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嵌入式系统目前在嵌入式系统应用领域中，不少人对什么是嵌入式系统不甚了解。有些人搞了十多年的单片机应用，不知道单片机就是一个最典型的嵌入式系统。也有些人在解释什么是嵌入式系统时，不是从定义出发，而是列举了嵌入式系统的一些特点，往往不知所云。因此，有必要从现代计算的发展历史，了解嵌入式系统的由来，从学科建设的角度来探讨嵌入式系统较为准确的定义。嵌入式系统诞生于微型机时代，嵌入式系统的嵌入性本质是将一个计算机嵌入到一个对象体系中去，这些是理解嵌入式系统的基本出发点。由于嵌入式计算机系统要嵌入到对象体系中，实现的是对象的智能化控制。因此，它有着与通用计算机系统完全不同的技术要求与技术发展方向。随着3C融合进程和我国传统产业结构升级的加速，人们对设备越来越高的应用需求已无法满足当前和未来高性能的应用与发展需求。同时，激烈的市场竞争和技术竞争，要求产品的开发周期越来越短，显然，嵌入式系统的软、硬件技术和开发手段，正日益受到重视，成为各领域技术创新的重要基础。嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术和各个行业的具体应用相结合后的产物,这一点就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。1嵌入式系统的历史嵌入式系统的出现最初是基于单片机的。70年代单片机的出现，使得汽车、家电、工业机器、通信装置以及成千上万种产品可以通过内嵌电子装置来获得更佳的使用性能：更容易使用、更快、更便宜。这些装置已经初步具备了嵌入式的应用特点，但是这时的应用只是使用8位的芯片，执行一些单线程的程序，还谈不上“系统”的概念。提示：最早的单片机是Intel公司的8048，它出现在1976年。Motorola同时推出了68HC05，Zilog公司推出了Z80系列，这些早期的单片机均含有256字节的RAM、4K的ROM、4个8位并口、1个全双工串行口、两个16位定时器。之后在80年代初，Intel又进一步完善了8048，在它的基础上研制成功了8051，这在单片机的历史上是值得纪念的一页，迄今为止，51系列的单片机仍然是最为成功的单片机芯片，在各种产品中有着非常广泛的应用。从80年代早期开始，嵌入式系统的程序员开始用商业级的“操作系统”编写嵌入式应用软件，这使得可以获取更短的开发周期，更低的开发资金和更高的开发效率，“嵌入式系统”真正出现了。确切点说，这个时候的操作系统是一个实时核，这个实时核包含了许多传统操作系统的特征，包括任务管理、任务间通讯、同步与相互排斥、中断支持、内存管理等功能。其中比较著名的有ReadySystem公司的VRTX、IntegratedSystemIncorporation(ISI)的PSOS和IMG的VxWorks、QNX公司的QNX等。这些嵌入式操作系统都具有嵌入式的典型特点：它们均采用占先式的调度，响应的时间很短，任务执行的时间可以确定；系统内核很小，具有可裁剪，可扩充和可移植性，可以移植到各种处理器上；较强的实时和可靠性，适合嵌入式应用。这些嵌入式实时多任务操作系统的出现，使得应用开发人员得以从小范围的开发解放出来，同时也促使嵌入式有了更为广阔的应用空间。90年代以后，随着对实时性要求的提高，软件规模不断上升，实时核逐渐发展为实时多任务操作系统（RTOS），并作为一种软件平台逐步成为目前国际嵌入式系统的主流。这时候更多的公司看到了嵌入式系统的广阔发展前景，开始大力发展自己的嵌入式操作系统。除了上面的几家老牌公司以外，还出现了PalmOS，WinCE，嵌入式Linux，Lynx，Nucleux，以及国内的Hopen，DeltaOs等嵌入式操作系统。随着嵌入式技术的发展前景日益广阔，相信会有更多的嵌入式操作系统软件出现。22.嵌入式的特点嵌入式系统被定义为: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。嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术和各个行业的具体应用相结合后的产物,这一点就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。目前嵌入式系统除了部分为32位处理器外,大量存在的是8位和16位的嵌入式微控制器(MCU),嵌入式系统是计算机应用的另一种形态,正如前所述它与通用计算机应用不同:嵌入式计算机是以嵌入式系统的形式隐藏在各种装置、产品和系统之中的一种软硬件高度专业化的特定计算机系统。常见的嵌入式系统有16种:Linux、uClinux、WinCE、PalmOS、Symbian、eCos、uCOS-II、VxWorks、pSOS、Nucleus、ThreadX、Rtems、QNX、INTEGRITY、OSE、CExecutive3.嵌入式系统的分类3.1非实时系统特性嵌入式系统的设计挑战是使嵌入式系统的独特性能与设备的特殊约束条件相一致。以下是一些嵌入式系统的重要特性：(1)特殊应用系统－嵌入式系统不同于通用处理器，它针对特殊应用进行了优化。（2）反应性系统－反应性计算的意思是系统(主要是软件部分)根据传感器信息对环境作出响应，并利用激励器控制环境，同时系统速度能与环境速度同步。（3）分布式－嵌入式系统的一般特征是多个通信进程在多个通过通信链路链接的CPU或ASIC上运行。（4）异类性－不同的嵌入式系统一般具有不同的结构，以便在处理严格设计约束的嵌入式系统时能够提供更好的设计便利性。（5）苛刻环境－许多嵌入式系统并不工作在受控的环境中，因此它们必须能够经受过热、振动、冲击、电源波动和其它恶劣的物理环境条件的考验。（6）系统安全性和可靠性－由于嵌入式系统复杂度和运算量的不断增长，需要更多地考虑系统安全因素。（7）小型化、重量轻－为了达到便携目的，许多嵌入式系统的重量必须设计得很轻。（8）成本敏感性－不同的嵌入式系统对成本的敏感性有很大的不同。3.2实时系统的特性实时系统要求在外部环境指定的时间间隔内对来自环境的激励信号作出响应(包括物理时间的过渡)。从输入时间到输出时间的延迟必须足够小，以满足可以接受的时间值。通常实时系统需要对环境作出连续及时的响应。一般有反应式和嵌入式两种类型。反应式实时系统会与环境发生连续的互作用，而嵌入式实时系统主要用于控制大型系统中安装的特殊硬件。4.嵌入式处理器分类(1)嵌入式微处理器(EmbeddedMicroprocessorUnit,EMPU)嵌入式微处理器的基础是通用计算机中的CPU。在应用中,将微处理器装配在专门设计的电路板上，这样可以大幅度减小系统体积和功耗。为了满足嵌入式应用的特殊要求,在工作温度、抗电磁干扰、可靠性等方面一般都做了各种增强。(2)嵌入式微控制器(MicrocontrollerUnit,MCU)嵌入式微控制器又称单片机。为适应不同的应用需求,一般一个系列的单片机具有多种衍生产品,每种衍生产品的处理器内核都是一样的,不同的是存储器和外设的配置及封装。这样可以使单片机最大限度地和应用需求相匹配,功能不多不少,从而减少功耗和成本。(3)嵌入式DSP处理器(EmbeddedDigitalSignalProcessor,EDSP)3DSP处理器对系统结构和指令进行了特殊设计,使其适合于执行DSP算法,编译效率较高,指令执行速度也较高。在数字滤波、FFT、谱分析等方面DSP算法正在大量进入嵌入式领域,DSP应用正从在通用单片机中以普通指令实现DSP功能,过渡到采用嵌入式DSP处理器。(4)嵌入式片上系统(SystemOnChip)在一个硅片上实现一个更为复杂的系统。这就是SystemOnChip(SOC)。用户只需定义出其整个应用系统,仿真通过后就可以将设计图交给半导体工厂制作样品。这样除个别无法集成的器件以外,整个嵌入式系统大部分均可集成到一块或几块芯片中去,应用系统电路板将变得很简洁,对于减小体积和功耗、提高可靠性非常有利。5.嵌入式系统的分层嵌入式系统分为４层，硬件层、驱动层、操作系统层和应用层。（1）硬件层，是整个嵌入式系统的根本，也是驱动层的基础。（2）驱动层，驱动程序在系统调用时，不会独占操作系统时间片，而导至其它任务不能动行。(3)操作系统层，操作系统是负责系统任务的调试、磁盘和文件的管理，而嵌入式系统的实时性十分重要。(4)应用层，便是进行编程接口函数调用，编译和开发环境。6.嵌入式开发6.1嵌入式两种开发硬件，主要使用语言是C语言和汇编，例如做dsp开发，做驱动开发，这类的开发对硬件要求比较高，短期内比较难掌握，除非是专业人士，另外，这类开发的就业机会比较少，因为国内的硬件设计力量很弱，稍复杂的硬件都交给国外公司设计，所以大学生找这样的工作很难，这也是为什么很多这类的毕业生都转行去做应用层的软件开发或者做网络维护之类的工作了。软件，主要基于嵌入式操作系统，例如Symbian、Linux、Windowsmobile、Android等等，开发人员主要从事嵌入式操作系统和应用软件的开发。特点是：比较容易上手学习，就业机会多，因为嵌入式设备的增值很大程度上取决于嵌入式软件，这占了嵌入式系统的最主要工作。越是智能设备越是复杂系统，软件越起关键作用，而且这是目前的趋势，所以需要大量的研发人员，而且就业前景也非常的看好。6.2嵌入式系统开发生命周期硬件与软件将同时进行开发。理解硬件与软件功能相互之间的关系及界限有助于确保设计要求得到完整正确的理解和实现。早在设计要求的定义与分析阶段，就必须分配系统仿真、原型设计和行为建模结果、一旦分配结束，就可以立即着手具体的设计和实现。实时系统开发中软硬件的并行设计会使用到各种分析技术，包括：1.硬件与软件仿真；2.硬件/软件协同仿真；3.可调度的建模技术，如速率恒定分析；4.原型设计和渐进式开发。低层仿真可以用来为总线宽度和数据流程建模，这对性能评估是非常有用的。高层仿真可以满足功能的交互，并促成硬件/软件权衡研究及有效性设计。6.3嵌入式软件开发的优点(1)目前国内外这方面的人都很稀缺。一方面，是因为这一领域入门门槛较高，不仅要懂较底层软件（例如操作系统级、驱动程序级软件），对软件专业水平要求较高（嵌入式系统对软件设计的时间和空间效率要求较高），而且必须懂得硬件的工作原理，所以非专业IT人员很难切入这一领域；另一方面，是因为这一领域较新，目前发展太快，很多软硬件技术出现时间不长或正在出现（如ARM处理器、嵌入式操作系统、MPEG技术、无线通信协议等），掌握这些新技术的人当然很少。嵌入式人才稀缺，身价自然就高。4(2)与企业计算等应用软件不同，嵌入式领域人才的工作强度通常低一些（但收入不低）。搞嵌入式系统的，都有自己的产品计划，按自己的节奏行事。所开发的产品通常是通用的，不会因客户的不同而修改。一个产品型号开发完了，往往有较长一段空闲时间（或只是对软件进行一些小修补），有时间进行充电和休整。另外，从事嵌入式软件的每个人工作范围相对狭窄，所涉及的专业技术范围就是那些（ARM、RTOS、MPEG、802.11等），时间长了这些东西会越搞越有经验。6.4嵌入式软件开发的缺点(1)入门起点较高，所用到的技术往往都有一定难度，若软硬件基础不好，特别是操作系统级软件功底不深，则可能不适于此行。(2)这方面的企业数量要远少于企业计算类企业。特别是从事嵌入式的小企业数量较多（小企业要搞自己的产品创业），知名大公司较少（搞嵌入式的大公司主要有Intel、Motorola、TI、Philip、Samsung、Sony、Futjtum、Bell-Alcatel、意法半导体、Microtek、研华、华为、中兴通信、上广电等制造类企业）。这些企业的习惯思维方式是到电子、通信等偏硬专业找人。(3)有少数公司经常要硕士以上的人搞嵌入式，主要是基于嵌入式的难度。但大多数公司也并无此要求。7.嵌入式系统的平台模式在嵌入式系统中，计算机学科要承担起嵌入式系统应用平台的构建任务，它包括嵌入式系统的集成开发环境、计算机工程方法、编程语言、程序设计方法等内容。按照集成性发展规律要求，知识创新者应该将创新知识成果集成到工具之中，转化为