嵌入式系统是以应用为中心,软硬件可裁减的,对功能、可靠性、成本、体积、功耗等有严格要求的专用计算机系统。嵌入式系统从概念上比较难以理解,但在生活中处处可见,比如手机、平板、电视等电子产品中都有嵌入式系统。可以简单地认为,嵌入式系统是为各种电子设备设计的专用的微型计算机系统。所谓嵌入式,重点在于裁剪,可以灵活地设计、定制。除上述电子产品之外,嵌入式技术已经应用到各个领域,如航空航天、汽车、仪器仪表、自动化设备、家用电器等。
嵌入式系统从单板机开始,诞生于20世纪70年代末,经历了SCM、MCU、SoC三大阶段。
(1)SCM(Single Chip Microcomputer)阶段,即单片微型计算机阶段,出现在20世纪70年代。典型的产品有Intel的8031、Zilog的Z80等,如图0-1所示,即MCS-51系统,在单芯片上集成了CPU、I/O、存储器、总线等,使用计算机语言进行编程控制。SCM与通用计算机具有完全不同的思路,它把计算机的几大模块都集成于芯片中。它的设计重点在于各种设备的控制与实现。这个时期的芯片还需要大量的外围扩展芯片来实现各种控制,用一块电路板来完成一个微机控制系统,因此也称为单板机。尽管其在性能上与通用性上与计算机相差甚远,但在家电、仪器仪表、工业控制上受到了广泛的应用,掀起了一股数字化的热潮。SCM的出现,奠定了嵌入式系统发展的方向。
图0-1 Intel的8031与Zilog的Z80(www.xing528.com)
(2)MCU(Micro Controller Unit)阶段,即微控制器阶段。为了满足不断扩展的各种外围电路与接口电路,各个厂家不断增强单片机的CPU运算能力,加入I/O的第二功能(内置各种总线接口、ADC、PWM等),增加存储器。相对于SCM,MCU的性能得到了大大的提升。在这个阶段,MCU厂家百花齐放,比如国外的Philips、Atmel等公司,国内的STC(宏晶科技)公司,而Intel则淡出单片机领域,专心发展通用计算机领域。
(3)SoC(System on Chip)阶段,即片上系统阶段。单片机技术发展的初衷是寻求应用系统在芯片上的最大化集成,随着微电子技术、IC设计、EDA工具的发展,SoC将数字信号处理器、RISC(Reduced Instruction Set Computer)处理器、存储器、I/O、半定制电路集中到单芯片中,使得具有高性能运算能力的嵌入式系统成为可能。目前我们所说的嵌入式系统基本都是基于SoC。
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