◎張樓

嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)與應(yīng)用研究是一種用途廣泛的系統(tǒng)軟件，它主要應(yīng)用與工業(yè)控制和國防系統(tǒng)領(lǐng)域。本文主要研究內(nèi)容嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)概述、嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀、嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)特點(diǎn)、嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用。

嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)是一種專用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，作為裝置或設(shè)備的一部分。通常嵌入式系統(tǒng)是一個控制程序存儲在ROM中的嵌入式處理器控制板。事實(shí)上，所有帶有數(shù)字接口的設(shè)備，都使用嵌入式系統(tǒng)，有些嵌入式系統(tǒng)還包含操作系統(tǒng)，但大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)都是由單個程序?qū)崿F(xiàn)整個控制邏輯，能夠被廣泛應(yīng)用到其他的一些領(lǐng)域中。

一、嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)概述

一個嵌入式系統(tǒng)裝置一般都由嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和執(zhí)行裝置組成，嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是整個嵌入式系統(tǒng)的核心，由硬件層、中間層、系統(tǒng)軟件層和應(yīng)用軟件層組成。執(zhí)行裝置也稱為被控對象，它可以接受嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)發(fā)出的控制命令，執(zhí)行所規(guī)定的操作或任務(wù)。

隨之嵌入式系統(tǒng)軟件的發(fā)展，如今的嵌入式系統(tǒng)軟件在包括功能、規(guī)模和復(fù)雜程度等各方面均收獲了大幅度的提高。從硬件方面進(jìn)行分析，現(xiàn)如今的嵌入式系統(tǒng)顯然已經(jīng)超越了數(shù)年之前的PC平臺。

二、嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

隨著Internet的進(jìn)一步發(fā)展，以及Internet技術(shù)與工業(yè)控制技術(shù)的結(jié)合日益緊密，嵌入式設(shè)備與Internet的結(jié)合才是嵌入式技術(shù)的真正未來。信息時代和數(shù)字時代的到來，為嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展帶來了巨大的機(jī)遇，同時也對嵌入式系統(tǒng)廠商提出了新的挑戰(zhàn)。目前，嵌入式技術(shù)與Internet技術(shù)的結(jié)合正在推動著嵌入式技術(shù)的飛速發(fā)展，新的微處理器層出不窮，嵌入式操作系統(tǒng)自身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)更加便于移植，能夠在短時間內(nèi)支持更多的微處理器。嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)成了一項(xiàng)系統(tǒng)工程，開發(fā)廠商不僅要提供嵌入式軟硬件系統(tǒng)本身，同時還要提供強(qiáng)大的硬件開發(fā)工具和軟件支持包。通用計(jì)算機(jī)上使用的新技術(shù)、新觀念開始逐步移植到嵌入式系統(tǒng)中，如嵌入式數(shù)據(jù)庫、移動代理、實(shí)時CORBA等，嵌入式軟件平臺得到進(jìn)一步完善。

三、嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)特點(diǎn)

1.系統(tǒng)內(nèi)核小。由于嵌入式系統(tǒng)一般是應(yīng)用于小型電子裝置的，系統(tǒng)資源相對有限，所以內(nèi)核較之傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)要小得多。

2.專用性強(qiáng)。嵌入式系統(tǒng)的個性化很強(qiáng)，其中的軟件系統(tǒng)和硬件的結(jié)合非常緊密，一般要針對硬件進(jìn)行系統(tǒng)的移植，即使在同一品牌、同一系列的產(chǎn)品中也需要根據(jù)系統(tǒng)硬件的變化和增減不斷進(jìn)行修改。同時針對不同的任務(wù)，往往需要對系統(tǒng)進(jìn)行較大更改，程序的編譯下載要和系統(tǒng)相結(jié)合。

3.系統(tǒng)精簡。嵌入式系統(tǒng)一般沒有系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的明顯區(qū)分，不要求其功能設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)上過于復(fù)雜，這樣一方面利于控制系統(tǒng)成本，同時也利于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)安全。

4.高實(shí)時性的系統(tǒng)軟件是嵌入式軟件的基本要求。而且軟件要求固態(tài)存儲，以提高速度；軟件代碼要求高質(zhì)量和高可靠性。

5.嵌入式軟件開發(fā)要想走向標(biāo)準(zhǔn)化，就必須使用多任務(wù)的操作系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用程序可以沒有操作系統(tǒng)直接在芯片上運(yùn)行，但是為了合理地調(diào)度多任務(wù)、利用系統(tǒng)資源、系統(tǒng)函數(shù)以及和專家?guī)旌瘮?shù)接口，這樣才能保證程序執(zhí)行的實(shí)時性、可靠性，并減少開發(fā)時間，保障軟件質(zhì)量。

6.嵌入式系統(tǒng)開發(fā)需要開發(fā)工具和環(huán)境。由于其本身不具備開發(fā)能力，即使設(shè)計(jì)完成以后用戶通常也是不能對其中的程序功能進(jìn)行修改的，必須有一套開發(fā)工具和環(huán)境才能進(jìn)行開發(fā)，這些工具和環(huán)境一般是基于通用計(jì)算機(jī)上的軟硬件設(shè)備以及各種邏輯分析儀、混合信號示波器等。開發(fā)時往往有主機(jī)和目標(biāo)機(jī)的概念，主機(jī)用于程序的開發(fā)，目標(biāo)機(jī)作為最后的執(zhí)行機(jī)，開發(fā)時需要交替結(jié)合進(jìn)行。

四、嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用

1.電子設(shè)備。嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用實(shí)質(zhì)上屬于一種“完全嵌入受控器件內(nèi)部，為特定的應(yīng)用設(shè)計(jì)出來的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，”嵌入式系統(tǒng)同時為控制、監(jiān)視及輔助設(shè)備和機(jī)器或者是用作工廠運(yùn)作的設(shè)備儀器。相較于普通的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)不同點(diǎn)在于，嵌入式系統(tǒng)軟件一般執(zhí)行的屬附帶特定要求的預(yù)先定義的任務(wù)。又因?yàn)榍度胧较到y(tǒng)軟件僅針對某一項(xiàng)特定的特殊任務(wù)，因此設(shè)計(jì)人員只能將其優(yōu)化，并且減小尺寸并降低其成本。一般嵌入式系統(tǒng)都會進(jìn)行大批量生產(chǎn)，因此單個生產(chǎn)成本就會節(jié)約很多，可以隨著產(chǎn)量大小呈數(shù)以千計(jì)的倍數(shù)不斷放大。嵌入式系統(tǒng)軟件具體是用于控制或監(jiān)視機(jī)器、裝置和工廠等比較大規(guī)模的設(shè)備系統(tǒng)的。國內(nèi)比較普遍地為嵌入式系統(tǒng)定義為：以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)作為基礎(chǔ)，并且軟硬件都可以裁剪，適合應(yīng)用于應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本和體積以及功耗等嚴(yán)格控制的專用計(jì)算機(jī)使用系統(tǒng)，它的應(yīng)用范圍非常廣泛。

2.工業(yè)控制?；谇度胧叫酒墓I(yè)自動化設(shè)備將獲得長足的發(fā)展，目前已經(jīng)有大量的8、16、32位嵌入式微控制器在應(yīng)用中，網(wǎng)絡(luò)化是提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量、減少人力資源主要途徑，如工業(yè)過程控制、數(shù)字機(jī)床、電力系統(tǒng)、電網(wǎng)安全、電網(wǎng)設(shè)備監(jiān)測、石油化工系統(tǒng)。就傳統(tǒng)的工業(yè)控制產(chǎn)品而言，低端型采用的往往是8位單片機(jī)。但是隨著技術(shù)的發(fā)展，32位、64位的處理器逐漸成為工業(yè)控制設(shè)備的核心，在未來幾年內(nèi)必將獲得長足的發(fā)展。

3.交通管理。在車輛導(dǎo)航、流量控制、信息監(jiān)測與汽車服務(wù)方面，嵌入式系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)獲得了廣泛的應(yīng)用，內(nèi)嵌GPS模塊，GSM模塊的移動定位終端已經(jīng)在各種運(yùn)輸行業(yè)獲得了成功的使用。目前GPS設(shè)備已經(jīng)從尖端產(chǎn)品進(jìn)入了普通百姓的家庭，只需要幾千元，就可以隨時隨地找到你的位置。

4.機(jī)器人。嵌入式芯片的發(fā)展將使機(jī)器人在微型化，高智能方面優(yōu)勢更加明顯，同時會大幅度降低機(jī)器人的價格，使其在工業(yè)領(lǐng)域和服務(wù)領(lǐng)域獲得更廣泛的應(yīng)用。

這些應(yīng)用中，可以著重于在控制方面的應(yīng)用。就遠(yuǎn)程家電控制而言，除了開發(fā)出支持TCP/IP的嵌入式系統(tǒng)之外，家電產(chǎn)品控制協(xié)議也需要制訂和統(tǒng)一，這需要家電生產(chǎn)廠家來做。同樣的道理，所有基于網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程控制器件都需要與嵌入式系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)接口，然后再由嵌入式系統(tǒng)來控制并通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)控制。所以，開發(fā)和探討嵌入式系統(tǒng)有著十分重要的意義。