嵌入式系统的发展现状与趋势

1、 XXX 西安建筑科技大学机电工程学院LOREM IPSUM DOLOR嵌入式系统的介绍01嵌入式系统的发展现状02嵌入式系统的发展趋势03 嵌入式系统（Embedded System）是一种具备软件及硬件的完整的计算机系统，但又不同于传统的通用计算机系统。 根据英国电气工程师协会的定义，嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可剪裁，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积和功耗有严格要求的专用计算机系统。 嵌入式系统所用的计算机是嵌入到受控器件中的专用微处理器，只执行特定要求的任务，具有通用计算机所不能具备的为特定应用而设计的、高实时性、高可靠性和较低开发成本的专用计算机系

2、统。 目前根据发展现状,嵌入式计算机可以分成下面几类: (1) 嵌入式微处理器(Embedded Microprocessor Unit,EMPU) 嵌入式微处理器的基础是通用计算机中的CPU。在应用中,将微处理器装配在专门设计的电路板上,只保留和嵌入式应用有关的母板功能,这样可以大幅度减小系统体积和功耗。为了满足嵌入式应用的特殊要求,嵌入式微处理器虽然在功能上和标准微处理器基本是一样的,但在工作温度、抗电磁干扰、可靠性等方面一般都做了各种增强。 (2) 嵌入式微控制器(Microcontroller Unit , MCU) 嵌入式微控制器又称单片机。嵌入式微控制器一般以某一种微处理器内核为核

3、心,芯片内部集成ROM、EPROM、RAM、 Flash RAM、总线、总线逻辑、定时/计数器、WatchDog、串行口、脉宽调制输出、A/D等各种必要功能和外设。与嵌入式微处理器相比,微控制器的最大特点是单片化,体积大大减小,从而使功耗和成本下降、可靠性提高。 (3) 嵌入式DSP处理器( Embedded Digital SignalProcessor , EDSP) DSP 处理器对系统结构和指令进行了特殊设计,使其适合于执行DSP算法,编译效率较高,指令执行速度也较高。在数字滤波、FFT、谱分析等方面,DSP算法正在大量进入嵌入式领域,DSP 应用正从在通用单片机中以普通指令实现DSP

4、功能,过渡到采用嵌入式DSP处理器。(4) 嵌入式片上系统(System On Chip) 随着EDI的推广和VLSI设计的普及化,以及半导体工艺的迅速发展,在一个硅片上实现一个更为复杂的系统的时代已来临, 这就是System On Chip(SOC) 。 从狭义角度讲,SOC是信息系统核心的芯片集成,是将系统关键部件集成在一块芯片上；从广义角度讲,SOC是一个微小型系统,如果说中央处理器（CPU）是大脑,那么SOC就是包括大脑、心脏、眼睛和手的系统。 国内外学术界一般倾向将SOC定义为将微处理器、模拟IP核、数字IP核和存储器（或片外存储控制接口）集成在单一芯片上 ,它通常是客户定制的,或是

5、面向特定用途的标准产品。 现代计算机技术分为两大分支：通用计算机系统和嵌入式计算机技术。从某种意义上来说,通用计算机行业的技术是垄断的。嵌入式系统则不同,它是一个分散的工业,充满了竞争、机遇与创新,没有哪一个系列的处理器和操作系统能够垄断全部市场。 嵌入式系统开发人员以应用专家为主嵌入式系统是面向用户，特定产品和具体应用领域嵌入式系统是面向用户、面向产品、面向应用的,如果独立于应用自行发展,则会失去市场；嵌入式处理器的功耗、体积、成本、可靠性、速度、处理能力、电磁兼容性等方面均受到应用要求的制约；嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计,量体裁衣、去除冗余,力争在同样的硅片面积上实现更高的性能

6、；嵌入式系统和具体应用有机地结合在一起,它的升级换代也是和具体产品同步进行,因此嵌入式系统产品一旦进入市场,具有较长的生命周期。嵌入式系统对软件有高要求 嵌入式处理器的应用软件是实现嵌入式系统功能的关键,对嵌入式处理器系统软件和应用软件的要求也和通用计算机有所不同。软件要求固态化存储。软件代码高质量、高可靠性系统软件(OS)的高实时性是基本要求多任务操作系统是知识集成的平台和走向工业标准化道路的基础 ( 通用计算机具有完善的人机接口界面,在上面增加一些应用程序和开发环境即可进行对自身的开发。而嵌入式系统本身不具备自举开发能力,即使设计完成以后，用户通常也是不能对其中的程序功能进行修改的,必须有

7、一套开发工具和环境才能进行开发,这些工具和环境是基于通用计算机上的软硬件设备以及各种逻辑分析仪、混合信号示波器等。 通用计算机具有完善的操作系统和应用程序接口(API),应用程序的开发以及完成后的软件都在操作系统(OS)平台上运行,但一般不是实时的。 嵌入式系统则不同,应用程序可以没有操作系统直接在芯片上运行;但是为了合理地调度多任务、利用系统资源、系统函数以及和专家库函数接口,用户必须自行选配RTOS 开发平台,这样才能保证程序执行的实时性、可靠性,并减少开发时间,保障软件质量。 通用计算机的开发人员一般是计算机科学或计算机工程方面的专业人士。 而嵌入式系统则是要和各个不同行业的应用相结合的

8、,要求更多的计算机以外的专业知识,其开发人员往往是各个应用领域的专家。嵌入式计算机系统与通用计算机系统的本质区别在于系统应用不同。 嵌入式系统是将一个计算机系统嵌入到对象系统中。这个对象可能是庞大的机器，也可能是小巧的手持设备，用户并不关心这个计算机系统的存在。 嵌入式计算机系统的技术要求是对象的智能化控制能力，技术发展方向是与对象系统密切相关的嵌入性能、控制能力与控制的可靠性。 早期，人们勉为其难地将通用计算机系统进行改装，在大型设备实现嵌入式应用。然而，对于众多的对象系统(如家用电器、仪器仪表、工控单元)，无法嵌入通用计算机系统，况且嵌入式计算机系统与通用计算机系统的技术发展方向完全不同。

9、这就形成了现代计算机技术发展的两大分支。嵌入式系统的发展现状 从上世纪70年代嵌入式系统问世以来，先后经过了从单片机到嵌入式CPU再到嵌入式操作系统几大发展阶段。进入二十一世纪，随着网络、通信、多媒体技术的不断进步，家庭百兆光纤网络普及、移动网络从3G到4G的快速更替，在信息化、智能化、网络化发展的推动下，嵌入式系统也已进入到一个高速发展的全新时代基于Internet为标志的嵌入式操作系统时代。嵌入式系统已成为继PC和Internet之后，IT界新的技术热点。 我国在个人领域中，嵌入式产品以个人商用为主，主要应用于个人移动的数据分析与处理、通讯和消费产品软件，例如智能手机、数字网络机顶盒、数字

10、平板电视等产品，均是采用了基于Internet技术的嵌入式系统来操作使用；而在商业领域中，嵌入式系统更是延伸到消费电子、安全防务、电子商务、物流管理、自动控制、汽车智能化、电力系统管理等各大领域，嵌入式系统发展已经全面开花。嵌入式应用工控设备智能仪表汽车电子军事电子网络设备电子商务信息家电移动存储智能玩具嵌入式系统的发展现状 随着工业化进程的发展，集成电路和新型元器件生产工艺与技术在产业中不断进步，64位以上芯片级的嵌入式技术的开发更是给嵌入式操作系统以强大的硬件支持。现在不但有各大公司的微处理器芯片，还有配套学习和研发使用的各种开发包。低层系统和硬件平台通过多年的研究开发与改进，技术相当成熟

11、，可以实现各种功能。 软件方面，日渐成熟的软件系统，如嵌入式实时操作系Microsoft、VRTX、QNX和Vx Works等，以及中科院开发的嵌入式操作系统Hopen、我国科银公司的Delta System嵌入式软件开发平台等，都给嵌入式系统的发展提供了广阔的开发平台。嵌入式系统的发展现状 2013年中国的嵌入式市场规模已超过500多亿元人民币，而预计到2016年，中国嵌入式软件市场规模将达到1000亿元人民币，三年间平均年增长率高达33%左右。 据估计，目前全球嵌入式软件市场的规模已经超过1000亿美元，并将以每年超过30%的速度不断增值。嵌入式系统背后拥有着无限大的发展空间，诱人的市场吸

12、引了全世界IT商界巨头纷纷进军嵌入式市场，国家政策也对嵌入式软件行业实行“增值税优惠”的政策倾斜。 嵌入式已然成为整个软件业的重要发展支柱，并且形成了一个充满无限商机的庞大产业。在“技术以人为本”的软件技术产业中，嵌入式行业正以其应用领域广、人才需求大、就业薪酬高、行业前景好等众多优势，获得越来越多应用开发人员的关注及青睐，使得无数研发工程师转而投入嵌入式这一行业。嵌入式系统的发展 嵌入式计算机经历了从单片计算机、工业控制计算机、集中分布式控制系统，进而发展到嵌入式智能平台的几个发展阶段。 嵌入式系统从无操作系统、简单操作系统、实时操作系统，发展到面向Internet阶段。 从以模拟电路为主发

13、展到以数字电路为主、数模混合型，进而进入全数字时代。 全面信息化时代及数字智能化时代使得嵌入式产品的发展获得了巨大的契机，为嵌入式市场呈现了繁荣的发展前景，但同时也对各个嵌入式厂商提出了新的要求及挑战，从中我们可以看出嵌入式系统未来的几大发展趋势。嵌入式系统未来的发展趋势 系统化 所谓系统化，就是从前期的硬件生产到应用系统开发直至后期的软硬件维护升级一条龙生产，将嵌入式开发塑造成一项系统工程。这势必需要嵌入式系统的生产商不但能够对用户提供嵌入式软硬件系统本身，并且还可以提供功能较齐全的硬件开发工具和后期软件包的支持。 网络化 随着因特网技术的成熟、带宽的日益提高，网络化、信息化的要求会进一步提

14、高，特别是伴随着物联网概念的问世，互联网已经将网络从人与人之间扩展到人与物、物与物之间，万物相联将成为未来生活的发展动向。未来的嵌入式设备为了满足网络发展的需求，不仅要求在硬件上提供相关的网络通信接口，还需要在软件上嵌入更多更加通用的命令程序以及各类通信协议。因此，这也使得未来的洗衣机、手机、冰箱甚至电灯泡等电子设备的功能将不再单一，结构也会更加繁复。嵌入式系统未来的发展趋势 精简化 网络化为嵌入式系统提供巨大的发展空间，但同样也会带来巨大的挑战。如上所述网络发展使得嵌入式系统的应用范围在不断扩展膨胀，设备的功能越来越先进、结构越来越复杂、内嵌程序命令越来越多，但从经济角度来看，当产业发展到一

15、定阶段就必须降低能耗与成本来最大化的实现收益。因此嵌入式系统的开发也务必与产业发展的需要一致，必须要求嵌入式系统在不影响功能的基础上，能够尽最大可能的提炼、简化系统内核及程序算法，以便降低软硬件的能量消耗与成本。未来的嵌入式产品将是软硬件密切相结合的设备，只需留存和系统功能紧密关联的软件系统与硬件元器件，选用最佳的程序算法和编程模式，使用最少的资源实现最理想的功能，来优化系统性能。嵌入式系统未来的发展趋势 人性化 嵌入式系统的发展必须依仗嵌入式设备的推广，而用户对设备系统的使用体验是关键。嵌入式设备越能提供友好的用户界面和易于操作的应用系统，就越能让设备与用户进行亲密接触。因此提供友好的多媒体人机界面、更加智能化的应用系统，使用户不需要嵌入式的知识就能快速、便捷的掌握嵌入式产品的使用方法，是未来嵌入式系统开发的方向之一。 开放化 安卓系统的流行让越来越多的人认识到Linus系统及开源式系统开发，同时也逐渐意识到开源式开发的优势与未来发展趋势。目前越来越多的嵌入式产品采用开源嵌入式操作系统，它使得嵌入式产品更加开放，操作自由、应用广泛、兼容性高，也更容易让嵌入式系统得到推广并不断得到完善。嵌入式系统发展趋势 硬件 单核 多核（Freescale P4080 8 cores,