从嵌入式系统到片上系统

从嵌入式系统到片上系统
摘要:从嵌入式系统定义出发，分析嵌入式系统组成，和单片微机的关系，嵌入式系统开发工具，及嵌入式 系统的突出优点，提出了嵌入式系统的嵌入深度ED定义，并讨论了应用，热点，应用实例，配套技术，及未来发展前景。 

一、 嵌入式系统定义 

　　嵌入式系统是计算机技术,通信技术,半导体技术,微电子技术,语音图象数据传输技术,甚至传感器等先进技术和具体应用对象相结合后的更新换代产品。因此往往是技术密集,投资强度大,高度分散,不断创新的知识密集型系统。反映当代最新技术的先进水平。 
嵌入式系统不仅和一般的PC 机上的应用系统不同,就是针对不同的具体应用而设计的嵌入式系统之间差别也很大。嵌入式系统一般功能单一,简单,且在兼容性方面要求不高,但是在大小,成本方面限制较多。 
嵌入式计算机基本上不能算是嵌入式系统。它仍然是计算机一类,不过是工作条件有所不同而已,因为它还保留了计算机的基本。下面给出关于嵌入式系统的论述,请参考: 

　　1、嵌入式计算机(Embedded Computer): 

　　指被安装,固定,嵌入到武器系统,战术系统,飞机,舰艇,导弹,星体,宇宙飞船,仪器仪表以及某些指挥与控制系统等的加固型,标准模块化数据处理机。 


　　2、嵌入式系统泛指嵌入于宿主设备的计算机系统,嵌入的目的主要是用智能化提升宿主设备的功能。嵌入式系统可大可小,位数可多可少,完全由能满足宿主设备的功能要求来决定。 

　　3、嵌入式系统定义:嵌入于宿主设备以辅助宿主设备高质量完成其功能为目的的小巧而廉价的计算机系统。 
上述(1,2,3项)三种定义没有脱离计算机范畴,仍是计算机,我认为不确切。嵌入式系统首先是非PC系统,否则仍是计算机系统. 

　　4、嵌入式系统是一个分散的工业,充满了竞争、机遇与创新,没有哪一个系列的处理器和操作系统能够垄断全部市场。 

　　5、嵌入式系统是面向用户,面向产品,面向应用的。如果独立于应用,自行发展,则会失去市场。嵌入式处理器的功耗、体积、成本、可靠性、速度、处理能力、电磁兼容性等方面均受到应用要求的制约,这些也是各个半导体厂商之间竞争的热点。 

　　4,5两项仅说明了嵌入式系统的一般特性和功能,没有深入本质,亦不确切。 

　　 6、有人认为嵌入式系统可应用下列公式描述:ES=3C(Computer+Communication+ Consumerelectronics)+Internet+WAP+GBS+UPS+Sensors +IP+ ★★★★ ---＞ESOC。 

　　由上述公式表达内容组成的芯片装配成的系统,可以称为嵌入式系统。芯片的功能密度要高,价廉物美(可靠性,智能化,多功能,但要专用)。当应用"嵌入式片上系统"芯片(ESOC)而组成的系统更不用说亦是嵌入式系统。我同意6项的说法。其定义概括如下: 

　　嵌入式系统定义: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。嵌入式系统无多余软件,并且以固化态出现,硬件亦无多余存储器,可靠性高,成本低,体积小,功耗少的非计算机系统。因此它包含了十分广泛应用的各种不同类型的设备,嵌入式系统又是知识密集,投资规模大,产品更新换代快,且具有不断创新特征才能不断发展的系统,系统中采用片上系统(SOC亦称系统芯片)将是其发展趋势。嵌入式系统将形成庞大的产业群。屹立于世界之林。 

　　 关于"系统"的定义如何理 解,下面提供一般说法: 

　　 系统(SYSTEM):能够完成或支援(或两者兼有)某项工程任务的若干设备,技能和技术的综合体系。一个完整的系统应包括为某项工程任务及支援所需的所有设备,有关装置,材料,软件,辅助设备,人员,工作场地,环境设施等构成的综合体系。(如:远程预警系统,卫星测控系统,防空系统,引导电子系统,计算机火控系统等)。希望读者能根据当前技术发展要求提出嵌入式系统确切的定义,以利于发展变化的要求。但必须指出:嵌入式系统是一个包容性很大工程项目,包涵的内容很多,很丰富多彩。不同行业,不同观 点,不同见解,不同职业的人对嵌入式系统的理解大不相同,也可能是一个很小的项目,如智能温度计。因此,对嵌入式系统的描述和理解也是五花八门,各不相同,这是可以理解的。 

二、嵌入式系统组成-软硬兼施,互利互惠,融为一体,成为产品。芯片加软件成为产品，但要开发工具辅助进行开发。 

　　嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计,量体裁衣,去除冗余,力争在同样的硅片面积上实现更高的性能,这样才能在具体应用中对处理器的选择面前更具有竞争力。 
嵌入式系统组成: 

　　1、嵌入式芯片EMCU 
　　　A、EMPU---嵌入式微处理器 
　　　B、EMCU---嵌入式微控制器 
　　　C、EDSP---嵌入式数字信号处理器 
　　　D、ESOC,EPSOC---嵌入式片上系统,嵌入式可编程片上系统(系统芯片) 

　　2、嵌入式软件ESOFTWARE*- 
　　　A、C++ 
　　　B、JAVA 
　　　C、脚本语言(Script Langu- age) 
　　　D、HOPEN 
　　　E、JINI 

　　3、嵌入式操作系统(RTOS) 
　　　A、VRTX 
　　　B、PSOS 
　　　C、VXWORK,WINCE,EPOC 
　　　D、LINUX 
　　　E、PALM 
　　　F、OS-9 
　　　G、JAVA CHORUS OS 
　　　H、QN-X 
　　　I、NAVIO 
三、嵌入式系统(Embedded Systems)与单片微机(Single-Chip Microcomputer;Microcontroller) 

　　单片微机--＞微处理器,微控制器,数字信号微处理器--＞ 嵌入式系统是其综合和提高--＞进一步向片上系统SOC发展,目前是热门话题,是一个很有希望,大有可为的行业。单片微机是一个系统,而不是指单片微机芯片。有人说:"我是搞单片微机的"时，有时侯会使别人产生误会,认为你是搞芯片的,但你的实际工作是搞电子产品设计和开发,是搞系 　　统工程的,是搞整机的。嵌入式系统一说就不会产生上述问题。 

四、嵌入式系统开发工具 

　1、国外市场 
　　A、实时在线仿真系统ICE(In-Circuit Emulator)(http://www.nohau.com) 
　　B、高级语言编译器（Compi- ler Tools）(http://www. tasking.com) 
　　C、源程序模拟器（Simula- tor）(http://www.chiptools.com;www.keil.com) 

　2. 国内市场-国外产品占领市场90 以上,目前国内产品占领市场很小,但正在新形势下兴起,很快进入市场。 

五、嵌入式应用系统的突出特点: 

　1、体小:一般为0.?厘米×0.?厘米的芯片 
　2、量大:100K 掩模 ROM;100K-10K OTP.EPROM;10K以Flash,EEPROM. 
　3、价低:最低0.5元,一般几元---几十元,最高-几百元。 
　4、技高:0.25微米-0.1微米。晶体8-10-12英寸 
　5、可靠,可承受高过载,高冲击及其它恶劣环境（如高低温）可靠性很重要。 
　6、面广:非常广泛，想得到就办得到。 
　7、投资大,工艺精,难度大。一个工厂就几十亿美元,建成体系并配套将达数千亿美元,并要经常维护,还有更新时间快。但收益快。8、软硬一体,软件为主。是嵌入式系统的主体。有IP核。 
　9、有备份但无多余另部件。以达最低价格。 
　10、技术融合是特点。集计算机，通信及其它高新技术于一体。 

六、嵌入式系统的嵌入深度应有标准ED（Embedded Deep） 

　　 嵌入式系统(ES)的嵌入深度ED=F(计算机大小;芯片工艺;系统复杂程度不同;使用环境条件;以及其它原因) 
　　 
　　 嵌入深度是一个复杂的系统工程,但使用要求及技术发展成果,是第一位地因素。目前嵌入式芯片是决定因素,SOC是关键。 

　　因此,对嵌入式系统从不同观点去理解去观察,就有大不相同看法,但嵌入式系统的嵌入深度应有统一的标准。 

　　1、从MPU角度或PC微机角度:微处理器为核心-是浅嵌入式系统 

　　 例如:PC104 
　　 可分A;B;C;D四级,又可细分 1;2;3 三等。　　 即A1,A2,A3;B1,B2,B3;C1,C2,C3;D1,D2,D3。　　 A1是最浅嵌入式系统----D3是最深嵌入式系统 

　　2、从MCU角度:微控制器为核心　　 

　　 可有:B1,B2,B3。　 是中等嵌入式系统　　 例如:一般应用MCU组成的系统，但不包括应用8031，8032等无ROM的产品。 

　　 3、从DSP角度:数字微处理器为核心 

　　可有:C1,C2,C3。　　 是中等嵌入式系统　　 例如:视情况而定。 

　　 4、从SOC角度:片上系统为核心 

　　 可有:D1,D2,D3。　　 是深嵌入式系统　　 
　　 嵌入式系统嵌入深度等级如下: 
　　　　A1:深度最浅,浅1 
　　　　A2:深度次浅,浅2 
　　　　A3:深度较浅,浅3 
　　　　B1:深度中等1,中1 
　　　　B2:深度中等2,中2 
　　　　B3:深度中等3,中3 
　　　　C1:深度中等1,中1 
　　　　C2:深度中等2,中2 
　　　　C3:深度中等3,中3 
　　　　D1:深度较深,深1 
　　　　D2:深度次深,深2 
　　　　D3:深度最深,深3 
　　∩疃瓤煞志偶?即1;2;3;4;5;6;7;8;9。 注意:1到9是从最浅到最深。 

七、嵌入式系统应用情况 

　　1、国外情况 
　　　A、美国：水平较高 
　　　B、日本：较普及 
　　　C、欧洲共同体:较好 
　　　D、新加波:一般 
　　2、国内情况 
　　　A、国内先进水平:一般 
　　　B、台湾:较好 
　　　C、香港:较高 
　　　D、澳门:一般 

八、嵌入式系统应用技术热点 

　　1、移动是当前电信发展方向和驱动力 
　　2、网络技术发展重要方向是宽度 
　　3、网络家电即将面市并走向世界 
　　4、在微电子机械(MEMS)中应用技术 
　　5、在国防工业中应用技术 
　　6、在生物微电子技术(DNA)中应用技术 
　　7、在电子商务中应用技术M 
　　8、在INTERNET中应用技术 

九、嵌入式系统典型应用技术及实例 

　　01、在消费类电子产品中应用 
　　02、在兵器工业中应用 
　　03、在计算机外围中应用 
　　04、在DNA中应用* 
　　05、在移动电话中应用 
　　06、在国防工业中应用 
　　07、在安全系统中应用 
　　08、在智能家电中应用 
　　09、WAP中应用技术 
　　10、在智能机器人中应用 
　　11、在智能玩具中应用 
　　12、在MEMS中应用* (Microelectromechanical System) 
　　13、在农业技术中应用 
　　14、在多媒体中应用 
　　15、在智能金融器具中应用 
　　16、在车辆与交通工程中应用 
　　17、在导弹技术中应用 
　　18、在智能电表中应用 
　　19、在网络工程中应用 
　　20、在掌上电脑中应用 
　　21、在光学系统中应用 
　　22、在办公设备中应用 
　　23、在气象预报中应用 
　　24、在仪器仪表中应用 
　　25、在智能卡中应用 
　　26、在模糊控制中应用 
　　27、在模糊控制中应用 
　　28、在家庭智能中心系统中应用 
　　29、在智能监控系统中应用 
　　30、在楼宇对讲系统中应用 
　　31、在自动抄表系统中应用 
　　32、在IC卡停车场管理系统中应用 
　　33、在卫星通信网中应用 
　　34、在军事工业方面中应用 
　　35、在网络浏览器中应用　 
　　36、在智能传感器中应用 
　　37、在数字通信中应用 
　　38、在数据处理中应用 
　　39、在数据管理中应用 
　　40、在数据库中应用 
　　41、在数控技术（机床）中应用 
　　42、在AV产品中应用 
　　43、在DSP中应用 
　　44、在Internet中应用 
　　45、在舰艇战艇潜艇中应用 
　　46、在纳米技术中应用 
　　47、在电机控制-中应用技术 
　　48、在其它方面中应用技术 

十、嵌入式系统应用中相关技术及配套技术 

　　1、电源技术 
　　2、材料科学 
　　3、测量技术 
　　4、纳米技术 

十一、片上系统及其未来 

　　1、和互联网结合 
　　2、向SOC发展是趋势 
　　3、和ASP相结合 
　　4、和WAP相结合 
　　5、向深嵌入发展 
　　6、和纳米技术结合 

十二、片上系统当前应用情况 

　　1、国外市场:很火,美国每年举办三次大型国际嵌入式系统大会暨展览会。与会单位达二百家,展位达三-四百家。吸引世界各国参加。 
　　2、国内市场:正在起步,跨越式追赶。 

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