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嵌入式系统简介：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。简单的说就是系统的应用软件与系统的硬件一体化，类似与BIOS的工作方式。具有软件代码小，高度自动化，响应速度快等特点。特别适合于要求实时的和多任务的体系。根据IEEE（电气和电子工程师协会）的定义，嵌入式系统是“控制、监视或者辅助装置、机器和设备运行的装置”（devicesusedtocontrol,monitor,orassisttheoperationofequipment,machineryorplants）。从中可以看出嵌入式系统是软件和硬件的综合体，还可以涵盖机械等附属装置。目前国内一个普遍被认同的定义是：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用领域及前景：1．工业控制：基于嵌入式芯片的工业自动化设备将获得长足的发展，目前已经有大量的8、16、32位嵌入式微控制器在应用中，网络化是提高生产效率和产品质量、减少人力资源主要途径，如工业过程控制、数字机床、电力系统、电网安全、电网设备监测、石油化工系统。就传统的工业控制产品而言，低端型采用的往往是8位单片机。但是随着技术的发展，32位、64位的处理器逐渐成为工业控制设备的核心，在未来几年内必将获得长足的发展。2．交通管理：在车辆导航、流量控制、信息监测与汽车服务方面，嵌入式系统技术已经获得了广泛的应用，内嵌GPS模块，GSM模块的移动定位终端已经在各种运输行业获得了成功的使用。目前GPS设备已经从尖端产品进入了普通百姓的家庭，只需要几千元，就可以随时随地找到你的位置。3．信息家电：这将称为嵌入式系统最大的应用领域，冰箱、空调等的网络化、智能化将引领人们的生活步入一个崭新的空间。即使你不在家里，也可以通过电话线、网络进行远程控制。在这些设备中，嵌入式系统将大有用武之地。4．家庭智能管理系统：水、电、煤气表的远程自动抄表，安全防火、防盗系统，其中嵌有的专用控制芯片将代替传统的人工检查，并实现更高，更准确和更安全的性能。目前在服务领域，如远程点菜器等已经体现了嵌入式系统的优势。5．POS网络及电子商务：公共交通无接触智能卡(ContactlessSmartcard,CSC)发行系统，公共电话卡发行系统，自动售货机，各种智能ATM终端将全面走入人们的生活，到时手持一卡就可以行遍天下。6．环境工程与自然：水文资料实时监测，防洪体系及水土质量监测、堤坝安全，地震监测网，实时气象信息网，水源和空气污染监测。在很多环境恶劣，地况复杂的地区，嵌入式系统将实现无人监测。7．机器人：嵌入式芯片的发展将使机器人在微型化，高智能方面优势更加明显，同时会大幅度降低机器人的价格，使其在工业领域和服务领域获得更广泛的应用。这些应用中，可以着重于在控制方面的应用。就远程家电控制而言，除了开发出支持TCP/IP的嵌入式系统之外，家电产品控制协议也需要制订和统一，这需要家电生产厂家来做。同样的道理，所有基于网络的远程控制器件都需要与嵌入式系统之间实现接口，然后再由嵌入式系统来控制并通过网络实现控制。所以，开发和探讨嵌入式系统有着十分重要的意义。发展历史事实上，在很早以前，嵌入式这个概念就已经存在了。在通信方面，嵌入式系统在20世纪60年代就用于对电子机械电话交换的控制，当时被称为“存储式程序控制系统”（StoredProgramControl）。嵌入式计算机的真正发展是在微处理器问世之后。1971年11月，Intel公司成功地把算术运算器和控制器电路集成在一起，推出了第一款微处理器Intel4004，其后各厂家陆续推出了许多8位、16位的微处理器，包括Intel8080/8085、8086，Motorola的6800、68000，以及Zilog的Z80、Z8000等。以这些微处理器作为核心所构成的系统，广泛地应用于仪器仪表、医疗设备、机器人、家用电器等领域。微处理器的广泛应用形成了一个广阔的嵌入式应用市场，计算机厂家开始大量地以插件方式向用户提供OEM产品，再由用户根据自己的需要选择一套适合的CPU板、存储器板以及各式I/O插件板，从而构成专用的嵌入式计算机系统，并将其嵌入到自己的系统设备中。为灵活兼容考虑，出现了系列化、模块化的单板机。流行的单板计算机有Intel公司的iSBC系列、Zilog公司的MCB等。后来人们可以不必从选择芯片开始来设计一台专用的嵌入式计算机，而是只要选择各功能模块，就能够组建一台专用计算机系统。用户和开发者都希望从不同的厂家选购最适合的OEM产品，插入外购或自制的机箱中就形成新的系统，这样就希望插件是互相兼容的，也就导致了工业控制微机系统总线的诞生。1976年Intel公司推出Multibus，1983年扩展为带宽达40MB/s的MultibusⅡ。1978年由Prolog设计的简单STD总线广泛应用于小型嵌入式系统。20世纪80年代可以说是各种总线层出不穷、群雄并起的时代。随着微电子工艺水平的提高，集成电路制造商开始把嵌入式应用中所需要的微处理器、I/O接口、A/D、D/A转换、串行接口以及RAM、ROM等部件统统集成到一个VLSI中，从而制造出面向I/O设计的微控制器，也就是我们俗称的单片机，成为嵌入式计算机系统异军突起的一支新秀。其后发展的DSP产品则进一步提升了嵌入式计算机系统的技术水平，并迅速地渗入到消费电子、医用电子、智能控制、通信电子、仪器仪表、交通运输等各种领域。20世纪90年代，在分布控制、柔性制造、数字化通信和信息家电等巨大需求的牵引下，嵌入式系统进一步加速发展。面向实时信号处理算法的DSP产品向着高速、高精度、低功耗发展。Texas推出的第三代DSP芯片TMS320C30，引导着微控制器向32位高速智能化发展。在应用方面，掌上电脑、手持PC机、机顶盒技术相对成熟，发展也较为迅速。特别是掌上电脑，1997年在美国市场上掌上电脑不过四五个品牌，而1998年底，各式各样的掌上电脑如雨后春笋般纷纷涌现出来。此外，Nokia推出了智能电话，西门子推出了机顶盒，Wyse推出了智能终端，NS推出了WebPAD。装载在汽车上的小型电脑，不但可以控制汽车内的各种设备（如音响等），还可以与GPS连接，从而自动操控汽车。21世纪无疑是一个网络的时代，使嵌入式计算机系统应用到各类网络中去也必然是嵌入式系统发展的重要方向。在发展潜力巨大的“信息家电”中，人们非常关注的网络电话设备，即IP电话，就是一个代表。该设备可以简单到像普通电话一样，可它却是通过互联网来实现双方通话的，花市话的钱可以打长途电话！特性：（1）通常只执行特定功能，这一点与一般桌上型办公设备或数据库系统有很大区别。（2）以微电脑与周边器件构成核心，其规模可在大范围内变化，如从8051芯片到x86芯片。（3）严格的时序和稳定性要求，这是因为在机器控制的大型系统中，程序运行稍有差错则可能使得整个系统失去控制，甚至酿成灾害。（4）全自动操作循环。嵌入式系统是电脑软件与硬件的综合体，它是以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，从而能够适应实际应用中对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统。嵌入式计算机在应用数量上远远超过了各种通用计算机。一台通用计算机的外部设备中就包含了5~10个嵌入式微处理器，键盘、鼠标、软驱、硬盘、显示卡、显示器、Modem、网卡、声卡、打印机、扫描仪、数码相机、USB集线器等均是由嵌入式处理器进行控制的。在制造工业、过程控制、通信、仪器、仪表、汽车、船舶、航空、航天、军事装备、消费类产品等方面，嵌入式计算机都有用武之地。美国汽车大王福特公司的高级经理曾宣称，“福特出售的‘计算能力’已超过了IBM”，由此可以想象嵌入式计算机工业的规模和广度。美国著名未来学家尼葛洛庞帝1999年1月访华时预言，4~5年以后嵌入式智能（电脑）工具将是PC和因特网之后最伟大的发明。据中国轻工业联合会嵌入式系统应用委员会主任梁作浩介绍，随着3C融合进程的加速和我国轻工产业与家用电器行业结构的升级，嵌入式系统已成为生产制造，机电一体化控制，节能环保，产品质量、安全、智能化等领域技术创新的重要基础，广泛应用于家用电器、食品、缝纫、自行车等诸多轻工行业。据了解，短信宝空调器、神经模糊控制洗衣机等智能家电产品均采用了嵌入式技术。梁作浩还指出，随着物联网在世界范围内的全面升温，嵌入式技术日益成为中国发展，尤其是轻工行业产业升级必不可少的重要技术和新的增长点。嵌入式技术助力家电产业升级伴随着3C融合进程的加速和我国轻工产业结构的升级，嵌入式系统正日益受到广泛地重视，成为生产制造、机电一体化控制、网络信息等领域技术创新的重要基础，广泛应用在家用电器、食品等轻工行业。本期嵌入式系统专题将重点介绍腾龙嵌入式系统（TRON）。TRON系统是一种嵌入式实时操作系统，占据全球微处理器操作系统约60%的市场份额，远远超过了Windows的普及程度。TRON系统已经成功安装到了全球30亿台以上的电子产品当中，涉及从家用电器、数码产品、通信设备、媒体播放器到汽车电子等广泛领域。软件巨头微软也注意到了TRON发展势头，于2003年底加入了TRON阵营，使WindowsCE兼容TRON系统。TRON系统是由日本东京大学坂村健教授于1984年提出的计算机操作系统规范，目的是实现一种新的计算体系--泛在计算环境，即将微型计算机嵌入到日常生活中的所有机器、设备、工具中，通过网络相互通信，协调运行，以实现高度计算机化的社会环境。二十年间，TRON项目先后推出了ITRON(嵌入式系统实时多任务操作系统规范)、JTRON(Java与ITRON的混合操作系统规范)、BTRON(计算机及手机等终端的操作系统规范体系)、CTRON(以通信控制及信息处理为目的的操作系统接口规范)及TRONHMI(面向各种电子设备的人机界面标准)等规范。为了实现更为有效的实时操作系统的嵌入式计算结构，TRON项目启动了T-Engine项目，它是由标准化硬件结构(T-Engine)与标准开源实时操作系统核心(T-Kernel)组成的嵌入式系统的开放式标准平台。这个开放式标准平台结构是将CPU从基础结构中独立出来，使在T-Kernel上开发的中间件可不依存于CPU结构而移植。目前，中国、日本、韩国、新加坡、澳大利亚等国的很多企业和机构已经开展了T-Engine方面的研究和应用。在国内，中科院一直使用基于TRON的嵌入式系统平台开发图像压缩技术；北京大学开设了使用T-Engine开发板的嵌入式系统研发课程；中国家用电器研究院使用基于TRON的嵌入式系统平台开发智能家电产品。为了进一步推动嵌入式技术在我国轻工和家电行业的应用，中国家用电器研究院、中国科学院计算技术研究所与日本T-Engine协会已达成合作意向，将在广泛合作、共同研究的基础上，在我国轻工领域推广、应用TRON技术，基于TRON系统开发的智能电器、网络家电等新型产品，可以帮助企业快速完成产品由传统家电向信息家电的转型，使企业通过新技术、新产品及新的商业模式来获取更广泛的发展空间。中国家用电器研究院家电智能与节能技术研究所所长刘挺表示，嵌入式系统的应用，可以助力我国家电行业实现产品升级、技术升级和产业升级。我们相信，随着TRON系统在我国不断深入地研究和应用，将为中国轻工企业带来更多业务合作机会和先进产品技术，促进整个轻工行业嵌入式应用的共同发展，市场上将会出现更多的基于TRON系统的产品。嵌入式家电设备管理信息系统是集自动化、计算机、通信技术于一体的“3C”系统，它实现了家庭各种信息设备的集中控制、远程监控及各设备之间的信息交换和通信。目前，许多计算机、通信、家电行业大厂商都认识到智能信息家电的巨大市场，纷纷进入这个领域。Cisco、Intel、Nortel、Motorola、Lucent、3Com、IBM、Ericsson和松下等公司都已开始建立智能信息家电和智能家居公司。1、嵌入式家电软件技术及操作系统对比近5-10年，嵌入式系统开始全面进入信息