嵌入式系統(tǒng)的定義與發(fā)展歷史

嵌入式系統(tǒng)的定義與發(fā)展歷史嵌入式系統(tǒng)的定義與發(fā)展歷史目前，在嵌入式系統(tǒng)應用領域中，不少人對什么是嵌入式系統(tǒng)不甚了解。有些人搞了十多年的單片機應用，不知道單片機就是一個最典型的嵌入式系統(tǒng);也有些人在解釋什么是嵌入式系統(tǒng)時，不是從定義出發(fā)，而是列舉了嵌入式系統(tǒng)的一些特點，往往不知所云。因此，有必要從現代計算的發(fā)展歷史，了解嵌入式系統(tǒng)的由來，從學科建設的角度來探討嵌入式系統(tǒng)較為準確的定義。1現代計算機的技術發(fā)展史始于微型機時代的嵌入式應用電子數字計算機誕生于1946年，在其后漫長的歷史進程中，計算機始終是供養(yǎng)在特殊的機房中，實現數值計算的大型昂貴設備。直到20世紀70年代，微處理器的出現，計算機才出現了歷史性的變化。以微處理器為核心的微型計算機以其小型、價廉、高可靠性特點，迅速走出機房;基于高速數值解算能力的微型機，表現出的智能化水平引起了控制專業(yè)人士的興趣，要求將微型機嵌入到一個對象體系中，實現對象體系的智能化控制。例如，將微型計算機經電氣加固、機械加固，并配置各種外圍接口電路，安裝到大型艦船中構成自動駕駛儀或輪機狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。這樣一來，計算機便失去了原來的形態(tài)與通用的計算機功能。為了區(qū)別于原有的通用計算機系統(tǒng)，把嵌入到對象體系中，實現對象體系智能化控制的計算機，稱作嵌入式計算機系統(tǒng)。因此，嵌入式系統(tǒng)誕生于微型機時代，嵌入式系統(tǒng)的嵌入性本質是將一個計算機嵌入到一個對象體系中去，這些是理解嵌入式系統(tǒng)的基本出發(fā)點。現代計算機技術的兩大分支由于嵌入式計算機系統(tǒng)要嵌入到對象體系中，實現的是對象的智能化控制，因此，它有著與通用計算機系統(tǒng)完全不同的技術要求與技術發(fā)展方向。通用計算機系統(tǒng)的技術要求是高速、海量的數值計算;技術發(fā)展方向是總線速度的無限提升，存儲容量的無限擴大。而嵌入式計算機系統(tǒng)的技術要求則是對象的智能化控制能力;技術發(fā)展方向是與對象系統(tǒng)密切相關的嵌入性能、控制能力與控制的可靠性。早期，人們勉為其難地將通用計算機系統(tǒng)進行改裝，在大型設備中實現嵌入式應用。然而，對于眾多的對象系統(tǒng)(如家用電器、儀器儀表、工控單元……)，無法嵌入通用計算機系統(tǒng)，況且嵌入式系統(tǒng)與通用計算機系統(tǒng)的技術發(fā)展方向完全不同，因此，必須獨立地發(fā)展通用計算機系統(tǒng)與嵌入式計算機系統(tǒng)，這就形成了現代計算機技術發(fā)展的兩大分支。如果說微型機的出現，使計算機進入到現代計算機發(fā)展階段，那么嵌入式計算機系統(tǒng)的誕生，則標志了計算機進入了通用計算機系統(tǒng)與嵌入式計算機系統(tǒng)兩大分支并行發(fā)展時代，從而導致20世紀末計算機的高速發(fā)展時期。兩大分支發(fā)展的'里程碑事件通用計算機系統(tǒng)與嵌入式計算機系統(tǒng)的專業(yè)化分工發(fā)展，導致20世紀末、21世紀初，計算機技術的飛速發(fā)展。計算機專業(yè)領域集中精力發(fā)展通用計算機系統(tǒng)的軟、硬件技術，不必兼顧嵌入式應用要求，通用微處理器迅速從286、386、486到奔騰系列;操作系統(tǒng)則迅速擴張計算機基于高速海量的數據文件處理能力，使通用計算機系統(tǒng)進入到盡善盡美階段。嵌入式計算機系統(tǒng)則走上了一條完全不同的道路，這條獨立發(fā)展的道路就是單芯片化道路。它動員了原有的傳統(tǒng)電子系統(tǒng)領域的廠家與專業(yè)人士，接過起源于計算機領域的嵌入式系統(tǒng)，承擔起發(fā)展與普及嵌入式系統(tǒng)的歷史任務，迅速地將傳統(tǒng)的電子系統(tǒng)發(fā)展到智能化的現代電子系統(tǒng)時代。因此，現代計算機技術發(fā)展的兩大分支的里程碑意義在于：它不僅形成了計算機發(fā)展的專業(yè)化分工，而且將發(fā)展計算機技術的任務擴展到傳統(tǒng)的電子系統(tǒng)領域，使計算機成為進入人類社會全面智能化時代的有力工具。2嵌入式系統(tǒng)的定義與特點如果我們了解了嵌入式（計算機）系統(tǒng)的由來與發(fā)展，對嵌入式系統(tǒng)就不會產生過多的誤解，而能歷史地、本質地、普遍適用地定義嵌入式系統(tǒng)。（1）嵌入式系統(tǒng)的定義按照歷史性、本質性、普遍性要求，嵌入式系統(tǒng)應定義為：“嵌入到對象體系中的專用計算機系統(tǒng)”?！扒度胄浴薄ⅰ皩Ｓ眯浴迸c“計算機系統(tǒng)”是嵌入式系統(tǒng)的三個基本要素。對象系統(tǒng)則是指嵌入式系統(tǒng)所嵌入的宿主系統(tǒng)。（2）嵌入式系統(tǒng)的特點嵌入式系統(tǒng)的特點與定義不同，它是由定義中的三個基本要素衍生出來的。不同的嵌入式系統(tǒng)其特點會有所差異。與“嵌入性”的相關特點：由于是嵌入到對象系統(tǒng)中，必須滿足對象系統(tǒng)的環(huán)境要求，如物理環(huán)境（小型）、電氣/氣氛環(huán)境（可靠）、成本（價廉）等要求。與“專用性”的相關特點：軟、硬件的裁剪性;滿足對象要求的最小軟、硬件配置等。與“計算機系統(tǒng)”的相關特點：嵌入式系統(tǒng)必須是能滿足對象系統(tǒng)控制要求的計算機系統(tǒng)。與上兩個特點相呼應，這樣的計算機必須配置有與對象系統(tǒng)相適應的接口電路。另外，在理解嵌入式系統(tǒng)定義時，不要與嵌入式設備相混淆。嵌入式設備是指內部有嵌入式系統(tǒng)的產品、設備，例如，內含單片機的家用電器、儀器儀表、工控單元、機器人、手機、PDA等。（3）嵌入式系統(tǒng)的種類與發(fā)展按照上述嵌入式系統(tǒng)的定義，只要滿足定義中三要素的計算機系統(tǒng)，都可稱為嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)按形態(tài)可分為設備級（工控機）、板級（單板、模塊）、芯片級（MCU、SoC）。有些人把嵌入式處理器當作嵌入式系統(tǒng)，但由于嵌入式系統(tǒng)是一個嵌入式計算機系統(tǒng)，因此，只有將嵌入式處理器構成一個計算機系統(tǒng)，并作為嵌入式應用時，這樣的計算機系統(tǒng)才可稱作嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)與對象系統(tǒng)密切相關，其主要技術發(fā)展方向是滿足嵌入式應用要求，不斷擴展對象系統(tǒng)要求的外圍電路（如ADC、D