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嵌入式系统----后PC时代的擎天之柱

 

摘要: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。(以下我所说的嵌入式系统特指采用32位,64位微处理器的系统)
  
  嵌入式系统可以称为后PC时代和后网络时代的新秀。与传统的通用计算机,数字产品相比,利用嵌入式技术的产品有其自己的特点:
  
  1.由于嵌入式系统采用的是微处理器,实现相对单一的功能,采用独立的操作系统,所以往往不需要大量的外围器件。因而在体积上,功耗上有其自身的优势。相比之下,一个使用WindowsCE的PDA,仅靠机内电源就可以使用几天,而任何一台笔记本仅仅能够支持3小时左右。
  
  2.嵌入式系统是将计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合后的产物,是一门综合技术学科。由于空间和各种资源相对不足,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中对处理器的选择更具有竞争力。
  
  3.嵌入式系统是一个软硬件高度结合的产物。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。片上系统,板上系统的实现,使得以pda等为代表的这类产品拥有更加熟悉的操作界面和操作方式,比着传统的商务通等功能更加完善,实用。
  
  4.为适应嵌入式分布处理结构和应用上网需求,面向21世纪的嵌入式系统要求配备标准的一种或多种网络通信接口。针对外部联网要求,嵌入设备必需配有通信接口,相应需要TCP/IP协议簇软件支持;由于家用电器相互关联(如防盗报警、灯光能源控制、影视设备和信息终端交换信息)及实验现场仪器的协调工作等要求,新一代嵌入式设备还需具备IEEE1394、USB、CAN、Bluetooth或IrDA通信接口,同时也需要提供相应的通信组网协议软件和物理层驱动软件。为了支持应用软件的特定编程模式,如Web或无线Web编程模式,还需要相应的浏览器,如HTML、WML等。
  
  5.因为嵌入式系统往往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。
  

  虽然嵌入式系统这一名词在最近几年才成为流行。但早在80年代,国际上就有一些IT组织、公司,开始进行商用嵌入式系统和专用操作系统的研发。从硬件方面讲,32,64位微处理器是目前嵌入式系统的核心,它们的使用同样也是未来发展的一大趋势。为了抢占这个无限广阔的市场,各大硬件厂商竞相推出产品,包括Intel,Motorola,Philip,AMD等等均不甘示弱,几乎每个月都有新产品出现。进入十一月以来,Microchip推出具有数字信号处理能力的微控制器(DSC),Atmel也推出针对消费市场的可编程系统芯片(PsoC)。市场之争日益激烈,同时也给嵌入式技术的发展带来了无限活力。


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