淺析嵌入式系統(tǒng)支柱學(xué)科的交叉與融合

宋曜剛（湖南人文科技學(xué)院，湖南 婁底　417000）

淺析嵌入式系統(tǒng)支柱學(xué)科的交叉與融合

宋曜剛
（湖南人文科技學(xué)院，湖南 婁底417000）

嵌入系統(tǒng)的概念最早源自微型計(jì)算機(jī)的嵌入式應(yīng)用。早期的嵌入式系統(tǒng)經(jīng)過工控機(jī)、單板機(jī)、微機(jī)單片化等專用計(jì)算機(jī)的探索。但與計(jì)算機(jī)發(fā)展不同是，嵌入式系統(tǒng)隨后進(jìn)入了獨(dú)立的發(fā)展之路，其發(fā)展成為一種不是專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)卻有專用計(jì)算機(jī)功能的智能化設(shè)備及器材。本文將會對嵌入式系統(tǒng)的支柱學(xué)科進(jìn)行闡述，并進(jìn)一步分析嵌入式系統(tǒng)支柱學(xué)科的交叉與融合。

嵌入式系統(tǒng)；學(xué)科體系；平臺模式；對象學(xué)科

一、嵌入式系統(tǒng)簡介

（一）嵌入式系統(tǒng)的產(chǎn)生。嵌入式系統(tǒng)誕生于微型計(jì)算機(jī)時代，并且嵌入式系統(tǒng)出現(xiàn)后對一些專用計(jì)算機(jī)進(jìn)行了短暫性的探索，便進(jìn)入到嵌入式系統(tǒng)獨(dú)立的微型控制器發(fā)展時代，即微型控制器的智能化電子系統(tǒng)直接在嵌入式處理器與外圍集成電路技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展的帶處理器內(nèi)核的單片機(jī)與外圍集成電路技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展的帶處理器內(nèi)核的單片機(jī)。其與專用的微型計(jì)算機(jī)不同，其屬于嵌入式處理器而非通用微型處理器。

（二）專用計(jì)算機(jī)探索的失敗之路。嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用中，其需要具備體積小，性價比高，可靠性高的要求，但無論是在工控機(jī)，還是單板機(jī)上面進(jìn)行探索，都無法滿足這一要求。后來，人們就直接將原有的微型計(jì)算機(jī)體系機(jī)構(gòu)進(jìn)行了簡化設(shè)計(jì)，將嵌入式系統(tǒng)集成在一個半導(dǎo)體芯片中，形成了單片機(jī)的“雛形”。Motolora公司的6801系列就是由6800系列微型機(jī)簡化后集成的單片微型計(jì)算機(jī)。單片微型計(jì)算機(jī)滿足嵌入式系統(tǒng)小體積、低價位、高可靠性以及對象可控性方向的改進(jìn)要求。

（三）嵌入式系統(tǒng)的獨(dú)立發(fā)展道路。嵌入式系統(tǒng)的為控制器（MCU）的發(fā)展之路，是基于ntelMCS51單片機(jī)、iDCX51實(shí)時多任務(wù)操作系統(tǒng)開辟的單片機(jī)的獨(dú)立發(fā)展之路，MC551是一個原創(chuàng)式嵌入式處理器，在微電子學(xué)、集成電路的基礎(chǔ)上，按照嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用要求，原創(chuàng)式嵌入式處理器。MCS51原創(chuàng)的體系結(jié)構(gòu)、控制型的指令系統(tǒng)與布爾空間、外部總線方式、特殊功能寄存器（SFR）的管理模式，奠定了嵌入式系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)；iDCX51是專門與MCS51單片機(jī)配置，滿足嵌入式應(yīng)用要求原創(chuàng)的實(shí)時多任務(wù)操作系統(tǒng)。

二、嵌入式系統(tǒng)的四個支柱學(xué)科

目前，嵌入式系統(tǒng)還沒有發(fā)展成為獨(dú)立的學(xué)科體系。從上文對于嵌入式系統(tǒng)發(fā)展背景及過程的研究闡述來看，“嵌入式系統(tǒng)”是包括電子學(xué)科、微電子學(xué)科、電子技術(shù)學(xué)科、對象學(xué)科等四個支柱學(xué)科的交叉與融合，是在這個基礎(chǔ)上構(gòu)造了平臺的模式，實(shí)現(xiàn)各學(xué)科的不同定位與分工，進(jìn)而滿足于應(yīng)用需求的。

（一）四個支柱學(xué)科的關(guān)系。嵌入式系統(tǒng)的四個支柱學(xué)科主要包括微電子學(xué)科、計(jì)算機(jī)學(xué)科、電子技術(shù)學(xué)科、對象學(xué)科等。其中計(jì)算機(jī)學(xué)科與電子技術(shù)學(xué)科是嵌入式系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的重要保證，微電子學(xué)科是嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的基礎(chǔ)，對象學(xué)科是嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的歸宿學(xué)科。

（二）領(lǐng)銜的微電子學(xué)科。微電子學(xué)科與半導(dǎo)體集成電路為嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用提供了集成電路基礎(chǔ)，所以微電子學(xué)科具有領(lǐng)銜作用。集成電路中會集中體現(xiàn)電子技術(shù)學(xué)科、計(jì)算機(jī)學(xué)科的重要研究成果，如早期的數(shù)字電路進(jìn)程，到現(xiàn)代的模混合、軟/硬件結(jié)合、以IP為基礎(chǔ)的知識與知識行為集成。

（三）為平臺服務(wù)的計(jì)算機(jī)學(xué)科。現(xiàn)代計(jì)算機(jī)出現(xiàn)后，計(jì)算機(jī)學(xué)科被分成了兩個學(xué)科分支，包括通用計(jì)算機(jī)學(xué)科和嵌入式計(jì)算機(jī)學(xué)科。通用計(jì)算機(jī)學(xué)科和嵌入式計(jì)算機(jī)學(xué)科的技術(shù)發(fā)展方向和技術(shù)內(nèi)涵是不同的。嵌入式計(jì)算機(jī)學(xué)科與原有計(jì)算機(jī)學(xué)科在內(nèi)容上存在較大的差異，其與嵌入式計(jì)算機(jī)學(xué)科與對象學(xué)科、微電子學(xué)科緊密相關(guān)，因此不能用通用計(jì)算機(jī)的概念來解釋嵌入式系統(tǒng)。為承擔(dān)嵌入式系統(tǒng)新學(xué)科的建設(shè)任務(wù)，嵌入式計(jì)算機(jī)與微電子學(xué)科、電子學(xué)科、對象學(xué)科聯(lián)系緊密。從而能夠?qū)崿F(xiàn)對嵌入式系統(tǒng)集成開發(fā)環(huán)境構(gòu)建、對嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行人為編程、程序設(shè)計(jì)等任務(wù)需求。

（四）廣泛服務(wù)的電子技術(shù)學(xué)科。在嵌入式系統(tǒng)中，電子技術(shù)學(xué)科提供了最為廣泛的技術(shù)服務(wù)，電子技術(shù)將微電子領(lǐng)域的集成電路設(shè)計(jì)，從原有的電路集成、功能集成、技術(shù)集成拓展到了知識集成；為計(jì)算機(jī)學(xué)科提供嵌入式系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)技術(shù)支持；在對象學(xué)科中，廣大應(yīng)用工程師在嵌入式軟硬件平臺上能夠?qū)崿F(xiàn)最為廣泛的應(yīng)用。

（五）對象學(xué)科的最終出路。對象學(xué)科是嵌入式系統(tǒng)的終端用戶學(xué)科。對象學(xué)科對嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行有效的拓寬，它基本囊括了所有的科技領(lǐng)域。相對于對象學(xué)科來說，嵌入式系統(tǒng)相當(dāng)于智能化工具，對象學(xué)科的能夠?qū)崿F(xiàn)在嵌入式系統(tǒng)上構(gòu)建出本領(lǐng)域的一個嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)。嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)是本學(xué)科的基礎(chǔ)理論與應(yīng)用環(huán)境、應(yīng)用要求。另外，在應(yīng)用過程，會不斷的給微電子、集成電路設(shè)計(jì)、嵌入式計(jì)算機(jī)學(xué)科提出技術(shù)要求，從而能有目的的對嵌入式系統(tǒng)平臺進(jìn)行技術(shù)水平的提升。

三、平臺模式下的學(xué)科

（一）平臺模式的由來。在知識經(jīng)濟(jì)時代，平臺模式是一種基本的產(chǎn)業(yè)、科技模式，是人類知識分離規(guī)律、集成性規(guī)律發(fā)展到高級階段上的必然現(xiàn)象。它將一體化的產(chǎn)業(yè)、科技模式變革為知識平臺媒介下的平臺模式。對于一體化產(chǎn)業(yè)模式與平臺差異模式本質(zhì)差異性的體現(xiàn)，可以對上世紀(jì)60年代的收音機(jī)產(chǎn)業(yè)和90年代的VCD/ DVD產(chǎn)業(yè)進(jìn)行對比。

（二）嵌入式系統(tǒng)的平臺模式。依據(jù)知識的分離性發(fā)展規(guī)律，知識應(yīng)用者不需要對創(chuàng)新知識進(jìn)行了解，知識創(chuàng)新者也不需要涉及知識應(yīng)用領(lǐng)域；但按照知識集成性發(fā)展規(guī)律的要求，知識創(chuàng)新者需要將需要將創(chuàng)新知識成果集成到工具之中，打造知識平臺，而知識應(yīng)用者在知識創(chuàng)新者所集成的知識平臺上，要實(shí)現(xiàn)對創(chuàng)新知識的應(yīng)用；而對象學(xué)科所對應(yīng)的是用戶，所以該領(lǐng)域的電子技術(shù)應(yīng)用工程師需要在現(xiàn)有的嵌入式系統(tǒng)平臺上實(shí)現(xiàn)嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)。微電子學(xué)科、嵌入式計(jì)算機(jī)學(xué)科、電子技術(shù)學(xué)科（非對象學(xué)科領(lǐng)域中的應(yīng)用工程師），不是嵌入式系統(tǒng)的終端用戶，這些學(xué)科的目的是將一些創(chuàng)新科技成果轉(zhuǎn)化成為形形色色的知識平臺。

（三）平臺模式下的學(xué)科定位與分工。嵌入式系統(tǒng)中四個支柱學(xué)科的定位，所指的不盡己所能是學(xué)科知識結(jié)構(gòu)的定位，還包括知識平臺模式中的定位，其定位類似于“3+1”模式，即微電子學(xué)科、計(jì)算機(jī)學(xué)科、電子技術(shù)學(xué)科作為嵌入式應(yīng)用，構(gòu)建與各類不同的應(yīng)用平臺上，不介入嵌入式系統(tǒng)的具體應(yīng)用；對象學(xué)科，卻必須要介入于嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用平臺基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)在本學(xué)科領(lǐng)域中的產(chǎn)品化應(yīng)用，不介入嵌入式系統(tǒng)的平臺構(gòu)建。

［1］何立民.嵌入式系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)模式［J］.單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2006，（1）。

［2］何立民.以SoC為中心的多學(xué)科融合與滲透［J］.單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2001，（5）。

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