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1、嵌入式系统与集成开发技术嵌入式系统与集成开发技术概述概述 第一章第一章 引言引言第二章嵌入式平台的硬件第二章嵌入式平台的硬件第三章嵌入式系统的软件第三章嵌入式系统的软件第四章嵌入式系统的独立发展道路第四章嵌入式系统的独立发展道路 第五章第五章 结论结论 二二.嵌入式平台的硬件嵌入式平台的硬件2.12.1嵌入式系统的硬件架构嵌入式系统的硬件架构2.1 2.1 嵌入式系统的硬件架构嵌入式系统的硬件架构 嵌入式微处理器（嵌入式微处理器（PMOSPMOS、CMOSCMOS、NMOSNMOS）就处理器的寄存器位数而言，可以分为就处理器的寄存器位数而言，可以分为4 4位、位、8 8位、位、1616位、位、
2、3232位和位和6464位。位。就就处处理理器器的的集集成成而而言言，可可以以分分为为一一般般性性微微处处理理器器（即即只只包包含含CPUCPU）和和微微控控制制器器（即即在在单单个个芯片内集成了芯片内集成了CPUCPU、内存和输入、内存和输入/输出，也叫作单片机控制器）。输出，也叫作单片机控制器）。一般性的微处理器：一般性的微处理器：4 4位：位：IntelIntel公司的公司的400440048 8位：位：IntelIntel公司的公司的80088008（速度慢）、（速度慢）、80808080、80858085（对（对80808080的集成）的集成）MotorolaMotorola公司的公
3、司的68006800家族（如家族（如68026802、68096809等，缺点是软件兼容性不好）等，缺点是软件兼容性不好）ZilogZilog公司的公司的Z80Z80及其系列（基于及其系列（基于80808080的改进）的改进）1616位：位：IntelIntel公司的公司的8086/80888086/8088（基于（基于80808080和和80858085架构）架构）MotorolaMotorola公司的公司的6800068000单片机微控制器单片机微控制器：位：位：IntelIntel公司的公司的80488048及其后续产品及其后续产品80418041和和80428042、80518051及
4、其后续产品及其后续产品80448044、MCS51MCS51系列系列FairChildFairChild公司：公司：38003800（缺乏完整的健全的指令集）（缺乏完整的健全的指令集）MotorolaMotorola公司的公司的68016801家族（如家族（如68036803、68056805等）等）ZilogZilog公司的公司的Z8Z8系列（如系列（如Z8601Z8601）1616位：位：IntelIntel公司的公司的80968096、8028680286（Intel386Intel386是是3232位的）位的）ThomponThompon和和MostekMostek公司的公司的6820
5、068200 协处理器（协助微处理器进行浮点运算）协处理器（协助微处理器进行浮点运算）IntelIntel公司的公司的PentiumPentium、P2P2、P3P3等型号的微处理器都集成了协处理器等型号的微处理器都集成了协处理器CISCCISC和和RISCRISC就微处理器本身所具有的指令集的特性来看，可以将微处理器的架构分为以下的两种：就微处理器本身所具有的指令集的特性来看，可以将微处理器的架构分为以下的两种：CISCCISC架架构构:Complex:Complex Instruction Instruction Set Set ComputerComputer，微微处处理理器器具具有有丰
6、丰富富的的指指令令集集，很很多多复复杂杂的的操操作作可可以以用用简简单单的的指指令令来来完完成成，而而且且编编译译过过程程简简单单，但但是是该该类类微微处处理理器器对对于于处处理理一一般般性性的功能和控制就显得象是用牛刀杀鸡的功能和控制就显得象是用牛刀杀鸡效率不高。效率不高。RISCRISC架架构构:Reduced:Reduced Instruction Instruction Set Set ComputerComputer，微微处处理理器器拥拥有有的的指指令令集集比比较较精精简简，处处理理器器的的内内部部线线路路设设计计不不复复杂杂，适适合合处处理理规规律律性性的的任任务务，指指令令的的执
7、执行行速速度度也也很很快快，但但是是处处理理较较复杂的操作需要使用多种简单的指令进行组合，而且编译也较复杂。复杂的操作需要使用多种简单的指令进行组合，而且编译也较复杂。数字信号处理器（数字信号处理器（DSPDSP架构）架构）其其特特点点是是：专专门门用用于于处处理理数数字字信信号号数数据据（如如视视频频、音音频频数数据据等等），由由于于其其架架构构是是专专门门设设计计的，所以能做大量的即时运算。的，所以能做大量的即时运算。数字信号处理器的基本运算是加法和乘法。一般性微处理器的主要运算是加法，乘法的运数字信号处理器的基本运算是加法和乘法。一般性微处理器的主要运算是加法，乘法的运算效率很低，而数字
8、信号处理器的出现就是为了庞大的乘法运算产生的。算效率很低，而数字信号处理器的出现就是为了庞大的乘法运算产生的。三三.嵌入式系统的软件嵌入式系统的软件3.13.1 嵌入式系统软件的开发嵌入式系统软件的开发3.2 3.2 嵌入式软件技术面临挑战嵌入式软件技术面临挑战3.33.3 嵌入式技术的发展嵌入式技术的发展3.13.1 嵌入式系统软件的开发嵌入式系统软件的开发嵌入式系统软件有自己的开发工具、开发环境和开发过程。嵌入式系统软件有自己的开发工具、开发环境和开发过程。硬硬件件设设计计：客客观观需需求求（“量量身身定定做做”是是嵌嵌入入式式系系统统的的基基本本特特点点），确确定定硬硬件件规规格格并并选
9、选择择硬硬件件。软软件件设设计计：根根据据选选择择的的硬硬件件设设备备（嵌嵌入入式式系系统统微微处处理理器器等等）选选择择软软件件开开发发环环境境（软软件件开开发发平平台台和和嵌嵌入入式式系系统统目目标标平平台台是是两两个个概概念念，简简单单地地说说，嵌嵌入入式式系系统统软软件件的的开开发发及及其其执执行行不不在在一一个个平平台台上上）和和开开发发工工具具（包包括括编编程程语语言言、交交叉叉编编译译器器、连连接接器器、定定位位器器、厂厂商商提提供供的的开开发发库库以以及及专专用用开开发发工工具具等等）、编编写写代代码码并并生生成成最最终终的的绝绝对对定定位位二二进进制制映映象象文文件件、下下载
10、程序到嵌入式系统的载程序到嵌入式系统的ROMROM中、整合调试（包括除错）。（开发流程图可参见前面的笔记）中、整合调试（包括除错）。（开发流程图可参见前面的笔记）资源受限是嵌入式系统软件开发的一个客观特点，对资源的使用进行高效的控制以及避免资源受限是嵌入式系统软件开发的一个客观特点，对资源的使用进行高效的控制以及避免共享资源使用中的冲突是编写嵌入式系统软件要考虑的问题。在嵌入式系统软件的编写过共享资源使用中的冲突是编写嵌入式系统软件要考虑的问题。在嵌入式系统软件的编写过程中引入嵌入式操作系统，让嵌入式操作系统负责底层硬件的管理和控制（包括内存管理、程中引入嵌入式操作系统，让嵌入式操作系统负责底
11、层硬件的管理和控制（包括内存管理、输入输出管理输入输出管理即硬件驱动程序及协调使用、多线程管理以及状态检测等），同时为程序即硬件驱动程序及协调使用、多线程管理以及状态检测等），同时为程序员提供一套编程员提供一套编程API，尽量减少程序员花费大量的精力在与底层硬件的交互上，这是嵌入，尽量减少程序员花费大量的精力在与底层硬件的交互上，这是嵌入式操作系统提供的程序开发界面带来的好处。由于嵌入式系统的启动没有象式操作系统提供的程序开发界面带来的好处。由于嵌入式系统的启动没有象PCPC电脑启动那电脑启动那样的样的BIOSBIOS程序（位于程序（位于CMOSCMOS芯片的芯片的EEPROMEEPROM中）
12、负责进行启动前的准备工作（如硬件检测、硬中）负责进行启动前的准备工作（如硬件检测、硬件初始化等），因此，嵌入式系统启动的环境设置需要自己实施，也就是把嵌入式操作系件初始化等），因此，嵌入式系统启动的环境设置需要自己实施，也就是把嵌入式操作系统以及为嵌入式系统编写的应用程序下载到嵌入式系统的统以及为嵌入式系统编写的应用程序下载到嵌入式系统的ROMROM中，象这样完成嵌入系统开中，象这样完成嵌入系统开机启动的操作叫做机启动的操作叫做Boot Loader。式式复复位位代代码码、硬硬件件初初始始化化代代码码、启启动动代代码码和和嵌嵌入入式式主主程程序序之之间间的的关关系系。一一般般来来说说硬硬件件厂
13、厂商商会提供诸如复位代码、硬件初始化代码等的固定地址，即在规定的地址做规定的事。会提供诸如复位代码、硬件初始化代码等的固定地址，即在规定的地址做规定的事。开机动作：开机动作：一一是是复复位位代代码码，初初始始化化CPUCPU，该该代代码码由由厂厂商商提提供供（一一般般是是汇汇编编语语言言代代码码），可可以以依依据据实实际际需需要要进进行行修修改改，大大部部分分的的复复位位代代码码的的最最后后都都有有一一条条无无条条件件的的跳跳转转指指令令，直直接接转转向向到到下下一一步步的硬件初始化代码处，然后从那里开始往下执行。的硬件初始化代码处，然后从那里开始往下执行。二二是是关关键键硬硬件件的的初初始始
14、化化代代码码（一一般般使使用用汇汇编编语语言言编编写写），负负责责初初始始化化嵌嵌入入式式系系统统的的关关键键硬硬件，如件，如CPUCPU、内存等。其他的硬件可以在以后由设备驱动程序来初始化。、内存等。其他的硬件可以在以后由设备驱动程序来初始化。如如果果接接下下来来打打算算使使用用高高级级语语言言来来编编写写嵌嵌入入式式系系统统软软件件的的话话，那那么么硬硬件件初初始始化化代代码码执执行行完完毕毕后后会会跳跳转转到到启启动动代代码码处处，该该启启动动代代码码负负责责配配置置高高级级语语言言运运行行所所需需要要的的环环境境。启启动动代代码码厂厂商商随随编编译译器器一一起起提提供供的的，而而且且附
15、附带带源源代代码码，可可以以根根据据需需要要作作修修改改。关关于于启启动动代代码码所所执执行行的的一一般操作可参见前面笔记的第般操作可参见前面笔记的第4 4页。页。三三是是启启动动嵌嵌入入式式操操作作系系统统，初初始始化化必必要要的的外外设设、开开启启内内存存管管理理、初初始始化化中中断断控控制制器器、配配置置中中断断向向量量表表及及异异常常处处理理、打打开开计计数数器器功功能能等等，当当完完成成外外设设的的初初始始化化工工作作后后，就就开开始始执执行行第第一个程序，并启动线程管理。一个程序，并启动线程管理。四是执行自己编写的嵌入式系统程序。四是执行自己编写的嵌入式系统程序。基本的流程如下：基
16、本的流程如下：复位代码复位代码 硬件初始化代码硬件初始化代码启动代码启动代码操作系统代码操作系统代码执行任务执行任务嵌嵌入入式式系系统统软软件件开开发发程程序序员员如如果果选选择择了了合合适适的的操操作作系系统统的的话话，那那他他就就只只需需要要做做两两件件事事情情：一是编写外设的驱动程序，如果操作系统没有提供的话；二是编写应用程序。一是编写外设的驱动程序，如果操作系统没有提供的话；二是编写应用程序。3.2嵌入式软件技术面临挑战嵌入式软件技术面临挑战 以以信信息息家家电电为为代代表表的的互互联联网网时时代代嵌嵌入入式式产产品品，不不仅仅为为嵌嵌入入式式市市场场展展现现了了美美好好前前景景，注注
17、入入了了新新的的生生命命；同同时时也也对对嵌嵌入入式式系系统统技技术术，特特别别是是软软件件技技术术提提出出新新的的挑挑战战。这这主主要要包包括括：支支持持日日趋趋增增长长的的功功能能密密度度、灵灵活活的的网网络络联联接接、轻轻便便的的移移动动应应用用和和多多媒媒体体的的信信息息处处理理，此此外外，当当然还需对付更加激烈的市场竞争。然还需对付更加激烈的市场竞争。1.1.嵌入嵌入式应用软件的开发需要强大的开发工具和操作系统的支持式应用软件的开发需要强大的开发工具和操作系统的支持 随着因特网技术的成熟、带宽的提高，随着因特网技术的成熟、带宽的提高，ICP和和ASP在网上提供的信息内容日趋丰富、应在
18、网上提供的信息内容日趋丰富、应用项目多种多样。像电话手机、电话座机及电冰箱、微波炉等嵌入式电子设备的功能不再用项目多种多样。像电话手机、电话座机及电冰箱、微波炉等嵌入式电子设备的功能不再单一，电气结构也更为复杂。为了满足应用功能的升级，设计师们一方面采用更强大的嵌单一，电气结构也更为复杂。为了满足应用功能的升级，设计师们一方面采用更强大的嵌入式处理器如入式处理器如32位、位、64位位RISC芯片或信号处理器芯片或信号处理器DSP增强处理能力；同时还采用实时多任增强处理能力；同时还采用实时多任务编程技术和交叉开发工具技术来控制功能复杂性，简化应用程序设计、保障软件质量和务编程技术和交叉开发工具技
19、术来控制功能复杂性，简化应用程序设计、保障软件质量和缩短开发周期。缩短开发周期。目前，国外商品化的嵌入式目前，国外商品化的嵌入式实时实时操作系操作系统统，已，已进进入我国市入我国市场场的，如的，如WindRiver,WindRiver,、MicrosoftMicrosoft、QNXQNX和和NuclearNuclear等等产产品。我国自主开品。我国自主开发发的嵌入式系的嵌入式系统软统软件件产产品如品如科科银银(CoreTek)(CoreTek)公司的嵌入式公司的嵌入式软软件开件开发发平台平台DeltaSystem,DeltaSystem,它不它不仅仅包括包括DeltaCoreDeltaCore
20、嵌入式嵌入式实时实时操作系操作系统统,而且而且还还包括包括LamdaToolsLamdaTools交叉开交叉开发发工具套件工具套件,测试测试工具工具,应应用用组组件等；此外，中科件等；此外，中科院也推出了院也推出了HopenHopen嵌入式操作系嵌入式操作系统统。2.2.网成为必然趋势。网成为必然趋势。为为适适应应嵌嵌入入式式分分布布处处理理结结构构和和应应用用上上网网需需求求，面面向向2121世世纪纪的的嵌嵌入入式式系系统统要要求求配配备备标标准准的的一一种种或或多多种种网网络络通通信信接接口口。针针对对外外部部联联网网要要求求，嵌嵌入入设设备备必必需需配配有有通通信信接接口口,相相应应需需
21、要要TCPTCPIPIP协协议议簇簇软软件件支支持持；由由于于家家用用电电器器相相互互关关联联(如如防防盗盗报报警警，灯灯光光能能源源控控制制，影影视视设设备备和和信信息息终终端端交交换换信信息息)及及实实验验现现场场仪仪器器的的协协调调工工作作等等要要求求，新新一一代代嵌嵌入入式式设设备备还还需需具具备备IEEE1394IEEE1394、USBUSB、CANCAN、BluetoothBluetooth或或IrDAIrDA通通信信接接口口，同同时时也也需需要要提提供供相相应应的的通通信信组组网网协协议议软软件件和和物物理理层层驱驱动动软软件件。为为了了支支持持应应用用软软件件的的特特定定编编程
22、程模模式式，如如WebWeb或或无无线线WebWeb编编程程模模式式，还需要相应的浏览器，如还需要相应的浏览器，如HTMLHTML、WMLWML等。等。3.3.支持小型电子设备实现小尺寸、微功耗和低成本支持小型电子设备实现小尺寸、微功耗和低成本 为为满满足足这这种种特特性性，要要求求嵌嵌入入式式产产品品设设计计者者相相应应降降低低处处理理器器的的性性能能，限限制制内内存存容容量量和和复复用用接接口口芯芯片片。这这就就相相应应提提高高了了对对嵌嵌入入式式软软件件设设计计技技术术要要求求。如如，选选用用最最佳佳的的编编程程模模型型和和不不断断改改进进算算法法，采采用用JavaJava编编程程模模式
23、式，优优化化编编译译器器性性能能。因因此此既既要要软软件件人人员员有有丰丰富富经经验验，更更需需要要发展先进嵌入式软件技术，如发展先进嵌入式软件技术，如JavaJava、WebWeb和和WAPWAP等。等。4.4.提供精巧的多媒体人机界面提供精巧的多媒体人机界面 嵌嵌入入式式设设备备之之所所以以为为亿亿万万用用户户乐乐于于接接受受，重重要要因因素素之之一一是是它它们们与与使使用用者者之之间间的的亲亲和和力力，自自然然的的人人机机交交互互界界面面，如如司司机机操操纵纵高高度度自自动动化化的的汽汽车车主主要要还还是是通通过过习习惯惯的的方方向向盘盘、脚脚踏踏板板和和操操纵纵杆杆。人人们们与与信信息
24、息终终端端交交互互要要求求以以GUI屏屏幕幕为为中中心心的的多多媒媒体体界界面面。手手写写文文字字输输入入、语语音音拨拨号号上上网网，收收发发电电子子邮邮件件以以及及彩彩色色图图形形、图图像像已已取取得得初初步步成成效效。目目前前一一些些先先进进的的PDA在在显示屏幕上已实现汉字写入，短消息语音发布，但离掌式语言同声翻译还有很大距离。显示屏幕上已实现汉字写入，短消息语音发布，但离掌式语言同声翻译还有很大距离。3.3 3.3 嵌入式技术的发展：嵌入式技术的发展：影影响响未未来来的的若若干干软软件件新新技技术术。如如前前所所述述，嵌嵌入入式式系系统统设设计计师师们们已已利利用用现现行行嵌嵌入入式式
25、软软件件技技术术和和PCPC机机积积累累技技术术迎迎接接新新一一代代嵌嵌入入式式应应用用；同同时时，发发展展影影响响深深远远的的若若干干新新的的软软件件技技术术。这这些技术包括：行业性编程编口些技术包括：行业性编程编口APIAPI规范，无线网络操作系统、规范，无线网络操作系统、IPIP构件库和嵌入式构件库和嵌入式JAVAJAVA等。等。1.1.日趋流行的行业性开放系统和备受青睐的自由软件技术日趋流行的行业性开放系统和备受青睐的自由软件技术 为为了了对对付付日日趋趋激激烈烈的的国国际际市市场场竞竞争争势势态态，设设计计技技术术共共享享和和软软件件重重用用、构构件件兼兼容容、维维护护方方便便和和合
26、合作作生生产产是是增增强强行行业业性性产产品品竞竞争争能能力力的的有有效效手手段段。近近几几年年，一一些些地地区区和和国国家家的的若若干干行行业业协协会会纷纷纷纷制制定定嵌嵌入入式式产产品品标标准准，特特别别是是软软件件编编程程接接口口APIAPI规规范范。如如，欧欧共共体体汽汽车车产产业业联联盟盟规规定定以以OSEKOSEK标标准准作作为为开开发发汽汽车车嵌嵌入入式式系系统统的的公公用用平平台台和和应应用用编编程程接接口口(OSEK(OSEK的的名名称称来来自自于于德德文文“车车内内电电子子设设备备的的开开放放系系统统的的接接口口)。OSEKOSEK规规定定了了汽汽车车控控制制器器的的通通信
27、信规规程程、网网络络管管理理规规则则以以及及高高效效利利用用存存贮贮器器的的嵌嵌入入式式操操作作系系统统。虽虽然然业业界界专专家家怀怀疑疑OSEKOSEK标标准准是是否否能能马马上上投投入入使使用用，而而WindRiverWindRiver等等嵌嵌入入式式软软件件公公司司已已宣宣布布推推出出兼兼容容的的操操作作系系统统，MotoWorksMotoWorks，充充分分利利用用行行业业软软件件技技术术开开放放带带来来的的大大笔笔商商业业利利益益。我我国国数数字字产产业业联联盟盟，也也在在制制定定本本行行业业的的开开放放式式软软件件标标准准，提提高高中中国国数数字字产产品品的的竞竞争争能能力力。看看
28、来来，走走行行业业开开放放系系统统道道路路是是加加快快嵌嵌入入式式软软件技术发展的捷径之一。件技术发展的捷径之一。此此外外，值值得得指指出出，国国际际上上自自由由软软件件运运动动的的顺顺利利发发展展，GPLGPL概概念念正正对对嵌嵌入入式式软软件件产产业业深深远远影影响响。嵌嵌入入式式LinuxLinux多多种种原原型型的的提提出出，和和GNUGNU软软件件开开发发工工具具软软件件的的实实用用化化进进展展，正正为为我我国国加加快快发展嵌入式软件技术提供了极好机遇和条件。发展嵌入式软件技术提供了极好机遇和条件。2.2.无线网络操作系统初见端倪无线网络操作系统初见端倪未未来来移移动动通通信信网网络
29、络不不仅仅能能够够提提供供丰丰富富的的多多媒媒体体数数据据业业务务，而而且且能能够够支支持持更更多多功功能能和和更更强强的的移移终终端端设设备备。为为了了有有效效地地发发挥挥第第三三代代移移动动通通信信系系统统的的优优势势，许许多多设设备备厂厂商商针针对对未未来来移移动动设设备的特点努力开发无线网络操作系统。备的特点努力开发无线网络操作系统。EPOCEPOC就是一例。就是一例。3.IP 3.IP构件库技术正在造就一个新兴的软件行业构件库技术正在造就一个新兴的软件行业 嵌入式系统实现的最高形式是单一芯片系统嵌入式系统实现的最高形式是单一芯片系统(SOC，System On Chip)，而，而SO
30、C的核技术的核技术是是IP核核(即知识产权核即知识产权核Intellectual Property Kernels)构件。构件。IP核有硬件核、软件核和固件核，核有硬件核、软件核和固件核，硬件核主要指硬件核主要指8/16/32/64位位MPU核或核或DSP核。硬件提供商以数据软件库的形式，将其久经核。硬件提供商以数据软件库的形式，将其久经验证的处理器逻辑和芯片版图数据，供验证的处理器逻辑和芯片版图数据，供EDA工具调用在芯片上直接配置工具调用在芯片上直接配置MPU/DSP功能单功能单元；而软件核则是软件提供商将元；而软件核则是软件提供商将SOC所需的所需的RTOS内核软件或其它功能软件，如通信
31、协议内核软件或其它功能软件，如通信协议软件，软件，FAX功能软件等构件标准功能软件等构件标准API方式和方式和IP核构件形式供核构件形式供IDE和和EDA工具调用制成工具调用制成FLASH或或ROM可执行代码单元，加速可执行代码单元，加速SOC嵌入式系统定制或开发。目前一些嵌入式软件嵌入式系统定制或开发。目前一些嵌入式软件供应商纷纷把成熟的供应商纷纷把成熟的RTOS内核和功能扩展件，以软件内核和功能扩展件，以软件IP核构件形式出售，如核构件形式出售，如Microtec的的VRTXoc for ARM就是典型例子。正在兴启的就是典型例子。正在兴启的IP构件软件技术正为一大批高智小型软件公构件软件
32、技术正为一大批高智小型软件公司提供发展机遇。司提供发展机遇。4.J2ME4.J2ME技术将对嵌入式软件的发展产生深远影响技术将对嵌入式软件的发展产生深远影响 众众所所周周知知“一一次次编编程程，到到处处使使用用”JAVAJAVA软软件件概概念念原原本本就就是是针针对对网网上上嵌嵌入入式式小小设设备备提提出出的的。几几经经周周折折，目目前前SUNSUN公公司司已已推推出出了了J2ME(JAVA J2ME(JAVA 2 2 Platform Platform Micro Micro Edition)Edition)针针对对信信息息家家电电的的JAVAJAVA版版本本，其其技技术术日日趋趋成成熟熟，
33、开开始始投投入入使使用用。SUNSUN公公司司JAVAJAVA虚虚拟拟机机(JVM)(JVM)技技术术的的有有序序开开放放，使使得得JAVAJAVA软软件件真真正正实实现现跨跨平平台台运运行行，即即JAVAJAVA应应用用小小程程序序能能够够在在带带有有JVMJVM的的任任何何硬硬软软件件系系统统上上执执行行。这这对对实实现现瘦瘦身身上上网网的的信信息息家家电电等等网网络络设设备备十十分分有有利利。这这一一技技术术动动向向势势必必对对嵌嵌入入式式设备特别是上网设备软件编程技术产生重大影响，更值得业界人事关注。设备特别是上网设备软件编程技术产生重大影响，更值得业界人事关注。由由于于诸诸多多原原因
34、因，我我国国计计算算机机行行业业未未能能赶赶上上世世界界范范围围软软件件技技术术发发展展的的前前几几次次机机遇遇；当当我我们们意意识识到到应应组组织织发发展展本本国国软软件件产产业业时时，微微软软已已在在PCPC软软件件上上处处世世界界垄垄断断地地位位，我我们们只只得得在在软软件件汉汉化化小小范范围围徘徘徊徊，对对计计算算机机系系统统软软件件虽虽偶偶有有出出击击，总总难难冲冲出出重重围围。二二十十一一世世纪纪之之初初，微微软软王王国国已已从从登登峰峰造造极极走走向向地地位位下下滑滑的的后后PCPC时时代代。后后PCPC时时代代，既既非非PCPC信信息息设设备备大大显显神神通通的的时时代代，嵌嵌
35、入入式式系系统统正正是是非非PCPC设设备备的的主主体体，由由于于其其应应用用推推广广、领领域域特特色色突突出出，谁谁也也无无力力独独吞吞这这一一市市场场。互互联联网网技技术术在在世世界界范范围围的的扩扩展展和和中中国国通通信信事事业业的的高高速速发发展展，已已为为我我国国开开发发嵌嵌入入式式产产品品造造就就了了广广大大市市场场，此此外外我我国国是是人人口口大大国国，素素有有软软件件智智力力优优势势。因因此此，我我国国软软件件同同仁仁应应该该牢牢牢牢抓抓着着这这一一大大好好机机遇遇，找找准准出出击击点点，在在IPIP软软件件、JAVAJAVA应应用用和和无无线线网网络络等等新新一一轮轮嵌嵌入入
36、式式软软件件技技术术上上，下下大大力力，冲冲刺刺一一翻翻，定定能能使使我我国国软软件件技技术术大大上上一一个个台台阶阶，对对发发展展我我国国经经济济做做出出应应有贡献。有贡献。第四章第四章 嵌入式系统的独立发展道路嵌入式系统的独立发展道路41单片机开创了嵌入式系统独立发展道路单片机开创了嵌入式系统独立发展道路4 42 2单片机的技术发展史单片机的技术发展史 41单片机开创了嵌入式系统独立发展道路单片机开创了嵌入式系统独立发展道路 嵌入式系统虽然起源于微型计算机时代，然而，微型计算机的体积、价位、可靠性嵌入式系统虽然起源于微型计算机时代，然而，微型计算机的体积、价位、可靠性都无法满足广大对象系统
37、的嵌入式应用要求，因此，嵌入式系统必须走独立发展道路。这都无法满足广大对象系统的嵌入式应用要求，因此，嵌入式系统必须走独立发展道路。这条道路就是芯片化道路。将计算机做在一个芯片上，从而开创了嵌入式系统独立发展的单条道路就是芯片化道路。将计算机做在一个芯片上，从而开创了嵌入式系统独立发展的单片机时代。片机时代。在在探探索索单单片片机机的的发发展展道道路路时时，有有过过两两种种模模式式，即即“模模式式”与与“创创新新模模式式”。“模模式式”本本质质上上是是通通用用计计算算机机直直接接芯芯片片化化的的模模式式，它它将将通通用用计计算算机机系系统统中中的的基基本本单单元元进进行行裁裁剪剪后后，集集成成
38、在在一一个个芯芯片片上上，构构成成单单片片微微型型计计算算机机；“创创新新模模式式”则则完完全全按按嵌嵌入入式式应应用用要要求求设设计计全全新新的的，满满足足嵌嵌入入式式应应用用要要求求的的体体系系结结构构、微微处处理理器器、指指令令系系统统、总总线线方方式式、管管理理模模式式等等。IntelIntel公公司司的的MCS-48MCS-48、MCS-51MCS-51就就是是按按照照创创新新模模式式发发展展起起来来的的单单片片形形态态的的嵌嵌入入式式系系统统（单单片片微微型型计计算算机机）。MCS-51MCS-51是是在在MCS-48MCS-48探探索索基基础础上上，进进行行全全面面完完善善的的嵌
39、嵌入入式式系系统统。历历史史证证明明，“创创新新模模式式”是是嵌嵌入入式式系系统统独独立立发发展展的的正正确确道道路路，MCS-51MCS-51的的体体系系结结构构也也因因此此成成为为单单片嵌入式系统的典型结构体系。片嵌入式系统的典型结构体系。42单片机的技术发展史单片机的技术发展史 单单片机片机诞诞生于生于2020世世纪纪7070年代末，年代末，经历经历了了SCMSCM、MCUMCU、SoCSoC三大三大阶阶段。段。SCMSCM即即单单片微型片微型计计算机（算机（Single Chip MicrocomputerSingle Chip Microcomputer）阶阶段，主要是段，主要是寻寻
40、求最佳的求最佳的单单片形片形态态嵌入式系嵌入式系统统的最佳的最佳体系体系结结构。构。“创创新模式新模式”获获得成功，奠定了得成功，奠定了SCMSCM与通用与通用计计算机完全不同的算机完全不同的发发展道路。在开展道路。在开创创嵌入式系嵌入式系统统独立独立发发展道路上，展道路上，IntelIntel公司功不可没。公司功不可没。MCUMCU即即微微控控制制器器（Micro Micro Controller Controller UnitUnit）阶阶段段，主主要要的的技技术术发发展展方方向向是是：不不断断扩扩展展满满足足嵌嵌入入式式应应用用时时，对对象象系系统统要要求求的的各各种种外外围围电电路路与
41、与接接口口电电路路，突突显显其其对对象象的的智智能能化化控控制制能能力力。它它所所涉涉及及的的领领域域都都与与对对象象系系统统相相关关，因因此此，发发展展MCUMCU的的重重任任不不可可避避免免地地落落在在电电气气、电电子子技技术术厂厂家家。从从这这一一角角度度来来看看，IntelIntel逐逐渐渐淡淡出出MCUMCU的的发发展展也也有有其其客客观观因因素素。在在发发展展MCUMCU方面，最著名的厂家当数方面，最著名的厂家当数PhilipsPhilips公司。公司。PhilipsPhilips公公司司以以其其在在嵌嵌入入式式应应用用方方面面的的巨巨大大优优势势，将将MCS-51MCS-51从从
42、单单片片微微型型计计算算机机迅迅速速发发展展到到微微控控制制器器。因因此此，当当我我们们回回顾顾嵌嵌入入式式系系统统发发展展道道路路时时，不不要要忘忘记记IntelIntel和和PhilipsPhilips的的历历史功史功绩绩。单单片片机机是是嵌嵌入入式式系系统统的的独独立立发发展展之之路路，向向MCUMCU阶阶段段发发展展的的重重要要因因素素，就就是是寻寻求求应应用用系系统统在在芯芯片片上上的的最最大大化化解解决决；因因此此，专专用用单单片片机机的的发发展展自自然然形形成成了了SoCSoC化化趋趋势势。随随着着微微电电子子技技术术、ICIC设设计计、EDAEDA工工具具的的发发展展，基基于于
43、SoCSoC的的单单片片机机应应用用系系统统设设计计会会有有较较大大的的发发展展。因因此此，对单对单片机的理解可以从片机的理解可以从单单片微型片微型计计算机、算机、单单片微控制器延伸到片微控制器延伸到单单片片应应用系用系统统。第五章第五章 结论结论进入进入9090年代以来，年代以来，以以计计算机技算机技术术、通信技、通信技术术和和软软件技件技术为术为核心的信息技核心的信息技术术取得了更加迅猛取得了更加迅猛的的发发展，各种装展，各种装备备与与设备设备上嵌入式上嵌入式计计算与系算与系统统的广泛的广泛应应用大大地推用大大地推动动了行了行业业的渗透性的渗透性应应用。用。嵌入式系嵌入式系统统被描述被描述
44、为为：“以以应应用用为为中心、中心、软软件硬件可裁剪的、适件硬件可裁剪的、适应应应应用系用系统对统对功能、可靠功能、可靠性、成本、体性、成本、体积积、功耗等、功耗等严严格格综综合性要求的合性要求的专专用用计计算机系算机系统统”，由嵌入式硬件和嵌入式，由嵌入式硬件和嵌入式软软件两部分件两部分组组成。硬件是支撑，成。硬件是支撑，软软件是灵魂，几乎所有的嵌入式件是灵魂，几乎所有的嵌入式产产品中都需要嵌入式品中都需要嵌入式软软件来件来提供灵活多提供灵活多样样、而且、而且应应用特制的功能。由于嵌入式系用特制的功能。由于嵌入式系统应统应用广泛，嵌入式用广泛，嵌入式软软件在整个件在整个软软件件产业产业中占据
45、了重要地位，并受到世界各国的广泛关注；如今已成中占据了重要地位，并受到世界各国的广泛关注；如今已成为为信息信息产业产业中最中最为为耀眼的耀眼的“明星明星”之一。之一。嵌入式软件的未来发展，我有如下观点：嵌入式软件的未来发展，我有如下观点：嵌入式软件产业发展迅猛，已成为软件体系的重要组成部分。嵌入式系统产品正不断渗透嵌入式软件产业发展迅猛，已成为软件体系的重要组成部分。嵌入式系统产品正不断渗透各个行业，嵌入式软件作为包含在这些硬件产品中的特殊软件形态，其产业增幅不断加大，各个行业，嵌入式软件作为包含在这些硬件产品中的特殊软件形态，其产业增幅不断加大，而且在整个软件产业的比重日趋提高。而且在整个软
46、件产业的比重日趋提高。20032003年全球嵌入式软件市场规模达到年全球嵌入式软件市场规模达到346346亿美元，亿美元，20032003年中国市场规模达到年中国市场规模达到188188亿元，预计到亿元，预计到20062006年嵌入式软件市场规模将突破年嵌入式软件市场规模将突破400400亿元大关，亿元大关，2003-20062003-2006年均复合增长率将达年均复合增长率将达30%30%。新新一一轮轮汽汽车车、通通讯讯、信信息息电电器器、医医疗疗、军军事事等等行行业业的的巨巨大大的的智智能能化化装装备备需需求求拉拉动动了了嵌嵌入入式式软软件件及及系系统统的的发发展展。同同传传统统的的通通用
47、用计计算算机机系系统统不不同同，嵌嵌入入式式系系统统面面向向特特定定应应用用领领域域，根根据据应应用用需需求求定定制制开开发发，并并随随着着智智能能化化产产品品的的普普遍遍需需求求渗渗透透到到各各行行各各业业。随随着着硬硬件件技技术术的的不不断断革革新新，硬硬件件平平台台的的处处理理能能力力不不断断增增强强，硬硬件件成成本本不不断断下下降降，嵌嵌入入式式软软件件已已成成为为产产品品的的数数字字化改造、智能化增值的关键性、带动性技术。化改造、智能化增值的关键性、带动性技术。SOCSOC技技术术是是微微电电子子技技术术发发展展的的一一个个新新的的里里程程碑碑，并并已已成成为为当当今今超超大大规规模
48、模ICIC的的发发展展趋趋势势，为为ICIC产产业业提提供供前前所所未未有有的的广广阔阔市市场场和和难难得得的的发发展展机机遇遇。迅迅猛猛发发展展的的SOCSOC工工业业再再次次地地推推进进了了嵌嵌入入式式软软件件与与硬硬件件系系统统进进一一步步融融合合嵌嵌入入，嵌嵌入入式式软软件件是是其其灵灵魂魂与与核核心心。SOCSOC技技术术的的出出现现，改改变变了了传传统统嵌嵌入入式式系系统统的的设设计计观观念念，基基于于IPIP构构件件库库的的设设计计技技术术将将成成为为嵌嵌入入式式系系统统设设计计的的主主流流；IPIP构构件件库库技技术术正正在在造造就就一一个个新新兴兴的的软软件件行行业业。目目前
49、前的的因因特特网网技技术术只只联联接接了了5%5%左左右右的的计计算算装装置置，大大量量的的嵌嵌入入式式设设备备急急需需网网络络连连接接来来提提升升其其服服务务能能力力和和应应用用价价值值。同同时时，以以人人为为中中心心的的普普适适计计算算技技术术正正推推动动新新一一轮轮的的信信息息技技术术的的革革命命。计计算算无无所所不不在在，嵌嵌入入式式设设备备将将以以各各种种形形态态分分布布在在人人类类的的生生存存环环境境中中，提提供供更更加加人人性性化化、自自然然化化的的服服务务。互互联联网网的的 深深度度 联联网网和和普普适适计计算算 纵纵向向 普普及及所所带带来来的的计计算算挑挑战战，将将推推动动
50、嵌嵌入入式式软软件件技技术术向向 纵纵深深 发发展展，催催生生了了新新型型嵌嵌入式软件技术。入式软件技术。近近十十年年来来，嵌嵌入入式式操操作作系系统统得得到到飞飞速速的的发发展展：微微处处理理器器从从8 8位位到到1616位位、3232位位甚甚至至6464位位；从从支支持持单单一一品品种种的的CPUCPU芯芯片片到到支支持持多多品品种种的的；从从单单一一内内核核到到除除了了内内核核外外还还提提供供其其他他功功能能模模块块，如如文文件件系系统统，TCP/IPTCP/IP网网络络系系统统，窗窗口口图图形形系系统统等等；并并形形成成包包括括嵌嵌入入式式操操作作系系统统、中中间间平平台台软软件件在在