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嵌入式系統(tǒng)（ES）是計算機技術(shù),、通信技術(shù)、半導體技術(shù),、微電子技術(shù),、語音圖象數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，甚至傳感器等先進技術(shù)和具體應(yīng)用對象相結(jié)合后的更新?lián)Q代產(chǎn)品,。因此往往是技術(shù)密集,、投資強度大、高度分散,、不斷創(chuàng)新的知識密集型系統(tǒng),。反映當代最新技術(shù)的先進水平。 嵌入式系統(tǒng)不僅和一般的PC 機上的應(yīng)用系統(tǒng)不同，就是針對不同的具體應(yīng)用而設(shè)計的嵌入式系統(tǒng)之間差別也很大,。嵌入式系統(tǒng)一般功能單一,、簡單，且在兼容性方面要求不高,，但是在大小,，成本方面限制較多。 嵌入式計算機基本上不能算是嵌入式系統(tǒng),。它仍然是計算機一類,，不過是工作條件有所不同而已，因為它還保留了計算機的基本,。 嵌入式系統(tǒng)是指操作系統(tǒng)和功能軟件集成于計算機硬件系統(tǒng)之中。簡單的說就是系統(tǒng)的應(yīng)用軟件與系統(tǒng)的硬件一體化,，類似與BIOS的工作方式,。具有軟件代碼小，高度自動化,，響應(yīng)速度快等特點,。特別適合于要求實時的和多任務(wù)的體系。 嵌入式系統(tǒng)回顧 事實上,，在很早以前,，嵌入式這個概念就已經(jīng)存在了。在通信方面,，嵌入式系統(tǒng)在20世紀60年代就用于對電子機械電話交換的控制,，當時被稱為“存儲式程序控制系統(tǒng)”（Stored Program Control）。 嵌入式計算機的真正發(fā)展是在微處理器問世之后,。1971年11月,，Intel公司成功地把算術(shù)運算器和控制器電路集成在一起，推出了第一款微處理器Intel 4004,，其后各廠家陸續(xù)推出了許多8位,、16位的微處理器，包括Intel 8080/8085,、8086,，Motorola 的6800、68000,，以及Zilog的Z80,、Z8000等。以這些微處理器作為核心所構(gòu)成的系統(tǒng),，廣泛地應(yīng)用于儀器儀表,、醫(yī)療設(shè)備、機器人,、家用電器等領(lǐng)域,。微處理器的廣泛應(yīng)用形成了一個廣闊的嵌入式應(yīng)用市場,，計算機廠家開始大量地以插件方式向用戶提供OEM產(chǎn)品，再由用戶根據(jù)自己的需要選擇一套適合的CPU板,、存儲器板以及各式I/O插件板,，從而構(gòu)成專用的嵌入式計算機系統(tǒng)，并將其嵌入到自己的系統(tǒng)設(shè)備中,。 為靈活兼容考慮,，出現(xiàn)了系列化、模塊化的單板機,。流行的單板計算機有Intel公司的iSBC系列,、Zilog公司的MCB等。后來人們可以不必從選擇芯片開始來設(shè)計一臺專用的嵌入式計算機,，而是只要選擇各功能模塊,，就能夠組建一臺專用計算機系統(tǒng)。用戶和開發(fā)者都希望從不同的廠家選購最適合的OEM產(chǎn)品,，插入外購或自制的機箱中就形成新的系統(tǒng),，這樣就希望插件是互相兼容的，也就導致了工業(yè)控制微機系統(tǒng)總線的誕生,。1976年Intel公司推出Multibus,，1983年擴展為帶寬達40MB/s的MultibusⅡ。1978年由Prolog設(shè)計的簡單STD總線廣泛應(yīng)用于小型嵌入式系統(tǒng),。 20世紀80年代可以說是各種總線層出不窮,、群雄并起的時代。隨著微電子工藝水平的提高,，集成電路制造商開始把嵌入式應(yīng)用中所需要的微處理器,、I/O接口、A/D,、D/A轉(zhuǎn)換,、串行接口以及RAM、ROM等部件統(tǒng)統(tǒng)集成到一個VLSI中,，從而制造出面向I/O設(shè)計的微控制器,，也就是我們俗稱的單片機，成為嵌入式計算機系統(tǒng)異軍突起的一支新秀,。其后發(fā)展的DSP產(chǎn)品則進一步提升了嵌入式計算機系統(tǒng)的技術(shù)水平,，并迅速地滲入到消費電子、醫(yī)用電子,、智能控制,、通信電子、儀器儀表、交通運輸?shù)雀鞣N領(lǐng)域,。 20世紀90年代,，在分布控制、柔性制造,、數(shù)字化通信和信息家電等巨大需求的牽引下,，嵌入式系統(tǒng)進一步加速發(fā)展。面向?qū)崟r信號處理算法的DSP產(chǎn)品向著高速,、高精度,、低功耗發(fā)展。Texas推出的第三代DSP芯片TMS320C30,，引導著微控制器向32位高速智能化發(fā)展,。在應(yīng)用方面，掌上電腦,、手持PC機,、機頂盒技術(shù)相對成熟，發(fā)展也較為迅速,。特別是掌上電腦，1997年在美國市場上掌上電腦不過四五個品牌,，而1998年底,，各式各樣的掌上電腦如雨后春筍般紛紛涌現(xiàn)出來。此外,，Nokia推出了智能電話,，西門子推出了機頂盒，Wyse推出了智能終端,，NS推出了WebPAD,。裝載在汽車上的小型電腦，不但可以控制汽車內(nèi)的各種設(shè)備（如音響等）,，還可以與GPS連接,，從而自動操控汽車。21世紀無疑是一個網(wǎng)絡(luò)的時代,，使嵌入式計算機系統(tǒng)應(yīng)用到各類網(wǎng)絡(luò)中去也必然是嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的重要方向,。在發(fā)展?jié)摿薮蟮?#8220;信息家電”中，人們非常關(guān)注的網(wǎng)絡(luò)電話設(shè)備,，即IP電話,，就是一個代表。該設(shè)備可以簡單到像普通電話一樣,，可它卻是通過互聯(lián)網(wǎng)來實現(xiàn)雙方通話的,，花市話的錢可以打長途電話！ 嵌入式系統(tǒng)具備的特性 （1）通常只執(zhí)行特定功能，這一點與一般桌上型辦公設(shè)備或數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)有很大區(qū)別,。 （2）以微電腦與周邊器件構(gòu)成核心,，其規(guī)模可在大范圍內(nèi)變化,，如從8051芯片到 x86芯片,。 （3）嚴格的時序和穩(wěn)定性要求，這是因為在機器控制的大型系統(tǒng)中,，程序運行稍有差錯則可能使得整個系統(tǒng)失去控制,，甚至釀成災(zāi)害。 （4）全自動操作循環(huán),。 嵌入式系統(tǒng)是電腦軟件與硬件的綜合體,，它是以應(yīng)用為中心，以計算機技術(shù)為基礎(chǔ),，軟硬件可裁剪,，從而能夠適應(yīng)實際應(yīng)用中對功能、可靠性,、成本,、體積、功耗等嚴格要求的專用計算機系統(tǒng),。嵌入式計算機在應(yīng)用數(shù)量上遠遠超過了各種通用計算機,。一臺通用計算機的外部設(shè)備中就包含了5~10個嵌入式微處理器，鍵盤,、鼠標,、軟驅(qū)、硬盤,、顯示卡,、顯示器、Modem,、網(wǎng)卡,、聲卡、打印機,、掃描儀,、數(shù)碼相機、USB集線器等均是由嵌入式處理器進行控制的,。在制造工業(yè),、過程控制、通信,、儀器,、儀表,、汽車、船舶,、航空,、航天、軍事裝備,、消費類產(chǎn)品等方面,，嵌入式計算機都有用武之地。 美國汽車大王福特公司的高級經(jīng)理曾宣稱,，“福特出售的‘計算能力’已超過了IBM”,，由此可以想象嵌入式計算機工業(yè)的規(guī)模和廣度。美國著名未來學家尼葛洛龐帝1999年1月訪華時預(yù)言,，4~5年以后嵌入式智能（電腦）工具將是PC和因特網(wǎng)之后最偉大的發(fā)明,。 嵌入式系統(tǒng)的特點 （1）嵌入式系統(tǒng)是將先進的計算機技術(shù)、半導體技術(shù)以及電子技術(shù)與各個行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合的產(chǎn)物,，這一點就決定了它必然是一個技術(shù)密集,、資金密集、高度分散,、不斷創(chuàng)新的知識集成系統(tǒng),。通用計算機行業(yè)中，占整個計算機行業(yè)90%的個人電腦產(chǎn)業(yè),，絕大部分采用的是Intel的x86體系結(jié)構(gòu),，而芯片廠商則集中在Intel，AMD,，Cyrix等幾家公司，操作系統(tǒng)方面更是被微軟占居壟斷地位,。但這樣的情況卻不會在嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域出現(xiàn),。這是一個分散的，充滿競爭,、機遇與創(chuàng)新的工業(yè),，沒有哪個公司的操作系統(tǒng)和處理器能夠壟斷市場。 （2）嵌入式系統(tǒng)通常是面向用戶,、面向產(chǎn)品,、面向特定應(yīng)用的。嵌入式系統(tǒng)中的CPU與通用型CPU的最大不同就是前者大多工作在為特定用戶群設(shè)計的系統(tǒng)中,。通常,，嵌入式系統(tǒng)CPU都具有低功耗、體積小,、集成度高等特點,，能夠把通用CPU中許多由板卡完成的任務(wù)集成在芯片內(nèi)部,，從而有利于整個系統(tǒng)設(shè)計趨于小型化。在對嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件進行設(shè)計時必須重視效率,，去除冗余,，針對用戶的具體需求，對系統(tǒng)進行合理配置,，才能達到理想性能,。與此同時，系統(tǒng)設(shè)計還受市場供求關(guān)系的影響,。嵌入式處理器的發(fā)展也體現(xiàn)出穩(wěn)定性,，一個體系一般要存在8~10年的時間。一個體系結(jié)構(gòu)及相關(guān)的片上外設(shè),、開發(fā)工具,、庫函數(shù)、嵌入式應(yīng)用產(chǎn)品合在一起,，可以構(gòu)成一套復(fù)雜的知識系統(tǒng),。 （3）嵌入式系統(tǒng)和具體應(yīng)用有機地結(jié)合在一起，其升級換代也是和具體產(chǎn)品同步進行的,。因此嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品一旦進入市場,，就具有較長的生命周期。 （4）為了提高執(zhí)行速度和系統(tǒng)可靠性,，嵌入式系統(tǒng)中的軟件一般都固化在存儲器芯片或單片機中,，而不是存貯于磁盤等載體中。由于嵌入式系統(tǒng)的運算速度和存儲容量仍然存在一定程度的限制,，另外,，由于大部分嵌入式系統(tǒng)必須具有較高的實時性，因此對程序的質(zhì)量,，特別是可靠性,，有著較高的要求。 （5）嵌入式系統(tǒng)本身并不具備在其上進行進一步開發(fā)的能力,。在設(shè)計完成以后,，用戶如果需要修改其中的程序功能，也必須借助于一套開發(fā)工具和環(huán)境,。 （6）通用計算機的開發(fā)人員通常是計算機科學或者計算機工程方面的專業(yè)人士,，而嵌入式系統(tǒng)開發(fā)人員卻往往是各個應(yīng)用領(lǐng)域中的專家，這就要求嵌入式系統(tǒng)所支持的開發(fā)工具易學,、易用,、可靠、高效,。 嵌入式系統(tǒng)組成 嵌入式系統(tǒng)的組成軟硬兼施,，互利互惠,，融為一體，成為產(chǎn)品,。芯片加軟件成為產(chǎn)品,，但要開發(fā)工具輔助進行開發(fā)。 嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件都必須高效率地設(shè)計,，量體裁衣,，去除冗余，力爭在同樣的硅片面積上實現(xiàn)更高的性能,，這樣才能在具體應(yīng)用中對處理器的選擇面前更具有競爭力,。 嵌入式系統(tǒng)組成: 嵌入式芯片EMCU A、EMPU---嵌入式微處理器 B,、EMCU---嵌入式微控制器 C,、EDSP---嵌入式數(shù)字信號處理器 D、ESOC,EPSOC---嵌入式片上系統(tǒng),嵌入式可編程片上系統(tǒng)(系統(tǒng)芯片) 嵌入式軟件ESOFTWARE*- A,、C++ B,、JAVA C、腳本語言(Script Langu- age) D,、HOPEN E,、JINI 嵌入式操作系統(tǒng)(RTOS) A、VRTX B,、PSOS C,、VXWORK,WINCE,EPOC D、LINUX E,、PALM F,、OS-9 G、JAVA CHORUS OS H,、QN-X I,、NAVIO 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)工具 國外市場 A、實時在線仿真系統(tǒng)ICE(In-Circuit Emulator)(http://www. B,、高級語言編譯器（Compi- ler Tools）(http://www.) C、源程序模擬器（Simula- tor）(http://www.chiptools.comwww.keil.com) 國內(nèi)市場 國外產(chǎn)品占領(lǐng)市場90 以上,目前國內(nèi)產(chǎn)品占領(lǐng)市場很小,但正在新形勢下興起,很快進入市場,。 嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)的突出特點:
1,、體小:一般為0.?厘米×0.?厘米的芯片 2、量大:100K 掩模 ROM;100K-10K OTP.EPROM;10K以Flash,EEPROM. 3,、價低:最低0.5元,一般幾元---幾十元,最高-幾百元,。 4、技高:0.25微米-0.1微米,。晶體8-10-12英寸 5,、可靠,可承受高過載,高沖擊及其它惡劣環(huán)境（如高低溫）可靠性很重要,。 6、面廣:非常廣泛,，想得到就辦得到,。 7、投資大,工藝精,難度大,。一個工廠就幾十億美元,建成體系并配套將達數(shù)千億美元,并要經(jīng)常維護,還有更新時間快,。但收益快。 8,、軟硬一體,軟件為主,。是嵌入式系統(tǒng)的主體。有IP核,。 9,、有備份但無多余另部件。以達最低價格,。 10,、技術(shù)融合是特點。集計算機,，通信及其它高新技術(shù)于一體,。 嵌入式系統(tǒng)的嵌入深度應(yīng)有標準ED（Embedded Deep） 嵌入式系統(tǒng)(ES)的嵌入深度ED=F(計算機大小;芯片工藝;系統(tǒng)復(fù)雜程度不同;使用環(huán)境條件;以及其它原因) 嵌入深度是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程,但使用要求及技術(shù)發(fā)展成果,是第一位地因素。目前嵌入式芯片是決定因素,SOC是關(guān)鍵,。 因此,對嵌入式系統(tǒng)從不同觀點去理解去觀察,就有大不相同看法,但嵌入式系統(tǒng)的嵌入深度應(yīng)有統(tǒng)一的標準,。 從MPU角度或PC微機角度:微處理器為核心-是淺嵌入式系統(tǒng) 例如:PC104 可分A;B;C;D四級,又可細分 1;2;3 三等?！ ?即A1,A2,A3;B1,B2,B3;C1, C2,C3;D1,D2,D3,。 A1是最淺嵌入式系統(tǒng)----D3是最深嵌入式系統(tǒng) 從MCU角度:微控制器為核心 可有:B1,B2,B3,?！?是中等嵌入式系統(tǒng) 例如:一般應(yīng)用MCU組成的系統(tǒng)，但不包括應(yīng)用8031,，8032等無ROM的產(chǎn)品,。 從DSP角度:數(shù)字微處理器為核心 可有:C1,C2,C3?！ ?是中等嵌入式系統(tǒng) 例如:視情況而定,。 從SOC角度:片上系統(tǒng)為核心 可有:D1,D2,D3?！ ?是深嵌入式系統(tǒng) 嵌入式系統(tǒng)嵌入深度等級如下: A1:深度最淺,淺1 A2:深度次淺,淺2 A3:深度較淺,淺3 B1:深度中等1,中1 B2:深度中等2,中2 B3:深度中等3,中3 C1:深度中等1,中1 C2:深度中等2,中2 C3:深度中等3,中3 D1:深度較深,深1 D2:深度次深,深2 D3:深度最深,深3 即1;2;3;4;5;6;7;8;9,。 注意:1到9是從最淺到最深。 嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用情況 國外情況 A,、美國：水平較高 B,、日本：較普及 C,、歐洲共同體:較好 D、新加波:一般 國內(nèi)情況 A,、國內(nèi)先進水平:一般 B,、臺灣:較好 C、香港:較高 D,、澳門:一般 嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)熱點 1,、移動是當前電信發(fā)展方向和驅(qū)動力 2、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展重要方向是寬度 3,、網(wǎng)絡(luò)家電即將面市并走向世界 4,、在微電子機械(MEMS)中應(yīng)用技術(shù) 5、在國防工業(yè)中應(yīng)用技術(shù) 6,、在生物微電子技術(shù)(DNA)中應(yīng)用技術(shù) 7,、在電子商務(wù)中應(yīng)用技術(shù)M 8、在INTERNET中應(yīng)用技術(shù) 嵌入式系統(tǒng)典型應(yīng)用技術(shù)及實例 01,、在消費類電子產(chǎn)品中應(yīng)用 02,、在兵器工業(yè)中應(yīng)用 03、在計算機外圍中應(yīng)用 04,、在DNA中應(yīng)用* 05,、在移動電話中應(yīng)用 06、在國防工業(yè)中應(yīng)用 07,、在安全系統(tǒng)中應(yīng)用 08,、在智能家電中應(yīng)用 09、WAP中應(yīng)用技術(shù) 10,、在智能機器人中應(yīng)用 11,、在智能玩具中應(yīng)用 12、在MEMS中應(yīng)用* (Microelectromechanical System) 13,、在農(nóng)業(yè)技術(shù)中應(yīng)用 14,、在多媒體中應(yīng)用 15、在智能金融器具中應(yīng)用 16,、在車輛與交通工程中應(yīng)用 17,、在導彈技術(shù)中應(yīng)用 18、在智能電表中應(yīng)用 19,、在網(wǎng)絡(luò)工程中應(yīng)用 20,、在掌上電腦中應(yīng)用 21、在光學系統(tǒng)中應(yīng)用 22,、在辦公設(shè)備中應(yīng)用 23,、在氣象預(yù)報中應(yīng)用 24,、在儀器儀表中應(yīng)用 25,、在智能卡中應(yīng)用 26,、在模糊控制中應(yīng)用 27、在模糊控制中應(yīng)用 28,、在家庭智能中心系統(tǒng)中應(yīng)用 29,、在智能監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用 30、在樓宇對講系統(tǒng)中應(yīng)用 31,、在自動抄表系統(tǒng)中應(yīng)用 32,、在IC卡停車場管理系統(tǒng)中應(yīng)用 33、在衛(wèi)星通信網(wǎng)中應(yīng)用 34,、在軍事工業(yè)方面中應(yīng)用 35,、在網(wǎng)絡(luò)瀏覽器中應(yīng)用 36、在智能傳感器中應(yīng)用 37,、在數(shù)字通信中應(yīng)用 38,、在數(shù)據(jù)處理中應(yīng)用 39、在數(shù)據(jù)管理中應(yīng)用 40,、在數(shù)據(jù)庫中應(yīng)用 41,、在數(shù)控技術(shù)（機床）中應(yīng)用 42、在AV產(chǎn)品中應(yīng)用 43,、在DSP中應(yīng)用 44,、在Internet中應(yīng)用 45、在艦艇戰(zhàn)艇潛艇中應(yīng)用 46,、在納米技術(shù)中應(yīng)用 47,、在電機控制-中應(yīng)用技術(shù) |
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