。
目前低层系统和硬件平台经过若干年的研究,已经相对比较成熟,实现各种功能的芯片应有尽有。
而且巨大的市场需求给我们提供了学习研发的资金和技术力量。
从软件方面讲, 也有相当部分的成熟软件系统。
国外商品化的嵌入式实时操作系统,已进入我国市场的有 WindRiver、Microsoft、QNX和 Nuclear 等产品。
我国自主开发的嵌入式系统软件产品如科银CoreTek公司的嵌入式软件开发平台 DeltaSystem,中科院推出的 Hopen 嵌入式操作系统(虽然还不够完善) 。
同时由于是研究热点,所以我们可以在网上找到各种各样的免费资源,从各大厂商的开发文档,到各种驱动, 程序源代码,甚至很多厂商还提供微处理器的样片。
这对于我们从事这方面的研发,无疑是个资源宝库。
对于软件设计来说, 不管是上手还是进一步开发, 都相对来说比较容易。
这就使得很多生手能够比较快的进入研究状态, 利于发挥大家的积极创造性。
今天嵌入式系统带来的工业年产值已超过了 1 万亿美元, 1997 年来自美国嵌入式系统大会EmbeddedSystem Conference的报告指出,未来 5 年仅基于嵌入式计算机系统的全数字电视产品,就将在美国产生一个每年 1500 亿美元的新市场。
美国汽车大王福特公司的高级经理也曾宣称,“福特出售的‘计算能力’已超过了 IBM”,由此可以想见嵌入式计算机工业的规模和广度。
1998 年 11 月在美国加州举行的嵌入式系统大会上, 基于 RTOS 的 Embedded Internet 成为一个技术新热点。
在国内,“维纳斯计划”和“女锅计划”一度闹得沸沸扬扬,机顶盒、信息 j 家电这两年更成了 IT 热点,而实际上这些都是嵌入式系统在特定环境下的一个特定应用。
据调查,目前国际上已有两百多种嵌入式操作系统,而各种各样的开发工具、应用于嵌入式开发的仪器设备更是不可胜数。
在国内,虽然嵌入式应用、开发很广,但该领域却几乎还是空白,只有三两家公司和极少数人员在从事这方面工作。
由此可见,嵌入式系统技术发展的空间真是无比广大。
发展趋势 信息时代,数字时代使得嵌入式产品获得了巨大的发展契机,为嵌入式市场展现了美好的前景,同时也对嵌入式生产厂商提出了新的挑战,从中我们可以看出未来嵌入式系统的几大发展趋势: 1.嵌入式开发是一项系统工程,因此要求嵌入式系统厂商不仅要提供嵌入式软硬件系统本身,同时还需要提供强大的硬件开发工具和软件包支持。
目前很多厂商已经充分考虑到这一点,在主推系统的同时,将开发环境也作为重点推广。
比如三星在推广 Arm7,Arm9 芯片的同时还提供开发板和版及支持包(BSP),而 WindowCE 在主推系统时也提供 Embedded VC作为开发工具,还有 Vxworks 的 Tonado 开发环境,DeltaOS的 Limda 编译环境等等都是这一趋势的典型体现。
当然,这也是市场竞争的结果。
2.网络化、信息化的要求随着因特网技术的成熟、带宽的提高日益提高,使得以往单一功能的设备如电话、手机、冰箱、微波炉等功能不再单一,结构更加复杂。
这就要求芯片设计厂商在芯片上集成更多的功能,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 32 位、64 位 RISC 芯片或信号处理器 DSP 增强处理能力,同时增加功能接口,如 USB,扩展总线类型,如 CAN BUS,加强对多媒体、图形等的处理,逐步实施片上系统(SOC)的概念。
软件方面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、保障软件质量和缩短开发周期。
如 HP 3.网络互联成为必然趋势。
未来的嵌入式设备为了适应网络发展的要求,必然要求硬件上提供各种网络通信接口。
传统的单片机对于网络支持不足,而新一代的嵌入式处理器已经开始内嵌网络接口,除了支持TCP/IP 协议,还有的支持 IEEE1394、USB、CAN、Bluetooth 或 IrDA 通信接口中的一种或者几种,同时也需要提供相应的通信组网协议软件和物理层驱动软件。
软件方面系统系统内核支持网络模块,甚至可以在设备上嵌入 Web 浏览器,真正实现随时随地用各种设备上网。
4.精简系统内核、算法,降低功耗和软硬件成本。
未来的嵌入式产品是软硬件紧密结合的设备,为了减低功耗和成本,需要设计者尽量精简系统内核,只保留和系统功能紧密相关的软硬件,利用最低的资源实现最适当的功能,这就要求设计者选用最佳的编程模型和不断改进算法,优化编译器性能。
因此,既要软件人员有丰富的硬件知识,又需要发展先进嵌入式软件技术,如 Java、Web 和 WAP 等。
5.提供友好的多媒体人机界面 嵌入式设备能与用户亲密接触,最重要的因素就是它能提供非常友好的用户界面。
图像界面,灵活的控制方式,使得人们感觉嵌入式设备就象是一个熟悉的老朋友。
这方面的要求使得嵌入式软件设计者要在图形界面,多媒体技术上痛下苦功。
手写文字输入、语音拨号上网、收发电子邮件以及彩色图形、图像都会使使用者获得自由的感受。
目前一些先进的 PDA 在显示屏幕上已实现汉字写入、短消息语音发布,但一般的嵌入式设备距离这个要求还有很长的路要走。
嵌入式系统设计流程 嵌入式计算系统将必须紧密工作的硬件和软件相结合。
嵌入式系统设计人员已将擅长的设计方法发展到用软件来体现系统的部分功能。
早期的硬件/软件协同设计领域的研究人员强调同时进行设计的重要性。
系统体系结构一旦确定,硬件和软件可以相对独立地进行设计。
协同设计的目标是做出恰当的体系结构决策,允许在以后的实现阶段中独立完成。
好的体系结构决策需要恰当的分析方法,因为它们必须满足严格的度量标准,例如实时性能和功耗。
图1-15显示了一般的协同设计方法。
给定可行的规格说明,大部分方法进行初始系统分析来确定并行设计的可能性,并可能将规格说明分解为过程。
硬件/软件划分选取体系结构,其中一些操作直接由硬件完成,而另一些则由运行在可编程平台上的软件完成。
硬件/软件划分生成可以独立实现的模块设计。
那些模块随后结合,进行性能或功耗测试,并调试以创建最终的系统。
(点击查看大图)图1-15硬件/软件协同设计的设计流 基于平台的设计是片上系统通常采用的方法。
平台允许若干用户将相同的基本平台定制成不同的产品。
平台对于基于标准的市场尤其有用,在这种市场中,产品必须支持一些基本功能,而其他功能必须进行定制。
如图1-16所示,基于平台的设计是一个两阶段过程。
首先,平台的设计必须建立在系统总体需求(例如,某种标准)和平台应如何定制之上。
平台一旦设计完,就可用于设计产品。
产品利用平台的功能并添加自己的功能。
图1-16基于平台的设计 平台设计需要几个设计阶段: 应用特征分析将系统需求和软件模型变为基于平台硬件体系结构的更明确的需求。
设计空间搜索评估硬件选项。
体系结构模拟帮助评估和优化体系结构的细节。
必须为平台开发基础软件(硬件抽象层、操作系统端口、通讯、应用库、调试)。
平台的使用比较复杂,因为平台需要用户编程环境。
程序员已经习惯了标准平台上丰富的开发环境。
那些环境以图形用户界面的方式提供了很多工具—编译器、编辑器、调试器、模拟器。
然而丰富的编程环境通常只支持单处理器。
多处理器编程更困难,而异构多处理器相比同构多处理器更复杂。
平台开发人员必须提供工具使得软件开发人员能够使用平台。
有此工具来自 CPU 组件,其他工具必须从头开发。
由于调试访问是依赖于硬件的,因而它尤为重要和困难。
进程间通讯也很复杂,但它是应用开发人员的重要工具。
(二)嵌入式系统的硬
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