嵌入式系統(tǒng)的全面解析

　　嵌入式系統(tǒng)的應用十分廣泛，因此越來越多的人學習嵌入式系統(tǒng)。由此，在學習嵌入式系統(tǒng)之前，我們應當對嵌入式系統(tǒng)具備一些認識。所以在本文余下部分，小編將對嵌入式系統(tǒng)進行全面解析。如果你對嵌入式系統(tǒng)具有興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

　　一、嵌入式系統(tǒng)不是“專用計算機系統(tǒng)”

　　“專用計算機系統(tǒng)”這個名詞應該和“通用計算機系統(tǒng)”這個名詞相對應。從字義上看，不管是“專用”或者是“通用”，它們都沒有脫離計算機系統(tǒng)這個范疇，應該說它們都歸屬計算機系統(tǒng)。既然是計算機系統(tǒng)，那它們的發(fā)展起源應該是計算機。它們的體系結(jié)構(gòu)、功能特點，知識體系、技術要求應該有相同之處。但是，事實上嵌入式系統(tǒng)和計算機系統(tǒng)雖有聯(lián)系，可在以上提及的幾點上并沒有多少相同之處，又何談它是“專用計算機系統(tǒng)”。

　　1.1 發(fā)展并行獨立

　　嵌入式系統(tǒng)獨立發(fā)展至今約30年了。它與計算機系統(tǒng)是兩個獨立的發(fā)展系統(tǒng)，從它們的起源看，二者都源于半導體集成電路，誕生于微型計算機時代，二者發(fā)展并行獨立。

　　嵌入式系統(tǒng)起源于半導體集成電路，該半導體集成電路分為晶體管和集成電路。20世紀70年代，集成電路產(chǎn)生了微處理器，微處理器是智能內(nèi)核，它有兩個功能，其一是運算處理功能，即高速海量的解算能力，它促使了計算機獨立的飛速發(fā)展至今;其二是控制功能，嵌入式系統(tǒng)屬控制功能，控制功能產(chǎn)生了微控制器，俗稱單片機，它促使了嵌入式系統(tǒng)的獨立發(fā)展至今。

　　20世紀70年代，微處理器的控制功能引起了控制專業(yè)人士研究興趣，他們將微機嵌入到對象體系內(nèi)，經(jīng)過電氣、機械加固，并配置各種外圍接口，從而實現(xiàn)了對對象體系的智能化控制。這樣此微機便失去了原來的形態(tài)和微型計算機功能，嵌入式計算機系統(tǒng)（簡稱嵌入式系統(tǒng)）由此而得名。由于嵌入式系統(tǒng)要求嵌入到對象器件內(nèi)，體積要特小，功能要可靠，成本還要低，而計算機無法承擔起對對象系統(tǒng)的智能化控制任務，所以嵌入式系統(tǒng)則走上了自己獨立發(fā)展的單芯片化的道路。

　　微控制器也就是傳統(tǒng)意義上的單片機。它的特點是體積小、結(jié)構(gòu)簡單、便于開發(fā)以及價格經(jīng)濟。它可以說是目前嵌入式系統(tǒng)的前身。單片機就是把對象所需要的主要功能集成到了一個芯片上，通常一個單片機芯片包含了運算處理單元、ARM、FLASH存儲器以及一些外部接口等。通過外部接口可以輸出或者輸入信號，控制相應的設備，用戶可以把編寫好的代碼燒寫到單片機芯片內(nèi)部來控制外部設備。單片機常被用在智能儀器、工業(yè)測量、辦公自動化方面。如數(shù)字電表、公交IC刷卡系統(tǒng)、打印機等，內(nèi)部都有單片機存在。

　　我們由嵌入式系統(tǒng)發(fā)展起源的歷史看，嵌入式系統(tǒng)起源于半導體集成電路，它不是起源于計算機，所以它不是“專用計算機系統(tǒng)”，它是專用的智能化的控制系統(tǒng)。將嵌入式系統(tǒng)定義為“專用計算機系統(tǒng)”，不符合歷史，混淆了二者的本質(zhì)區(qū)別，因此不可取。

　　1.2 技術發(fā)展方向不同

　　嵌入式系統(tǒng)顧名思義，是要嵌入到對象體系中，與對象系統(tǒng)有機地結(jié)合，實現(xiàn)的是對對象系統(tǒng)的智能化控制。它有著與計算機完全不同的技術要求、技術發(fā)展方向。

　　嵌入式系統(tǒng)從形式上，要求該系統(tǒng)智能化、超小型;從功能上，要求功能可靠、功耗低、經(jīng)濟實惠;從應用的范圍上，要面向市場、面向用戶、面向?qū)ο蟆⒚嫦?a target="_blank">產(chǎn)品;從技術上，要求提高對對象的智能化控制能力、與對象密切相關的嵌入性能和控制的可靠性。

　　計算機系統(tǒng)從形式上，是要看得見、摸得著，不需要嵌入到別的器件內(nèi);從功能上，要求多處理功能;從技術上，要求的是高速海量的數(shù)值計算、總線速度的無限提升、存儲容量的不斷擴大。

　　所以我們說：嵌入式系統(tǒng)與計算機系統(tǒng)，技術要求、技術發(fā)展方向根本不同，不應定義為“專用計算機系統(tǒng)”。如果定義為“專用計算機系統(tǒng)”，就等于嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展，要沿著計算機技術要求的發(fā)展道路走，這就等于束縛了嵌入式系統(tǒng)健康開放式的獨立發(fā)展之路。

　　1.3 體系結(jié)構(gòu)不同

　　嵌入式系統(tǒng)一般由嵌入式微處理器、外圍硬件設備、嵌入式操作系統(tǒng)、用戶應用程序4個部分組成，用于實現(xiàn)對其他設備的控制、監(jiān)視和管理等功能。

　　嵌入式系統(tǒng)的經(jīng)典體系結(jié)構(gòu)有3個層次的軟硬件，有4個通道接口，它的通道接口是為了嵌入到對象體系去，和對象體系產(chǎn)生4個界面。它的核心是嵌入式微處理器，這個處理器不是通用的計算機處理器。也就是說，二者采用的處理器是截然不同的。嵌入式外圍功能擴展之后，形成了微控制器，其對象接口技術擴展，產(chǎn)生4個接口，形成了SoC整個片上結(jié)構(gòu)，4個中斷。其軟件分為：指令系統(tǒng)、驅(qū)動軟件、操作系統(tǒng)3部分。

　　我們從嵌入式系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)看出：

　?、?二者的處理器不同。計算機是通用的處理器，嵌入式系統(tǒng)是面向特定應用的微處理器，它具有低功耗、體積小、集成度高等特點，有利于整個系統(tǒng)設計趨于小型化。

　?、?計算機是標準總線和外設，嵌入式總線和外部接口都集成在處理器內(nèi);計算機軟硬件相對獨立，嵌入式系統(tǒng)則是將軟硬件緊密集成在一起，結(jié)構(gòu)更緊湊;計算機系統(tǒng)偏重多功能處理設置，嵌入式系統(tǒng)重在對對象的控制能力設置。

　　所以說，嵌入式體系結(jié)構(gòu)與計算機的體系結(jié)構(gòu)是不同的。嵌入式系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)是控制性的體系結(jié)構(gòu)，不是計算機系統(tǒng)的處理型體系結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)不同，則性質(zhì)全非，所以，嵌入式系統(tǒng)不能定義為“專用計算機系統(tǒng)”。

　　1.4 功能特點各異

　?、?嵌入式系統(tǒng)具有嵌入性、控制性，軟硬件可根據(jù)對象需要來設置。計算機系統(tǒng)則不是這樣。

　?、?嵌入式系統(tǒng)功能專一，即軟硬件專門為某一特定應用系統(tǒng)而設計;計算機系統(tǒng)則是多功能處理。

　?、?嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊：嵌入式系統(tǒng)中的軟件一般不像計算機存儲于磁盤等載體中，而都固化在存儲器芯片或單片系統(tǒng)的存儲器之中，這樣使其結(jié)構(gòu)特別緊湊，從而達到小體積、高效能、低成本、低功耗。計算機結(jié)構(gòu)要求可大可小，大到臺式，小到筆記本、手提電腦等;計算機的CPU要求嚴格，相比嵌入式系統(tǒng)的微處理器，一般價格昂貴，達不到嵌入式系統(tǒng)那樣低成本、低功耗。嵌入式系統(tǒng)通常使用閃存（FLASH Memory）等作為存儲介質(zhì)，以提高速度、減小體積、降低功耗。而計算機通常使用磁盤這類具有大容量但速度較慢的存儲介質(zhì)。

　　④ 嵌入式系統(tǒng)智能靈活及實時性：就是要對不同的情況作出不同的反應，同時必須實時地給出計算的結(jié)果并進行實時控制，計算機在智能靈活性方面則比不上。

　?、?嵌入式系統(tǒng)可靠性高，因為軟件是固化的。例如，它無*侵害。計算機則不然，常常受*的攻擊。所以嵌入式系統(tǒng)常常應用在人身設備安全、國家機密等重大事務上。

　　⑥ 計算機行業(yè)一般受技術壟斷，例如計算機操作系統(tǒng)方面微軟占居壟斷地位。但嵌入式系統(tǒng)領域，不會出現(xiàn)這種情況。因為它是一個分散的，充滿競爭、機遇與創(chuàng)新的領域，沒有誰的操作系統(tǒng)和處理器能夠壟斷市場。

　　總而言之，嵌入式系統(tǒng)與計算機系統(tǒng)功能特點各異，二者不能混為一談。

　　二、嵌入式系統(tǒng)不只以“計算機技術為基礎”

　　嵌入式系統(tǒng)知識體系具有廣泛性。它與微電子學科技術、計算機學科技術、電子學科技術與對象學科技術都密切相關。計算機技術在嵌入式系統(tǒng)中，承擔著應用平臺的構(gòu)建任務，它包括嵌入式系統(tǒng)的集成開發(fā)環(huán)境、計算機工作方法、編程語言、程序設計方法等內(nèi)容，它是構(gòu)建嵌入式系統(tǒng)平臺的重要基礎之一，但并不是唯一。嵌入式系統(tǒng)還需要其他的技術支持。

　　微電子技術為嵌入式系統(tǒng)的應用提供了集成電路基礎。電子技術提供電路設計技術。它將微電子領域的集成電路設計，迅速從電路集成、功能集成、技術集成發(fā)展到知識集成，為計算機技術提供嵌入式系統(tǒng)的硬件設計技術支持;對象學科技術是嵌入式系統(tǒng)的最終用戶的技術學科。對象學科幾乎囊括了所有的科技領域，形成了嵌入式系統(tǒng)一個無限大的應用領域。對象學科要在嵌入式系統(tǒng)平臺上構(gòu)建本領域的一個嵌入式應用系統(tǒng)。嵌入式應用系統(tǒng)的技術基礎是對象學科的基礎理論與應用環(huán)境、應用要求。同時，在應用中要不斷給微電子、集成電路設計、嵌入式系統(tǒng)提出技術要求，以便不斷提升嵌入式系統(tǒng)平臺的技術水平。在對象學科中，廣大的應用工程師在嵌入式軟硬件平臺上實現(xiàn)最廣泛的應用。

　　嵌入式系統(tǒng)是先進的計算機技術、半導體技術、微電子技術、電子技術以及各種具體應用相結(jié)合的產(chǎn)物，是技術密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的新型集成知識系統(tǒng)。它以微電子學科、計算機學科、電子技術學科為構(gòu)建平臺基礎，以對象學科技術為平臺應用，并且各學科技術又相互聯(lián)系、相互支持。嵌入式系統(tǒng)包容各家技術之長，吸取各專業(yè)之精華，形成自己獨特的知識技術體系。

　　從以上分析可以看出，把嵌入式系統(tǒng)定義為“以計算機技術為基礎”，縮小了嵌入式系統(tǒng)的外延范圍，否定了各學科技術在嵌入式系統(tǒng)中的綜合應用作用，不全面，帶有一定的局限性，不利于嵌入式系統(tǒng)獨特的學科體系建立。