嵌入式系统的发展历史、现状及未来发展前景
现代计算机技术发展史
(1)嵌入式应用开始于微机时代
电子数字计算机诞生于1946。在此后漫长的历史进程中，计算机一直是在专用机房中实现数值计算的大型昂贵设备。直到20世纪70年代，微处理器出现，计算机才经历了历史性的变革。以微处理器为基础的微型计算机因其体积小、价格低、可靠性高，正迅速走出计算机房。基于高速数值计算能力的微型计算机引起了控制专业人员的兴趣，要求将微型计算机嵌入到对象系统中，实现对对象系统的智能控制。例如，一台微型计算机经过电气和机械强化后，配以各种外围接口电路，安装在大型船舶上，构成自动驾驶仪或船用发动机状态监测系统。这样，计算机就失去了原来的形态和一般的计算机功能。为了区别于原来的通用计算机系统，将计算机嵌入到对象系统中，实现对对象系统的智能控制，称为嵌入式计算机系统。因此，嵌入式系统诞生于微机时代，嵌入式系统的嵌入式本质是将一台计算机嵌入到一个对象系统中，这些都是理解嵌入式系统的基本出发点。
(2)现代计算机技术的两个分支。
由于嵌入式计算机系统要嵌入到对象系统中，实现对对象的智能控制，因此与一般计算机系统有着完全不同的技术要求和发展方向。
通用计算机系统的技术要求是高速、海量的数值计算；技术的发展方向是总线速度的无限提升和存储容量的无限扩展。嵌入式计算机系统的技术要求是对对象的智能控制能力；技术的发展方向是与对象系统密切相关的嵌入式性能、控制能力和控制可靠性。
早期，人们不情愿地对通用计算机系统进行改造，以实现大型设备中的嵌入式应用。然而，对于许多对象系统(如家用电器、仪器仪表、工业控制单元等。)，不可能嵌入通用计算机系统，而且嵌入式系统和通用计算机系统的技术发展方向完全不同。因此，有必要分别开发通用计算机系统和嵌入式计算机系统，这已经形成了现代计算机技术发展的两个分支。
如果说微型计算机的出现使计算机进入了现代计算机发展阶段，那么嵌入式计算机系统的诞生则标志着计算机进入了通用计算机系统和嵌入式计算机系统并行发展的时代，从而导致了20世纪末计算机的高速发展时期。
(3)两个分支发展的里程碑
通用计算机系统和嵌入式计算机系统之间的专业化发展导致了20世纪末20世纪初计算机技术的飞速发展。计算机专业领域集中精力开发通用计算机系统的软硬件技术，不考虑嵌入式应用需求，通用微处理器从286、386、486迅速向奔腾系列转变；操作系统迅速扩展了计算机基于高速、海量数据的文件处理能力，使通用计算机系统进入完善阶段。
嵌入式计算机系统走上了一条完全不同的道路，这就是单芯片发展之路。它动员了传统电子系统领域的原始厂商和专业人士，接手了起源于计算机领域的嵌入式系统，承担了开发和普及嵌入式系统的历史任务，使传统电子系统迅速发展到智能化的现代电子系统时代。
因此，现代计算机技术发展的两大分支的里程碑意义在于，它不仅形成了计算机发展的专业化分工，而且将发展计算机技术的任务延伸到传统的电子系统领域，使计算机成为人类社会进入全面智能时代的有力工具。
状态
1嵌入式系统的含义和分类
嵌入式系统是指以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件定制，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。
嵌入式系统是先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各行业具体应用相结合的产物，这就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散和创新的知识集成系统。
目前，嵌入式系统中除了一些32位处理器外，还有大量的8位和16位嵌入式微控制器(MCU)。嵌入式系统是计算机应用的另一种形式，不同于上面提到的一般计算机应用:嵌入式计算机是以嵌入式系统的形式隐藏在各种设备、产品和系统中的高度专业化的软硬件的特定计算机系统。目前，根据其发展状况，嵌入式计算机可以分为以下几类:
(1)嵌入式微处理器单元(Empu)
嵌入式微处理器是基于通用计算机中的CPU。应用上，微处理器组装在专门设计的电路板上，只保留与嵌入式应用相关的主板功能，可以大大降低系统体积和功耗。为了满足嵌入式应用的特殊要求，虽然嵌入式微处理器在功能上与标准微处理器基本相同，但在工作温度、抗电磁干扰和可靠性上普遍有所增强。
(2)嵌入式微控制器单元(MCU)
嵌入式微控制器也叫单片机。嵌入式微控制器一般以一个微处理器核为核心，芯片内部集成了ROMPEPROM、RAM、总线、总线逻辑、定时P计数器、看门狗、IPO、串口、脉宽调制输出、APD、DPA、Flash RAM、E2PROM等必要的功能和外设。为了满足不同的应用需求，一个系列的单片机一般会有多种衍生产品，每个衍生产品的处理器内核都是一样的，区别只是存储器和外设的配置和封装。这样可以使单片机在不增加更多功能的情况下，最大限度地匹配应用需求，从而降低功耗和成本。与嵌入式微处理器相比，微控制器最大的特点是单片化，体积大大减小，从而降低功耗和成本，提高可靠性。
(3)嵌入式数字信号处理器(EDSP)。
DSP处理器专门设计了系统结构和指令，使其适合执行DSP算法，编译效率高，指令执行速度快。在数字滤波、FFT、频谱分析等方面，DSP算法正在进入大量的嵌入式领域，DSP的应用正在从在通用单片机中用普通指令实现DSP功能转向采用嵌入式DSP处理器。
(4)嵌入式片上系统。
随着EDI的普及、VLSI设计的普及和半导体技术的快速发展，在一个硅片上实现更复杂系统的时代已经到来，这就是片上系统(SOC)。各种通用处理器核将作为SOC设计公司的标准库，和其他很多嵌入式系统外设一样，成为VLSI设计中的标准器件，用标准VHDL描述，存储在器件库中。用户只需要定义自己的整个应用系统，模拟完成后，就可以把设计图纸交给半导体厂做样品了。这样，除了少数无法集成的器件外，整个嵌入式系统的大部分都可以集成到一个或几个芯片上，应用系统电路板会变得非常简单，对减小体积和功耗，提高可靠性非常有利。
2嵌入式系统行业的特点
(1)嵌入式系统行业是一个高度分散的行业，不可能垄断。
从某种意义上说，通用计算机行业的技术是垄断的。占整个计算机行业90%的PC行业，80%采用Intel的8x86架构，芯片基本来自Intel、AMD、Cyrix等公司。在几乎每台电脑必备的操作系统和文字处理器中，微软的Windows和Word占到了80-90%，其他应用都可以与操作系统匹配。因此，当代通用计算机行业的基础被认为是由Wintel(微软和英特尔在90年代初建立的联盟)垄断的行业。
嵌入式系统则不同。这是一个分散的行业，充满了竞争、机遇和创新。没有一个系列的处理器和操作系统可以垄断整个市场。即使架构上有主流，不同的应用领域决定了少数公司和产品不可能垄断整个市场。因此，嵌入式系统领域的产品和技术必然是高度分散的，给各个行业的中小型高科技公司留下了很大的创新空间。此外，社会各种应用领域不断发展，要求嵌入式处理器内核同步发展，这也构成了推动嵌入式产业发展的强大动力。
设备是嵌入式系统产业的基础，嵌入式系统产业的基础是以应用为中心的“芯片”设计技术和面向应用的软件产品开发技术。
(2)嵌入式系统的产品特性
嵌入式系统是面向用户、面向产品和面向应用的。如果脱离应用独立开发，就会失去市场。嵌入式处理器的功耗、体积、成本、可靠性、速度、处理能力、电磁兼容性等都受到应用需求的制约，也是半导体厂商竞争的热点。
与通用计算机不同，嵌入式系统的硬件和软件必须进行高效率、量身定制和冗余的设计，力求在相同的硅片面积上实现更高的性能，从而在具体应用中的处理器选择上更具竞争力。嵌入式处理器要根据用户的具体需求定制和添加芯片配置，以达到理想的性能；但同时也受到用户订单量的制约。所以不同的处理器面对的用户是不同的，可能是一般用户，也可能是行业用户，也可能是单个用户。
嵌入式系统与具体应用有机结合，其升级也与具体产品同步，所以嵌入式系统产品一旦进入市场，生命周期较长。嵌入式系统中的软件一般固化在只读存储器中，而不是磁盘上，可以随意替换，所以嵌入式系统中应用软件的生命周期和嵌入式产品一样长。另外，不同于一般的计算机软件，各行业的应用系统和产品很少会突然跳转，所以嵌入式系统中的软件更强调继承性和技术趋同性，发展稳定。
嵌入式处理器的发展也显示出稳定性。一般一个建筑会存在8-10年。一个架构及其相关的片上外设、开发工具、库函数和嵌入式应用产品是一个复杂的知识体系，无论是用户还是半导体厂商都不会轻易放弃一个处理器。
(3)嵌入式系统软件的特点
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不同于一般计算机。
①软件需要固态存储。
为了提高执行速度和系统可靠性，嵌入式系统中的软件一般固化在存储芯片或单片机本身，而不是存储在磁盘等载体中。
②软件代码质量高，可靠性强。
虽然半导体技术的发展使得处理器速度提高，片上存储容量增加，但是在大多数应用中，存储空间仍然很宝贵，仍然有实时性的要求。因此对编程和编译工具的质量要求较高，以减少程序二进制代码的长度，提高执行速度。
③系统软件(OS)的高实时性是基本要求。
在多任务嵌入式系统中，合理调度不同重要性的任务是保证每个任务及时执行的关键。单纯靠提高处理器速度来完成是不可能的，也是低效的。这种任务调度只能通过优化的系统软件来完成，所以系统软件的实时性是基本要求。
④多任务操作系统是知识集成的平台，是工业标准化的基础。
(4)嵌入式系统开发需要开发工具和环境。
通用电脑有完善的人机界面，你可以在上面增加一些开发应用和开发环境来进行自我开发。但是嵌入式系统本身不具备bootstrap开发的能力。即使设计完成后，用户通常也不能修改程序功能。只能开发一套开发工具和环境。这些工具和环境基于通用计算机、各种逻辑分析仪、混合信号示波器等上的硬件和软件设备。
(5)嵌入式系统软件需要RTOS开发平台。
通用计算机有完善的操作系统和应用程序接口(API)，是计算机不可分割的一部分。应用程序的开发和完成的软件都运行在操作系统(OS)平台上，但一般不是实时的。嵌入式系统则不同。应用程序可以直接在芯片上运行，无需操作系统。但是，为了合理调度多任务，利用系统资源、系统功能以及与专家库功能的接口，用户必须选择自己的RTOS开发平台，这样才能保证程序执行的实时性和可靠性，减少开发时间，保证软件质量。
(6)嵌入式系统开发人员主要是应用专家。
通用计算机的开发人员一般都是计算机科学或计算机工程方面的专业人士，而嵌入式系统需要与不同行业的应用相结合，需要计算机以外的更多专业知识，其开发人员往往是各个应用领域的专家。因此，开发工具易学、易用、可靠、高效是基本要求。
前景
3嵌入式系统的应用前景
嵌入式控制器的应用几乎无处不在:手机、家用电器、汽车...都有它的痕迹。嵌入式控制器以其体积小、可靠性高、功能强、灵活方便等特点，在工业、农业、教育、国防、科研和日常生活中得到了广泛的应用，在各行各业推动技术改造、产品升级、加快自动化进程、提高生产力等方面发挥了极其重要的作用。
嵌入式计算机在应用数量上远远超过各种通用计算机。通用计算机在其外部设备中包含5-10个嵌入式微处理器。在制造业、过程控制、网络、通信、仪器、仪表、汽车、船舶、航空、航天、军事装备、消费产品等方面，都是嵌入式计算机的应用领域。
嵌入式系统行业是一个特殊的计算机行业，它的目的是让一切变得更简单、更方便、更通用、更适用。通用计算机发展为功能计算机，普遍进入社会。嵌入式计算机的发展目标是实现“通用计算”的专用计算机，因此可以说嵌入式智能芯片是构成未来世界的“数字基因”。正如我国资深嵌入式系统专家沈旭邦院士所预言的，“未来十年，将出现人头大小、运算量超过1亿次的嵌入式智能芯片”，这将为我们提供无限的创作空间。简而言之，“嵌入式微控制器或单片机似乎是一个黑洞，会吸引今天的许多技术和成果。”中国应该重视智力密集型产业的发展”。
参加考试，贡献力量
【1】卢京建。BOL系统公司从嵌入式系统的可靠性和可信性看Y2K问题。
[2]穆玉刚等《嵌入式系统及其调试手段研究》上海工学院学报(Vol 18 No.4.1999。
[3]吕京建，等.嵌入式互联网技术及其应用.
吕京建，肖海乔。嵌入式处理器的分类及现状。
[5]吕景坚，肖海乔。面向21世纪的嵌入式系统概述。
[6] Clarke Esler，TASKING Inc .和Christopher S. Sontag，emWare《用于8位和16位微处理器的嵌入式网络》电子元件。4月1999。
7沃伦·韦伯。嵌套技术推动汽车改革。
吕京建，肖海乔。嵌入式系统开发工具和RTOS平台。
[9] TASKING致力于嵌入式通信，推广互联网和通信解决方案。ht2tp:ppwww.bol-system.com。
[10]嵌入式系统2000年问题。中国台湾省行政院会计署电子处理数据中心。
[11]何立民。搭建单片机应用平台，实施平台开发战略。
8位和16位微控制器的嵌入式互联网接入。
[13]能够提供C编程能力的低成本控制器。EDN编辑部，EDN 2000。