嵌入式系統基礎之：嵌入式系統概述

4.1嵌入式系統概述

4.1.1嵌入式系統簡介

尼葛洛龐帝2001年訪華時的預言“4～5年后，嵌入式智能電腦將是繼PC和Internet后的最偉大發明！”。如今，嵌入式系統已成為當今最為熱門的領域之一，它迅猛的發展勢頭引起了社會各界人士的關注。如家用電器、手持通信設備、信息終端、儀器儀表、汽車、航天航空、軍事裝備、制造工業、過程控制等。今天，嵌入式系統帶來的工業年產值已超過1萬億美元。用市場觀點來看，PC已經從高速增長期進入到平穩發展期，其年增長率由20世紀90年代中期的35%逐年下降，使單純由PC機帶領電子產業蒸蒸日上的時代成為歷史。根據PC時代的概念，美國BusinessWeek雜志提出了“后PC時代”概念，即計算機、通信和消費產品的技術將結合起來，以3C產品的形式通過Internet進入家庭。這必將培育出一個龐大的嵌入式應用市場。那么究竟什么是嵌入式系統呢？

按照電器工程協會的定義，嵌入式系統是用來控制或者監視機器、裝置、工廠等各種規模系統的設備。這個定義主要是從嵌入式系統的用途方面來進行定義的。

那么，下面再來看一個在多數書籍資料中的關于嵌入式系統的定義：嵌入式系統是指以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟件硬件可剪裁，適應應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統。筆者認為，將一套計算機控制系統嵌入到已具有某種完整的特定功能的（或者將會具備完整功能的）系統內（例如：各種機械設備），以實現對原有系統的計算機控制，此時將這個新系統叫做嵌入式系統。它通常由特定功能模塊和計算機控制模塊組成，主要由嵌入式微處理器、外圍硬件設備、嵌入式操作系統以及用戶應用軟件等部分組成。它具有“嵌入性”、“專用性”與“計算機系統”的3個基本要素。

從這個定義可以看出，人們平常所廣泛使用的手機、PDA、MP3、機頂盒都屬于嵌入式系統設備；而車載GPS系統、機器人也是屬于嵌入式系統。圖4.1展出了人們日常生活中形形色色的嵌入式產品。的確，嵌入式系統已經進入了人們生活的方方面面。

圖4.1生活中的嵌入式設備

4.1.2嵌入式系統發展歷史

嵌入式系統經過30年的發展歷程，主要經歷了4個階段。

第1階段是以單芯片為核心的可編程控制器形式的系統。這類系統大部分應用于一些專業性強的工業控制系統中，一般沒有操作系統的支持，通過匯編語言編程對系統進行直接控制。這一階段系統的主要特點是：系統結構和功能相對單一，處理效率較低，存儲容量較小，幾乎沒有用戶接口。由于這種嵌入式系統使用簡單、價格低，因此以前在國內工業領域應用較為普遍，但是現在已經遠不能適應高效的、需要大容量存儲的現代工業控制和新興信息家電等領域的需求。

第2階段是以嵌入式CPU為基礎、以簡單操作系統為核心的嵌入式系統。其主要特點是：CPU種類繁多，通用性比較弱；系統開銷小，效率高；操作系統達到一定的兼容性和擴展性；應用軟件較為專業化，用戶界面不夠友好。

第3階段是以嵌入式操作系統為標志的嵌入式系統。其主要特點是：嵌入式操作系統能運行于各種不同類型的微處理器上，兼容性好；操作系統內核小、效率高，并且具有高度的模塊化和擴展性；具備文件和目錄管理、支持多任務、支持網絡應用、具備圖形窗口和用戶界面；具有大量的應用程序接口API，開發應用程序較簡單；嵌入式應用軟件豐富。

第4階段是以Internet、多核技術為標志的嵌入式系統。這是一個正在迅速發展的階段。目前不少嵌入式系統提供Internet服務，而且多種多核嵌入式處理器以及支持多核的軟件產品陸續進入嵌入式市場。隨著新技術、新工藝的發展以及它們與信息家電、工業控制技術結合日益緊密，嵌入式設備的全能化將代表嵌入式系統的未來。