第1章 嵌入式系统概述

1.1 嵌入式系统简介

1.嵌入式系统的概念

根据电气和电子工程师协会（IEEE）的定义，嵌入式系统是“控制、监视或者辅助装置、机器和设备运行的装置”（devices used to control，monitor or assist the operation of equipment， machinery or plants）。从中可以看出嵌入式系统是软件和硬件的综合体，还可以涵盖机械等附属装置。目前国内一个普遍被认同的定义是：以应用为中心、以计算机技术为基础、软/硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。

嵌入式系统是把计算机直接嵌入到应用系统之中，它融合了计算机软/硬件技术、通信技术和半导体微电子技术，是信息技术（Information Technology，IT）的最终产品。

嵌入式系统是面向用户、面向产品、面向应用的，它必须与具体应用相结合才会具有生命力、才更具有优势。即嵌入式系统是与应用紧密结合的，它具有很强的专用性，必须结合实际系统需求进行合理的裁减利用。

2.嵌入式系统发展史

20世纪70年代出现单片机，今天各式各样的嵌入式微处理器、微控制器已得到的大规模应用。嵌入式系统的出现最初是基于单片机的。70年代单片机的出现，使得汽车、家电、工业机器、通信装置以及成千上万种产品可以通过内嵌电子装置来获得更佳的使用性能，更容易使用、更快、更便宜。这些装置已经初步具备了嵌入式的应用特点，但是这时的应用只是使用8位的芯片，执行一些单线程的程序，还谈不上“系统”的概念。

1971年11月，Intel公司成功地把算术运算器和控制器电路集成在一起，推出了第一款微处理器Intel 4004，其后各厂商陆续推出了许多8位、16位的微处理器。Motorola推出了68HC05，Zilog公司推出了Z80系列单板机。在80年代初，Intel在单板机的基础上开发出了MCS-48单片机，在它的基础上成功研制了MCS-51单片机，这在单片机的历史上是值得纪念的一页，迄今为止，51 系列的单片机仍然是最为成功的单片机芯片之一，在各种产品中有着非常广泛的应用。早期的单片机均含有256B的RAM、4KB的ROM、4个8位并口、1个全双工串行口、2个16位定时器等。

1976年Intel公司推出Multibus，1983年扩展为带宽达40Mbit/s的MultibusⅡ。

1978年由Prolog设计的简单STD总线广泛应用于小型嵌入式系统。

从 80 年代早期开始，嵌入式系统的程序员开始用商业级的“操作系统”编写嵌入式应用软件，这使得可以获取更短的开发周期、更低的开发资金和更高的开发效率，“嵌入式系统”真正出现了。确切地说，这时的操作系统是一个实时核，这个实时核包含了许多传统操作系统的特征，包括任务管理、任务间通信、同步与相互排斥、中断支持、内存管理等功能。

其中比较著名的有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。这些嵌入式操作系统都具有嵌入式的典型特点：它们均采用占先式的调度，响应的时间很短，任务执行的时间可以确定；系统内核很小，具有可裁剪、可扩充和可移植性，可以移植到各种处理器上；较强的实时和可靠性，适合嵌入式应用。这些嵌入式实时多任务操作系统的出现，使得应用开发人员得以从小范围的开发解放出来，同时也促使嵌入式有了更为广阔的应用空间。

20世纪90年代以后，在分布控制、柔性制造、数字化通信和信息家电等巨大需求的牵引下，嵌入式系统进一步加速发展。随着对实时性要求的提高，软件规模不断上升，实时核逐渐发展为实时多任务操作系统（RTOS），并作为一种软件平台逐步成为目前国际嵌入式系统的主流。除了上面的几家老牌公司以外，还出现了Palm OS，WinCE，嵌入式Linux， Lynx，Nucleux，以及国内的Hopen，Delta OS等嵌入式操作系统。

21 世纪无疑是一个网络的时代，未来的嵌入式设备为了适应网络发展的要求，必然要求硬件上提供各种网络通信接口。新一代的嵌入式处理器已经开始内嵌网络接口，除了支持TCP/IP协议，还有的支持IEEE1394、USB、CAN、Bluetooth或IrDA等通信接口中的一种或者几种，同时也需要提供相应的通信组网协议软件和物理层驱动软件。在软件方面，系统内核支持网络模块，甚至可以在设备上嵌入Web浏览器，真正实现随时随地使用各种设备上网。

嵌入式系统早期主要应用于军事及航空、航天等领域，以后逐步广泛地应用于工业控制、仪器仪表、汽车电子、通信和家用消费类等领域。随着Internet的发展，新型的嵌入式系统正朝着信息家电（Information Appliance，IA）和3C（Computer，Communication & Consumer）产品方向发展。