自动化专业概论Word文件下载.docx

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目前嵌入式系统已经渗透到我们生活中的每个角落，工业、服务业、消费电子……，而恰恰由于这种范围的扩大，使得“嵌入式系统”更加难于明确定义。

嵌入式系统用在一些特定专用设备上，通常这些设备的硬件资源（如处理器、存储器等）非常有限，并且对成本很敏感，有时对实时响应要求很高等。

特别是随着消费家电的智能化，嵌入式更显重要。

像我们平常常见到的手机、PDA、电子字典、可视电话、VCD/DVD/MP3Player、数字相机（DC）、数字摄像机（DV）、U-Disk、机顶盒（SetTopBox）、高清电视（HDTV）、游戏机、智能玩具、交换机、路由器、数控设备或仪表、汽车电子、家电控制系统、医疗仪器、航天航空设备等等都是典型的嵌入式系统产品。

3、嵌入式系统从何而来

虽然嵌入式系统是近几年才风靡起来的，但是这个概念并非新近才出现。

从20世纪七十年代单片机的出现到今天各式各样的嵌入式微处理器，微控制器的大规模应用，嵌入式系统已经有了近30年的发展历史。

作为一个系统，往往是在硬件和软件交替发展的双螺旋的支撑下逐渐趋于稳定和成熟，嵌入式系统也不例外。

嵌入式系统的出现最初是基于单片机的。

最早的单片机是Intel公司的8048，它出现在1976年。

Motorola同时推出了68HC05，Zilog公司推出了Z80系列，这些早期的单片机均含有256字节的RAM、4K的ROM、4个8位并口、1个全双工串行口、两个16位定时器。

之后在80年代初，Intel又进一步完善了8048，在它的基础上研制成功了8051，这在单片机的历史上是值得纪念的一页，在各种产品中有着广泛的应用。

从80年代早期开始，嵌入式系统的程序员开始用商业级的“操作系统”编写嵌入式应用软件，这使得可以获取更短的开发周期，更低的开发资金和更高的开发效率，“嵌入式系统”真正出现了。

90年代以后，随着对实时性要求的提高，软件规模不断上升，实时核逐渐发展为实时多任务操作系统（RTOS），并作为一种软件平台逐步成为目前国际嵌入式系统的主流。

这时候更多的公司看到了嵌入式系统的广阔发展前景，开始大力发展自己的嵌入式操作系统。

4、嵌入式发展趋势

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EmbeddedVC＋＋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CANBUS，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。

5、嵌入式系统—我未来的方向

我则会选择偏向软件方面的研究，从事嵌入式软件开发的好处是：

（1）目前国内外这方面的人都很稀缺。

一方面，是因为这一领域入门门槛较高，不仅要懂较底层软件（例如操作系统级、驱动程序级软件），对软件专业水平要求较高（嵌入式系统对软件设计的时间和空间效率要求较高），而且必须懂得硬件的工作原理，所以非专业IT人员很难切入这一领域；

另一方面，是因为这一领域较新，目前发展太快，很多软硬件技术出现时间不长或正在出现（如ARM处理器、嵌入式操作系统、MPEG技术、无线通信协议等），掌握这些新技术的人当然很少。

嵌入式人才稀缺，身价自然就高，越有经验价格就越高。

其实嵌入式人才稀少,根本原因可能是大多数人无条件接触,这需要相应的嵌入式开发板和软件,另外需要有经验的人进行指导开发流程。

（2）与企业计算等应用软件不同，嵌入式领域人才的工作强度通常低一些（但收入不低）。

搞企业应用软件的IT企业，这个用户的系统搞完了，又得去搞下一个用户的，而且每个用户的需求和完成时间都得按客户要求改变，往往疲于奔命，重复劳动。

相比而言，搞嵌入式系统的公司，都有自己的产品计划，按自己的节奏行事。

所开发的产品通常是通用的，不会因客户的不同而修改。

一个产品型号开发完了，往往有较长一段空闲时间（或只是对软件进行一些小修补），有时间进行充电和休整。

另外，从事嵌入式软件的每个人工作范围相对狭窄，所涉及的专业技术范围就是那些（ARM、RTOS、MPEG、802.11等），时间长了这些东西会越搞越有经验，卖卖老本，几句指导也够让那些初入道者琢磨半年的。

当然嵌入式软件开发也有不好的地方，比如入门起点较高，所用到的技术往往都有一定难度，若软硬件基础不好，特别是操作系统级软件功底不深，则可能不适于此行。

还有就是目前有些研制开发嵌入式系统的公司对人才的要求比较高。

但是我还是会选择嵌入式系统软件的开发，因为我的兴趣。

我相信我的兴趣能够为我在这个行业提供无限前进的动力。

还有虽然在这方面要求的知识比较高，但我相信在我的坚持、刻苦的学习下一定能够掌握核心的技术。

在就是在这方面的薪金比较丰厚，也会比较吸引我的。

嵌入式系统就是我未来发展的方向。

6、嵌入式系统研发需要掌握的知识极其最主要的思想

一、软件方面的知识：

1、嵌入式微处理器结构与应用：

传统的“微机原理与接口”课程，嵌入式是软硬件结合的技术，搞嵌入式系统的人应对ARM处理器工作原理和接口技术有充分了解，包括汇编指令系统。

不了解处理器原理，就没办法写出驱动程序。

在嵌入式开发的一些关键部分，如Bootloader等，目前主要靠汇编写程序。

2、嵌入式操作系统类课程：

嵌入式系统的人至少须掌握一个嵌入式操作系统（当然越多越好），目前最重要的RTOS主要包括：

（1）、传统的经典RTOS：

最主要的是Vxworks操作系统，以及其Tornado开发平台。

Vxworks出现早，实时性很强，并且内核可极微，可靠性较高。

特别在通信设备等实时性要求较高的系统中，有比较广泛的应用。

（2）、嵌入式Linux操作系统：

嵌入式Linux广泛应用的原因当然是免费、开源、支持软件多、支持者多，成本也低。

（3）、 

Windows 

CE嵌入式操作系统：

CE是微软的操作系统，目前也有很大的市场份额，特别是在PDA、手机等界面要求较高或者要求快速开发的场合。

3、嵌入式开发的其它相关软件课程：

（1）、数字图像压缩技术：

嵌入式最热门的应用领域之一，要掌握MPEG编解码算法和技术，如DVD、MP3、PDA、高精电视、机顶盒等都涉及MPEG高速解码问题。

（2）、通信协议及编程技术：

大多数嵌入式设备都要连入局域网或Internet，所以首先应掌握TCP/IP协议及其编程；

另外，掌握无线通信协议及编程也是是很重要的。

（3）、网络与信息安全技术：

如加密技术，数字证书CA等。

二、硬件方面的知识：

模拟电路、数字电路、计算机组成原理、微处理器结构、单片机等硬件课程是从事嵌入式开发要掌握的。

嵌入式本身就是从单片机发展过来的，现在的很多单片机都已经带OS，嵌入式开发领域，驱动人才非常缺乏。

写驱动必须掌握操作系统的内部工作原理，包括相关的硬件知识，即所谓的软硬通吃。

嵌入式系统主要的思想是以应用为中心，软件控制硬件，硬件支持软件，嵌入式系统的核心是嵌入式微处理器。

嵌入式微处理器一般就具备以下4个特点：

1）对实时多任务有很强的支持能力，能完成多任务并且有较短的中断响应时间，从而使内部的代码和实时内核心的执行时间减少到最低限度。

2）具有功能很强的存储区保护功能。

这是由于嵌入式系统的软件结构已模块化，而为了避免在软件模块之间出现错误的交叉作用，需要设计强大的存储区保护功能，同时也有利于软件诊断。

3）可扩展的处理器结构，以能最迅速地开展出满足应用的最高性能的嵌入式微处理器。

4）嵌入式微处理器必须功耗很低，尤其是用于便携式的无线及移动的计算和通信设备中靠电池供电的嵌入式系统更是如此，如需要功耗只有mW甚至μW级。

7、嵌入式系统内容的基础

从事嵌入式软件开发，像数字电路、计算机组成原理、嵌入式微处理器结构等硬件课程是较重要的。

另外，汇编语言、C/C++、数据结构和算法、特别是操作系统等软件基础课也是十分重要的。

我们的主要目的是能看懂硬件工作原理，但重点应是在嵌入式软件，特别操作系统级软件，那将是我们的优势。

还有就是有较好的模拟电路和单片机基础，学嵌入式非常合适。

嵌入式本身就是从单片机发展过来的，只是单片机不带操作系统，而现在很多嵌入式应用越来越复杂，以至不得不引入嵌入式操作系统。

另外，为追求更高速的信号处理速度，现在在一些速度要求较高的场合，有不少公司是将一些DSP算法，如MPEG压缩解压缩算法等用硬件来实现，这就涉及到HDL数字电路设计技术及其FPGA/IP核实现技术。

8、嵌入式系统的应用及其应用领域

嵌入式系统技术有着广泛的应用，其应用领域可包括：

１．工业控制：

　基于嵌入式芯片的工业自动化设备将获得长足的发展，目前已经有大量的8、16、32位嵌入式微控制器在应用中，网络化是提高生产效率和产品质量、减少人力资源主要途径，如工业过程控制、数字机床、电力系统、电网安全、电网设备监测、石油化工系统。

就传统的工业控制产品而言，低端型采用的往往是８位单片机。

但是随着技术的发展，32位、64位的处理器逐渐成为工业控制设备的核心，在未来几年内必将获得长足的发展。

２．交通管理：

　在车辆导航、流量控制、信息监测与汽车服务方面，嵌入式系统技术已经获得了广泛的应用，内嵌GPS模块，GSM模块的移动定位终端已经在各种运输行业获得了成功的使用。

目前GPS设备已经从尖端产品进入了普通百姓的家庭，只需要几千元，就可以随时随地找到你的位置。

３．信息家电：

　这将称为嵌入式系统最大的应用领域，冰箱、空调等的网络化、智能化将引领人们的生活步入一个崭新的空间。

即使你不在家里，也可以通过电话线、网络进行远程控制。

在这些设备中，嵌入式系统将大有用武之地。

４．家庭智能管理系统：

　水、电、煤气表的远程自动抄表，安全防火、防盗系统，其中嵌有的专用控制芯片将代替传统的人工检查，并实现更高，更准确和更安全的性能。

目前在服务领域，如远程点菜器等已经体现了嵌入式系统的优势。

５．POS网络及电子商务：

　公共交通无接触智能卡（ContactlessSmartcard,CSC）发行系统，公共电话卡发行系统，自动售货机，各种智能ATM终端将全面走入人们的生活，到时手持一卡就可以行遍天下。

６．环境工程与自然：

　水文资料实时监测，防洪体系及水土质量监测、堤坝安全，地震监测网，实时气象信息网，水源和空气污染监测。

在很多环境恶劣，地况复杂的地区，嵌入式系统将实现无人监测。

７．机器人：

嵌入式芯片的发展将使机器人在微型化，高智能方面优势更加明显，同时会大幅度降低机器人的价格，使其在工业领域和服务领域获得更广泛的应用。

嵌入式系统开发就是把人们日常所用的一些机器什么的智能化，我们平常常见到的手机、PDA、电子字典、可视电话、VCD/DVD/MP3、数字相机（DC）、数字摄像机（DV）、U-Disk、机顶盒（SetTopBox）、高清电视（HDTV）、游戏机、智能玩具、交换机、路由器、数控设备或仪表、汽车电子、家电控制系统、医疗仪器、航天航空设备等等都是典型的嵌入式系统。

可以说嵌入式系统让我们的生活变得更简单。

9、参考文献

1、《嵌入式处理器分类与现状》吕京建肖海桥

2、吕京建,等.嵌入式Internet技术及其应用.http:

PPwww.bol-sys2tem.Com

3、穆玉刚,等.嵌入式系统及其调试手段的研究JOURNALOFSHENYANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY（Vol18No.4.1999.

4、吕京建,肖海桥.面向二十一世纪的嵌入式系统综述.http:

PPwww.bol-system.Com

5、WarrenWebb.嵌套技术促进汽车改革.http:

PPwww.ednchina.Com

6、吕京建.BOLSystemInc.从嵌入式系统的可靠性与可信性看Y2K问题.

7、《DSP发展应用纵横谈》戴敏