2024年5月19日发(作者：)

浅谈嵌入式系统的现状及发展前景

摘要 从嵌入式系统的含义、特点、开发平台及其工业特征出发 ,深入阐述了嵌入式计算

机技术的发展现状 ,展望了嵌入式系统产业在我国的广阔发展前景景。

关键字 嵌入式系统 嵌入式微处理器 嵌入式微控制器 嵌入式微控制器 嵌入式微控

制器 片上系统

1.引言

在现在日益信息化的社会中，计算机和网络已经全面渗透到日常生活的每一个角落。对

于我们每个人，需要的已经不再仅仅是那种放在桌上处理文档，进行工作管理和生产控制的

计算机"机器"；各种各样的新型嵌入式系统设备在应用数量上已经远远超过通用计算机，任

何一个普通人可能拥有从大到小的各种使用嵌入式技术的电子产品，小到mp3，PDA等微型

数字化产品，大到网络家电，智能家电，车载电子设备。而在工业和服务领域中，使用嵌入

式技术的数字机床，智能工具，工业机器人，服务机器人也将逐渐改变传统的工业和服务方

式。

2.嵌入式系统介绍

2 .1 嵌入式系统的含义及分类

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。

2.2 嵌入式系统的分类

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。目前根据其发展现状,嵌入式计算机可以分成下面几类:

(1) 嵌入式微处理器(Embedded MicroprocessorUnit , 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,只保留和嵌入式应用有关的母板功能,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,嵌入式微处理器虽然在功能上和标准微处理器基本是一样的,但在

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(Microcontroller Unit , MCU)

嵌入式微控制器又称单片机。嵌入式微控制器一般以某一种微处理器内核为核心,芯片内

部集成ROMPEPROM、RAM、总线、总线逻辑、定时P计数器、WatchDog、IPO、串行口、脉

宽调制输出、APD、DPA、Flash RAM、E2PROM 等各种必要功能和外设。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。和嵌入式微处理器相比,微控制器的最大特点是单片化,体积大大减

小,从而使功耗和成本下降、可靠性提高。

(3) 嵌入式DSP 处理器( Embedded Digital SignalProcessor , EDSP)

DSP 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(System On Chip)

随着EDI 的推广和VLSI 设计的普及化,及半导体工艺的迅速发展,在一个硅片上实现一个

更为复杂的系统的时代已来临, 这就是System On Chip(SOC) 。各种通用处理器内核将作为

SOC 设计公司的标准库,和许多其它嵌入式系统外设一样,成为VLSI 设计中一种标准的器件,用

标准的VHDL 等语言描述,存储在器件库中。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。

2.3 嵌入式系统工业的特点

2.3.1 嵌入式系统工业是不可垄断的高度分散的工业

嵌入式系统则不同,它是一个分散的工业,充满了竞争、机遇与创新,没有哪一个系列的处

理器和操作系统能够垄断全部市场。即便在体系结构上存在着主流,但各不相同的应用领域决

定了不可能有少数公司、少数产品垄断全部市场。因此嵌入式系统领域的产品和技术,必然是

高度分散的,留给各个行业的中小规模高技术公司的创新余地很大。另外,社会上的各个应用领

域是在不断向前发展的,要求其中的嵌入式处理器核心也同步发展,这也构成了推动嵌入式工

业发展的强大动力。

2.3.2 嵌入式系统具有的产品特征

嵌入式系统是面向用户、面向产品、面向应用的,如果独立于应用自行发展,则会失去市场。

嵌入式处理器的功耗、体积、成本、可靠性、速度、处理能力、电磁兼容性等方面均受到应

用要求的制约,这些也是各个半导体厂商之间竞争的热点。

嵌入式系统和具体应用有机地结合在一起,它的升级换代也是和具体产品同步进行,因此

嵌入式系统产品一旦进入市场,具有较长的生命周期。嵌入式系统中的软件,一般都固化在只读

存储器中,而不是以磁盘为载体,可随意更换,所以嵌入式系统的应用软件生命周期也和嵌入式

产品一样长。另外,各个行业的应用系统和产品,和通用计算机软件不同,很少发生突然性跳跃,

嵌入式系统中的软件也因此更强调可继承性和技术衔接性,发展比较稳定。

2.3.3 嵌入式系统软件的特征

嵌入式处理器的应用软件是实现嵌入式系统功能的关键,对嵌入式处理器系统软件和应

用软件的要求也和通用计算机有所不同。

①软件要求固态化存储

为了提高执行速度和系统可靠性,嵌入式系统中的软件一般都固化在存储器芯片或单片机

本身中,而不是存贮于磁盘等载体中。

②软件代码高质量、高可靠性

尽管半导体技术的发展使处理器速度不断提高、片上存储器容量不断增加,但在大多数应用中,

存储空间仍然是宝贵的,还存在实时性的要求。为此要求程序编写和编译工具的质量要高,以减

少程序二进制代码长度、提高执行速度。

③系统软件(OS) 的高实时性是基本要求

多任务嵌入式系统中,对重要性各不相同的任务进行统筹兼顾的合理调度是保证每个任务及

时执行的关键,单纯通过提高处理器速度是无法完成和没有效率的,这种任务调度只能由优化