嵌入式系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展前景

嵌入式現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì)嵌入式就是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴(yán)格要求的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)?？梢赃@樣認(rèn)為，嵌入式系統(tǒng)是一種專(zhuān)用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，作為裝置或設(shè)備的一部分。通常，嵌入式系統(tǒng)是一個(gè)控制程序存儲(chǔ)在ROM中的嵌入式處理器控制板。事實(shí)上，所有帶有數(shù)字接口的設(shè)備，如手表、微波爐、錄像機(jī)、汽車(chē)等，都使用嵌入式系統(tǒng)，有些嵌入式系統(tǒng)還包含操作系統(tǒng)，但大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)都是是由單個(gè)程序?qū)崿F(xiàn)整個(gè)控制邏輯。 一個(gè)嵌入式系統(tǒng)裝置一般都由嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和執(zhí)行裝置組成，嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是整個(gè)嵌入式系統(tǒng)的核心，由硬件層、中間層、系統(tǒng)軟件層和應(yīng)用軟件層組成。嵌入式系統(tǒng)是將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和電子技術(shù)和各個(gè)行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合后的產(chǎn)物,這一點(diǎn)就決定了它必然是一個(gè)技術(shù)密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識(shí)集成系統(tǒng)。一、嵌入式發(fā)展的現(xiàn)狀：目前嵌入式系統(tǒng)除了部分為32位處理器外,大量存在的是8位和16位的嵌入式微控制器(MCU),嵌入式系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)應(yīng)用的另一種形態(tài),正如前所述它與通用計(jì)算機(jī)應(yīng)用不同:嵌入式計(jì)算機(jī)是以嵌入式系統(tǒng)的形式隱藏在各種裝置、產(chǎn)品和系統(tǒng)之中的一種軟硬件高度專(zhuān)業(yè)化的特定計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。目前根據(jù)其發(fā)展現(xiàn)狀,嵌入式計(jì)算機(jī)可以分成下面幾類(lèi):(1)嵌入式微處理器(EmbeddedMicroprocessorUnit,EMPU)嵌入式微處理器的基礎(chǔ)是通用計(jì)算機(jī)中的CPU。在應(yīng)用中,將微處理器裝配在專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的電路板上,只保留和嵌入式應(yīng)用有關(guān)的母板功能,這樣可以大幅度減小系統(tǒng)體積和功耗。為了滿(mǎn)足嵌入式應(yīng)用的特殊要求,嵌入式微處理器雖然在功能上和標(biāo)準(zhǔn)微處理器基本是一樣的,但在工作溫度、抗電磁干擾、可靠性等方面一般都做了各種增強(qiáng)。(2)嵌入式微控制器(MicrocontrollerUnit,MCU)嵌入式微控制器又稱(chēng)單片機(jī)。嵌入式微控制器一般以某一種微處理器內(nèi)核為核心,芯片內(nèi)部集成ROMPEPROM、RAM、總線(xiàn)、總線(xiàn)邏輯、定時(shí)P計(jì)數(shù)器、WatchDog、IPO、串行口、脈寬調(diào)制輸出、APD、DPA、FlashRAM、E2PROM等各種必要功能和外設(shè)。為適應(yīng)不同的應(yīng)用需求,一般一個(gè)系列的單片機(jī)具有多種衍生產(chǎn)品,每種衍生產(chǎn)品的處理器內(nèi)核都是一樣的,不同的是存儲(chǔ)器和外設(shè)的配置及封裝。這樣可以使單片機(jī)最大限度地和應(yīng)用需求相匹配,功能不多不少,從而減少功耗和成本。和嵌入式微處理器相比,微控制器的最大特點(diǎn)是單片化,體積大大減小,從而使功耗和成本下降、可靠性提高。(3)嵌入式DSP處理器(EmbeddedDigitalSignalProcessor,EDSP)DSP處理器對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì),使其適合于執(zhí)行DSP算法,編譯效率較高,指令執(zhí)行速度也較高。在數(shù)字濾波、FFT、譜分析等方面DSP算法正在大量進(jìn)入嵌入式領(lǐng)域,DSP應(yīng)用正從在通用單片機(jī)中以普通指令實(shí)現(xiàn)DSP功能,過(guò)渡到采用嵌入式DSP處理器。(4)嵌入式片上系統(tǒng)(SystemOnChip)隨著EDI的推廣和VLSI設(shè)計(jì)的普及化,及半導(dǎo)體工藝的迅速發(fā)展,在一個(gè)硅片上實(shí)現(xiàn)一個(gè)更為復(fù)雜的系統(tǒng)的時(shí)代已來(lái)臨,這就是SystemOnChip(SOC)。各種通用處理器內(nèi)核將作為SOC設(shè)計(jì)公司的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù),和許多其它嵌入式系統(tǒng)外設(shè)一樣,成為VLSI設(shè)計(jì)中一種標(biāo)準(zhǔn)的器件,用標(biāo)準(zhǔn)的VHDL等語(yǔ)言描述,存儲(chǔ)在器件庫(kù)中。用戶(hù)只需定義出其整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng),仿真通過(guò)后就可以將設(shè)計(jì)圖交給半導(dǎo)體工廠(chǎng)制作樣品。這樣除個(gè)別無(wú)法集成的器件以外,整個(gè)嵌入式系統(tǒng)大部分均可集成到一塊或幾塊芯片中去,應(yīng)用系統(tǒng)電路板將變得很簡(jiǎn)潔,對(duì)于減小體積和功耗、提高可靠性非常有利。二、嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)信息時(shí)代，數(shù)字時(shí)代使得嵌入式產(chǎn)品獲得了巨大的發(fā)展契機(jī)，為嵌入式市場(chǎng)展現(xiàn)了美好的前景，同時(shí)也對(duì)嵌入式生產(chǎn)廠(chǎng)商提出了新的挑戰(zhàn)，從中我們可以看出未來(lái)嵌入式系統(tǒng)的幾大發(fā)展趨勢(shì)：

1．嵌入式開(kāi)發(fā)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，因此要求嵌入式系統(tǒng)廠(chǎng)商不僅要提供嵌入式軟硬件系統(tǒng)本身，同時(shí)還需要提供強(qiáng)大的硬件開(kāi)發(fā)工具和軟件包支持。

目前很多廠(chǎng)商已經(jīng)充分考慮到這一點(diǎn)，在主推系統(tǒng)的同時(shí)，將開(kāi)發(fā)環(huán)境也作為重點(diǎn)推廣。比如三星在推廣Arm7，Arm9芯片的同時(shí)還提供開(kāi)發(fā)板和版及支持包（BSP），而WindowCE在主推系統(tǒng)時(shí)也提供EmbeddedVC＋＋作為開(kāi)發(fā)工具，還有Vxworks的Tonado開(kāi)發(fā)環(huán)境，DeltaOS的Limda編譯環(huán)境等等都是這一趨勢(shì)的典型體現(xiàn)。當(dāng)然，這也是市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果。

2．網(wǎng)絡(luò)化、信息化的要求隨著因特網(wǎng)技術(shù)的成熟、帶寬的提高日益提高，使得以往單一功能的設(shè)備如電話(huà)、手機(jī)、冰箱、微波爐等功能不再單一，結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。

這就要求芯片設(shè)計(jì)廠(chǎng)商在芯片上集成更多的功能，為了滿(mǎn)足應(yīng)用功能的升級(jí)，設(shè)計(jì)師們一方面采用更強(qiáng)大的嵌入式處理器如32位、64位RISC芯片或信號(hào)處理器DSP增強(qiáng)處理能力，同時(shí)增加功能接口，如USB，擴(kuò)展總線(xiàn)類(lèi)型，如CANBUS，加強(qiáng)對(duì)多媒體、圖形等的處理，逐步實(shí)施片上系統(tǒng)（SOC）的概念。軟件方面采用實(shí)時(shí)多任務(wù)編程技術(shù)和交叉開(kāi)發(fā)工具技術(shù)來(lái)控制功能復(fù)雜性，簡(jiǎn)化應(yīng)用程序設(shè)計(jì)、保障軟件質(zhì)量和縮短開(kāi)發(fā)周期。如HP

3．網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)成為必然趨勢(shì)。

未來(lái)的嵌入式設(shè)備為了適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的要求，必然要求硬件上提供各種網(wǎng)絡(luò)通信接口。傳統(tǒng)的單片機(jī)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)支持不足，而新一代的嵌入式處理器已經(jīng)開(kāi)始內(nèi)嵌網(wǎng)絡(luò)接口，除了支持TCP／IP協(xié)議，還有的支持IEEE1394、USB、CAN、Bluetooth或IrDA通信接口中的一種或者幾種，同時(shí)也需要提供相應(yīng)的通信組網(wǎng)協(xié)議軟件和物理層驅(qū)動(dòng)軟件。軟件方面系統(tǒng)系統(tǒng)內(nèi)核支持網(wǎng)絡(luò)模塊，甚至可以在設(shè)備上嵌入Web瀏覽器，真正實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地用各種設(shè)備上網(wǎng)。

4．精簡(jiǎn)系統(tǒng)內(nèi)核、算法，降低功耗和軟硬件成本。

未來(lái)的嵌入式產(chǎn)品是軟硬件緊密結(jié)合的設(shè)備，為了減低功耗和成本，需要設(shè)計(jì)者盡量精簡(jiǎn)系統(tǒng)內(nèi)核，只保留和系統(tǒng)功能緊密相關(guān)的軟硬件，利用最低的資源實(shí)現(xiàn)最適當(dāng)?shù)墓δ?，這就要求設(shè)計(jì)者選用最佳的編程模型和不斷改進(jìn)算法，優(yōu)化編譯器性能。因此，既要軟件人員有豐富的硬件知識(shí)，又需要發(fā)展先進(jìn)嵌入式軟件技術(shù)，如Java、Web和WAP等。

5．提供友好的多媒體人機(jī)界面

嵌入式設(shè)備能與用戶(hù)親密接觸，最重要的因素就是它能提供非常友好的用戶(hù)界面。圖像界面，靈活的控制方式，使得人們感覺(jué)嵌入式設(shè)備