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嵌入式系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)工程師考試復(fù)習要點:嵌入式系統(tǒng)的定義
導(dǎo)語:計算機四級指的是全國計算機等級考試的最高級別,科目種類有:四級操作系統(tǒng)原理、四級計算機組成與接口、四級數(shù)據(jù)庫原理、四級軟件工程、四級計算機網(wǎng)絡(luò)?荚噺目颇恐腥我膺x取兩個科目進行考試,同時通過成績方為合格。下面我們來看看嵌入式系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)工程師考試復(fù)習要點:嵌入式系統(tǒng)的定義
隨著現(xiàn)代化技術(shù)的飛速發(fā)展,嵌入式系統(tǒng)已深入到社會的各個領(lǐng)域,嵌入式系統(tǒng)的產(chǎn)品已應(yīng)用到人們的日常生活的各個角落,嵌入式系統(tǒng)技術(shù)已成為目前人們研究的熱門之一。嵌入式系統(tǒng)的出現(xiàn)最初是基于單片機的。70年代單片機的出現(xiàn),使得汽車、家電、工業(yè)機器、通信裝置以及成千上萬種產(chǎn)品可以通過內(nèi)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(jīng)初步具備了嵌入式的應(yīng)用特點,但是這時的應(yīng)用只是使用8位的芯片,執(zhí)行一些單線程的程序,還談不上“系統(tǒng)”的概念。在中國嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域,比較認同的嵌入式系統(tǒng)概念是:嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心,以計算機技術(shù)為基礎(chǔ),并且軟硬件可裁剪,適用于應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。它一般由嵌入式微處理器、外圍硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)以及用戶的應(yīng)用程序等四個部分組成,用于實現(xiàn)對其他設(shè)備的控制、監(jiān)視或管理等功能。
1 什么是嵌入式系統(tǒng)
嵌入式系統(tǒng)是“控制、監(jiān)視或者輔助裝置、機器和設(shè)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(tǒng)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(nèi)一個普遍被認同的定義是:以應(yīng)用為中心、以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心,以計算機技術(shù)為基礎(chǔ),軟硬件可裁剪,適用于應(yīng)用系統(tǒng),對功能、對可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。
那么嵌入式系統(tǒng)真正的含義是什么?現(xiàn)在國內(nèi)流行的說法是:“嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心,以計算機技術(shù)為基礎(chǔ),并且軟硬件可裁剪,適用于應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)!盵13]對于這個定義,我有兩點疑義:其一,說嵌入式系統(tǒng)“以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)”,我認為不全面,它忽略了微電子等技術(shù)作為嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)的重要作用;其二,把嵌入式系統(tǒng)定義為“專用計算機系統(tǒng)”。
2 嵌入式系統(tǒng)不是“專用計算機系統(tǒng)”
“專用計算機系統(tǒng)”這個名詞應(yīng)該和“通用計算機系統(tǒng)”這個名詞相對應(yīng)。從字義上看,不管是“專用”或者是“通用”,它們都沒有脫離計算機系統(tǒng)這個范疇,應(yīng)該說它們都歸屬計算機系統(tǒng)。既然是計算機系統(tǒng),那它們的發(fā)展起源應(yīng)該是計算機。它們的體系結(jié)構(gòu)、功能特點,知識體系、技術(shù)要求應(yīng)該有相同之處。但是,事實上嵌入式系統(tǒng)和計算機系統(tǒng)雖有聯(lián)系,可在以上提及的幾點上并沒有多少相同之處,又何談它是“專用計算機系統(tǒng)”。
2.1 發(fā)展并行獨立
嵌入式系統(tǒng)獨立發(fā)展至今約30年了。它與計算機系統(tǒng)是兩個獨立的發(fā)展系統(tǒng),從它們的起源看,二者都源于半導(dǎo)體集成電路,誕生于微型計算機時代,二者發(fā)展并行獨立。如圖1所示。
嵌入式系統(tǒng)起源于半導(dǎo)體集成電路,該半導(dǎo)體集成電路分為晶體管和集成電路。20世紀70年代,集成電路產(chǎn)生了微處理器,微處理器是智能內(nèi)核,它有兩個功能,其一是運算處理功能,即高速海量的解算能力,它促使了計算機獨立的飛速發(fā)展至今;其二是控制功能,嵌入式系統(tǒng)屬控制功能,控制功能產(chǎn)生了微控制器,俗稱單片機,它促使了嵌入式系統(tǒng)的獨立發(fā)展至今。
20世紀70年代,微處理器的控制功能引起了控制專業(yè)人士研究興趣,他們將微機嵌入到對象體系內(nèi),經(jīng)過電氣、機械加固,并配置各種外圍接口,從而實現(xiàn)了對對象體系的智能化控制。這樣此微機便失去了原來的形態(tài)和微型計算機功能,嵌入式計算機系統(tǒng)(簡稱嵌入式系統(tǒng))由此而得名。由于嵌入式系統(tǒng)要求嵌入到對象器件內(nèi),體積要特小,功能要可靠,成本還要低,而計算機無法承擔起對對象系統(tǒng)的智能化控制任務(wù)。
微控制器也就是傳統(tǒng)意義上的單片機。它的特點是體積小、結(jié)構(gòu)簡單、便于開發(fā)以及價格經(jīng)濟。它可以說是目前嵌入式系統(tǒng)的前身。單片機就是把對象所需要的主要功能集成到了一個芯片上,通常一個單片機芯片包含了運算處理單元、ARM、Flash存儲器以及一些外部接口等。通過外部接口可以輸出或者輸入信號,控制相應(yīng)的設(shè)備,用戶可以把編寫好的代碼燒寫到單片機芯片內(nèi)部來控制外部設(shè)備。單片機常被用在智能儀器、工業(yè)測量、辦公自動化方面。
我們由嵌入式系統(tǒng)發(fā)展起源的歷史看,嵌入式系統(tǒng)起源于半導(dǎo)體集成電路,它不是起源于計算機,所以它不是“專用計算機系統(tǒng)”,它是專用的智能化的控制系統(tǒng)。
2.2 技術(shù)發(fā)展方向不同
嵌入式系統(tǒng)顧名思義,嵌入式系統(tǒng)是將先進的計算機技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和電子技術(shù)和各個行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合后的產(chǎn)物,這一點就決定了它必然是一個技術(shù)密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識集成系統(tǒng)。所以,介入嵌入式系統(tǒng)行業(yè),必須有一個正確的定位。例如Palm之所以在PDA領(lǐng)域占有70%以上的市場,就是因為其立足于個人電子消費品,著重發(fā)展圖形界面和多任務(wù)管理;而風河的Vxworks之所以在火星車上得以應(yīng)用,則是因為其高實時性和高可靠性。
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