1、嵌入式系統技術的發展 及未來始于微型機時代的嵌入式應用現代計算機技術的兩大分支發展電子數字計算機誕生于1946年，在其后漫長的歷史進程中，計算機始終是供養在特殊的機房中，實現數值計算的大型昂貴設備。直到20世紀70年代，微處理器的出現，計算機才出現了歷史性的變化。將微型機嵌入到一個對象體系中，實現對象體系的智能化控制。為了區別于原有的通用計算機系統，把嵌入到對象體系中，實現對象體系智能化控制的計算機，稱作嵌入式計算機系統。嵌入式系統誕生于微型機時代，嵌入式系統的嵌入性本質是將一個計算機嵌入到一個對象體系中去，這是理解嵌入式系統的基本出發點。 始于微型機時代的嵌入式應用 由于嵌入式計算機系統要嵌

2、入到對象體系中，實現的是對象的智能化控制，因此，它有著與通用計算機系統完全不同的技術要求與技術發展方向。 現代計算機技術的兩大分支技術要求技術發展方向通用計算機系統嵌入式計算機系統高速、海量的數值計算總線速度的無限提升，存儲容量的無限擴大對象的智能化控制能力與對象系統密切相關的嵌入性能、控制能力與控制的可靠性早期，人們勉為其難地將通用計算機系統進行改裝，在大型設備中實現嵌入式應用。然而，對于眾多的對象系統（如家用電器、儀器儀表、工控單元），無法嵌入通用計算機系統，況且嵌入式系統與通用計算機系統的技術發展方向完全不同。必須獨立地發展通用計算機系統與嵌入式計算機系統，這就形成了現代計算機技術發展的

3、兩大分支。 嵌入式計算機系統的誕生，則標志了計算機進入了通用計算機系統與嵌入式計算機系統兩大分支并行發展時代。現代計算機技術的兩大分支 嵌入式計算機系統 發展目標是單芯片化。它動員了原有的傳統電子系統領域的廠家與專業人士，接過起源于計算機領域的嵌入式系統，承擔起發展與普及嵌入式系統的歷史任務，迅速地將傳統的電子系統發展到智能化的現代電子系統時代。現代計算機技術的兩大分支現代計算機技術發展的兩大分支的意義形成了計算機發展的專業化分工將發展計算機技術的任務擴展到傳統的電子系統領域使計算機成為進入人類社會全面智能化時代的有力工具。現代計算機技術的兩大分支 嵌入式系統的含義及分類 嵌入式系統工業的特點

4、現狀嵌入式系統被定義為: 以應用為中心、以計算機技術為基礎、軟件硬件可裁剪、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。 嵌入式系統是將先進的計算機技術、半導體技術和電子技術和各個行業的具體應用相結合后的產物,這一點就決定了它必然是一個技術密集、資金密集、高度分散、不斷創新的知識集成系統。目前嵌入式系統除了部分為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) ,嵌入式系統是計算機應用的另一種形態。嵌入式系統的含義及分類目前根據發展現狀,嵌入式計算機可以分成下面幾類: (1) 嵌入式微處理器(Embedded Microprocessor Un

5、it,EMPU) 嵌入式微處理器的基礎是通用計算機中的CPU。在應用中,將微處理器裝配在專門設計的電路板上,只保留和嵌入式應用有關的母板功能,這樣可以大幅度減小系統體積和功耗。為了滿足嵌入式應用的特殊要求,嵌入式微處理器雖然在功能上和標準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。 嵌入式系統的含義及分類(3) 嵌入式DSP處理器( Embedded Digital SignalProcessor , EDSP) 嵌入式系統的含義及分類 DSP 處理器對系統結構和指令進行了特殊設計,使其適合于執行DSP算法,編譯效率較高,指令執行速度也較高。在數字濾波、FF

6、T、譜分析等方面,DSP算法正在大量進入嵌入式領域,DSP 應用正從在通用單片機中以普通指令實現DSP功能,過渡到采用嵌入式DSP處理器。(4) 嵌入式片上系統(System On Chip) 隨著EDI的推廣和VLSI設計的普及化,以及半導體工藝的迅速發展,在一個硅片上實現一個更為復雜的系統的時代已來臨, 這就是System On Chip(SOC) 。 嵌入式系統的含義及分類(2)嵌入式系統是面向用戶，特定產品和具體應用領域嵌入式系統是面向用戶、面向產品、面向應用的,如果獨立于應用自行發展,則會失去市場；嵌入式處理器的功耗、體積、成本、可靠性、速度、處理能力、電磁兼容性等方面均受到應用要求

7、的制約；嵌入式系統的硬件和軟件都必須高效率地設計,量體裁衣、去除冗余,力爭在同樣的硅片面積上實現更高的性能；嵌入式系統和具體應用有機地結合在一起,它的升級換代也是和具體產品同步進行,因此嵌入式系統產品一旦進入市場,具有較長的生命周期。嵌入式系統工業的特點(3) 嵌入式系統對軟件有高要求 嵌入式處理器的應用軟件是實現嵌入式系統功能的關鍵,對嵌入式處理器系統軟件和應用軟件的要求也和通用計算機有所不同。軟件要求固態化存儲。軟件代碼高質量、高可靠性系統軟件(OS)的高實時性是基本要求多任務操作系統是知識集成的平臺和走向工業標準化道路的基礎 嵌入式系統工業的特點(4) 嵌入式系統開發需要特定的開發環境和

8、開發工具 通用計算機具有完善的人機接口界面,在上面增加一些應用程序和開發環境即可進行對自身的開發。而嵌入式系統本身不具備自舉開發能力,即使設計完成以后，用戶通常也是不能對其中的程序功能進行修改的,必須有一套開發工具和環境才能進行開發,這些工具和環境是基于通用計算機上的軟硬件設備以及各種邏輯分析儀、混合信號示波器等。嵌入式系統工業的特點（5) 嵌入式系統軟件需要RTOS 開發平臺 通用計算機具有完善的操作系統和應用程序接口(API),應用程序的開發以及完成后的軟件都在操作系統(OS)平臺上運行,但一般不是實時的。嵌入式系統則不同,應用程序可以沒有操作系統直接在芯片上運行;但是為了合理地調度多任務

9、、利用系統資源、系統函數以及和專家庫函數接口,用戶必須自行選配RTOS 開發平臺,這樣才能保證程序執行的實時性、可靠性,并減少開發時間,保障軟件質量。 嵌入式系統工業的特點(6) 嵌入式系統開發人員以應用專家為主 通用計算機的開發人員一般是計算機科學或計算機工程方面的專業人士,而嵌入式系統則是要和各個不同行業的應用相結合的,要求更多的計算機以外的專業知識,其開發人員往往是各個應用領域的專家。嵌入式系統工業的特點 嵌入式計算機技術的應用已影響到我們生活的方方面面, 幾乎無處不在, 我們的移動電話、家用電器、汽車等無不有它的蹤影。嵌入式技術將使日常使用的設備具有智能, 使它們具備學習與記憶的能力,

10、 能夠按照使用者的喜好及所處的環境做出回答。 嵌入式控制器因其體積小、可靠性高、功能強、靈活方便等許多優點, 應用已深入到工業、農業、教育、國防以及日常生活等各個領域, 對各行各業產品更新換代、加速自動化進程、提高生產率等方面起到了極其重要的推動作用。如果說推動數字革命的動力最早是大型機, 第二波動力是PC 機, 那么嵌入式技術便是推動數字革命的第三波動力。嵌入式系統的應用前景 英特爾中國研究院將主攻嵌入式方向 在4月12日的2010英特爾信息技術峰會“技術前瞻日”上，英特爾中國研究院公布了新的戰略，宗旨是立足中國、服務中國，致力于打造世界一流的嵌入式系統研究院。 英特爾首席技術官在會上表示，

11、英特爾中國研究院是去年10月份從原來的英特爾中國研究中心升級而來，成立后，“我們用了6個月的時間來探討和確定英特爾中國研究院的研究方向。討論的方向包括云計算、高性能計算、汽車、醫療保健、游戲等，但經過考察之后，我們發現這些都有一個共同的主題，就是嵌入式。為此，我們最終將嵌入式系統的前沿研究確定為英特爾中國研究院的新的主攻方向。” 物聯網為人、機、物等3種對象的智慧型整合網路，強調個別物件的識別、定位、跟蹤、監控與管理。物聯網重視感、知、行三要素，藉由資訊採集、資訊闡述、資訊處理，進一步完成人與物、物與物間的智慧型溝通與控制。 物聯網首先涉及的是自動識別技術，主要係以無線射頻識別 (Radio

12、Frequency Identification；RFID)技術為主。RFID具標籤體積小、式樣多、壽命長、安全性高等特色，其記憶體容量可達128Kbit，具可穿透式讀寫、多標籤同時讀寫、可重複讀寫等非接觸式電子標籤識別功能。物聯網是嵌入式應用的機會與未來之一 嵌入式RFID應用一般是將RFID讀寫器(模組)包含在產品或系統中，以增加該產品或系統的RFID讀寫功能，如票卡感應匣門、圖書館自動化借書柜臺、超市商品查詢機等。在物聯網的應用上，將出現許多整合溫度、濕度、壓力等環境參數的嵌入式RFID系統，如自動檢測胎壓及引擎溫度的智慧型車機系統。將RFID標簽嵌入感測器中，可用于監測不同位置的物理或

13、環境狀況(如聲音、振動、移動或污染物等)。物聯網是嵌入式應用的機會與未來之一一、數字家庭概念 比爾蓋茨曾給我們描述過一個用IT技術構筑的“人間天堂”：每個房間都被無線智能化控制、自動根據人體調節室內最佳溫度、語音控制房間內所有的電器，不用動手所有物品得心應手。這就是無線數字家庭的未來藍圖，盡管現在看來是那么遙不可及，但事實上，“數字家庭”正伴隨著無線IT技術的發展向我們走來 數字家庭是嵌入式技術未來應用熱點 二、數字家庭應用方向 目前能實現的數字家庭應用方向主要有網絡寬帶、新潮電子、視聽享樂、智能家居等。 網絡寬帶。網絡寬帶是數字家庭網絡一大部分，網絡寬帶可以承載多樣化的互聯網服務，例如：網絡

14、互動、網絡購物、網絡電話。 視聽享樂。數字家庭生活中最為突出的有家庭影院、bose類及Mini影院，家庭數字音響等。 新潮電子。各種各樣的數字家電產品，高科技含量高的產品。如可上網手機、網絡MP3 、迷你版PS2游戲機、視像眼鏡、智能洗衣機、會吹涼風的鼠標、停電保鮮冰箱、汽車電器等 智能家居。包含可視門鈴、 智能鬧鐘、智能化背景音樂、智能化窗簾等等。它以住宅為平臺，兼備建筑、網絡通信、信息家電、設備自動化；集系統、結構、服務、管理為一體的高效、舒適、安全、便利、環保的居住環境。 數字家庭是嵌入式技術未來應用熱點數字家庭 數字家庭是嵌入式技術未來應用熱點三、世界各國數字家庭發展現狀 根據各個不同

15、的市場調查報告，數字家庭產業面臨巨大的發展前景。在世界的各個國家，目前都對數字家庭和數字建設有很大的投入。美國基本上實現了有線數字電視的數字化；而日本廠商非常積極，應用于信息和家電行業，他們在標準化方面非常活躍；韓國以政府的形式，成立了數字家庭促進委員會，并且形成了很多應用，開發了大量的游戲；在歐洲也提出了很明確的數字化目標，包括法國、愛爾蘭、挪威、芬蘭在2010年完成模擬電視向數字電視的轉換。數字家庭標準化用戶有一個巨大的發展，國內外這方面的發展呈現迅猛增長的趨勢。我國的數字家庭產業亟待發展 2010年，中國市場也將是數字家庭產業最具發展的市場之一。如何取悅用戶，提供多樣的數字服務？成為包括

16、寬帶網絡、家庭網絡平臺及4C融合產品（個人電腦、消費電子、通信、內容）等數字家庭產業核心的共同目標。數字家庭市場調研顯示：2009年僅數字電視所帶來的相關設備的市場發展總規模在10,000億元以上。為數字芯片、智能家居集成、軟件開發、網絡設備、網絡運營等方面的商家帶來巨大商機。數字家庭是嵌入式技術未來應用熱點四、發展中的數字家庭技術 從目前眾多的數字家庭技術中來看，中國數字家庭行業不同時期的技術發展情況主要分為三種技術方案代表：基于PC架構的數字家庭技術基于單片機架構的數字家庭技術基于嵌入式架構的數字家庭技術三種技術方案 簡單來說， PC架構的智能控制系統出現于中國數字家庭的萌芽階段，基本上停

17、留在向使用者展示數字家庭的概念，實用性不強，屬于第一代。 目前，很多中國數字家庭廠商研制的基于單片機架構的智能控制系統在實用性、易用性和專業性方面有了很大程度上的提高，屬于第二代。 基于嵌入式系統的數字家庭系統在國內雖然已經出現，但是由于需求引導不足以及標準不統一，缺乏供智能家居產品使用和推廣普及的平臺，不過隨著嵌入式技術更加廣泛的應用，隨著成本的逐步降低，中國的數字家庭最終將走向嵌入式。 五、嵌入式技術在數字家庭的應用 嵌入式技術的蓬勃興起和無線技術的迅速發展為數字家庭行業指明了技術發展趨勢，提供了技術革新的有利武器。 嵌入式技術協助社區中的數字家庭解決以下問題：防火防盜、煤氣泄漏自動報警、可視門鈴門鏡系統、緊急呼叫、水電煤氣自動抄送、IC卡智能車場管理、網上購物、網上求醫、網上學校、老幼病人的遠程看護、金融郵政交通