嵌入式系統應用

根據IEEE（電氣和電子工程師協會）的定義，嵌入式系統是“控制、監視或者輔助裝置、機器和設備運行的裝置”（devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants）。從中可以看出嵌入式系統是軟體和硬體的綜合體，還可以涵蓋機械等附屬裝置。目前國內一個普遍被認同的定義是：以應用為中心、以計算機技術為基礎、軟體硬體可裁剪、適應應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統。

1．工業控制：

基於嵌入式晶元的工業自動化設備將獲得長足的發展，目前已經有大量的8、16、32 位嵌入式微控制器在應用中，網路化是提高生產效率和產品質量、減少人力資源主要途徑，如工業過程式控制制、數字機床、電力系統、電網安全、電網設備監測、石油化工系統。就傳統的工業控制產品而言，低端型採用的往往是8位單片機。但是隨著技術的發展，32位、64位的處理器逐漸成為工業控制設備的核心，在未來幾年內必將獲得長足的發展。

2．交通管理：

在車輛導航、流量控制、信息監測與汽車服務方面，嵌入式系統技術已經獲得了廣泛的應用，內嵌GPS模塊，GSM模塊的移動定位終端已經在各種運輸行業獲得了成功的使用。目前GPS設備已經從尖端產品進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。

3．信息家電：

這成稱為嵌入式系統最大的應用領域，冰箱、空調等的網路化、智能化將引領人們的生活步入一個嶄新的空間。即使你不在家裡，也可以通過電話線、網路進行遠程控制。在這些設備中，嵌入式系統將大有用武之地。

4．家庭智能管理系統：

水、電、煤氣表的遠程自動抄表，安全防火、防盜系統，其中嵌有的專用控制晶元將代替傳統的人工檢查，並實現更高，更準確和更安全的性能。目前在服務領域，如遠程點菜器等已經體現了嵌入式系統的優勢。

5．POS網路及電子商務：

公共交通無接觸智能卡(Contactless Smartcard, CSC)發行系統，公共電話卡發行系統，自動售貨機，各種智能ATM終端將全面走入人們的生活，到時手持一卡就可以行遍天下。

6．環境工程與自然：

水文資料實時監測，防洪體系及水土質量監測、堤壩安全，地震監測網，實時氣象信息網，水源和空氣污染監測。在很多環境惡劣，地況複雜的地區，嵌入式系統將實現無人監測。

7．機器人：

嵌入式晶元的發展將使機器人在微型化，高智能方面優勢更加明顯，同時會大幅度降低機器人的價格，使其在工業領域和服務領域獲得更廣泛的應用。

這些應用中，可以著重於在控制方面的應用。就遠程家電控制而言，除了開發出支持TCP/IP的嵌入式系統之外，家電產品控制協議也需要制訂和統一，這需要家電生產廠家來做。同樣的道理，所有基於網路的遠程控制器件都需要與嵌入式系統之間實現介面，然後再由嵌入式系統來控制並通過網路實現控制。所以，開發和探討嵌入式系統有著十分重要的意義。

事實上，在很早以前，嵌入式這個概念就已經存在了。在通信方面，嵌入式系統在20世紀60年代就用於對電子機械電話交換的控制，當時被稱為“存儲式程序控制系統”（Stored Program Control）。

嵌入式計算機的真正發展是在微處理器問世之後。1971年11月，Intel公司成功地把算術運算器和控制器電路集成在一起，推出了第一款微處理器Intel 4004，其後各廠家陸續推出了許多8位、16位的微處理器，包括Intel 8080/8085、8086，Motorola 的6800、68000，以及Zilog的Z80、Z8000等。以這些微處理器作為核心所構成的系統，廣泛地應用於儀器儀錶、醫療設備、機器人、家用電器等領域。微處理器的廣泛應用形成了一個廣闊的嵌入式應用市場，計算機廠家開始大量地以插件方式向用戶提供OEM產品，再由用戶根據自己的需要選擇一套適合的CPU板、存儲器板以及各式I/O插件板，從而構成專用的嵌入式計算機系統，並將其嵌入到自己的系統設備中。

為靈活兼容考慮，出現了系列化、模塊化的單板機。流行的單板計算機有Intel公司的iSBC系列、Zilog公司的MCB等。後來人們可以不必從選擇晶元開始來設計一台專用的嵌入式計算機，而是只要選擇各功能模塊，就能夠組建一台專用計算機系統。用戶和開發者都希望從不同的廠家選購最適合的OEM產品，插入外購或自製的機箱中就形成新的系統，這樣就希望插件是互相兼容的，也就導致了工業控制微機系統匯流排的誕生。1976年Intel公司推出Multibus，1983年擴展為帶寬達40MB/s的MultibusⅡ。1978年由Prolog設計的簡單STD匯流排廣泛應用於小型嵌入式系統。

20世紀80年代可以說是各種匯流排層出不窮、群雄並起的時代。隨著微電子工藝水平的提高，集成電路製造商開始把嵌入式應用中所需要的微處理器、I/O介面、A/D、D/A轉換、串列介面以及RAM、ROM等部件統統集成到一個VLSI中，從而製造出面向I/O設計的微控制器，也就是我們俗稱的單片機，成為嵌入式計算機系統異軍突起的一支新秀。其後發展的DSP產品則進一步提升了嵌入式計算機系統的技術水平，並迅速地滲入到消費電子、醫用電子、智能控制、通信電子、儀器儀錶、交通運輸等各種領域。

20世紀90年代，在分佈控制、柔性製造、數字化通信和信息家電等巨大需求的牽引下，嵌入式系統進一步加速發展。面向實時信號處理演演算法的DSP產品向著高速、高精度、低功耗發展。Texas推出的第三代DSP晶元TMS320C30，引導著微控制器向32位高速智能化發展。在應用方面，掌上電腦、手持PC機、機頂盒技術相對成熟，發展也較為迅速。特別是掌上電腦，1997年在美國市場上掌上電腦不過四五個品牌，而1998年底，各式各樣的掌上電腦如雨後春筍般紛紛湧現出來。此外，Nokia推出了智能電話，西門子推出了機頂盒，Wyse推出了智能終端，NS推出了WebPAD。裝載在汽車上的小型電腦，不但可以控制汽車內的各種設備（如音響等），還可以與GPS連接，從而自動操控汽車。21世紀無疑是一個網路的時代，使嵌入式計算機系統應用到各類網路中去也必然是嵌入式系統發展的重要方向。在發展潛力巨大的“信息家電”中，人們非常關注的網路電話設備，即IP電話，就是一個代表。該設備可以簡單到像普通電話一樣，可它卻是通過網際網路來實現雙方通話的，花市話的錢可以打長途電話！

（1）通常只執行特定功能，這一點與一般桌上型辦公設備或資料庫系統有很大區別。

（2）以微電腦與周邊器件構成核心，其規模可在大範圍內變化，如從8051晶元到 x86晶元。

（3）嚴格的時序和穩定性要求，這是因為在機器控制的大型系統中，程序運行稍有差錯則可能使得整個系統失去控制，甚至釀成災害。

（4）全自動操作循環。

嵌入式系統是電腦軟體與硬體的綜合體，它是以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟硬體可裁剪，從而能夠適應實際應用中對功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴格要求的專用計算機系統。嵌入式計算機在應用數量上遠遠超過了各種通用計算機。一台通用計算機的外部設備中就包含了5~10個嵌入式微處理器，鍵盤、滑鼠、軟碟機、硬碟、顯示卡、顯示器、Modem、網卡、音效卡、印表機、掃描儀、數碼相機、USB集線器等均是由嵌入式處理器進行控制的。在製造工業、過程式控制制、通信、儀器、儀錶、汽車、船舶、航空、航天、軍事裝備、消費類產品等方面，嵌入式計算機都有用武之地。

美國汽車大王福特公司的高級經理曾宣稱，“福特出售的‘計算能力’已超過了IBM”，由此可以想象嵌入式計算機工業的規模和廣度。美國著名未來學家尼葛洛龐帝1999年1月訪華時預言，4~5年以後嵌入式智能（電腦）工具將是PC和網際網路之後最偉大的發明。