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一 嵌入式系統是信息技術發展的產物

1. 什么是嵌入式系統
    關于嵌入式系統目前尚無嚴格的統一定義，通常定義為：嵌入式系統是以應用為中心，整合了計算機軟件、硬件技術，通信技術和微電子技術，以“量體裁衣”的方式把所需的功能嵌入到應用系統的設備中，適用應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統。

    對嵌入式系統較全面的理解應當從以下3方面來認識：一是硬件應由嵌入式處理器作基礎平臺；二是軟件應以嵌入式軟件為運行平臺；三是形式應是嵌入在設備中，各種設備有不同的外形及相應的附屬配件，它只不過是其中的一個控制核心部件。

2. 嵌入式處理器
    嵌入式處理器的體系架構可分為3種形式：
    (1)IP（Intellectual Property）級架構
    也就是片上系統SoC（System on Chip）形式，即是依設備功能的需求，將不同的IP單元，集成在一塊總片中，它包含有處理器功能，I/O接口功能及嵌入式軟件功能。

    (2)芯片級架構
    依應用系統要求，選用相應的微處理器，如MCU、MPU、DSP、RISC等芯片，并將RAM、ROM（EPROM/EEPROM/Flash）及I/O接口芯片等組成相應的嵌入式系統，相應的系統軟件、應用軟年是以固件形式固化在ROM中，這是目前常用的嵌入式系統的架構方式。

    MCU、MPU屬于單片機系列，這是大家熟知的。

    DSP（Digital Signal Processor）數字信號處理器，它具有數字信號處理能力強、特別適合于聲音、圖像等多媒體信息系統，但是其常規處理能力不強、尋址范圍有限、I/O功能弱及開發平臺問題，較少單獨作為嵌入式系統的處理器，而是與嵌入式處理器相結合，構成更強大的功能。

    RISC（Reduced Instruction Set Computer）型處理器具有結構簡單、處理速度快和處理功能強等優點，因此，新型的嵌入式系統大多數采用RISC處理器，這種處理器目前典型的代表是ARM架構處理器，世界上許多公司均基于ARM架構開發出相應的微處理器芯片，如：
    ATMEL公司：AT91系列MCU（采用ARM7TDM1內核）
    Intel公司：SA-1110微處理器MPU（采用Strong ARM核）
    Cirros公司：EP及CL-PS系列手持式計算機產品的MPU（采用ARM720T核）
    Linkup Systems公司：L720互聯網處理器（采用ARM720T核）
    Sharp公司：LH77790手持式產品中的MPU（采用ARM 7TD內核）
    其他如Hyundai公司、OKI公司、Rohm公司、Samsung公司、Netsilicom公司等，其產品中均采用ARM內核。
另外一種新型的微架構處理器是Intel公司的Xscale，它是新一代為無線手持式應用產品開發的嵌入式處理器，是PCA開發式平臺架構中應用于子系統與通信子系統中的嵌入式處理器。

    (3)X86處理器嵌入到應用系統中
    這樣可充分利用PC機的通用性和便利性，采用嵌入式操作系統，并且將操作系統和應用軟件均固化在固態電子盤中，以縮小體積、增加可靠性。典型的產品有研祥公司的嵌入式CPU卡及威盛公司的C3 CPU卡。

3. 嵌入式操作系統
    由于嵌入式操作系統要固化在電子盤中，因而它應具備以下特點：
    (1)代碼容量小：一般核代碼在幾K或稍高一些；總代碼容量希望小于64M；
    (2)面向應用，根據用戶功能要求配置中間件，可裁剪，可移植；
    (3)實時性強，許多應用中要求響應速度快，實時處理能力強，往往要求實時嵌入式操作系統；
    (4)可靠性高，無病毒等問題。
    嵌入式操作系統依應用對象不同，大分成下列幾類：
    (1)基于Windows兼容的如：嵌入式Linux、WindowsCE、EPOC等；
    (2)工業與通信類：VxWorks、PSON、QNX、VRTX、Neculeus等；
    (3)單片機類：iRMX、CMX、MC/OS等；
    (4)面向Intenet類：Palm OS、Visor、Hopem、PPSM等。

4.嵌入式系統形式
    嵌入式模塊應當是體積小、功耗低、易于嵌入在各種應用設備中，模塊外形可依設備需求而異，符合“量體裁衣”的原則，按需定制、按需配置、按需重構。

5. 嵌入式系統特點
    為什么嵌入式系統能被廣泛應用于諸多領域中，主要由于它具有以下一系列特點：
    (1)功能適用、夠用；
    (2)可靠性高，無病毒，存儲介質無機械硬盤，抗干擾能力強；
    (3)體積和尺寸小；
    (4)功耗低，無需散熱風扇，無噪音；
    (5)價格低，市場競爭力強；
    (6)環境適應性強；
    (7)操作使用人性化、儀表化；
    (8)有多種類型的軟、硬件支持平臺；
    (9)無須經常更新換代；
    (10)可充分發揮設計者的才能，創造出更好的產品。

二 嵌入式系統促進工業自動化裝備的發展

    嵌入式系統應用范圍十分廣泛，可應用于各行各業，它是信息化建設的基石，如果說PC機在過去幾年的發展是一會獨秀，今天嵌入式系統的應用則是百花齊放。

    它可應用于制造工業、儀器儀表、過程控制、信息化教育、信息家電、通信、樓宇智能化、汽車、船舶、航空、航天、軍事裝備、商用POS和稅控收款機、消費類產品等領域。

    嵌入式技術有力地促進了工業自動化裝備的發展，在儀器儀表領域：智能化儀表在許多方面均是應用嵌入式技術，如醫療儀器、分析儀器、溫度儀表、流量儀表、記錄儀等；

    在工業自動化領域：嵌入式系統的應用產品可分成4個方面：
    (1)智能傳感器
    工業測量中的溫度、流量、壓力、液位、聲音等傳感器，采用嵌入式技術后，可實現信號處理、非線性校正、溫度補償、公式運算、量程變換、數字信號輸出，滿足現場總線的通信規約，進行現場總線的數據傳輸；

    (2)信號變換單元
    目前許多信號變換模塊采用了微處理器，如“亞當”系列信號變換模塊，具用：RS-232轉RS-422/485模塊；模擬量模塊；開關量和計數器模塊；嵌入式控制模塊；Internet嵌入式控制器模塊等。

    (3)現場控制器
    現場控制器包括DAS（數據采集器）、DDC（直接數字控制器）、PLC可編程控制器、模糊控制器、協調控制器及多功能控制器等。以往均采用工業PC機及插入相應的I/O卡進行處理，帶來了硬盤可靠性、病毒、操作系統穩定性等問題，從而影響了系統可靠性。筆者認為嵌入式系統是最適合這一級的產品技術，采用嵌入式現場控制器，用固態盤代替硬盤，用嵌入式操作系統代替傳統的Windows98/2000操作系統，并將操作系統、應用組態軟件固化，從而產生了新一代嵌入式現場控制器，它將極大地提高系統可靠性，縮小了體積、減少了成本，增強了抗病毒和抗干擾能力，適用于工業現場的惡劣環境。

    (4)嵌入式工控機
    近幾年來，嵌入式工控機隨著嵌入式技術的發展也應運而生，它分兩個方面的應用：
    一是嵌入式工控卡：如嵌入式Compact PCI卡、嵌入式2.5英寸單板計算機卡、嵌入式3.5英寸單板計算機卡、嵌入式POS和NET卡等。
    二是嵌入式工控機：最近許多公司推出了嵌入式工控機，采用嵌入式CPU、嵌入式操作系統Linux或WindowsCE，各類嵌入式I/O模塊，從而構成體積小，可靠性高的新型工控機。

三 嵌入式系統給多媒體教育系統帶來了生動的活力

    近兩年，多媒體教育系統發展迅速，包括多媒體教室，中控系統、語音教室、視頻會議系統等，突出一點是許多多媒體教育系統采用了嵌入式系統，替代了采用傳統PC機作為教育終端機，這主要是因為傳統PC機的終端機存在著PC機所有的缺點，如病毒侵入、可靠性問題、死機現象、維護問題、操作方式不便缺乏人性化等。而采用嵌入式教育終端機則克服了上述PC機終端機的不足，大大增強了系統可靠性、使用的方便性及免維護性等。北京中慶現代技術有限公司推出的嵌入式網絡教學專用計算機（終端機），是一個十分典型的嵌入式系統應用產品，在許多學校（中、小學）實際應用中獲得了好評。嵌入式CPU采用X86，另外具有4個DSP芯片，作為專用數據處理器，每個處理器速度都在1G以上，分別處理視頻圖像信息、音頻信息、網絡通信及人機交互信息，嵌入式CPU只用于控制、分配任務，操作系統采用嵌入式操作系統VxWorks，很好地將嵌入式技術融入多媒體教育系統中。

    嵌入式網絡教學終端機具有獨立的IP地址，與標準計算機一道在校園網絡中任意漫游，較好地解決了“校校通”問題，使教育終端機進入各教室，對教室內電視機、音箱及攝像機、云臺等設備進行管理和使用。嵌入式網絡教學計算機的特點如下：
    (1)構建于Internet技術的標準網絡產品：內置10/100M自適應以太網接口，采用TCP/IP通信協議；
    (2)完全數字化：處理音頻、視頻、課件等多媒體數據，采用MPEG2格式在網絡中傳輸；
    (3)強大的音、視頻處理能力；
    (4)采用Client/Server技術：與服務器協同計算，進一步加強了多媒體處理能力；
    (5)豐富的軟件支持、易于操作的人機界面：方便地實現VOD視頻點播和廣播、AOD音頻和廣播，以及管理軟件、教學軟件等；
    (6)智能的網絡流量控制技術：采用MPEG編碼技術和自適應的網絡帶寬分配技術，可以在有限的網絡帶寬內容納更多的多媒體數據；
    (7)內嵌先進的視頻處理轉換模塊：可以輸出CVBS、S-Video和VGA三種視頻格式；
    (8)優良的播放效果：采用數字化技術，減少音、視頻信號的失真；
    (9)強大的功能：支持課件播放、遠程聽課、標準化考場、一鍵上課、一鍵上網、統一的課件資源管理、同時并發點播等功能；
    (10)很高的可靠性：采用Flash盤，不會損壞、采用嵌入式軟件免受病毒困擾，堅固的壁掛式結構，免招學生觸摸或自行卸拆；
    (11)遙控器一鍵式功能操作，使教師操作簡單，并可在教室范圍內走動隨時隨地隨講進行操作。
    上述例子充分說明了嵌入式系統不僅僅是執行一些簡單的功能，而且能夠實現很強的功能，充分地體現了嵌入式系統給多媒體教育系統和教育信息化帶來了充分的活力和無限的生機。

四 嵌入式系統是信息化社會不可分割的部分

    信息化社會要構建數字城市、智能城市均離不開嵌入式系統技術，如交通智能化離不開智能終端。
    商業領域：POS機、稅控收款機、銀稅一體機，其控制器本身均采用嵌入式系統產品；
    信息家電：數字家電、數字機頂盒、家庭網絡等；
    汽車電子：控制系統、黑盒子（行駛記錄儀）、電子地圖等；
    軍事：航空、航天、指揮儀、坦克內部裝備等；
    通信：PDA、手機、通信控制器、安全檢測器、防火墻、交換機、路由器等；
    嵌入式網絡計算機NC：近年來正迅速發展，稱作為后PC時代的產品，主要是基礎平臺正是嵌入式技術，采用Windows CE或Linux嵌入式操作系統，CPU采用國產方舟二號芯片或X86系列芯片。
    總之，要構筑信息化社會，嵌入式系統技術是不可分割的；相反，嵌入式系統的發展促進了信息化社會的進程。

五 嵌入式系統與Internet網絡技術的結合，給國際信息化事業帶來益處

    Internet現已成為國際社會重要的基礎信息設施，是信息流通的重要渠道，將嵌入式系統能連接到Internet上面，則可以方便、低廉地將信息傳送到幾乎世界上的任何一個地方，專家們預測，2000年-2010年是嵌入式Internet時代，它將給地球披上“電子皮膚”，嵌入式片上系統（SoC）成為瘦身服務器，在這一時代將會產生比PC時代多成百上千倍的瘦服務器和超級嵌入式瘦服務器，這些瘦服務器將與世界上各種物理信息、生物信息、社會信息相聯接。通過Internet網自動、實時、方便、簡單地提供給需要這些信息的對象。

    下一代網絡設備中嵌入式系統設備將大大增加，約70％為嵌入式設備，并與Internet相聯。

    嵌入式智能芯片是構成未來世界的“數字基因”。未來10年將會產生針頭大小、具有超過1億次運算能力的嵌入式智能芯片，將為我們創造出無限的創造空間，新的嵌入式系統時代即將來臨。