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嵌入式系統(tǒng)的定義與發(fā)展歷史
摘要：嵌入式系統(tǒng)誕生于微型機(jī)時(shí)代，經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的獨(dú)立發(fā)展的單片機(jī)道路。給嵌入式系統(tǒng)尋求科學(xué)的定義，必須了解嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展歷史，按照歷史性、本質(zhì)性、普遍通用性來(lái)定義嵌入式系統(tǒng)，并把定義與特點(diǎn)相區(qū)分。由于嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用中，對(duì)象系統(tǒng)的廣泛性與單片機(jī)的獨(dú)主發(fā)展道路，使嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用在客觀上存在兩種模式，從學(xué)科建設(shè)上，可統(tǒng)一成嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的高低端。關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)發(fā)展史 嵌入式系統(tǒng)定義 應(yīng)用模式 高低端應(yīng)用
??目前，在嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域中，不少人對(duì)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(jī)應(yīng)用，不知道單片機(jī)就是一個(gè)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(shí)，不是從定義出發(fā)，而是列舉了嵌入式系統(tǒng)的一些特點(diǎn)，往往不知所云。因此，有必要從現(xiàn)代計(jì)算的發(fā)展歷史，了解嵌入式系統(tǒng)的由來(lái)，從學(xué)科建設(shè)的角度來(lái)探討嵌入式系統(tǒng)較為準(zhǔn)確的定義。
1 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的技術(shù)發(fā)展史
(1)始于微型機(jī)時(shí)代的嵌入式應(yīng)用
??電子數(shù)字計(jì)算機(jī)誕生于1946年，在其后漫長(zhǎng)的歷史進(jìn)程中，計(jì)算機(jī)始終是供養(yǎng)在特殊的機(jī)房中，實(shí)現(xiàn)數(shù)值計(jì)算的大型昂貴設(shè)備。直到20世紀(jì)70年代，微處理器的出現(xiàn)，計(jì)算機(jī)才出現(xiàn)了歷史性的變化。以微處理器為核心的微型計(jì)算機(jī)以其小型、價(jià)廉、高可靠性特點(diǎn)，迅速走出機(jī)房；基于高速數(shù)值解算能力的微型機(jī)，表現(xiàn)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(jī)嵌入到一個(gè)對(duì)象體系中，實(shí)現(xiàn)對(duì)象體系的智能化控制。例如，將微型計(jì)算機(jī)經(jīng)電氣加固、機(jī)械加固，并配置各種外圍接口電路，安裝到大型艦船中構(gòu)成自動(dòng)駕駛儀或輪機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。這樣一來(lái)，計(jì)算機(jī)便失去了原來(lái)的形態(tài)與通用的計(jì)算機(jī)功能。為了區(qū)別于原有的通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，把嵌入到對(duì)象體系中，實(shí)現(xiàn)對(duì)象體系智能化控制的計(jì)算機(jī)，稱作嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。因此，嵌入式系統(tǒng)誕生于微型機(jī)時(shí)代，嵌入式系統(tǒng)的嵌入性本質(zhì)是將一個(gè)計(jì)算機(jī)嵌入到一個(gè)對(duì)象體系中去，這些是理解嵌入式系統(tǒng)的基本出發(fā)點(diǎn)。
(2)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的兩大分支
??由于嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)要嵌入到對(duì)象體系中，實(shí)現(xiàn)的是對(duì)象的智能化控制，因此，它有著與通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)完全不同的技術(shù)要求與技術(shù)發(fā)展方向。
??通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的技術(shù)要求是高速、海量的數(shù)值計(jì)算；技術(shù)發(fā)展方向是總線速度的無(wú)限提升，存儲(chǔ)容量的無(wú)限擴(kuò)大。 而嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的技術(shù)要求則是對(duì)象的智能化控制能力；技術(shù)發(fā)展方向是與對(duì)象系統(tǒng)密切相關(guān)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行改裝，在大型設(shè)備中實(shí)現(xiàn)嵌入式應(yīng)用。然而，對(duì)于眾多的對(duì)象系統(tǒng)（如家用電器、儀器儀表、工控單元……），無(wú)法嵌入通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，況且嵌入式系統(tǒng)與通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展方向完全不同，因此，必須獨(dú)立地發(fā)展通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，這就形成了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的兩大分支。
??如果說(shuō)微型機(jī)的出現(xiàn)，使計(jì)算機(jī)進(jìn)入到現(xiàn)代計(jì)算機(jī)發(fā)展階段，那么嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的誕生，則標(biāo)志了計(jì)算機(jī)進(jìn)入了通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)兩大分支并行發(fā)展時(shí)代，從而導(dǎo)致20世紀(jì)末，計(jì)算機(jī)的高速發(fā)展時(shí)期。
(3) 兩大分支發(fā)展的里程碑事件
??通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的專業(yè)化分工發(fā)展，導(dǎo)致20世紀(jì)末、21世紀(jì)初，計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展。計(jì)算機(jī)專業(yè)領(lǐng)域集中精力發(fā)展通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的軟、硬件技術(shù)，不必兼顧嵌入式應(yīng)用要求，通用微處理器迅速?gòu)?86、386、486到奔騰系列；操作系統(tǒng)則迅速擴(kuò)張計(jì)算機(jī)基于高速海量的數(shù)據(jù)文件處理能力，使通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)入到盡善盡美階段。
??嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)則走上了一條完全不同的道路，這條獨(dú)立發(fā)展的道路就是單芯片化道路。它動(dòng)員了原有的傳統(tǒng)電子系統(tǒng)領(lǐng)域的廠家與專業(yè)人士，接過(guò)起源于計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的嵌入式系統(tǒng)，承擔(dān)起發(fā)展與普及嵌入式系統(tǒng)的歷史任務(wù)，迅速地將傳統(tǒng)的電子系統(tǒng)發(fā)展到智能化的現(xiàn)代電子系統(tǒng)時(shí)代。
??因此，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的兩大分支的里程碑意義在于：它不僅形成了計(jì)算機(jī)發(fā)展的專業(yè)化分工，而且將發(fā)展計(jì)算機(jī)技術(shù)的任務(wù)擴(kuò)展到傳統(tǒng)的電子系統(tǒng)領(lǐng)域，使計(jì)算機(jī)成為進(jìn)入人類社會(huì)全面智能化時(shí)代的有力工具。
2 嵌入式系統(tǒng)的定義與特點(diǎn)
??如果我們了解了嵌入式（計(jì)算機(jī)）系統(tǒng)的由來(lái)與發(fā)展，對(duì)嵌入式系統(tǒng)就不會(huì)產(chǎn)生過(guò)多的誤解，而能歷史地、本質(zhì)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(zhì)性、普遍性要求，嵌入式系統(tǒng)應(yīng)定義為：“嵌入到對(duì)象體系中的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”�！扒度胄浴薄ⅰ皩Ｓ眯浴迸c“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”是嵌入式系統(tǒng)的三個(gè)基本要素。對(duì)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(diǎn)
?? 嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)與定義不同，它是由定義中的三個(gè)基本要素衍生出來(lái)的。不同的嵌入式系統(tǒng)其特點(diǎn)會(huì)有所差異。
??與“嵌入性”的相關(guān)特點(diǎn)：由于是嵌入到對(duì)象系統(tǒng)中，必須滿足對(duì)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(jià)廉）等要求。
??與“專用性”的相關(guān)特點(diǎn)：軟、硬件的裁剪性；滿足對(duì)象要求的最小軟、硬件配置等。
??與“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”的相關(guān)特點(diǎn)：嵌入式系統(tǒng)必須是能滿足對(duì)象系統(tǒng)控制要求的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。與上兩個(gè)特點(diǎn)相呼應(yīng)，這樣的計(jì)算機(jī)必須配置有與對(duì)象系統(tǒng)相適應(yīng)的接口電路。
??另外，在理解嵌入式系統(tǒng)定義時(shí)，不要與嵌入式設(shè)備相混淆。嵌入式設(shè)備是指內(nèi)部有嵌入式系統(tǒng)的產(chǎn)品、設(shè)備，例如，內(nèi)含單片機(jī)的家用電器、儀器儀表、工控單元、機(jī)器人、手機(jī)、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(jì)算機(jī)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(shè)備級(jí)（工控機(jī)）、板級(jí)（單板、模塊）、芯片級(jí)（MCU、SoC）。
??有些人把嵌入式處理器當(dāng)作嵌入式系統(tǒng)，但由于嵌入式系統(tǒng)是一個(gè)嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，因此，只有將嵌入式處理器構(gòu)成一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，并作為嵌入式應(yīng)用時(shí)，這樣的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)才可稱作嵌入式系統(tǒng)。
??嵌入式系統(tǒng)與對(duì)象系統(tǒng)密切相關(guān)，其主要技術(shù)發(fā)展方向是滿足嵌入式應(yīng)用要求，不斷擴(kuò)展對(duì)象系統(tǒng)要求的外圍電路（如ADC、DAC、PWM、日歷時(shí)鐘、電源監(jiān)測(cè)、程序運(yùn)行監(jiān)測(cè)電路等），形成滿足對(duì)象系統(tǒng)要求的應(yīng)用系統(tǒng)。因此，嵌入式系統(tǒng)作為一個(gè)專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，要不斷向計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)發(fā)展。因此，可以把定義中的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)引伸成，滿足對(duì)象系統(tǒng)要求的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。
3 嵌入式系統(tǒng)的獨(dú)立發(fā)展道路
(1)單片機(jī)開(kāi)創(chuàng)了嵌入式系統(tǒng)獨(dú)立發(fā)展道路
??嵌入式系統(tǒng)雖然起源于微型計(jì)算機(jī)時(shí)代，然而，微型計(jì)算機(jī)的體積、價(jià)位、可靠
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