嵌入式系統(tǒng)是當(dāng)今非常熱門(mén)的研究領(lǐng)域。在PC市場(chǎng)已趨于穩(wěn)定的今天，嵌入式系統(tǒng)市場(chǎng)的發(fā)展速度卻正在加快。由于嵌入式系統(tǒng)所依托的軟硬件技術(shù)得到了快速發(fā)展，因此這幾年嵌入式系統(tǒng)自身獲得了快速發(fā)展。根據(jù)美國(guó)嵌入式系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)雜志RTC報(bào)道，在21世紀(jì)初的10年中，全球嵌入式系統(tǒng)市場(chǎng)需求量具有比PC市場(chǎng)大10倍到100倍的商機(jī)。有機(jī)構(gòu)估計(jì)，全世界嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品潛在的市場(chǎng)將超過(guò)1萬(wàn)億美元。隨著技術(shù)的發(fā)展，業(yè)內(nèi)對(duì)嵌入式系統(tǒng)的定義也越來(lái)越清晰。它是微處理器、大規(guī)模集成電路、軟件技術(shù)和各種具體的行業(yè)應(yīng)用技術(shù)相結(jié)合的結(jié)果，其．中各種軟件技術(shù)占了嵌入式系統(tǒng)80%的工作量。可以說(shuō)，嵌入式系統(tǒng)是不可壟斷、需要不斷創(chuàng)新的技術(shù)。

    嵌入式系統(tǒng)最初應(yīng)用主要以單片機(jī)系統(tǒng)為核心，其應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。但單片機(jī)系統(tǒng)功能簡(jiǎn)單，速度較慢，難以適應(yīng)現(xiàn)代技術(shù)的快速發(fā)展。特別是隨著工業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生和國(guó)防等部門(mén)對(duì)智能控制需求的增長(zhǎng)，對(duì)嵌入式微處理器的運(yùn)算速度、可擴(kuò)充能力、系統(tǒng)可靠性、功耗和集成度方面提出了更高的要求。為適應(yīng)各方面的需求，嵌入式微處理器體系結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了一個(gè)從CISC到RISC，從4位、8位、16位、32位到64位，尋址空間從64K到16MB甚至更大，處理速度從0.1 MIPS到200OMIPS，常用封裝從8腳到144引腳的過(guò)程。微處理器的功耗也有了明顯降低，其集成度進(jìn)一步提高，涌現(xiàn)了大量的SOC（System OnChip）系統(tǒng)。在嵌入式系統(tǒng)中，嵌入式處理器是核心，嵌入式處理器有硬核和軟核之分。常用的嵌入式處理器硬核有ARM、MIPS、PowerPC、Intel x86和Motorola 68000．等：Altera公司開(kāi)發(fā)的16/32位嵌入式處理器軟核NIOS以及NIOSII, Xilinx公司推出的32位，哈佛結(jié)構(gòu)的RISC處理器軟核MicroBlaze等。

    1 嵌入式系統(tǒng)的基本概念

    對(duì)嵌入式系統(tǒng)通常可從如下幾方面來(lái)理解：

    （1）狹義而言，人們一般將埋藏在宿主設(shè)備中的專(zhuān)用的、使用者看不見(jiàn)的微處理器系統(tǒng)稱(chēng)為嵌入式系統(tǒng)。常見(jiàn)的單片機(jī)系統(tǒng)就是一種典型的初級(jí)的嵌入式系統(tǒng)。

    （2）廣義而言，計(jì)算機(jī)可以作為某種技術(shù)過(guò)程的核心處理環(huán)節(jié)，直接與真實(shí)世界自然地接口與互動(dòng)，按照環(huán)境事件的節(jié)拍主動(dòng)、協(xié)調(diào)地做出響應(yīng)，也就是“嵌入”到了一個(gè)技術(shù)過(guò)程中。成為一種嵌入式計(jì)算機(jī)。實(shí)現(xiàn)這種技術(shù)過(guò)程的系統(tǒng)就可著成嵌入式系統(tǒng)。在大系統(tǒng)中，嵌入式計(jì)算機(jī)不一定是可見(jiàn)的。

    （3）嵌入式系統(tǒng)面向用戶(hù)、面向產(chǎn)品和面向應(yīng)用，必須與具體應(yīng)用相結(jié)合才會(huì)具有生命力，才更有優(yōu)勢(shì)。與應(yīng)用緊密結(jié)合，具有很強(qiáng)的專(zhuān)用性。

    （4）嵌入式系統(tǒng)將先進(jìn)的半導(dǎo)體技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和電子技術(shù)以及各個(gè)行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合，是技術(shù)密集、資金密集、高度分散和不斷創(chuàng)新的知識(shí)集成系統(tǒng)。   

    （5）嵌入式系統(tǒng)必須根據(jù)應(yīng)用需求對(duì)硬件和軟件進(jìn)行裁剪，以滿(mǎn)足應(yīng)用系統(tǒng)的功能、可靠性、成本、體積和功耗等要求。比較好的發(fā)展模式是：首先建立相對(duì)通用的硬件和軟件基礎(chǔ)，然后開(kāi)發(fā)出適應(yīng)各種需要的嵌入式系統(tǒng)。

    2 嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)和分類(lèi)

    作為專(zhuān)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)與通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)比較，具有以下特點(diǎn)：

    （l）及時(shí)響應(yīng)；（2）并發(fā)處理；（3）專(zhuān)用性強(qiáng)；（4）多樣性；（5）技術(shù)密集；（6）專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)工具支持；（7）實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)支持。

    嵌入式系統(tǒng)可以分為兩類(lèi)，最早的是“板”上系統(tǒng)，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展為“片’上系統(tǒng)。其中，“板”上系統(tǒng)指的是采用通用微處理器如單片機(jī)，或嵌入式微處理器如ASIC、DSP和FPGA等可配置操作系統(tǒng)的半導(dǎo)體產(chǎn)品在 PCB（印制電路板）上“拼裝”成的系統(tǒng)，而“片”上系統(tǒng)指的是采用單片機(jī)或嵌入式微處理器的IP在集成電路內(nèi)“拼裝”成的系統(tǒng)。目前，這兩種“拼裝”的嵌入式產(chǎn)品已經(jīng)在航空航天、交通、電子、通信、工控、金融、家電等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。

    3 嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的高低端

    由于嵌入式系統(tǒng)有過(guò)很長(zhǎng)一段單片機(jī)的獨(dú)立發(fā)展道路，大多是基于8位單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)最底層的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，帶有明顯的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)模式特點(diǎn)。且大多數(shù)從事單片機(jī)應(yīng)用開(kāi)發(fā)人員，都是基于對(duì)象系統(tǒng)領(lǐng)域中的電子系統(tǒng)工程師，加之單片機(jī)的出現(xiàn)，立即脫離了計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域，以“智能化”器件身份進(jìn)入電子系統(tǒng)領(lǐng)域，沒(méi)有帶入“嵌入式系統(tǒng)”概念。因此，不少?gòu)氖聠纹瑱C(jī)應(yīng)用的人，不了解單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)的關(guān)系，在談到“嵌入式系統(tǒng)”領(lǐng)域時(shí)，往往將其理解成計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的，基于32位嵌入式處理器，從事網(wǎng)絡(luò)、通信、多媒體等的應(yīng)用。這樣，“單片機(jī)”與“嵌入式系統(tǒng)”形成了嵌入式系統(tǒng)中常見(jiàn)的兩個(gè)獨(dú)立的名詞。但由于“單片機(jī)”是典型的、獨(dú)立發(fā)展起來(lái)的嵌入式系統(tǒng)，從學(xué)科建設(shè)的角度出發(fā)，應(yīng)該把它統(tǒng)一到“嵌入式系統(tǒng)”中。考慮到原來(lái)單片機(jī)的電子系統(tǒng)底層應(yīng)用特點(diǎn)，可以把嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用分成高端與低端，把原來(lái)的單片機(jī)應(yīng)用理解成嵌入式系統(tǒng)的低端應(yīng)用，含義為它的底層性以及與對(duì)象系統(tǒng)的緊耦合性。

    4 嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)

    嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)需要開(kāi)發(fā)工具和環(huán)境，通用計(jì)算機(jī)具有完善的人機(jī)接口界面，在上面增加一些開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序和環(huán)境即可進(jìn)行對(duì)自身的開(kāi)發(fā)。由于嵌入式系統(tǒng)本身不具備自開(kāi)發(fā)能力，必須有一套開(kāi)發(fā)工具和環(huán)境才能進(jìn)行開(kāi)發(fā)，這些工具和環(huán)境是基于通用計(jì)算機(jī)上的軟硬件設(shè)備以及各種邏輯分析儀、混合信號(hào)示波器等。

    嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用程序可以沒(méi)有操作系統(tǒng)的支持直接在芯片上運(yùn)行；但是為了合理地調(diào)度多任務(wù)、利用系統(tǒng)資源、系統(tǒng)函數(shù)以及和專(zhuān)家?guī)旌瘮?shù)接口，用戶(hù)必須自行選配RTOS開(kāi)發(fā)平臺(tái)，這樣才能保證程序執(zhí)行的實(shí)時(shí)性、可靠性，并減少開(kāi)發(fā)時(shí)間，保障軟件質(zhì)量。

    5 嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用

    目前，嵌入式系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于辦公自動(dòng)化、信息家電、移動(dòng)通訊、手持信息設(shè)備、工業(yè)控制以及軍事等領(lǐng)域。且大多數(shù)實(shí)時(shí)系統(tǒng)都是嵌入式應(yīng)用，在這種系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)是一種智能部件，內(nèi)裝于專(zhuān)用設(shè)備／系統(tǒng)的高速計(jì)算機(jī)。一般是不能被用戶(hù)編程，也不需要用戶(hù)知道裝置內(nèi)有計(jì)算機(jī)存在。典型的應(yīng)用包括：

    （1）過(guò)程控制：對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的各種動(dòng)作流程進(jìn)行控制。這種控制是在被控對(duì)象和環(huán)境進(jìn)行不斷檢測(cè)的基礎(chǔ)之上做出及時(shí)的、恰當(dāng)?shù)姆磻?yīng)。在控制過(guò)程中，計(jì)算機(jī)扮演著中心的角色。它通過(guò)傳感器從外部接受有關(guān)過(guò)程的信息，對(duì)這些信息進(jìn)行加工處理，然后對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出控制指令。

    （2）網(wǎng)絡(luò)通信：、程控交換機(jī)、路由器、BB機(jī)、手機(jī)、交接器、集線(xiàn)器和 Modem等是網(wǎng)絡(luò)通信的必要設(shè)備。

    （3）智能儀器：如示波器、醫(yī)療儀器等。

    （4）消費(fèi)電子：掌上電腦、數(shù)字電視、游戲機(jī)、洗衣機(jī)和微波爐等屬于家庭和辦公所用消費(fèi)電子產(chǎn)口口。

    （5）計(jì)算機(jī)外設(shè)：包括打印機(jī)、掃描儀、終端和磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器等。

    （6）軍事電子：如雷達(dá)、電子對(duì)抗、坦克、戰(zhàn)機(jī)和戰(zhàn)艦等。

    6 嵌入式系統(tǒng)發(fā)展前景

    嵌入式系統(tǒng)已深入到人們生活的各個(gè)領(lǐng)域，它的應(yīng)用幾乎無(wú)處不在。嵌入式系統(tǒng)工業(yè)是專(zhuān)用計(jì)算機(jī)工業(yè)，其目的就是要把一切變得更簡(jiǎn)單、更方便、更普遍、更適用。對(duì)于通用計(jì)算機(jī)而言，其發(fā)展為功能電腦，普遍進(jìn)入社會(huì)，而嵌入式計(jì)算機(jī)發(fā)展的目標(biāo)是專(zhuān)用電腦，實(shí)現(xiàn)“普遍化計(jì)算”，因此可以稱(chēng)嵌入式智能芯片是構(gòu)成未來(lái)世界的“數(shù)字基因”。正如我國(guó)資深嵌入式系統(tǒng)專(zhuān)家—沈緒榜院士的預(yù)言，“未來(lái)十年將會(huì)產(chǎn)生針頭大小、具有超過(guò)一億次運(yùn)算能力的嵌入式智能芯片”，將為我們提供無(wú)限的創(chuàng)造空間。總之“嵌入式微控制器或者說(shuō)單片機(jī)好像是一個(gè)黑洞，會(huì)把當(dāng)今很多技術(shù)和成果吸引進(jìn)來(lái)。中國(guó)應(yīng)當(dāng)注意發(fā)展智力密集型產(chǎn)業(yè)”。

   7 結(jié)束語(yǔ)

    發(fā)展嵌入式系統(tǒng)技術(shù)和應(yīng)用是貫徹我國(guó)“信息化帶動(dòng)工業(yè)化，工業(yè)化促進(jìn)信息化”方針，促進(jìn)我國(guó)產(chǎn)品向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化升級(jí)換代的關(guān)鍵技術(shù)，并將加速我國(guó)傳統(tǒng)工業(yè)改造，增強(qiáng)綜合工業(yè)實(shí)力和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的推廣應(yīng)用，將會(huì)提高各行業(yè)的信息化水平和產(chǎn)品的高附加值，必將有利于國(guó)家財(cái)政收入的快速增長(zhǎng)。