什(shen)么是(shi)嵌入(ru)式(shi)系(xi)統？
時間：2018-09-20 來(lai)源：未知
無所不在的嵌入式系統
多(duo)年(nian)前，比爾.蓋茨曾經預言(yan)，隨(sui)著后PC時(shi)(shi)代的(de)到來(lai)，PC將無處不在。今天，伴隨(sui)著二十一(yi)世紀的(de)曙光(guang)，嵌(qian)入(ru)(ru)式系統的(de)迅猛發展正驗證了比爾.蓋茨的(de)預言(yan)，人(ren)類(lei)正迎來(lai)一(yi)個充(chong)滿(man)(man)希望(wang)的(de)新時(shi)(shi)代——后PC時(shi)(shi)代。這是一(yi)個充(chong)滿(man)(man)機遇的(de)時(shi)(shi)代，這是一(yi)個充(chong)滿(man)(man)商機的(de)時(shi)(shi)代。人(ren)類(lei)在經歷了桌面系統的(de)空前繁榮之后，嵌(qian)入(ru)(ru)式系統的(de)發展正風起云涌，廣(guang)泛進(jin)入(ru)(ru)到工(gong)業(ye)，軍事，通信，運(yun)輸，金融(rong)，醫療，氣象，農業(ye)等眾多(duo)領(ling)域。
通常(chang)情況下，人們(men)往往會忽視自己身邊的(de)(de)嵌入(ru)(ru)(ru)式(shi)系(xi)統(tong)(tong)(tong)——比如(ru)手機，取(qu)款機或者電(dian)梯等等，在這(zhe)些隨處可(ke)見的(de)(de)設備(bei)中就存在嵌入(ru)(ru)(ru)式(shi)系(xi)統(tong)(tong)(tong)，有(you)時人們(men)經常(chang)使(shi)用嵌入(ru)(ru)(ru)在汽車，電(dian)梯，PDA，程控交換機等設備(bei)中的(de)(de)小巧的(de)(de)計算機系(xi)統(tong)(tong)(tong)，而對此毫無察(cha)覺。此外，嵌入(ru)(ru)(ru)式(shi)系(xi)統(tong)(tong)(tong)還經常(chang)在工業機器人，醫療(liao)設備(bei)，衛星，飛行系(xi)統(tong)(tong)(tong)等領域扮演(yan)著更為(wei)重要的(de)(de)角色。正是"看不(bu)見"和"無所(suo)不(bu)在"這(zhe)樣(yang)的(de)(de)特性使(shi)得嵌入(ru)(ru)(ru)式(shi)計算機系(xi)統(tong)(tong)(tong)有(you)別于傳統(tong)(tong)(tong)的(de)(de)計算機系(xi)統(tong)(tong)(tong)。
一、嵌入式系統簡介
嵌(qian)(qian)入(ru)式系(xi)統(tong)(tong)(tong)本身是一個相(xiang)對模糊(hu)的定義(yi)。目前嵌(qian)(qian)入(ru)式系(xi)統(tong)(tong)(tong)已經滲透到我(wo)們生活中(zhong)的每個角落，工業(ye)、服務(wu)業(ye)、消(xiao)費電(dian)子……，而恰恰由(you)于這種范圍的擴大(da)，使得“嵌(qian)(qian)入(ru)式系(xi)統(tong)(tong)(tong)”更加難于明確定義(yi)。
舉個(ge)簡單例子(zi)：一個(ge)手持的(de)(de)mp3是(shi)否(fou)可(ke)以叫(jiao)(jiao)做(zuo)是(shi)嵌(qian)(qian)(qian)(qian)入(ru)(ru)(ru)式系統呢(ni)？答案(an)肯定是(shi)“是(shi)”。另外一個(ge)PC104的(de)(de)微型工業控制(zhi)計算(suan)機你(ni)會(hui)認為它是(shi)嵌(qian)(qian)(qian)(qian)入(ru)(ru)(ru)式系統嗎？當然(ran)，也是(shi)，工業控制(zhi)是(shi)嵌(qian)(qian)(qian)(qian)入(ru)(ru)(ru)式系統技術的(de)(de)一個(ge)典型應用領域。然(ran)而比較兩者，你(ni)也許會(hui)發現二者幾乎完全不(bu)同，除了其中都嵌(qian)(qian)(qian)(qian)入(ru)(ru)(ru)有微處理器。那是(shi)否(fou)可(ke)以說(shuo)嵌(qian)(qian)(qian)(qian)入(ru)(ru)(ru)著微處理器的(de)(de)設備(bei)就是(shi)嵌(qian)(qian)(qian)(qian)入(ru)(ru)(ru)式系統？那鼠標中也有單片機，能叫(jiao)(jiao)嵌(qian)(qian)(qian)(qian)入(ru)(ru)(ru)式系統嘛(ma)？
那到底什么是嵌入式系(xi)(xi)統(tong)？莫非嵌入式系(xi)(xi)統(tong)只(zhi)是一(yi)個(ge)難以定義的抽(chou)象概(gai)念(nian)？
二、嵌入式系統的歷史
雖然嵌入(ru)式(shi)系統是(shi)近(jin)幾(ji)年才(cai)風(feng)靡(mi)起(qi)來(lai)的，但(dan)是(shi)這個概念并非新近(jin)才(cai)出(chu)現。從20世(shi)紀七十年代(dai)單(dan)片機(ji)的出(chu)現到今天各式(shi)各樣的嵌入(ru)式(shi)微處理(li)器，微控(kong)制器的大規模應用(yong)，嵌入(ru)式(shi)系統已經(jing)有了近(jin)30年的發展歷史。
作為一個系(xi)統，往往是在硬件和軟(ruan)件交替(ti)發展的雙螺旋的支(zhi)撐下逐漸趨于(yu)穩定和成熟(shu)，嵌入式系(xi)統也(ye)不例外(wai)。
嵌入(ru)式系統的出現初(chu)是(shi)基于單片(pian)機(ji)的。70年(nian)代單片(pian)機(ji)的出現，使(shi)得汽車、家電、工業機(ji)器、通(tong)信裝(zhuang)置(zhi)(zhi)以及成千(qian)上萬種產品可以通(tong)過內(nei)嵌電子裝(zhuang)置(zhi)(zhi)來獲得更佳(jia)的使(shi)用性(xing)能：更容(rong)易使(shi)用、更快、更便宜(yi)。這(zhe)些(xie)裝(zhuang)置(zhi)(zhi)已經初(chu)步具備了嵌入(ru)式的應(ying)用特點(dian)，但是(shi)這(zhe)時的應(ying)用只是(shi)使(shi)用８位的芯(xin)片(pian)，執行一些(xie)單線(xian)程的程序，還談不上“系統”的概(gai)念。
提示：早的單片機是(shi)Intel公司(si)的 8048，它出現在(zai)1976年。Motorola同時推出了(le)68HC05，Zilog公司(si)推出了(le)Z80系列，這些早期的單片機均含有256字節(jie)的RAM、4K的ROM、4 個(ge)8位并口(kou)、1個(ge)全雙工串行口(kou)、兩個(ge)16位定 時 器。之后(hou)在(zai)80年代初，Intel又進一步(bu)完善了(le)8048，在(zai)它的基礎上研制(zhi)成(cheng)功(gong)(gong)了(le)8051，這在(zai)單片機的歷史(shi)上是(shi)值得紀(ji)念的一頁，迄今為(wei)止，51系列的單片機仍然是(shi)為(wei)成(cheng)功(gong)(gong)的單片機芯片，在(zai)各種產品(pin)中有著非常(chang)廣泛的應(ying)用。
從80年代早期開(kai)(kai)始，嵌(qian)(qian)入(ru)式(shi)(shi)系統(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)程(cheng)序(xu)員(yuan)開(kai)(kai)始用(yong)(yong)商業級的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)“操(cao)(cao)作(zuo)系統(tong)”編(bian)寫嵌(qian)(qian)入(ru)式(shi)(shi)應用(yong)(yong)軟件，這(zhe)(zhe)使得(de)可(ke)(ke)(ke)以獲取更(geng)短(duan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)開(kai)(kai)發周期，更(geng)低的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)開(kai)(kai)發資金(jin)和更(geng)高(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)開(kai)(kai)發效率，“嵌(qian)(qian)入(ru)式(shi)(shi)系統(tong)”真正出(chu)現了(le)。確切點說，這(zhe)(zhe)個(ge)時(shi)候的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)操(cao)(cao)作(zuo)系統(tong)是一個(ge)實(shi)時(shi)核，這(zhe)(zhe)個(ge)實(shi)時(shi)核包含了(le)許(xu)多傳統(tong)操(cao)(cao)作(zuo)系統(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)特征，包括任務(wu)管(guan)理(li)(li)、任務(wu)間(jian)通訊、同步與相互排斥、中斷(duan)支持、內存管(guan)理(li)(li)等功能。其中比較著(zhu)名的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)有Ready System 公司的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)VRTX、Integrated System Incorporation (ISI)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)PSOS和IMG的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)VxWorks、QNX公司的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)QNX 等。這(zhe)(zhe)些嵌(qian)(qian)入(ru)式(shi)(shi)操(cao)(cao)作(zuo)系統(tong)都(dou)具有嵌(qian)(qian)入(ru)式(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)典型(xing)特點：它們均采用(yong)(yong)占(zhan)先式(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)調度，響應的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)時(shi)間(jian)很短(duan)，任務(wu)執行的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)時(shi)間(jian)可(ke)(ke)(ke)以確定；系統(tong)內核很小，具有可(ke)(ke)(ke)裁剪，可(ke)(ke)(ke)擴充和可(ke)(ke)(ke)移植性，可(ke)(ke)(ke)以移植到各種處理(li)(li)器上；較強的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)實(shi)時(shi)和可(ke)(ke)(ke)靠性，適合嵌(qian)(qian)入(ru)式(shi)(shi)應用(yong)(yong)。這(zhe)(zhe)些嵌(qian)(qian)入(ru)式(shi)(shi)實(shi)時(shi)多任務(wu)操(cao)(cao)作(zuo)系統(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)出(chu)現，使得(de)應用(yong)(yong)開(kai)(kai)發人(ren)員(yuan)得(de)以從小范圍(wei)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)開(kai)(kai)發解(jie)放(fang)出(chu)來，同時(shi)也(ye)促使嵌(qian)(qian)入(ru)式(shi)(shi)有了(le)更(geng)為廣(guang)闊的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)應用(yong)(yong)空間(jian)。
90年代(dai)以后，隨(sui)著對實時(shi)性要求的(de)(de)(de)(de)(de)提(ti)高，軟件(jian)規模不斷上升，實時(shi)核逐漸(jian)發(fa)展為(wei)實時(shi)多(duo)(duo)任務操作(zuo)(zuo)系(xi)(xi)統（RTOS），并作(zuo)(zuo)為(wei)一種(zhong)軟件(jian)平臺逐步成為(wei)目前(qian)嵌(qian)(qian)入(ru)式系(xi)(xi)統的(de)(de)(de)(de)(de)主流。這(zhe)時(shi)候更多(duo)(duo)的(de)(de)(de)(de)(de)公司(si)看到了嵌(qian)(qian)入(ru)式系(xi)(xi)統的(de)(de)(de)(de)(de)廣(guang)闊(kuo)發(fa)展前(qian)景(jing)，開始大力發(fa)展自己(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)嵌(qian)(qian)入(ru)式操作(zuo)(zuo)系(xi)(xi)統。除了上面的(de)(de)(de)(de)(de)幾家(jia)老(lao)牌公司(si)以外(wai)，還出(chu)現了Palm OS，WinCE，嵌(qian)(qian)入(ru)式Linux，Lynx，Nucleux，以及的(de)(de)(de)(de)(de)Hopen，Delta Os等嵌(qian)(qian)入(ru)式操作(zuo)(zuo)系(xi)(xi)統。隨(sui)著嵌(qian)(qian)入(ru)式技術的(de)(de)(de)(de)(de)發(fa)展前(qian)景(jing)日益廣(guang)闊(kuo)，相(xiang)信會有更多(duo)(duo)的(de)(de)(de)(de)(de)嵌(qian)(qian)入(ru)式操作(zuo)(zuo)系(xi)(xi)統軟件(jian)出(chu)現。
在嵌入(ru)(ru)式(shi)(shi)系統(tong)領域(yu)，比較認同的嵌入(ru)(ru)式(shi)(shi)系統(tong)概念是(shi)：嵌入(ru)(ru)式(shi)(shi)系統(tong)是(shi)以(yi)應(ying)用(yong)(yong)為中心，以(yi)計算機技術為基礎，并且軟(ruan)硬件可裁剪，適用(yong)(yong)于應(ying)用(yong)(yong)系統(tong)對功(gong)能、可靠性、成本、體積、功(gong)耗(hao)有(you)嚴格要(yao)求(qiu)的專(zhuan)用(yong)(yong)計算機系統(tong)。它(ta)一般由嵌入(ru)(ru)式(shi)(shi)微處理(li)器、外(wai)圍(wei)硬件設(she)備、嵌入(ru)(ru)式(shi)(shi)操(cao)作系統(tong)以(yi)及(ji)用(yong)(yong)戶的應(ying)用(yong)(yong)程序等四(si)個部分組成，用(yong)(yong)于實(shi)現對其他設(she)備的控制、監視或(huo)管理(li)等功(gong)能。
三、嵌入式系統的應用領域
嵌(qian)入(ru)式系(xi)統技術具有非(fei)常廣闊的應(ying)用(yong)前景，其應(ying)用(yong)領域可以包括：
1、工(gong)(gong)業(ye)控制(zhi)(zhi)：基于嵌(qian)入式(shi)(shi)芯片的(de)(de)工(gong)(gong)業(ye)自(zi)動化(hua)設(she)備(bei)將(jiang)獲得(de)長足(zu)的(de)(de)發展(zhan)，目前已經有大量(liang)的(de)(de)8、16、32 位(wei)嵌(qian)入式(shi)(shi)微控制(zhi)(zhi)器(qi)在(zai)應(ying)用中，網(wang)絡化(hua)是提高(gao)生產(chan)效率和產(chan)品質量(liang)、減(jian)少人力(li)資(zi)源主要途徑，如工(gong)(gong)業(ye)過程控制(zhi)(zhi)、數字機床、電(dian)力(li)系(xi)(xi)統、電(dian)網(wang)安(an)全、電(dian)網(wang)設(she)備(bei)監(jian)測、石油化(hua)工(gong)(gong)系(xi)(xi)統。就(jiu)傳統的(de)(de)工(gong)(gong)業(ye)控制(zhi)(zhi)產(chan)品而言，低端型采用的(de)(de)往往是８位(wei)單(dan)片機。但是隨著技術的(de)(de)發展(zhan)，32位(wei)、64位(wei)的(de)(de)處理(li)器(qi)逐(zhu)漸成為(wei)工(gong)(gong)業(ye)控制(zhi)(zhi)設(she)備(bei)的(de)(de)核心，在(zai)未(wei)來(lai)幾年內(nei)必將(jiang)獲得(de)長足(zu)的(de)(de)發展(zhan)。
2、交(jiao)通(tong)管理：在(zai)車輛導航、流量控制、信(xin)息監(jian)測與汽車服(fu)務方面，嵌入式系統(tong)技術已經獲得了廣泛的應用，內(nei)嵌GPS模塊(kuai)，GSM模塊(kuai)的移動定位終端已經在(zai)各種運輸行(xing)業(ye)獲得了成(cheng)功的使(shi)用。目(mu)前GPS設備已經從尖(jian)端產(chan)品(pin)進入了普通(tong)百姓的家庭，只(zhi)需要幾千元，就可以隨(sui)時隨(sui)地找到你(ni)的位置。
3、信息家(jia)電：這(zhe)將稱為嵌(qian)入式(shi)系統大的(de)應用領域，冰箱、空調等的(de)網絡化、智能化將人們(men)的(de)生活步入一個(ge)嶄新的(de)空間。即(ji)使你不在(zai)家(jia)里，也可以(yi)通過電話線、網絡進行遠程控制。在(zai)這(zhe)些設(she)備中(zhong)，嵌(qian)入式(shi)系統將大有用武(wu)之(zhi)地。
4、家(jia)庭(ting)智能管理系統：水、電、煤氣表的(de)(de)遠程(cheng)自(zi)動抄表，安全防火(huo)、防盜系統，其中(zhong)嵌有的(de)(de)專(zhuan)用控制芯片將代替傳統的(de)(de)人工檢(jian)查，并實(shi)現更高，更準確和更安全的(de)(de)性能。目前(qian)在服務領域，如遠程(cheng)點菜器等已經(jing)體現了嵌入式系統的(de)(de)優勢。
5、POS網絡及電(dian)子商務：公共交通無接(jie)觸智能卡(ka)(Contactless Smartcard, CSC)發(fa)(fa)行系(xi)統，公共電(dian)話卡(ka)發(fa)(fa)行系(xi)統，自動售(shou)貨機，各種智能ATM終端將(jiang)全面(mian)走(zou)入人們的生活，到(dao)時(shi)手持一(yi)卡(ka)就可(ke)以行遍天下。
6、環(huan)(huan)境(jing)(jing)工程(cheng)與自然：水(shui)文(wen)資料實(shi)時(shi)監(jian)測(ce)，防(fang)洪體系(xi)及水(shui)土質量監(jian)測(ce)、堤壩安全，地震監(jian)測(ce)網(wang)，實(shi)時(shi)氣象信息網(wang)，水(shui)源和空(kong)氣污染監(jian)測(ce)。在(zai)很多(duo)環(huan)(huan)境(jing)(jing)惡劣，地況復雜的地區，嵌入式(shi)系(xi)統(tong)將實(shi)現(xian)無人監(jian)測(ce)。
7、機(ji)(ji)(ji)器人(ren)：嵌入式芯片的發(fa)展(zhan)將使機(ji)(ji)(ji)器人(ren)在微型化，高(gao)智能方面(mian)優(you)勢更(geng)加明顯，同時會大幅度降(jiang)低機(ji)(ji)(ji)器人(ren)的價格，使其在工業領域和(he)服務領域獲得更(geng)廣泛的應用。
這(zhe)些(xie)應(ying)用中，可以著(zhu)重(zhong)于在控制(zhi)方面的應(ying)用。就(jiu)遠(yuan)程(cheng)家(jia)電(dian)控制(zhi)而言，除了開發出支持TCP/IP的嵌(qian)(qian)(qian)入式系統之外，家(jia)電(dian)產品控制(zhi)協議(yi)也需(xu)要制(zhi)訂和統一(yi)，這(zhe)需(xu)要家(jia)電(dian)生產廠家(jia)來(lai)做。同樣的道理，所(suo)有基于網絡的遠(yuan)程(cheng)控制(zhi)器件(jian)都需(xu)要與嵌(qian)(qian)(qian)入式系統之間(jian)實現接口，然后(hou)再由嵌(qian)(qian)(qian)入式系統來(lai)控制(zhi)并通過網絡實現控制(zhi)。所(suo)以，開發和探討嵌(qian)(qian)(qian)入式系統有著(zhu)十分重(zhong)要的意義。
