嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)及其挑戰(zhàn)

陳偉

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，嵌入式計(jì)算機(jī)應(yīng)用范圍已突破軍事領(lǐng)域向民用各領(lǐng)域擴(kuò)展，工業(yè)4.0時(shí)代，嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及效率必將大大加速。更高的應(yīng)用需求，對嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)提出了更高的要求。為更好的適應(yīng)和滿足市場，需要面對諸多挑戰(zhàn)。

關(guān)鍵詞：嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù);應(yīng)用;挑戰(zhàn)

嵌入式計(jì)算機(jī)以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，適用于應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。一般由嵌入式微處理器、外圍硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)以及用戶應(yīng)用程序等四個(gè)部分組成，用于實(shí)現(xiàn)控制、監(jiān)視或管理等功能。嵌入式系統(tǒng)和具體應(yīng)用有機(jī)結(jié)合在一起，其升級換代和具體產(chǎn)品同步進(jìn)行。嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有著本質(zhì)上的不同，嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在很多情況下需要考慮的是優(yōu)化產(chǎn)品性能、生命周期和商業(yè)驅(qū)動(dòng)，而不是努力提高其最大計(jì)算吞吐量。

一、嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)

嵌入式計(jì)算機(jī)主要應(yīng)用以下幾個(gè)方面的技術(shù)

（一）處理器技術(shù)

為嵌入的便利，嵌入式計(jì)算機(jī)傳統(tǒng)采用Intel公司的8080、80826、Pentium系列、其他片式、單片微控制器等處理器，隨著芯片科技水平的提升，68K、DSP等也越來越多的應(yīng)用。

（二）總線技術(shù)

總線速度對整體處理速度有直接影響，嵌入式計(jì)算機(jī)往往使用無總線全速運(yùn)行的模式，即使局部設(shè)總線，處理速度仍有上升空間。

（三）實(shí)時(shí)技術(shù)

嵌入式計(jì)算機(jī)相比通用計(jì)算機(jī)更強(qiáng)調(diào)實(shí)時(shí)時(shí)鐘和中斷技術(shù)，在精度和處理數(shù)量上都明顯占有優(yōu)勢

（四）接口技術(shù)

嵌入式計(jì)算機(jī)必然涉及接口，而且接口多，要求高，除外部設(shè)備接口外，還需要D/A、A/D、1553、通信同步及多樣化的專用接口.

（五）硬件結(jié)構(gòu)微型化及靈活配置技術(shù)

嵌入式計(jì)算機(jī)既然要嵌入使用，體積、重量、功耗等都必須盡可能縮減，而且由于嵌入

式計(jì)算機(jī)的程序比通用計(jì)算機(jī)簡單，其需要依靠硬件的裁剪和生成使之形成較小內(nèi)核的層次結(jié)構(gòu)，并在此基礎(chǔ)上應(yīng)用軟件的中斷處理和調(diào)度法則，使嵌入式計(jì)算機(jī)滿足其宿主精準(zhǔn)操作的需要

（六）應(yīng)用軟件開發(fā)支持技術(shù)

嵌入式計(jì)算機(jī)的語言相對通用計(jì)算機(jī)很不成熟，軟件開發(fā)和支持是嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)的主要研究方向之一，面臨的實(shí)際問題較多，開發(fā)較困難。

二、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)目前在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用主要表現(xiàn)在儀表領(lǐng)域、監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域以及辦公生活應(yīng)用領(lǐng)域三方面：

儀表領(lǐng)域主要表現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化利用嵌入式計(jì)算機(jī)可以使儀表在體積縮減、耗能降低、功能提升的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)傳感測量、信息處理、自我診斷、補(bǔ)償計(jì)算、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警與信息共享等功能，工業(yè)儀表的測量準(zhǔn)確性實(shí)時(shí)性更有保證。

監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域

隨著社會發(fā)展，居民小區(qū)、醫(yī)院、交通等場所實(shí)時(shí)監(jiān)控的需求逐漸加大，嵌入式計(jì)算機(jī)使計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)與通信技術(shù)的融合更具有可能性，而且有體積小、耗能少等優(yōu)點(diǎn)，為實(shí)施監(jiān)控提供了可能。

辦公生活應(yīng)用領(lǐng)域，嵌入式計(jì)算機(jī)憑借快速響應(yīng)速度、高水平自動(dòng)化及小頻率軟件代碼等優(yōu)勢，極大地方便了居民的生活，提升了辦公效率

而且，嵌入式計(jì)算機(jī)的應(yīng)用范圍在持續(xù)擴(kuò)大，交通領(lǐng)域、軍事領(lǐng)域、科研領(lǐng)域都在積極嘗試引用嵌入式計(jì)算機(jī)。

三、嵌入式計(jì)算機(jī)面臨的挑戰(zhàn)

（一）系統(tǒng)自身發(fā)展升級挑戰(zhàn)：

一是單片機(jī)向多模塊組合轉(zhuǎn)變。隨著用戶要求提高，嵌入式系統(tǒng)從過去單一的單片機(jī)應(yīng)用模式，轉(zhuǎn)變?yōu)槟芴峁┎煌瑢哟畏桨傅亩鄻踊Ｊ健Ｍㄟ^重用和組合IP核構(gòu)件技術(shù)實(shí)現(xiàn)的片上SoC系統(tǒng)，是目前嵌入式系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)的前沿形式，利用FPGA和IP模塊進(jìn)行功能組合PSoC/SOPC設(shè)計(jì)，徹底改變了過去單片機(jī)獨(dú)打天下的單一設(shè)計(jì)局面。

二是對設(shè)計(jì)技術(shù)的要求更高。目前高端嵌入式系統(tǒng)是建立在RTOS基礎(chǔ)之上的，很多非計(jì)算機(jī)專業(yè)技術(shù)人員需要學(xué)習(xí)全新的RTOS技術(shù)。

三是開發(fā)工具需要更新，而且開發(fā)的系統(tǒng)性要求更高。嵌入式設(shè)計(jì)從8/16位轉(zhuǎn)向功能更強(qiáng)大的32位MCU。升級后的開發(fā)環(huán)境不僅加大了系統(tǒng)投資數(shù)目，對其技術(shù)也有了更高要求。

四是需要多種技術(shù)協(xié)同設(shè)計(jì)。目前業(yè)界已經(jīng)開發(fā)Polis、CosYma及Chinook等多種方法和工具來支持集成式軟硬件的協(xié)同設(shè)計(jì)，系統(tǒng)可以跨越硬件和軟件平臺復(fù)用。

（二）應(yīng)對市場的重點(diǎn)性能挑戰(zhàn)

應(yīng)用市場的挑戰(zhàn)主要包括：操作實(shí)時(shí)響應(yīng)和嵌入系統(tǒng)安全性（可靠性、可用性、安全性、保密性）。其中，由于任何現(xiàn)有計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的保密技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)安全措施都有利于保證數(shù)據(jù)的安全，但也無法做到絕對保證，所以系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)加入入侵檢測模塊作為最后防線提升嵌入系統(tǒng)的保密性意義重大。

四、結(jié)語

嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)作為當(dāng)今信息技術(shù)的核心部分，對我國的各行各業(yè)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)，則是嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)開發(fā)的核心環(huán)節(jié)。嵌入式系統(tǒng)本身的升級，也使其設(shè)計(jì)技術(shù)面臨挑戰(zhàn)。嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在市場上的需求日益增大，用戶的要求也在向多樣化和高標(biāo)準(zhǔn)的趨勢發(fā)展，目前已經(jīng)突破低端應(yīng)用范圍向高端行業(yè)擴(kuò)展，而且得到高端行業(yè)的廣泛認(rèn)可，特別是IT技術(shù)與嵌入式計(jì)算機(jī)有機(jī)結(jié)合后，為其發(fā)展提供了強(qiáng)大動(dòng)力，其市場廣闊、發(fā)展空間巨大，需要不斷的深化才能滿足實(shí)際應(yīng)用的需求，其技術(shù)研發(fā)任重道遠(yuǎn)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]劉洪濤，孫天澤.嵌入式系統(tǒng)技術(shù)與設(shè)計(jì)[J].21世紀(jì)高等學(xué)校計(jì)算機(jī)規(guī)劃教材，2009，1：12-13

[2]馮立杰，傅民倉，李文波.多CPU嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2006，6：33-34