嵌入式系统基础之：嵌入式系统概述

4.1嵌入式系统概述

4.1.1嵌入式系统简介

尼葛洛庞帝2001年访华时的预言“4～5年后，嵌入式智能电脑将是继PC和Internet后的最伟大发明！”。如今，嵌入式系统已成为当今最为热门的领域之一，它迅猛的发展势头引起了社会各界人士的关注。如家用电器、手持通信设备、信息终端、仪器仪表、汽车、航天航空、军事装备、制造工业、过程控制等。今天，嵌入式系统带来的工业年产值已超过1万亿美元。用市场观点来看，PC已经从高速增长期进入到平稳发展期，其年增长率由20世纪90年代中期的35%逐年下降，使单纯由PC机带领电子产业蒸蒸日上的时代成为历史。根据PC时代的概念，美国BusinessWeek杂志提出了“后PC时代”概念，即计算机、通信和消费产品的技术将结合起来，以3C产品的形式通过Internet进入家庭。这必将培育出一个庞大的嵌入式应用市场。那么究竟什么是嵌入式系统呢？

按照电器工程协会的定义，嵌入式系统是用来控制或者监视机器、装置、工厂等各种规模系统的设备。这个定义主要是从嵌入式系统的用途方面来进行定义的。

那么，下面再来看一个在多数书籍资料中的关于嵌入式系统的定义：嵌入式系统是指以应用为中心，以计算机技术为基础，软件硬件可剪裁，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。笔者认为，将一套计算机控制系统嵌入到已具有某种完整的特定功能的（或者将会具备完整功能的）系统内（例如：各种机械设备），以实现对原有系统的计算机控制，此时将这个新系统叫做嵌入式系统。它通常由特定功能模块和计算机控制模块组成，主要由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户应用软件等部分组成。它具有“嵌入性”、“专用性”与“计算机系统”的3个基本要素。

从这个定义可以看出，人们平常所广泛使用的手机、PDA、MP3、机顶盒都属于嵌入式系统设备；而车载GPS系统、机器人也是属于嵌入式系统。图4.1展出了人们日常生活中形形色色的嵌入式产品。的确，嵌入式系统已经进入了人们生活的方方面面。

图4.1生活中的嵌入式设备

4.1.2嵌入式系统发展历史

嵌入式系统经过30年的发展历程，主要经历了4个阶段。

第1阶段是以单芯片为核心的可编程控制器形式的系统。这类系统大部分应用于一些专业性强的工业控制系统中，一般没有操作系统的支持，通过汇编语言编程对系统进行直接控制。这一阶段系统的主要特点是：系统结构和功能相对单一，处理效率较低，存储容量较小，几乎没有用户接口。由于这种嵌入式系统使用简单、价格低，因此以前在国内工业领域应用较为普遍，但是现在已经远不能适应高效的、需要大容量存储的现代工业控制和新兴信息家电等领域的需求。

第2阶段是以嵌入式CPU为基础、以简单操作系统为核心的嵌入式系统。其主要特点是：CPU种类繁多，通用性比较弱；系统开销小，效率高；操作系统达到一定的兼容性和扩展性；应用软件较为专业化，用户界面不够友好。

第3阶段是以嵌入式操作系统为标志的嵌入式系统。其主要特点是：嵌入式操作系统能运行于各种不同类型的微处理器上，兼容性好；操作系统内核小、效率高，并且具有高度的模块化和扩展性；具备文件和目录管理、支持多任务、支持网络应用、具备图形窗口和用户界面；具有大量的应用程序接口API，开发应用程序较简单；嵌入式应用软件丰富。

第4阶段是以Internet、多核技术为标志的嵌入式系统。这是一个正在迅速发展的阶段。目前不少嵌入式系统提供Internet服务，而且多种多核嵌入式处理器以及支持多核的软件产品陆续进入嵌入式市场。随着新技术、新工艺的发展以及它们与信息家电、工业控制技术结合日益紧密，嵌入式设备的全能化将代表嵌入式系统的未来。

4.1.3嵌入式系统的特点

（1）面向特定应用的特点。从前面图4.1中也可以看出，嵌入式系统与通用型系统的最大区别就在于嵌入式系统大多工作在为特定用户群设计的系统中，因此它通常都具有低功耗、体积小、集成度高等特点，并且可以满足不用应用的特定需求。

（2）嵌入式系统的硬件和软件都必须进行高效地设计，量体裁衣、去除冗余，力争在同样的硅片面积上实现更高的性能，这样才能在具体应用中对处理器的选择更具有竞争力。

（3）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与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，从事嵌入式系统开发的人才也必须是复合型人才。

（4）为了提高执行速度