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嵌入式系統開發技術工程師考試複習要點:嵌入式系統的定義

計算機四級 閱讀(3.14W)

導語: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:四級作業系統原理、四級計算機組成與介面、四級資料庫原理、四級軟體工程、四級計算機網路。考試從科目中任意選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開發技術工程師考試複習要點:嵌入式系統的定義

嵌入式系統開發技術工程師考試複習要點:嵌入式系統的定義

隨著現代化技術的飛速發展,嵌入式系統已深入到社會的各個領域,嵌入式系統的產品已應用到人們的日常生活的各個角落,嵌入式系統技術已成為目前人們研究的熱門之一。嵌入式系統的出現最初是基於微控制器的。70年代微控制器的出現,使得汽車、家電、工業機器、通訊裝置以及成千上萬種產品可以通過內嵌電子裝置來獲得更佳的使用效能:更容易使用、更快、更便宜。這些裝置已經初步具備了嵌入式的應用特點,但是這時的應用只是使用8位的晶片,執行一些單執行緒的程式,還談不上“系統”的概念。在中國嵌入式系統領域,比較認同的嵌入式系統概念是:嵌入式系統是以應用為中心,以計算機技術為基礎,並且軟硬體可裁剪,適用於應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的`專用計算機系統。它一般由嵌入式微處理器、外圍硬體裝置、嵌入式作業系統以及使用者的應用程式等四個部分組成,用於實現對其他裝置的控制、監視或管理等功能。

1 什麼是嵌入式系統

嵌入式系統是“控制、監視或者輔助裝置、機器和裝置執行的裝置”(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是軟體和硬體的綜合體,還可以涵蓋機械等附屬裝置。目前國內一個普遍被認同的定義是:以應用為中心、以計算機技術為基礎、軟體硬體可裁剪、適應應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統。嵌入式系統是以應用為中心,以計算機技術為基礎,軟硬體可裁剪,適用於應用系統,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。

那麼嵌入式系統真正的含義是什麼?現在國內流行的說法是:“嵌入式系統是以應用為中心,以計算機技術為基礎,並且軟硬體可裁剪,適用於應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專用計算機系統。”[13]對於這個定義,我有兩點疑義:其一,說嵌入式系統“以計算機技術為基礎”,我認為不全面,它忽略了微電子等技術作為嵌入式系統基礎的重要作用;其二,把嵌入式系統定義為“專用計算機系統”。

2 嵌入式系統不是“專用計算機系統”

“專用計算機系統”這個名詞應該和“通用計算機系統”這個名詞相對應。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這個範疇,應該說它們都歸屬計算機系統。既然是計算機系統,那它們的發展起源應該是計算機。它們的體系結構、功能特點,知識體系、技術要求應該有相同之處。但是,事實上嵌入式系統和計算機系統雖有聯絡,可在以上提及的幾點上並沒有多少相同之處,又何談它是“專用計算機系統”。

2.1 發展並行獨立

嵌入式系統獨立發展至今約30年了。它與計算機系統是兩個獨立的發展系統,從它們的起源看,二者都源於半導體積體電路,誕生於微型計算機時代,二者發展並行獨立。如圖1所示。

嵌入式系統起源於半導體積體電路,該半導體積體電路分為電晶體和積體電路。20世紀70年代,積體電路產生了微處理器,微處理器是智慧核心,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展至今;其二是控制功能,嵌入式系統屬控制功能,控制功能產生了微控制器,俗稱微控制器,它促使了嵌入式系統的獨立發展至今。

20世紀70年代,微處理器的控制功能引起了控制專業人士研究興趣,他們將微機嵌入到物件體系內,經過電氣、機械加固,並配置各種外圍介面,從而實現了對物件體系的智慧化控制。這樣此微機便失去了原來的形態和微型計算機功能,嵌入式計算機系統(簡稱嵌入式系統)由此而得名。由於嵌入式系統要求嵌入到物件器件內,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物件系統的智慧化控制任務。

微控制器也就是傳統意義上的微控制器。它的特點是體積小、結構簡單、便於開發以及價格經濟。它可以說是目前嵌入式系統的前身。微控制器就是把物件所需要的主要功能整合到了一個晶片上,通常一個微控制器晶片包含了運算處理單元、ARM、Flash儲存器以及一些外部介面等。通過外部介面可以輸出或者輸入訊號,控制相應的裝置,使用者可以把編寫好的程式碼燒寫到微控制器晶片內部來控制外部裝置。微控制器常被用在智慧儀器、工業測量、辦公自動化方面。

我們由嵌入式系統發展起源的歷史看,嵌入式系統起源於半導體積體電路,它不是起源於計算機,所以它不是“專用計算機系統”,它是專用的智慧化的控制系統。

2.2 技術發展方向不同

嵌入式系統顧名思義,嵌入式系統是將先進的計算機技術、半導體技術和電子技術和各個行業的具體應用相結合後的產物,這一點就決定了它必然是一個技術密集、資金密集、高度分散、不斷創新的知識整合系統。所以,介入嵌入式系統行業,必須有一個正確的定位。例如Palm之所以在PDA領域佔有70%以上的市場,就是因為其立足於個人電子消費品,著重發展圖形介面和多工管理;而風河的Vxworks之所以在火星車上得以應用,則是因為其高實時性和高可靠性。