第1章 嵌入式系統概述

1.1 嵌入式系統簡介

1.嵌入式系統的概念

根據電氣和電子工程師協會（IEEE）的定義，嵌入式系統是“控制、監視或者輔助裝置、機器和設備運行的裝置”（devices used to control，monitor or assist the operation of equipment， machinery or plants）。從中可以看出嵌入式系統是軟件和硬件的綜合體，還可以涵蓋機械等附屬裝置。目前國內一個普遍被認同的定義是：以應用為中心、以計算機技術為基礎、軟/硬件可裁剪、適應應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統。

嵌入式系統是把計算機直接嵌入到應用系統之中，它融合了計算機軟/硬件技術、通信技術和半導體微電子技術，是信息技術（Information Technology，IT）的最終產品。

嵌入式系統是面向用戶、面向產品、面向應用的，它必須與具體應用相結合才會具有生命力、才更具有優勢。即嵌入式系統是與應用緊密結合的，它具有很強的專用性，必須結合實際系統需求進行合理的裁減利用。

2.嵌入式系統發展史

20世紀70年代出現單片機，今天各式各樣的嵌入式微處理器、微控制器已得到的大規模應用。嵌入式系統的出現最初是基于單片機的。70年代單片機的出現，使得汽車、家電、工業機器、通信裝置以及成千上萬種產品可以通過內嵌電子裝置來獲得更佳的使用性能，更容易使用、更快、更便宜。這些裝置已經初步具備了嵌入式的應用特點，但是這時的應用只是使用8位的芯片，執行一些單線程的程序，還談不上“系統”的概念。

1971年11月，Intel公司成功地把算術運算器和控制器電路集成在一起，推出了第一款微處理器Intel 4004，其后各廠商陸續推出了許多8位、16位的微處理器。Motorola推出了68HC05，Zilog公司推出了Z80系列單板機。在80年代初，Intel在單板機的基礎上開發出了MCS-48單片機，在它的基礎上成功研制了MCS-51單片機，這在單片機的歷史上是值得紀念的一頁，迄今為止，51 系列的單片機仍然是最為成功的單片機芯片之一，在各種產品中有著非常廣泛的應用。早期的單片機均含有256B的RAM、4KB的ROM、4個8位并口、1個全雙工串行口、2個16位定時器等。

1976年Intel公司推出Multibus，1983年擴展為帶寬達40Mbit/s的MultibusⅡ。

1978年由Prolog設計的簡單STD總線廣泛應用于小型嵌入式系統。

從 80 年代早期開始，嵌入式系統的程序員開始用商業級的“操作系統”編寫嵌入式應用軟件，這使得可以獲取更短的開發周期、更低的開發資金和更高的開發效率，“嵌入式系統”真正出現了。確切地說，這時的操作系統是一個實時核，這個實時核包含了許多傳統操作系統的特征，包括任務管理、任務間通信、同步與相互排斥、中斷支持、內存管理等功能。

其中比較著名的有Ready System公司的VRTX、Integrated System Incorporation（ISI）公司的PSOS、IMG公司的VxWorks、QNX公司的QNX 等。這些嵌入式操作系統都具有嵌入式的典型特點：它們均采用占先式的調度，響應的時間很短，任務執行的時間可以確定；系統內核很小，具有可裁剪、可擴充和可移植性，可以移植到各種處理器上；較強的實時和可靠性，適合嵌入式應用。這些嵌入式實時多任務操作系統的出現，使得應用開發人員得以從小范圍的開發解放出來，同時也促使嵌入式有了更為廣闊的應用空間。

20世紀90年代以后，在分布控制、柔性制造、數字化通信和信息家電等巨大需求的牽引下，嵌入式系統進一步加速發展。隨著對實時性要求的提高，軟件規模不斷上升，實時核逐漸發展為實時多任務操作系統（RTOS），并作為一種軟件平臺逐步成為目前國際嵌入式系統的主流。除了上面的幾家老牌公司以外，還出現了Palm OS，WinCE，嵌入式Linux， Lynx，Nucleux，以及國內的Hopen，Delta OS等嵌入式操作系統。

21 世紀無疑是一個網絡的時代，未來的嵌入式設備為了適應網絡發展的要求，必然要求硬件上提供各種網絡通信接口。新一代的嵌入式處理器已經開始內嵌網絡接口，除了支持TCP/IP協議，還有的支持IEEE1394、USB、CAN、Bluetooth或IrDA等通信接口中的一種或者幾種，同時也需要提供相應的通信組網協議軟件和物理層驅動軟件。在軟件方面，系統內核支持網絡模塊，甚至可以在設備上嵌入Web瀏覽器，真正實現隨時隨地使用各種設備上網。

嵌入式系統早期主要應用于軍事及航空、航天等領域，以后逐步廣泛地應用于工業控制、儀器儀表、汽車電子、通信和家用消費類等領域。隨著Internet的發展，新型的嵌入式系統正朝著信息家電（Information Appliance，IA）和3C（Computer，Communication & Consumer）產品方向發展。