魏慶福,鄭文波
一 概述
1 嵌入式系統(tǒng)的定義和市場(chǎng)前景
嵌入式系統(tǒng)是指以應(yīng)用為中心,以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ),軟件硬件可剪裁,適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、
可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它主要由嵌入式微處理器、外圍硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)以及用戶應(yīng)用軟件等部分組成。用于實(shí)現(xiàn)對(duì)其它設(shè)備的控制、監(jiān)視和管理等功能,它通常嵌入在主要設(shè)備中運(yùn)行。
PC機(jī)主要應(yīng)用在辦公室自動(dòng)化領(lǐng)域,而嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)廣泛滲透到人們的工作、生活中,從家用電器、手持通訊設(shè)備、信息終端、儀器儀表、汽車、航天航空、軍事裝備、制造工業(yè)、過程控制等。今天,嵌入式系統(tǒng)帶來的工業(yè)年產(chǎn)值已超過1萬億美元。美國著名未來學(xué)家尼葛洛龐帝99年1月訪華時(shí)曾預(yù)言,4~5年后嵌入式智能(電腦)工具將是PC和因特網(wǎng)之后最偉大的發(fā)明。據(jù)統(tǒng)計(jì),嵌入式處理器的數(shù)量占分散處理器的94%,而PC機(jī)用的處理器只占6%。汽車大王福特公司的高級(jí)經(jīng)理曾稱:“福特出售的‘計(jì)算能力’已超過了IBM!”用市場(chǎng)觀點(diǎn)來看,PC已經(jīng)從高速增長(zhǎng)進(jìn)入到平穩(wěn)發(fā)展時(shí)期,其年增長(zhǎng)率由上世紀(jì)90年代中期的35%逐年下降,單純由PC機(jī)帶領(lǐng)電子產(chǎn)業(yè)蒸蒸日上的時(shí)代已經(jīng)成為歷史,根據(jù)PC時(shí)代的概念,美國Business week 雜志提出了“后PC時(shí)代”概念。
根據(jù)美國嵌入式系統(tǒng)專業(yè)雜志RTC報(bào)道,21世紀(jì)初的十年中,全球嵌入式系統(tǒng)市場(chǎng)需求量具有比PC市場(chǎng)大10至100倍的商機(jī)。1998年在芝加哥舉辦的嵌入式系統(tǒng)會(huì)議上,與會(huì)專家一致認(rèn)為,21世紀(jì)嵌入式系統(tǒng)將無所不在,它將為人類生產(chǎn)帶來革命性的發(fā)展,實(shí)現(xiàn)“PCs Everywhere”的生活夢(mèng)想。
2 嵌入式系統(tǒng)的幾個(gè)發(fā)展階段
嵌入式系統(tǒng)的出現(xiàn)至今已經(jīng)有30多年的歷史,近幾年來,計(jì)算機(jī)、通信、消費(fèi)電子的一體化趨勢(shì)日益明顯,嵌入式技術(shù)已成為一個(gè)研究熱點(diǎn)。縱觀嵌入式技術(shù)的發(fā)展過程,大致經(jīng)歷四個(gè)階段。
第一階段是以單芯片為核心的可編程控制器形式的系統(tǒng),具有與監(jiān)測(cè)、伺服、指示設(shè)備相配合的功能。這類系統(tǒng)大部分應(yīng)用于一些專業(yè)性強(qiáng)的工業(yè)控制系統(tǒng)中,一般沒有操作系統(tǒng)的支持,通過匯編語言編程對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行直接控制。這一階段系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是:系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能相對(duì)單一,處理效率較低,存儲(chǔ)容量較小,幾乎沒有用戶接口。由于這種嵌入式系統(tǒng)使用簡(jiǎn)單、價(jià)格低,以前在國內(nèi)工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用較為普遍,但是已經(jīng)遠(yuǎn)不能適應(yīng)高效的、需要大容量存儲(chǔ)的現(xiàn)代工業(yè)控制和新興信息家電等領(lǐng)域的需求。
第二階段是以嵌入式CPU為基礎(chǔ)、以簡(jiǎn)單操作系統(tǒng)為核心的嵌入式系統(tǒng)。主要特點(diǎn)是:CPU種類繁多,通用性比較弱;系統(tǒng)開銷小,效率高;操作系統(tǒng)達(dá)到一定的兼容性和擴(kuò)展性;應(yīng)用軟件較專業(yè)化,用戶界面不夠友好。
第三階段是以嵌入式操作系統(tǒng)為標(biāo)志的嵌入式系統(tǒng)。主要特點(diǎn)是:嵌入式操作系統(tǒng)能運(yùn)行于各種不同類型的微處理器上,兼容性好;操作系統(tǒng)內(nèi)核小、效率高,并且具有高度的模塊化和擴(kuò)展性;具備文件和目錄管理、多任務(wù)、網(wǎng)絡(luò)支持、圖形窗口以及用戶界面等功能;具有大量的應(yīng)用程序接口API,開發(fā)應(yīng)用程序較簡(jiǎn)單;嵌入式應(yīng)用軟件豐富。
第四階段是以Internet為標(biāo)志的嵌入式系統(tǒng)。這是一個(gè)正在迅速發(fā)展的階段。目前大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)還孤立于Internet之外,但隨著Internet的發(fā)展以及Internet技術(shù)與信息家電、工業(yè)控制技術(shù)結(jié)合日益密切,嵌入式設(shè)備與Internet的結(jié)合將代表嵌入式系統(tǒng)的未來。
綜上所述,嵌入式系統(tǒng)技術(shù)日益完善,32位微處理器在該系統(tǒng)中占主導(dǎo)地位,嵌入式操作系統(tǒng)已經(jīng)從簡(jiǎn)單走向成熟,它與網(wǎng)絡(luò)、Internet結(jié)合日益密切,因而,嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用將日益廣泛。
3 嵌入式系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)