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我國嵌入式技術(shù)及應用現狀分析

已有 924 次閱讀2016-8-10 17:11

自上個(gè)世紀七十年代提出嵌入式系統的概念以來(lái),嵌入式系統以其高性能、低功耗、低成本和小體積等優(yōu)勢,獲得了飛速的發(fā)展與廣泛的應用,然而,由于受到當時(shí)硬件水平的制約,嵌入式系統的軟件開(kāi)發(fā)方式與以 PC 為代表的通用計算機系統的軟件開(kāi)發(fā)方式一開(kāi)始就完全不同。當時(shí)的嵌入式系統硬件平臺一般都是基于 8 位機的簡(jiǎn)單系統,系統的硬件設計者通常也是系統的軟件開(kāi)發(fā)者,編程語(yǔ)言絕大多數也以匯編語(yǔ)言為主,硬件設計者在進(jìn)行硬件系統的設計時(shí),同時(shí)會(huì )考慮程序如何編寫(xiě),而在進(jìn)行程序設計時(shí),也會(huì )考慮與硬件的配合,因此,嵌入式系統的設計開(kāi)發(fā)人員一般都非常了解系統的底層軟、硬件細節。
 

由于軟、硬件條件的制約,這些系統一般都用于實(shí)現一個(gè)或幾個(gè)簡(jiǎn)單的數據采集與控制功能,程序結構多使用簡(jiǎn)單的控制循環(huán),配合中斷服務(wù)來(lái)實(shí)現對外界請求的相應,不采用操作系統,所以,系統開(kāi)發(fā)者對通用計算機基于操作系統的軟件開(kāi)發(fā)工具和技術(shù)的理解與掌握比較有限。而與此同時(shí),另一大批人則對以 Microsoft Windows 、 Linux 為代表的操作系統技術(shù)深深著(zhù)迷,醉心于在這些操作系統上的應用程序開(kāi)發(fā),他們感興趣的東西是如何使用諸如 VB 、 VC 、 Java 之類(lèi)的高級編程語(yǔ)言,在操作系統平臺上實(shí)現更復雜和更精彩的應用,而不太關(guān)心系統的更多的硬件細節。傳統的觀(guān)點(diǎn)一般將前者歸類(lèi)為硬件開(kāi)發(fā)人員,而后者通常被稱(chēng)之為軟件程序員。這兩大群體在很長(cháng)一段時(shí)間幾乎也是井水不犯河水,各自有著(zhù)不同的開(kāi)發(fā)應用領(lǐng)域。 
   

然而,隨著(zhù)計算機軟、硬件技術(shù)的飛速發(fā)展和人們的應用需求越來(lái)越高,特別是隨著(zhù)以 ARM 、 PowerPC 、 MIPS 等為代表的高性能嵌入式微處理器普遍使用,使傳統意義上的嵌入式系統的概念發(fā)生了很大的變化。以基于 8 位機的嵌入式系統為例,當應用系統隨著(zhù)需求的增加變得越來(lái)越復雜、使用范圍變得越來(lái)越廣泛時(shí),系統每增加一項新的功能,都會(huì )帶來(lái)應用軟件結構的變化,甚至需要完全重新設計,而這種問(wèn)題在基于操作系統的通用計算機上就小得多,顯然,沒(méi)有操作系統的支持已經(jīng)成為傳統的嵌入式系統的最大的缺陷,但由于 8 位機系統有限的運算能力和存儲容量,不足以支持操作系統的運行,因此,在很長(cháng)一段時(shí)間以來(lái),人們盡管已經(jīng)意識到這個(gè)問(wèn)題的存在,但也沒(méi)有更好的解決辦法。 

自上個(gè)世紀九十年代以來(lái),嵌入式系統的設計提出了 “ 片上系統 ” ( SoC , System on Chip )的概念,目前,嵌入式系統的硬件設計已進(jìn)入以 SoC 為核心的階段,顯然, SoC 為高性能的嵌入式系統開(kāi)發(fā)的提供了功能豐富的硬件平臺,而這些平臺強大的運算能力和存儲能力,足以支持復雜嵌入式操作系統( EOS , Embedded Operating Systems )的運行。

   嵌入式操作系統的發(fā)展是伴隨的嵌入式微處理器性能的不斷提高而逐漸發(fā)展起來(lái)的,最近幾年來(lái),嵌入式操作系統的應用領(lǐng)域不斷擴大,其原因主要是嵌入式系統軟件開(kāi)發(fā)復雜度的增加,同時(shí),高性能的嵌入式微處理器的推廣使用,為嵌入式操作系統的可靠運行提供了硬件平臺的保障。目前,在嵌入式系統中使用的操作系統種類(lèi)也非常繁多,其中,市場(chǎng)份額占有比較高的有 Linux 、 Windows CE 、 VxWorks 、 QNX 、 eCos 、 uC/OS II 等。嵌入式操作系統主要可分為兩大類(lèi),一類(lèi)是商業(yè)級的嵌入式操作系統,這類(lèi)操作系統一般都經(jīng)過(guò)較長(cháng)時(shí)間的使用,且都由一些大公司開(kāi)發(fā)與維護,在性能或服務(wù)上都有較好的保證,如 Windows CE 、 VxWorks 、 QNX 等,但這類(lèi)操作系統一般價(jià)格比較昂貴,且都不公開(kāi)核心代碼,這就與嵌入式系統用戶(hù)定制性較強、升級換代快等特點(diǎn)相違背,因此其應用范圍受到了很大的限制。另一類(lèi)則是源代碼開(kāi)放的嵌入式操作系統,如 Linux 、 eCos 、 uC/OSII 等,盡管這類(lèi)系統在技術(shù)支持和服務(wù)上有所欠缺,且對開(kāi)發(fā)人員有較高的要求,但由于用戶(hù)可定制性好、具有可持續開(kāi)發(fā)的優(yōu)勢,從目前看來(lái),其應用范圍反而比商業(yè)嵌入式操作系統廣泛得多。  

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