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目前，在嵌入式系統應用領(lǐng)域中，不少人對什么是嵌入式系統不甚了解。有些人搞了十多年的單片機應用，不知道單片機就是一個(gè)最典型的嵌入式系統；也有些人在解釋什么是嵌入式系統時(shí)，不是從定義出發(fā)，而是列舉了嵌入式系統的一些特點(diǎn)，往往不知所云。因此，有必要從現代計算的發(fā)展歷史，了解嵌入式系統的由來(lái)，從學(xué)科建設的角度來(lái)探討嵌入式系統較為準確的定義。
1 現代計算機的技術(shù)發(fā)展史
(1)始于微型機時(shí)代的嵌入式應用
電子數字計算機誕生于1946年，在其后漫長(cháng)的歷史進(jìn)程中，計算機始終是供養在特殊的機房中，實(shí)現數值計算的大型昂貴設備。直到20世紀 70年代，微處理器的出現，計算機才出現了歷史性的變化。以微處理器為核心的微型計算機以其小型、價(jià)廉、高可靠性特點(diǎn)，迅速走出機房；基于高速數值解算能力的微型機，表現出的智能化水平引起了控制專(zhuān)業(yè)人士的興趣，要求將微型機嵌入到一個(gè)對象體系中，實(shí)現對象體系的智能化控制。例如，將微型計算機經(jīng)電氣加固、機械加固，并配置各種外圍接口電路，安裝到大型艦船中構成自動(dòng)駕駛儀或輪機狀態(tài)監測系統。這樣一來(lái)，計算機便失去了原來(lái)的形態(tài)與通用的計算機功能。為了區別于原有的通用計算機系統，把嵌入到對象體系中，實(shí)現對象體系智能化控制的計算機，稱(chēng)作嵌入式計算機系統。因此，嵌入式系統誕生于微型機時(shí)代，嵌入式系統的嵌入性本質(zhì)是將一個(gè)計算機嵌入到一個(gè)對象體系中去，這些是理解嵌入式系統的基本出發(fā)點(diǎn)。
(2)現代計算機技術(shù)的兩大分支
由于嵌入式計算機系統要嵌入到對象體系中，實(shí)現的是對象的智能化控制，因此，它有著(zhù)與通用計算機系統完全不同的技術(shù)要求與技術(shù)發(fā)展方向。
通用計算機系統的技術(shù)要求是高速、海量的數值計算；技術(shù)發(fā)展方向是總線(xiàn)速度的無(wú)限提升，存儲容量的無(wú)限擴大。 而嵌入式計算機系統的技術(shù)要求則是對象的智能化控制能力；技術(shù)發(fā)展方向是與對象系統密切相關(guān)的嵌入性能、控制能力與控制的可靠性。
早期，人們勉為其難地將通用計算機系統進(jìn)行改裝，在大型設備中實(shí)現嵌入式應用。然而，對于眾多的對象系統（如家用電器、儀器儀表、工控單元……），無(wú)法嵌入通用計算機系統，況且嵌入式系統與通用計算機系統的技術(shù)發(fā)展方向完全不同，因此，必須獨立地發(fā)展通用計算機系統與嵌入式計算機系統，這就形成了現代計算機技術(shù)發(fā)展的兩大分支。
如果說(shuō)微型機的出現，使計算機進(jìn)入到現代計算機發(fā)展階段，那么嵌入式計算機系統的誕生，則標志了計算機進(jìn)入了通用計算機系統與嵌入式計算機系統兩大分支并行發(fā)展時(shí)代，從而導致20世紀末，計算機的高速發(fā)展時(shí)期。
(3) 兩大分支發(fā)展的里程碑事件
通用計算機系統與嵌入式計算機系統的專(zhuān)業(yè)化分工發(fā)展，導致20世紀末、21世紀初，計算機技術(shù)的飛速發(fā)展。計算機專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域集中精力發(fā)展通用計算機系統的軟、硬件技術(shù)，不必兼顧嵌入式應用要求，通用微處理器迅速從286、386、486到奔騰系列；操作系統則迅速擴張計算機基于高速海量的數據文件處理能力，使通用計算機系統進(jìn)入到盡善盡美階段。
嵌入式計算機系統則走上了一條完全不同的道路，這條獨立發(fā)展的道路就是單芯片化道路。它動(dòng)員了原有的傳統電子系統領(lǐng)域的廠(chǎng)家與專(zhuān)業(yè)人士，接過(guò)起源于計算機領(lǐng)域的嵌入式系統，承擔起發(fā)展與普及嵌入式系統的歷史任務(wù)，迅速地將傳統的電子系統發(fā)展到智能化的現代電子系統時(shí)代。
因此，現代計算機技術(shù)發(fā)展的兩大分支的里程碑意義在于：它不僅形成了計算機發(fā)展的專(zhuān)業(yè)化分工，而且將發(fā)展計算機技術(shù)的任務(wù)擴展到傳統的電子系統領(lǐng)域，使計算機成為進(jìn)入人類(lèi)社會(huì )全面智能化時(shí)代的有力工具。
2 嵌入式系統的定義與特點(diǎn)
如果我們了解了嵌入式（計算機）系統的由來(lái)與發(fā)展，對嵌入式系統就不會(huì )產(chǎn)生過(guò)多的誤解，而能歷史地、本質(zhì)地、普遍適用地定義嵌入式系統。
(1) 嵌入式系統的定義
按照歷史性、本質(zhì)性、普遍性要求，嵌入式系統應定義為：“嵌入到對象體系中的專(zhuān)用計算機系統”�！扒度胄浴�、“專(zhuān)用性”與 “計算機系統”是嵌入式系統的三個(gè)基本要素。對象系統則是指嵌入式系統所嵌入的宿主系統。
(2) 嵌入式系統的特點(diǎn)
嵌入式系統的特點(diǎn)與定義不同，它是由定義中的三個(gè)基本要素衍生出來(lái)的。不同的嵌入式系統其特點(diǎn)會(huì )有所差異。
與“嵌入性”的相關(guān)特點(diǎn)：由于是嵌入到對象系統中，必須滿(mǎn)足對象系統的環(huán)境要求，如物理環(huán)境（小型）、電氣/氣氛環(huán)境（可靠）、成本（價(jià)廉）等要求。
與“專(zhuān)用性”的相關(guān)特點(diǎn)：軟、硬件的裁剪性；滿(mǎn)足對象要求的最小軟、硬件配置等。
與“計算機系統”的相關(guān)特點(diǎn)：嵌入式系統必須是能滿(mǎn)足對象系統控制要求的計算機系統。與上兩個(gè)特點(diǎn)相呼應，這樣的計算機必須配置有與對象系統相適應的接口電路。
另外，在理解嵌入式系統定義時(shí)，不要與嵌入式設備相混淆。嵌入式設備是指內部有嵌入式系統的產(chǎn)品、設備，例如，內含單片機的家用電器、儀器儀表、工控單元、機器人、手機、PDA 等。
(3)嵌入式系統的種類(lèi)與發(fā)展
按照上述嵌入式系統的定義，只要滿(mǎn)足定義中三要素的計算機系統，都可稱(chēng)為嵌入式系統。嵌入式系統按形態(tài)可分為設備級（工控機）、板級（單板、模塊）、芯片級（MCU、 SoC）。
有些人把嵌入式處理器當作嵌入式系統，但由于嵌入式系統是一個(gè)嵌入式計算機系統，因此，只有將嵌入式處理器構成一個(gè)計算機系統，并作為嵌入式應用時(shí)，這樣的計算機系統才可稱(chēng)作嵌入式系統。
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作 者：北京航空航天大學(xué) 何立民
來(lái) 源：?jiǎn)纹瑱C與嵌入式系統應用2004（1） |
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發(fā)表于 2010-4-9 07:11:27
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