浅谈嵌入式系统

刘伟学

（赤峰学院计算机科学与技术系，内蒙古赤峰024000）

浅谈嵌入式系统

刘伟学

（赤峰学院计算机科学与技术系，内蒙古赤峰024000）

嵌入式系统已经成为后PC时代的研究热点.本文介绍了嵌入式系统的定义及特点、发展史，分析了嵌入式系统的结构及人才需求，并对嵌入式系统的发展进行了展望.

嵌入式系统；嵌入式行业；嵌入式操作系统

1 引言

随着信息技术的发展，我们经历了PC时代，经历着网络时代，进而面向所谓的后PC时代.作为后PC时代及后网络时代的新秀，嵌入式系统凭借其在网络安全、智能家电、车载电子、消费类电子、工业控制、医疗电子等领域内日益广泛地应用和发展，已成为后PC时代的擎天之柱，现在的电子技术俨然已成为嵌入式系统技术的天下.嵌入式系统无疑成为当前最热门最有发展前途的IT应用领域之一.伴随着巨大的产业需求，我国嵌入式系统产业的人才需求量也一路高涨，嵌入式开发将成为未来几年最热门最受欢迎的职业之一.

2 嵌入式系统的定义及特点

2.1 嵌入式系统的定义

IEEE定义嵌入式系统为“用于控制、监视或者辅助操作机器、设备和工厂的装置”.因此，嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软、硬件可裁减，满足应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统[1].

2.2 嵌入式系统的特点

作为专用计算机系统的嵌入式系统与通用的计算机系统比较，具有以下特点：

（1）及时响应；（2）并发处理；（3）专用性强；（4）多样性；（5）技术密集；（6）专门开发工具支持；（7）实时操作系统支持.

3 嵌入式系统的发展史

嵌入式系统的出现至今已经有30多年的历史，近几年来，计算机、通信、消费电子的一体化趋势日益明显，嵌入式技术已成为一个研究热点.纵观嵌入式技术的发展过程，大致经历四个阶段.

第一阶段是以单芯片为核心的可编程控制器形式的系统，同时具有与监测，伺服，指示设备相配合的功能.这种系统大部分应用于一些专业性极强的工业控制系统中，一般没有操作系统的支持，通过汇编语言编程对系统进行直接控制，运行结束后清除内存.

第二阶段是以嵌入式CPU为基础，以简单操作系统为核心的嵌入式系统.这一阶段的操作系统具有一定的兼容性和扩展性，但用户界面不够友好.

第三阶段是以嵌入式操作系统为标志的嵌入式系统.这一阶段系统的主要特点是：嵌入式操作系统能运行于各种不同类型的微处理器上，兼容性好；操作系统内核精小，效率高，并且具有高度的模块化和扩展性；具备文件和目录管理，设备支持，多任务，网络支持，图形窗口以及用户界面等功能；具有大量的应用程序接口(API)，开发应用程序简单嵌入式应用软件丰富.

第四阶段是以基于Internet为标志的嵌入式系统，这是一个正在迅速发展的阶段.目前大多数嵌入式系统还孤立于Internet之外，但随着Internet的发展以及Internet技术与信息家电，工业控制技术等结合日益密切，嵌入式设备与Internet的结合将代表着嵌入式技术的真正未来.

4 嵌入式系统的结构

嵌入式系统作为一类特殊的计算机系统，自底向上包括四个部分，如图1所示.

4.1 硬件环境

硬件环境是整个嵌入式操作系统和应用程序运行的硬件平台，不同的应用通常有不同的硬件环境.硬件平台的多样性是嵌入式系统的一个主要特点.

4.2 硬件抽象层

硬件抽象层也叫板级支持包[2]，是一个介于硬件与软件之间的中间层次.硬件抽象层通过特定的上层接口与操作系统进行交互，向操作系统提供底层的硬件信息，并根据操作系统的要求完成对硬件的直接操作.

4.3 嵌入式操作系统

嵌入式操作系统完成嵌入式应用的任务调度和控制等核心功能.具有内核较精简、可配置、与高层应用紧密关联等特点.嵌入式操作系统具有相对不变性.

4.4 嵌入式应用程序

嵌入式应用程序运行于操作系统之上，利用操作系统提供的机制完成特定功能的嵌入式应用.不同的系统需要设计不同的嵌入式应用程序.

5 嵌入式系统的人才分析

而伴随着嵌入式行业的迅猛发展，嵌入式开发也已经成为当前最热门、最有发展前途的行业之一.业内人士认为，目前嵌入式行业至少存在30-50万的人才缺口，在最近人才招聘网上公布的2009年度IT职场人气排行榜上，嵌入式及移动开发类人才成为了业界焦点，而其中嵌入式软件工程师更是凭借其旺盛的需求登上榜首.根据嵌入式系统的结构的分类相应的嵌入式系统的人才分为四个研究方向.

5.1 硬件层比较适合于，电子、通信、自动化、机电一体、信息工程类专业的人才来研发，需要掌握的专业基础知识有，单片机原理及接口技术、微机原理及接口技术、C语言.

5.2 驱动层比较适合于电子、通信、自动化、机电一体、信息工程类专业尤其是计算机偏体系结构类专业的人才来研发，除硬件层所具备的基础学科外，还要对数据结构与算法、操作系统原理、编译原理都要十分精通了解.

5.3 操作系统层，对于操作系统层目前可能只能说是简单的移植，而很少有人来自已写操作系统，或者写出漏洞百出的操作系统来，这部分工作大都由驱动工程师来完成.

5.4 应用层，相对来讲较为容易的，如果会在windows下如何进行编程接口函数调用，到操作系统下只是编译和开发环境有相应的变化而已.嵌入式系统中涉及算法的由专业算法的人来处理的，但如果涉及嵌入式系统下面嵌入式数据库、基于嵌入式系统的网络编程和基于某此应用层面的协议应用开发方面又较为复杂，并且有难度了.

6 嵌入式系统的发展趋势

嵌入式系统已深入到人们生活的各个领域，它的应用几乎无处不在.嵌入式系统工业是专用计算机工业，其目的就是要把一切变得更简单、更方便、更普遍、更适用.嵌入式系统在目前的发展形势下，表现出以下几大趋势:

6.1 连接互联网成为必然趋势

社会对智能设备的需求越来越多，嵌入式的应用会涉及到生活的各个方面.这些智能设备必须能够联网才能发挥它的最大价值.所以网络接口将是嵌入式产品必须具备的，且随着技术的发展其中大部分将转为无线方式.

6.2 软件的开放性成为大势所趋

在软件方面Linux的崛起代表了软件开放的人心所向，尤其是在嵌入式方面Linux是非常理想的选择，目前在NC、PDA方面有成功应用.

6.3 SOC（systemonchip）成为主流[3]

随着对嵌入式设备要求越来越小，性能要求越来越高，SOC成为最佳选择.

6.3 更注重人工智能，使产品更人性化，操作更方便

近几年嵌入式技术在国内外的发展如火如荼，相信不久的将来，未来的电子技术就是嵌入式系统技术的天下.

7 结束语

嵌入式系统是现代科学的多学科互相融合的以应用技术产品为核心，以计算机技术为基础，以通信技术为载体，以消费类产品为对象，引入各类传感器加入，进入Internet网络技术的连接，而适应应用环境的产品.目前，嵌入式系统产品的应用已超过整个计算机应用的40%，随着嵌入式行业的发展以及嵌入式人才的辈出，未来嵌入式系统必将风靡全球.

〔1〕石秀民,魏洪兴.嵌入式系统原理与应用—基于Xscale与Linux[M].北京:北京航空航天大学出版社,2007.

〔2〕王涛,等.嵌入式系统硬件抽象层的原理与实现[J].电子技术应用,2001(10).

〔3〕张志敏.SOC引领嵌入式系统发展,计算机世界报[N].32期B3、B4.

〔4〕周青云,王建勋.嵌入式系统的应用于发展[J].西安:工业仪表与自动化装置,2008(3):16-20.

〔5〕王树红.嵌入式系统的现状及发展趋势[J].太原:太原大学学报,2007,8(2):121-122,139.

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