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    淺談嵌入式系統的定義與發展歷史

    • 發布:嵌入式培訓
    • 來源:嵌入式問答
    • 時間:2017-06-09 11:22

    嵌入式系統誕生于微型機時代,經歷了漫長的獨立發展的單片機道路。下面是小編整理的關于嵌入式系統的定義與發展歷史,希望大家認真分析!

    目前,在嵌入式系統應用領域中,不少人對什么是嵌入式系統不甚了解。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;也有些人在解釋什么是嵌入式系統時,不是從定義出發,而是列舉了嵌入式系統的一些特點,往往不知所云。因此,有必要從現代計算的發展歷史,了解嵌入式系統的由來,從學科建設的角度來探討嵌入式系統較為準確的定義。

    1、現代計算機的技術發展史

    (1)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監測系統。這樣一來,計算機便失去了原來的形態與通用的計算機功能。為了區別于原有的通用計算機系統,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。因此,嵌入式系統誕生于微型機時代,嵌入式系統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的基本出發點。

    (2)現代計算機技術的兩大分支

    由于嵌入式計算機系統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完全不同的技術要求與技術發展方向。

    通用計算機系統的技術要求是高速、海量的數值計算;技術發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的技術要求則是對象的智能化控制能力;技術發展方向是與對象系統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(如家用電器、儀器儀表、工控單元……),無法嵌入通用計算機系統,況且嵌入式系統與通用計算機系統的技術發展方向完全不同,因此,必須獨立地發展通用計算機系統與嵌入式計算機系統,這就形成了現代計算機技術發展的兩大分支。

    如果說微型機的出現,使計算機進入到現代計算機發展階段,那么嵌入式計算機系統的誕生,則標志了計算機進入了通用計算機系統與嵌入式計算機系統兩大分支并行發展時代,從而導致20世紀末,計算機的高速發展時期。

    (3)兩大分支發展的里程碑事件

    通用計算機系統與嵌入式計算機系統的專業化分工發展,導致20世紀末、21世紀初,計算機技術的飛速發展。計算機專業領域集中精力發展通用計算機系統的軟、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,使通用計算機系統進入到盡善盡美階段。

    嵌入式計算機系統則走上了一條完全不同的道路,這條獨立發展的道路就是單芯片化道路。它動員了原有的傳統電子系統領域的廠家與專業人士,接過起源于計算機領域的嵌入式系統,承擔起發展與普及嵌入式系統的歷史任務,迅速地將傳統的電子系統發展到智能化的現代電子系統時代。

    因此,現代計算機技術發展的兩大分支的里程碑意義在于:它不僅形成了計算機發展的專業化分工,而且將發展計算機技術的任務擴展到傳統的電子系統領域,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、嵌入式系統的定義與特點

    如果我們了解了嵌入式(計算機)系統的由來與發展,對嵌入式系統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。

    (1)嵌入式系統的定義

    按照歷史性、本質性、普遍性要求,嵌入式系統應定義為:“嵌入到對象體系中的專用計算機系統”。“嵌入性”、“專用性”與“計算機系統”是嵌入式系統的三個基本要素。對象系統則是指嵌入式系統所嵌入的宿主系統。

    (2)嵌入式系統的特點

    嵌入式系統的特點與定義不同,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中,必須滿足對象系統的環境要求,如物理環境(小型)、電氣/氣氛環境(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”的相關特點:嵌入式系統必須是能滿足對象系統控制要求的計算機系統。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相適應的接口電路。

    另外,在理解嵌入式系統定義時,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)嵌入式系統的種類與發展

    按照上述嵌入式系統的定義,只要滿足定義中三要素的計算機系統,都可稱為嵌入式系統。嵌入式系統按形態可分為設備級(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,但由于嵌入式系統是一個嵌入式計算機系統,因此,只有將嵌入式處理器構成一個計算機系統,并作為嵌入式應用時,這樣的計算機系統才可稱作嵌入式系統。

    嵌入式系統與對象系統密切相關,其主要技術發展方向是滿足嵌入式應用要求,不斷擴展對象系統要求的外圍電路(如ADC、DAC、PWM、日歷時鐘、電源監測、程序運行監測電路等),形成滿足對象系統要求的應用系統。因此,嵌入式系統作為一個專用計算機系統,要不斷向計算機應用系統發展。因此,可以把定義中的專用計算機系統引伸成,滿足對象系統要求的計算機應用系統。

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