面向二十一世紀(jì)的嵌入式系統(tǒng)綜述

1、嵌入式系統(tǒng)綜述之一面向二十一世紀(jì)的嵌入式系統(tǒng)綜述北京塔斯金軟件技術(shù)(BTS)中國(guó)單片機(jī)公共實(shí)驗(yàn)室(BOL)呂京建肖海橋(:/bol-system)摘要：本文根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域,對(duì)計(jì)算機(jī)分類(lèi)提出了嵌入式計(jì)算機(jī)和通用計(jì)算機(jī)的新定義,總結(jié)了嵌入式系統(tǒng)工業(yè)及其開(kāi)發(fā)的特點(diǎn),概括了嵌入式處理器的開(kāi)展及現(xiàn)狀.實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)(RTOS)已成為嵌入式系統(tǒng)的熱點(diǎn),本文對(duì)RTOS及其與嵌入式開(kāi)發(fā)的關(guān)系進(jìn)行了詳細(xì)討論,提出了當(dāng)前中國(guó)嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用行業(yè)面臨的困惑和挑戰(zhàn)以及建立嵌入式應(yīng)用產(chǎn)業(yè)化的設(shè)想.關(guān)鍵詞：嵌入式軟件工業(yè),嵌入式系統(tǒng),實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)(RTOS)1計(jì)算機(jī)工業(yè)的分類(lèi)以往我們根據(jù)計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)、運(yùn)算速度、

2、結(jié)構(gòu)規(guī)模、適用領(lǐng)域,將其分為大型計(jì)算機(jī)、中型機(jī)、小型機(jī)和微計(jì)算機(jī),并以此來(lái)組織學(xué)科和產(chǎn)業(yè)分工,這種分類(lèi)沿襲了約40年.近10年來(lái)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速開(kāi)展,實(shí)際情況產(chǎn)生了根本性的變化,例如70年代末定義的微計(jì)算機(jī)演變出來(lái)的個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC),如今已經(jīng)占據(jù)了全球計(jì)算機(jī)工業(yè)的90%f場(chǎng),其處理速度也超過(guò)了當(dāng)年大、中型計(jì)算機(jī)的定義.隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和產(chǎn)品對(duì)其它行業(yè)的廣泛滲透,以應(yīng)用為中央的分類(lèi)方法變得更為切合實(shí)際,也就是按計(jì)算機(jī)的嵌入式應(yīng)用和非嵌入式應(yīng)用將其分為嵌入式計(jì)算機(jī)和通用計(jì)算機(jī).通用計(jì)算機(jī)具有計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)形態(tài),通過(guò)裝配不同的應(yīng)用軟件,以類(lèi)同面目出現(xiàn)并應(yīng)用在社會(huì)的各個(gè)方面,其典型產(chǎn)品為PC;而嵌入

3、式計(jì)算機(jī)那么是以嵌入式系統(tǒng)的形式隱藏在各種裝置、產(chǎn)品和系統(tǒng)中.嵌入式系統(tǒng)被定義為:以應(yīng)用為中央、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為根底、軟件硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、本錢(qián)、體積、功耗嚴(yán)格要求的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng).嵌入式計(jì)算機(jī)在應(yīng)用數(shù)量上遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了各種通用計(jì)算機(jī),一臺(tái)通用計(jì)算機(jī)的外部設(shè)備中就包含了5-10個(gè)嵌入式微處理器,鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、軟驅(qū)、硬盤(pán)、顯示卡、顯示器、Modem網(wǎng)卡、聲卡、打印機(jī)、掃描儀、數(shù)字相機(jī)、USEft線器等均是由嵌入式處理器限制的.在制造工業(yè)、過(guò)程限制、通訊、儀器、儀表、汽車(chē)、船舶、航空、航天、軍事裝備、消費(fèi)類(lèi)產(chǎn)品等方面均是嵌入式計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域.嵌入式系統(tǒng)是將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技

4、術(shù)和電子技術(shù)和各個(gè)行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合后的產(chǎn)物,這一點(diǎn)就決定了它必然是一個(gè)技術(shù)密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識(shí)集成系統(tǒng).今天嵌入式系統(tǒng)帶來(lái)的工業(yè)年產(chǎn)值已超過(guò)了1萬(wàn)億美元,1997年來(lái)自美國(guó)嵌入式系統(tǒng)大會(huì)(EmbeddedSystemConference)的報(bào)告指出,未來(lái)5年僅基于嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的全數(shù)字電視產(chǎn)品,就將在美國(guó)產(chǎn)生一個(gè)每年1500億美元的新市場(chǎng).美國(guó)汽車(chē)大王福特公司的高級(jí)經(jīng)理也曾宣稱(chēng),“福特出售的計(jì)算水平已超過(guò)了舊M',由此可以想見(jiàn)嵌入式計(jì)算機(jī)工業(yè)的規(guī)模和廣度.1998年11月在美國(guó)加州圣*何塞舉行的嵌入式系統(tǒng)大會(huì)上,基于RTOS勺Embeddednternet成為

5、一個(gè)技術(shù)新熱點(diǎn).美國(guó)著名未來(lái)學(xué)家尼葛洛龐帝99年1月訪華時(shí)預(yù)言,45年后嵌入式智能(電腦)工具將是PC和因特網(wǎng)之后最偉大的創(chuàng)造.我國(guó)著名嵌入式系統(tǒng)專(zhuān)家沈緒榜院士98年11月在武漢全國(guó)第11次微機(jī)學(xué)術(shù)交流會(huì)上發(fā)表的?計(jì)算機(jī)的開(kāi)展與技術(shù)?一文中,對(duì)未來(lái)10年以嵌入式芯片為根底的計(jì)算機(jī)工業(yè)進(jìn)行了科學(xué)的闡述和展望.3嵌入式系統(tǒng)工業(yè)的特點(diǎn)和要求(EmbeddedSystemIndustry,ESI)3.1 嵌入式系統(tǒng)工業(yè)是不可壟斷的高度分散的工業(yè)從某種意義上來(lái)說(shuō),通用計(jì)算機(jī)行業(yè)的技術(shù)是壟斷的.占整個(gè)計(jì)算機(jī)行業(yè)90%勺PC產(chǎn)業(yè),80嗾用Intel的8x86體系結(jié)構(gòu),芯片根本上出自Intel,AMDCyri

6、x等幾家公司.在幾乎每臺(tái)計(jì)算機(jī)必備的操作系統(tǒng)和文字處理器方面,Microsoft的Windows及Word占80-90%,憑借操作系統(tǒng)還可以搭配其它應(yīng)用程序.因此當(dāng)代的通用計(jì)算機(jī)工業(yè)的根底被認(rèn)為是由Wintel(Microsoft和Intel90年代初建立的聯(lián)盟)壟斷的工業(yè).嵌入式系統(tǒng)那么不同,它是一個(gè)分散的工業(yè),充滿了競(jìng)爭(zhēng)、機(jī)遇與創(chuàng)新,沒(méi)有哪一個(gè)系列的處理器和操作系統(tǒng)能夠壟斷全部市場(chǎng).即使在體系結(jié)構(gòu)上存在著主流,但各不相同的應(yīng)用領(lǐng)域決定了不可能有少數(shù)公司、少數(shù)產(chǎn)品壟斷全部市場(chǎng).因此嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域的產(chǎn)品和技術(shù),必然是高度分散的,留給各個(gè)行業(yè)的中小規(guī)模高技術(shù)公司的創(chuàng)新余地很大.另外,社會(huì)上的各個(gè)

7、應(yīng)用領(lǐng)域是在不斷向前開(kāi)展的,要求其中的嵌入式處理器核心也同步開(kāi)展,這也構(gòu)成了推動(dòng)嵌入式工業(yè)開(kāi)展的強(qiáng)大動(dòng)力.嵌入式系統(tǒng)工業(yè)的根底是以應(yīng)用為中央的“芯片設(shè)計(jì)和面向應(yīng)用的軟件產(chǎn)品開(kāi)發(fā).3.2 嵌入式系統(tǒng)具有的產(chǎn)品特征嵌入式系統(tǒng)是面向用戶、面向產(chǎn)品、面向應(yīng)用的,如果獨(dú)立于應(yīng)用自行開(kāi)展,那么會(huì)失去市場(chǎng).嵌入式處理器的功耗、體積、本錢(qián)、可靠性、速度、處理水平、電磁兼容性等方面均受到應(yīng)用要求的制約,這些也是各個(gè)半導(dǎo)體廠商之間競(jìng)爭(zhēng)的熱點(diǎn).和通用計(jì)算機(jī)不同,嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件都必須高效率地設(shè)計(jì),量體裁衣、去除冗余,力爭(zhēng)在同樣的硅片面積上實(shí)現(xiàn)更高的性能,這樣才能在具體應(yīng)用對(duì)處理器的選擇面前更具有競(jìng)爭(zhēng)力.嵌入式

8、處理器要針對(duì)用戶的具體需求,對(duì)芯片配置進(jìn)行裁剪和添加才能到達(dá)理想的性能；但同時(shí)還受用戶訂貨量的制約.因此不同的處理器面向的用戶是不一樣的,可能是一般用戶,行業(yè)用戶或單一用戶.嵌入式系統(tǒng)和具體應(yīng)用有機(jī)地結(jié)合在一起,它的升級(jí)換代也是和具體產(chǎn)品同步進(jìn)行,因此嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品一旦進(jìn)入市場(chǎng),具有較長(zhǎng)的生命周期.嵌入式系統(tǒng)中的軟件,一般都固化在只讀存儲(chǔ)器中,而不是以磁盤(pán)為載體,可以隨意更換,所以嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用軟件生命周期也和嵌入式產(chǎn)品一樣長(zhǎng).另外,各個(gè)行業(yè)的應(yīng)用系統(tǒng)和產(chǎn)品,和通用計(jì)算機(jī)軟件不同,很少發(fā)生忽然性的跳躍,嵌入式系統(tǒng)中的軟件也因此更強(qiáng)調(diào)可繼承性和技術(shù)銜接性,開(kāi)展比擬穩(wěn)定.嵌入式處理器的開(kāi)展也表達(dá)

9、出穩(wěn)定性,一個(gè)體系一般要存在8-10年的時(shí)間.一個(gè)體系結(jié)構(gòu)及其相關(guān)的片上外設(shè)、開(kāi)發(fā)工具、庫(kù)函數(shù)、嵌入式應(yīng)用產(chǎn)品是一套復(fù)雜的知識(shí)系統(tǒng),用戶和半導(dǎo)體廠商都不會(huì)輕易地放棄一種處理器.3.3 嵌入式系統(tǒng)軟件的特征嵌入式處理器的應(yīng)用軟件是實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)功能的關(guān)鍵,對(duì)嵌入式處理器系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的要求也和通用計(jì)算機(jī)有所不同.(1)軟件要求固態(tài)化存儲(chǔ)為了提升執(zhí)行速度和系統(tǒng)可靠性,嵌入式系統(tǒng)中的軟件一般都固化在存儲(chǔ)器芯片或單片機(jī)本身中,而不是存貯于磁盤(pán)等載體中.(2)軟件代碼高質(zhì)量、高可靠性盡管半導(dǎo)體技術(shù)的開(kāi)展使處理器速度不斷提升、片上存儲(chǔ)器容量不斷增加,但在大多數(shù)應(yīng)用中,存儲(chǔ)空間仍然是珍貴的,還存在實(shí)時(shí)性

10、的要求.為此要求程序編寫(xiě)和編譯工具的質(zhì)量要高,以減少程序二進(jìn)制代碼長(zhǎng)度、提升執(zhí)行速度.(3)系統(tǒng)軟件(OS)的高實(shí)時(shí)性是根本要求在多任務(wù)嵌入式系統(tǒng)中,對(duì)重要性各不相同的任務(wù)進(jìn)行統(tǒng)籌兼顧的合理調(diào)度是保證每個(gè)任務(wù)及時(shí)執(zhí)行的關(guān)鍵,單純通過(guò)提升處理器速度是無(wú)法完成和沒(méi)有效率的,這種任務(wù)調(diào)度只能由優(yōu)化編寫(xiě)的系統(tǒng)軟件來(lái)完成,因此系統(tǒng)軟件的高實(shí)時(shí)性是根本要求.(4)多任務(wù)操作系統(tǒng)是知識(shí)集成的平臺(tái)和走向工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化道路的根底3.4 嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)需要開(kāi)發(fā)工具和環(huán)境通用計(jì)算機(jī)具有完善的人機(jī)接口界面,在上面增加一些開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序和環(huán)境即可進(jìn)行對(duì)自身的開(kāi)發(fā).而嵌入式系統(tǒng)本身不具備自舉開(kāi)發(fā)水平,即使設(shè)計(jì)完成以后用戶通常也

11、是不能對(duì)其中的程序功能進(jìn)行修改的,必須有一套開(kāi)發(fā)工具和環(huán)境才能進(jìn)行開(kāi)發(fā),這些工具和環(huán)境一般是基于通用計(jì)算機(jī)上的軟硬件設(shè)備以及各種邏輯分析儀、混合信號(hào)示波器等.3.5 嵌入式系統(tǒng)軟件需要RTOSF發(fā)平臺(tái)通用計(jì)算機(jī)具有完善的操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序接口(API),是計(jì)算機(jī)根本組成不可別離的一局部,應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)以及完成后的軟件都在OS平臺(tái)上面運(yùn)行,但一般不是實(shí)時(shí)的.嵌入式系統(tǒng)那么不同,應(yīng)用程序可以沒(méi)有操作系統(tǒng)直接在芯片上運(yùn)行；但是為了合理地調(diào)度多任務(wù)、利用系統(tǒng)資源、系統(tǒng)函數(shù)以及和專(zhuān)家?guī)旌瘮?shù)接口,用戶必須自行選配RTOSF發(fā)平臺(tái),這樣才能保證程序執(zhí)行的實(shí)時(shí)性、可靠性,并減少開(kāi)發(fā)時(shí)間,保證軟件質(zhì)量.3.6

12、嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員以應(yīng)用專(zhuān)家為主通用計(jì)算機(jī)的開(kāi)發(fā)人員一般是計(jì)算機(jī)科學(xué)或計(jì)算機(jī)工程方面的專(zhuān)業(yè)人士,而嵌入式系統(tǒng)那么是要和各個(gè)不同行業(yè)的應(yīng)用相結(jié)合的,要求更多的計(jì)算機(jī)以外的專(zhuān)業(yè)知識(shí),其開(kāi)發(fā)人員往往是各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的專(zhuān)家.因此開(kāi)發(fā)工具的易學(xué)、易用、可靠、高效是根本要求.中國(guó)的單片機(jī)應(yīng)用和嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)走過(guò)了15年的歷程,有超過(guò)10萬(wàn)名從事單片機(jī)開(kāi)發(fā)應(yīng)用的工程師,但95%Z上是35個(gè)人的小組以孤軍奮戰(zhàn)的封閉方式開(kāi)發(fā)幾乎不可重用的軟件.今天面對(duì)的是嵌入式系統(tǒng)工業(yè)化的潮流,如果我們不能認(rèn)清嵌入式軟件必須以工業(yè)化的方式生產(chǎn)開(kāi)發(fā),不理解在短時(shí)間內(nèi)裝配集成“數(shù)百人年嵌入式產(chǎn)品軟件庫(kù)固化于芯片之中的方法,那么我們將

13、失去更多“上游產(chǎn)品的市場(chǎng)機(jī)遇；反之在我國(guó)大力推動(dòng)和建設(shè)“嵌入式軟件工廠,使我國(guó)的嵌入式軟件庫(kù)(零件)產(chǎn)品化并溶入國(guó)際市場(chǎng),對(duì)加速知識(shí)創(chuàng)新和建立面向21世紀(jì)的知識(shí)經(jīng)濟(jì)具有戰(zhàn)略意義.我們?cè)诖讼Ｍㄟ^(guò):/mcu-world中文網(wǎng)址與各位長(zhǎng)期探索交流.ComprehensiveSurveyonMCU&EmbeddedSystemIndustryBeijingOpenLab.LuJingjian(P.O.Box9716-401,Beijing,100101)AbstractThearticlegivesthenewdefinitionofembeddedcomputeronbasisofcomp

14、uter'sclassificationaccordingtotheapplication'sfields.Itsumsupthefeaturesoftheembeddedsystemindustry,generalizesthedevelopmentandsituationofembeddedprocessors.RealTimeOperationSystem(RTOS)hasbecamethehottopicinthefieldofembeddedsystem.AndRTOSanditsrelationshipwithembeddeddevelopmentarealsodi

15、scussedinthisarticle.ItsubmitsthepuzzlesandchallengesfacedbymicrocontrollerapplicationindustryofChinaandhowtoestablishtheconceptsofembeddedapplicationindustrialization.KeyWordsEmbeddedSoftwareIndustry,EmbeddedSystem,RTOS嵌入式系統(tǒng)綜述之二嵌入式處理器分類(lèi)與現(xiàn)狀北京塔斯金軟件技術(shù)(BTS)中國(guó)單片機(jī)公共實(shí)驗(yàn)室(BOL)呂京建肖海橋(:/bol-system)嵌入式系統(tǒng)的核心部件是

16、各種類(lèi)型的嵌入式處理器,目前據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),全世界嵌入式處理器的品種總量已經(jīng)超過(guò)1000多種,流行體系結(jié)構(gòu)有30幾個(gè)系列,其中8051體系的占有多半.生產(chǎn)8051單片機(jī)的半導(dǎo)體廠家有20多個(gè),共350多種衍生產(chǎn)品,僅Philips就有近100種.現(xiàn)在幾乎每個(gè)半導(dǎo)體制造商都生產(chǎn)嵌入式處理器,越來(lái)越多的公司有自己的處理器設(shè)計(jì)部門(mén).嵌入式處理器的尋址空間一般從64kB到16MB處理速度從0.1MIPS至IJ2000MIPS,常用圭畦I從8個(gè)引腳到144個(gè)引腳.根據(jù)其現(xiàn)狀,嵌入式計(jì)算機(jī)可以分成下面幾類(lèi).嵌入式微處理器的根底是通用計(jì)算機(jī)中的CPU在應(yīng)用中,將微處理器裝配在專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的電路板上,只保存和嵌入式

17、應(yīng)用有關(guān)的母板功能,這樣可以大幅度減小系統(tǒng)體積和功耗.為了滿足嵌入式應(yīng)用的特殊要求,嵌入式微處理器雖然在功能上和標(biāo)準(zhǔn)微處理器根本是一樣的,但在工作溫度、抗電磁干擾、可靠性等方面一般都做了各種增強(qiáng).和工業(yè)限制計(jì)算機(jī)相比,嵌入式微處理器具有體積小、重量輕、本錢(qián)低、可靠性高的優(yōu)點(diǎn),但是在電路板上必須包括ROMRAM總線接口、各種外設(shè)等器件,從而降低了系統(tǒng)的可靠性,技術(shù)保密性也較差.嵌入式微處理器及其存儲(chǔ)器、總線、外設(shè)等安裝在一塊電路板上,稱(chēng)為單板計(jì)算機(jī).如STD-BUSPC104等.近年來(lái),德國(guó)、日本的一些公司又開(kāi)發(fā)出了類(lèi)似“火柴盒式名片大小的嵌入式計(jì)算機(jī)系列OEMF品.嵌入式處理器目前主要有Am1

18、86/88386EXSC-400PowerPC.68000、MIPSARMS列等.嵌入式微限制器(MicrocontrollerUnit,MCU)嵌入式微限制器又稱(chēng)單片機(jī),顧名思義,就是將整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一塊芯片中.嵌入式微限制器一般以某一種微處理器內(nèi)核為核心,芯片內(nèi)部集成ROM/EPROMRAM總線、總線邏輯、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、WatchDogI/O、用行口、脈寬調(diào)制輸出、A/D、D/A、FlashRAMEEPROM各種必要功能和外設(shè).為適應(yīng)不同的應(yīng)用需求,一般一個(gè)系列的單片機(jī)具有多種衍生產(chǎn)品,每種衍生產(chǎn)品的處理器內(nèi)核都是一樣的,不同的是存儲(chǔ)器和外設(shè)的配置及封裝.這樣可以使單片機(jī)最大限度地和

19、應(yīng)用需求相匹配,功能不多不少,從而減少功耗和本錢(qián).和嵌入式微處理器相比,微限制器的最大特點(diǎn)是單片化,體積大大減小,從而使功耗和本錢(qián)下降、可靠性提升.微限制器是目前嵌入式系統(tǒng)工業(yè)的主流.微限制器的片上外設(shè)資源一般比擬豐富,適合于限制,因此稱(chēng)微限制器.嵌入式微限制器目前的品種和數(shù)量最多,比擬有代表性的通用系列包括8051、P51XAMCS-251MCS-96/196/296、C166/167、MC68HC05/11/12/1668300等.另外還有許多半通用系列如：支持USB接口的MC18XC930/931、C540C541;支持I2C、CAN-BusLCD及眾多專(zhuān)用MClf口兼容系列.目前MCU

20、f嵌入式系統(tǒng)約70%的市場(chǎng)份額.特別值得注意的是近年來(lái)提供X86微處理器的著名廠商AM必司,將Am186CC/CH/CU嵌入式處理器稱(chēng)之為Microcontroller,MOTOROLA公司把以PowerPC為根底的PPC50琲口PPC555i5歹U入單片機(jī)行列.TI公司亦將其TMS320C2XXX歹UDSP故為MCU®行推廣.嵌入式DSP處理器(EmbeddedDigitalSignalProcessor,EDSP)DSP處理器對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì),使其適合于執(zhí)行DSPB法,編譯效率較高,指令執(zhí)行速度也較高.在數(shù)字濾波、FFK譜分析等方面DSP算法正在大量進(jìn)入嵌入式領(lǐng)域,

21、DSP®用正從在通用單片機(jī)中以普通指令實(shí)現(xiàn)DSP功能,過(guò)渡到采用嵌入式DSP處理器.嵌入式DSPtt理器有兩個(gè)開(kāi)展來(lái)源,一是DSP處理器經(jīng)過(guò)單片化、EMCC造、增加片上外設(shè)成為嵌入式DSP處理器,TI的TMS320C2000/C500等屬于此范疇；二是在通用單片機(jī)或SOCfr增力口DSP協(xié)處理器,例如Intel的MCS-29褥口Infineon(Siemens)的TriCore.推動(dòng)嵌入式DSP處理器開(kāi)展的另一個(gè)因素是嵌入式系統(tǒng)的智能化,例如各種帶有智能邏輯的消費(fèi)類(lèi)產(chǎn)品,生物信息識(shí)別終端,帶有加解密算法的鍵盤(pán),ADSL®入、實(shí)時(shí)語(yǔ)音壓解系統(tǒng),虛擬現(xiàn)實(shí)顯示等.這類(lèi)智能化算法一

22、般都是運(yùn)算量較大,特別是向量運(yùn)算、指針線性尋址等較多,而這些正是DSP處理器的長(zhǎng)處所在.嵌入式DSP&理器比擬有代表性的產(chǎn)品是TexasInstruments的TMS320系列和Motorola的DSP560008歹1J.TMS3208列處理器包才5用于限制的C2000系列,移動(dòng)通信的C5000系列,以及性能更高的C6000和C8000系列.DSP56000目前已經(jīng)開(kāi)展成為DSP56000DSP56100DSP56200KDSP5630口幾個(gè)不同系歹U的處理器.另外PHILIPS公司今年也推出了基于可重置嵌入式DSPg構(gòu)低本錢(qián)、低功耗技術(shù)上制造的R.E.A.LDSP處理器,特點(diǎn)是具備雙

23、Harvard結(jié)構(gòu)和雙乘/累加單元,應(yīng)用目標(biāo)是大批量消費(fèi)類(lèi)產(chǎn)品.嵌入式片上系統(tǒng)(SystemOnChip)隨著EDI的推廣和VLSI設(shè)計(jì)的普及化,及半導(dǎo)體工藝的迅速開(kāi)展,在一個(gè)硅片上實(shí)現(xiàn)一個(gè)更為復(fù)雜的系統(tǒng)的時(shí)代已來(lái)臨,這就是SystemOnChip(SOC).各種通用處理器內(nèi)核將作為SOCS計(jì)公司的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù),和許多其它嵌入式系統(tǒng)外設(shè)一樣,成為VLSI設(shè)計(jì)中一種標(biāo)準(zhǔn)的器件,用標(biāo)準(zhǔn)的VHD由語(yǔ)言描述,存儲(chǔ)在器件庫(kù)中.用戶只需定義出其整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng),仿真通過(guò)后就可以將設(shè)計(jì)圖交給半導(dǎo)體工廠制作樣品.這樣除個(gè)別無(wú)法集成的器件以外,整個(gè)嵌入式系統(tǒng)大局部均可集成到一塊或幾塊芯片中去,應(yīng)用系統(tǒng)電路板將變得很簡(jiǎn)潔,

24、對(duì)于減小體積和功耗、提升可靠性非常有利.SOC可以分為通用和專(zhuān)用兩類(lèi).通用系列包括In巾neon(Siemens)的TriCore,Motorola的M-Core,某些ARMS列器件,Echelon和Motorola聯(lián)合研制的Neuron芯片等.專(zhuān)用SO5般專(zhuān)用于某個(gè)或某類(lèi)系統(tǒng)中,不為一般用戶所知.一個(gè)有代表性的產(chǎn)品是Philips的SmartXA它將XA單片機(jī)內(nèi)核和支持超過(guò)2048位復(fù)雜RSAM法的CCI#元制作在一塊硅片上,形成一個(gè)可加載JAVA或C語(yǔ)言的專(zhuān)用的SOC可用于公眾互聯(lián)網(wǎng)如Internet平安方面.?自由的嵌入PDA、WAP等產(chǎn)品都蘊(yùn)藏著巨隨著Internet的開(kāi)展,各種智能信

25、息產(chǎn)品層出不窮,機(jī)頂盒、數(shù)字電視等信息家電及個(gè)人大的商機(jī).IDG發(fā)布的統(tǒng)計(jì)說(shuō)明,未來(lái)的四五年內(nèi),信息家電市場(chǎng)會(huì)成長(zhǎng)5倍10倍.各個(gè)硬件和軟件廠商為此都摩拳擦掌,準(zhǔn)備大干一場(chǎng).智能數(shù)字產(chǎn)品的核心是其中的限制軟件,機(jī)頂盒、PDA、WAP等產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和功能都很復(fù)雜,因此需要有相應(yīng)的操作系統(tǒng)支持.對(duì)這個(gè)市場(chǎng)覬覦已久的微軟為此推出了WindowsCE,但是WindowsCE并沒(méi)有像定位為桌面系統(tǒng)的Windows系列那樣橫掃對(duì)手、所向披靡.其中一個(gè)重要原因就是現(xiàn)在廠商和用戶多了一個(gè)選擇：Linux!從1997年刮起來(lái)的Linux旋風(fēng)不僅使Linux在效勞器市場(chǎng)上大出風(fēng)頭,而且正在蠶食著Windows桌面應(yīng)

26、用的市場(chǎng).在智能數(shù)字終端操作系統(tǒng)這個(gè)初露端倪的市場(chǎng)上,Linux更是大有先聲奪人的氣勢(shì).事實(shí)上,除了智能數(shù)字終端領(lǐng)域外,Linux在移動(dòng)計(jì)算平臺(tái)、智能工控設(shè)備、金融業(yè)終端系統(tǒng)POS/ATM機(jī)等、甚至軍事領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景.這些Linux統(tǒng)稱(chēng)為嵌入式Linux",下面就讓我們一起來(lái)揭開(kāi)嵌入式Linux的面紗.什么是嵌入式計(jì)算機(jī)傳統(tǒng)上一般根據(jù)計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)、運(yùn)算速度、適用領(lǐng)域等方面將其分為大型計(jì)算機(jī)、中型機(jī)、小型機(jī)和微型計(jì)算機(jī).近年來(lái)隨著微電子技術(shù)的迅速開(kāi)展,實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域產(chǎn)生了很大變化,微型計(jì)算機(jī)雖然占據(jù)了全球計(jì)算機(jī)工業(yè)90%的市場(chǎng)份額,但是各種各樣應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備、電子產(chǎn)品中的專(zhuān)用

27、計(jì)算機(jī)大量涌現(xiàn),這些計(jì)算機(jī)隱藏在各種產(chǎn)品和系統(tǒng)中,嵌入式計(jì)算機(jī)由此而得名.據(jù)統(tǒng)計(jì),今天嵌入式系統(tǒng)帶來(lái)的工業(yè)年產(chǎn)值已超過(guò)了1萬(wàn)億美元,1997年美國(guó)嵌入式系統(tǒng)大會(huì)的報(bào)告預(yù)測(cè),未來(lái)5年僅基于嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的全數(shù)字電視產(chǎn)品,就將在美國(guó)產(chǎn)生一個(gè)每年1500億美元的新市場(chǎng).我們由此可以推測(cè)嵌入式計(jì)算機(jī)的應(yīng)用規(guī)模.嵌入式Linux早期的硬件設(shè)備很簡(jiǎn)單,軟件的編程和調(diào)試工具也很原始,與硬件系統(tǒng)配套的軟件都必須從頭編寫(xiě).程序大都采用宏匯編語(yǔ)言,調(diào)試是一件很麻煩的事.在70年代的后期,出現(xiàn)了嵌入式系統(tǒng)的操作系統(tǒng).它們采用匯編語(yǔ)言編寫(xiě),而且只能運(yùn)行在相應(yīng)的專(zhuān)用處理器上,對(duì)新的處理器必須重新編寫(xiě)操作系統(tǒng)的所有代碼

28、.在80年代末,市場(chǎng)上出現(xiàn)了幾個(gè)著名的商業(yè)嵌入式操作系統(tǒng).今天它們已經(jīng)成為主流嵌入式操作系統(tǒng).應(yīng)用廣泛的操作系統(tǒng)包括：Vxwork、pSOS、Neculeus和WindowsCE.目前,國(guó)際上用于智能終端設(shè)備的嵌入式操作系統(tǒng)有40種左右.據(jù)最新資料,3Com公司下屬子公司的PalmOS全球市場(chǎng)占有份額達(dá)50%,而WindowsCE不過(guò)29%.在美國(guó)市場(chǎng),PalmOS更以80%的占有率獨(dú)占鰲頭.由于嵌入式產(chǎn)品在體積、本錢(qián)等方面有較嚴(yán)格的要求,處理器局部占用空間應(yīng)盡可能小.系統(tǒng)的可用內(nèi)存和外存數(shù)量也非常受限制,而嵌入式操作系統(tǒng)就運(yùn)行在有限的內(nèi)存一般在ROM或快閃存儲(chǔ)器中,因此就對(duì)操作系統(tǒng)的規(guī)模、效

29、率等提出了較高的要求.WindowsCE與Windows系列有較好的兼容性,無(wú)疑是WindowsCE推廣的一大優(yōu)勢(shì).但從技術(shù)的角度上來(lái)說(shuō),WindowsCE作為嵌入式操作系統(tǒng)有很多缺陷.WindowsCE沒(méi)有開(kāi)放源代碼,使應(yīng)用開(kāi)發(fā)人員很難實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的定制.另外WindowsCE在效率、功耗方面的表現(xiàn)并不出色,而且WindowsCE像Windows一樣占用過(guò)多的系統(tǒng)內(nèi)存,應(yīng)用程序龐大.WindowsCE的版權(quán)許可費(fèi)用也是廠商不得不考慮的因素.正是嵌入式操作系統(tǒng)的特殊要求為L(zhǎng)inux在嵌入式系統(tǒng)中的開(kāi)展提供了廣闊的舞臺(tái).由于Linux的高度靈活性,程序員可以很容易地根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域的特點(diǎn)對(duì)它進(jìn)行定制開(kāi)發(fā)

30、,來(lái)滿足自己的實(shí)際應(yīng)用需要.而且由于Linux固有的多任務(wù)、高效穩(wěn)定的系統(tǒng)特征,使得Linux成為嵌入式操作系統(tǒng)中的新貴.嵌入式Linux一般是根據(jù)嵌入式目標(biāo)系統(tǒng)的要求而設(shè)計(jì),由一個(gè)體積很小的內(nèi)核及一些可以根據(jù)需要進(jìn)行隨意裁減的系統(tǒng)模塊組成.一般來(lái)說(shuō)整個(gè)系統(tǒng)所占用的空間不會(huì)超過(guò)幾M大小.目前,國(guó)外不少大學(xué)、研究機(jī)構(gòu)和知名公司都參加了嵌入式Linux的開(kāi)發(fā)工作,較成熟的嵌入式Linux產(chǎn)品不斷涌現(xiàn),下面我們簡(jiǎn)單介紹幾個(gè)較著名的系統(tǒng).RTLinux:由美國(guó)新墨西哥理工學(xué)院開(kāi)發(fā)的基于標(biāo)準(zhǔn)Linux的嵌入式操作系統(tǒng).截至目前為止,RTLinux已成功地應(yīng)用于從航天飛機(jī)的空間數(shù)據(jù)采集、科學(xué)儀器測(cè)控到電影

31、特技圖像處理等廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域.RTLinux開(kāi)發(fā)者并沒(méi)有針對(duì)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的特性重寫(xiě)Linux的內(nèi)核,這樣做工作量會(huì)非常大,而且要保證兼容性也非常困難.為此,RTLinux提供了一個(gè)精巧的實(shí)時(shí)內(nèi)核,并把標(biāo)準(zhǔn)的Linux核心作為實(shí)時(shí)核心的一個(gè)進(jìn)程同用戶的實(shí)時(shí)進(jìn)程一起調(diào)度,這樣做的好處是對(duì)Linux的改動(dòng)量最小,充分利用了Linux平臺(tái)下現(xiàn)有的豐富的軟件資源.Embedix：由嵌入式Linux行業(yè)主要廠商之一Lineo推出,是根據(jù)嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)的特點(diǎn)重新設(shè)計(jì)的Linux發(fā)行版本.Embedix提供了超過(guò)25種的Linux系統(tǒng)效勞,包括Web效勞器等.系統(tǒng)需要最小8M內(nèi)存,3M只讀內(nèi)存或快閃內(nèi)存.Em

32、bedix基于Linux2.2核心,并已經(jīng)成功地移植到了intelX86和PowerPC處理器系列上.像其他Linux的發(fā)行版本一樣,Embedix可以免費(fèi)獲得.Lineo公司還發(fā)布了另一個(gè)重要的軟件產(chǎn)品,它可以讓在WindowsCE操作系統(tǒng)上運(yùn)行的程序能夠在Embedix系統(tǒng)上運(yùn)行,Lineo還將計(jì)劃推出Embedix的開(kāi)發(fā)調(diào)試工具包,基于圖形界面的瀏覽器等,可以說(shuō),Embedix是一種較完整的嵌入式Linux解決方案.XLinux:由美國(guó)網(wǎng)虎公司推出,主要開(kāi)發(fā)者就是CIH病毒的作者一一臺(tái)灣的天才少年陳盈豪,這個(gè)讓全世界電腦用戶心驚膽戰(zhàn)的少年加盟網(wǎng)虎幾個(gè)月便開(kāi)發(fā)出了基于XLinux的、號(hào)稱(chēng)是

33、世界上最小的嵌入式Linux系統(tǒng),核心只有143K字節(jié),而且還在不斷減小.XLinux核心采用了超字元集專(zhuān)利技術(shù),讓Linux核心不僅可與標(biāo)準(zhǔn)字符集相容,還涵蓋了十二個(gè)國(guó)家地區(qū)的字符集.因此XLinux在推廣Linux的國(guó)際應(yīng)用方面有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì).呼喚國(guó)產(chǎn)嵌入式操作系統(tǒng)曾被媒體炒得熾熱的維納斯與女蝸之爭(zhēng),使我們熟悉到了嵌入式操作系統(tǒng)領(lǐng)域的巨大商機(jī).據(jù)預(yù)測(cè),我國(guó)信息家電產(chǎn)品市場(chǎng)規(guī)模為2000年到達(dá)50億元100億元,2001年到達(dá)500億元700億元規(guī)模,2003年到達(dá)2000億元2500億元規(guī)模.由于Linux的開(kāi)放源碼的特點(diǎn),全世界的開(kāi)發(fā)廠商站在了同一條起跑線上,國(guó)內(nèi)的研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)也正在投入人力物力,力爭(zhēng)在嵌入式操作系統(tǒng)市場(chǎng)上有所作為.目前,中科院計(jì)算所自行開(kāi)發(fā)的開(kāi)放源碼的嵌入式操作系統(tǒng)EasyEmbeddedOS(EEOS)已開(kāi)始進(jìn)入實(shí)用階段.該嵌入式操作系統(tǒng)重點(diǎn)支持pJava,系統(tǒng),目標(biāo)為一方面小型化,一方面能使用Linux的驅(qū)動(dòng)和其他模