是专用电脑,实现“普遍化计算”,因此可以称嵌入式智能芯片是构成未来世界的“数字基因”。
正如我国资深嵌入式系统专家—沈绪榜院士的预言,“未来十年将会产生头大小、具有超过一亿次运算能力的嵌入式智能芯片”,将为我们提供无限的创造空间。
总之“嵌入式微控制器或者说单片机好象是一个黑洞,会把当今很多技术和成果吸引进来。
中国应当注意发展智力密集型产业”。
嵌入式系统的现状及发展前景
2010-11-1510:
05
转载自zdwzzu2006
最终编辑zdwzzu2006
当我们满怀憧憬与希望跨入二十一世纪大门的时候，计算机技术也开始进入一个被称为后PC技术的时代。
在现在日益信息化的社会中，计算机和网络已经全面渗透到日常生活的每一个角落。
对于我们每个人，需要的已经不再仅仅是那种放在桌上处理文档，进行工作管理和生产控制的计算机"
机器"
；
各种各样的新型嵌入式系统设备在应用数量上已经远远超过通用计算机，任何一个普通人可能拥有从大到小的各种使用嵌入式技术的电子产品，小到mp3，PDA等微型数字化产品，大到网络家电，智能家电，车载电子设备。
而在工业和服务领域中，使用嵌入式技术的数字机床，智能工具，工业机器人，服务机器人也将逐渐改变传统的工业和服务方式。
目前嵌入式系统技术已经成为了最热门的技术之一，吸引了大批的优秀人才投入其中。
但是对于何为嵌入式系统，什么样的技术又可以称之为嵌入式技术，仍在讨论之中，有关嵌入式系统定义的问题，已经在很多论坛社区引发了多次争论。
就这个问题我们可以分别从广义上和狭义上讲：
广而化之，可以认为凡是带有微处理器的专用软硬件系统都可以称为嵌入式系统。
作为系统核心的微处理器又包括三类：
微控制器（MCU）、数字信号处理器（DSP）、嵌入式微处理器（MPU）。
所以有人简单的说：
"
嵌入式系统是指操作系统和功能软件集成于计算机硬件系统之中。
还有人认为嵌入式系统就是"
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、功耗严格要求的专用计算机系统"
。
应该说后者从功能应用特征上比较好的给出了嵌入式系统的定义，嵌入式的概念的分析根本上应该从应用上加以切入。
从狭义上讲，我们更加强调那些使用嵌入式微处理器构成独立系统，具有自己的操作系统并且具有某些特定功能的系统，这里的微处理器专指32位以上的微处理器。
按照这种定义，典型的嵌入式系统有使用x86的小型嵌入式工控主板，在各种自动化设备，数字机械产品中有非常广阔的应用空间；
另外一大类是使用Intel，Motorola等专用芯片构成的小系统，它不仅仅在新兴的消费电子和通讯仪表等方面获得了巨大的发展应用空间，而且甚至有趋势取代传统的工控机。
现在大家更加清楚的看到：
嵌入式技术的春天已经来了。
所以也就难怪嵌入式系统成为当前最热门的技术之一。
1 嵌入式系统的含义及分类
嵌入式系统被定义为:
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、功耗严格要求的专用计算机
系统。
嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技
术和电子技术和各个行业的具体应用相结合后的产
物,这一点就决定了它必然是一个技术密集、资金密
集、高度分散、不断创新的知识集成系统。
目前嵌入式系统除了部分为32位处理器外,大
量存在的是8位和16位的嵌入式微控制器（MCU）,
嵌入式系统是计算机应用的另一种形态,正如前所
述它与通用计算机应用不同:
嵌入式计算机是以嵌
入式系统的形式隐藏在各种装置、产品和系统之中
的一种软硬件高度专业化的特定计算机系统。
目前
根据其发展现状,嵌入式计算机可以分成下面几类:
嵌入式微处理器的基础是通用计算机中的
CPU。
在应用中,将微处理器装配在专门设计的电
路板上,只保留和嵌入式应用有关的母板功能,这样
可以大幅度减小系统体积和功耗。
为了满足嵌入式
应用的特殊要求,嵌入式微处理器虽然在功能上和
标准微处理器基本是一样的,但在工作温度、抗电磁
干扰、可靠性等方面一般都做了各种增强。
嵌入式微控制器又称单片机。
嵌入式微控制器
一般以某一种微处理器内核为核心,芯片内部集成
ROMPEPROM、RAM、总线、总线逻辑、定时P计数器、
WatchDog、IPO、串行口、脉宽调制输出、APD、DPA、
FlashRAM、E2PROM等各种必要功能和外设。
为适
应不同的应用需求,一般一个系列的单片机具有多
种衍生产品,每种衍生产品的处理器内核都是一样
的,不同的是存储器和外设的配置及封装。
这样可
以使单片机最大限度地和应用需求相匹配,功能不
多不少,从而减少功耗和成本。
和嵌入式微处理器
相比,微控制器的最大特点是单片化,体积大大减
小,从而使功耗和成本下降、可靠性提高。
（3）嵌入式DSP处理器（EmbeddedDigitalSignal
Processor,EDSP）
DSP处理器对系统结构和指令进行了特殊设
计,使其适合于执行DSP算法,编译效率较高,指令
执行速度也较高。
在数字滤波、FFT、谱分析等方面
DSP算法正在大量进入嵌入式领域,DSP应用正从
在通用单片机中以普通指令实现DSP功能,过渡到
采用嵌入式DSP处理器。
随着EDI的推广和VLSI设计的普及化,及半导
体工艺的迅速发展,在一个硅片上实现一个更为复
杂的系统的时代已来临,这就是SystemOnChip
（SOC）。
各种通用处理器内核将作为SOC设计公司
的标准库,和许多其它嵌入式系统外设一样,成为
VLSI设计中一种标准的器件,用标准的VHDL等语
言描述,存储在器件库中。
用户只需定义出其整个
应用系统,仿真通过后就可以将设计图交给半导体
工厂制作样品。
这样除个别无法集成的器件以外,
整个嵌入式系统大部分均可集成到一块或几块芯片
中去,应用系统电路板将变得很简洁,对于减小体积
和功耗、提高可靠性非常有利。
2 嵌入式系统工业的特点
（1）嵌入式系统工业是不可垄断的高度分散的
工业
从某种意义上来说,通用计算机行业的技术是
垄断的。
占整个计算机行业90%的PC产业,80%
采用Intel的8x86体系结构,芯片基本上出自Intel,
AMD,Cyrix等几家公司。
在几乎每台计算机必备的
操作系统和文字处理器方面,Microsoft的Windows及
Word占80-90%,凭借操作系统还可以搭配其它应
用程序。
因此当代的通用计算机工业的基础被认为
是由Wintel（Microsoft和Intel90年代初建立的联盟）
垄断的工业。
嵌入式系统则不同,它是一个分散的工业,充满
了竞争、机遇与创新,没有哪一个系列的处理器和操
作系统能够垄断全部市场。
即便在体系结构上存在
着主流,但各不相同的应用领域决定了不可能有少
数公司、少数产品垄断全部市场。
因此嵌入式系统
领域的产品和技术,必然是高度分散的,留给各个行
业的中小规模高技术公司的创新余地很大。
另外,
社会上的各个应用领域是在不断向前发展的,要求
其中的嵌入式处理器核心也同步发展,这也构成了
推动嵌入式工业发展的强大动力。
器件是嵌入式系统产业的根本,嵌入式系统工
业的基础就是以应用为中心的“芯片”设计技术和面
向应用的软件产品开发技术。
嵌入式系统是面向用户、面向产品、面向应用
的,如果独立于应用自行发展,则会失去市场。
嵌入
式处理器的功耗、体积、成本、可靠性、速度、处理能
力、电磁兼容性等方面均受到应用要求的制约,这些
也是各个半导体厂商之间竞争的热点。
和通用计算机不同,嵌入式系统的硬件和软件
都必须高效率地设计,量体裁衣、去除冗余,力争在
同样的硅片面积上实现更高的性能,这样才能在具
体应用对处理器的选择面前更具有竞争力。
嵌入式
处理器要针对用户的具体需求,对芯片配置进行裁
剪和添加才能达到理想的性能;
但同时还受用户订
货量的制约。
因此不同的处理器面向的用户是不一
样的,可能是一般用户,行业用户或单一用户。
嵌入式系统和具体应用有机地结合在一起,它
的升级换代也是和具体产品同步进行,因此嵌入式
系统产品一旦进入市场,具有较长的生命周期。
嵌
入式系统中的软件,一般都固化在只读存储器中,而
不是以磁盘为载体,可随意更换,所以嵌入式系统的
应用软件生命周期也和嵌入式产品一样长。
各个行业的应用系统和产品,和通用计算机软件不
同,很少发生突然性跳跃,嵌入式系统中的软件也因
此更强调可继承性和技术衔接性,发展比较稳定。
嵌入式处理器的发展也体现出稳定性,一个体
系一般要存在8-10年的时间。
一个体系结构及其
相关的片上外设、开发工具、库函数、嵌入式应用产
品是一套复杂的知识系统,用户和半导体厂商都不
会轻易地放弃一种处理器。
嵌入式处理器的应用软件是实现嵌入式系统功
能的关键,对嵌入式处理器系统软件和应用软件的
要求也和通用计算机有所不同。
①软件要求固态化存储
为了提高执行速度和系统可靠性,嵌入式系统
中的软件一般都固化在存储器芯片或单片机本身
中,而不是存贮于磁盘等载体中。
②软件代码高质量、高可靠性
尽管半导体技术的发展使处理器速度不断提
高、片上存储器容量不断增加,但在大多数应用中,
存储空间仍然是宝贵的,还存在实时性的要求。
为
此要求程序编写和编译工具的质量要高,以减少程
序二进制代码长度、提高执行速度。
③系统软件（OS）的高实时性是基本要求
多任务嵌入式系统中,对重要性各不相同的任
务进行统筹兼顾的合理调度是保证每个任务及时执
行的关键,单纯通过提高处理器速度是无法完成和
没有效率的,这种任务调度只能由优化编写的系统
软件来完成,因此系统软件的实时性是基本要求。
④多任务操作系统是知识集成的平台和走向工
业标准化道路的基础
通用计算机具有完善的人机接口界面,在上面
增加一些开发应用程序和环境即可进行对自身的开
发。
而嵌入式系统本身不具备自举开发能力,即使
设计完成以后用户通常也是不能对其中的程序功能
进行修改的,必须有一套开发工具和环境才能进行
开发,这些工具和环境是基于通用计算机上的软硬
件设备以及各种逻辑分析仪、混合信号示波器等。
通用计算机具有完善的操作系统和应用程序接
口（API）,是计算机基本组成不可分离的一部分,应
用程序的开发以及完成后的软件都在操作系统
（OS）平台上面运行,但一般不是实时的。
嵌入式系
统则不同,应用程序可以没有操作系统直接在芯片
上运行;
但是为了合理地调度多任务、利用系统资
源、系统函数以及和专家库函数接口,用户必须自行
选配RTOS开发平台,这样才能保证程序执
升级会员 