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嵌入式系统的我国发展机遇 作者：陈章龙 单位：复旦大学计算机科学与工程系 一、嵌入式系统概述 嵌入式系统（Embedded System）是将计算机直接嵌入至应用系统中，是信息技术 IT （Information Technology）的最终产品。 嵌入式系统随着应用方式不同，可有 IP（Intellectual Property）级、芯片级和模块级 等 3 中不同体系结构形式。 嵌入式系统采用“量体裁衣”的方式可把所需的功能（IP单元、芯片（MCU、RAM、ROM、I/O 等）或模块等）嵌入至各种应用系统。 把不同的 IP单元，根据应用的要求集成在一块芯片中，也就是系统级芯片 SOC（System On Chip）的形式。各种嵌入式软件也可以以 IP 的方式集成在芯片中。 根据各种 IT的产品（应用系统）的要求，可以选用相应的处理器（MCU、DSP、RISC型 MPU） 芯片、RAM、ROM（EPROM/EEPROM/Flash）及 I/O 接口芯片等组成了相应的嵌入式系统；相应的 系统软件/应用软件也以固件形成固化在 ROM 中。这是目前嵌入式系统最常见的形式。 第三种形式是以 X86 处理器构成的计算机系统模块嵌入到应用系统中，这样可充分利用了 目前常用的 PC 机的通用性和便利性。不过，此方式不但要缩小体积、增加可靠性，而且要把操 作系统 OS 改造为嵌入式操作系统 OS，把应用软件固化在固态盘中。此种嵌入式系统较多出现在 工业控制和仪器仪表中。 二、嵌入式系统开发 嵌入式系统开发工具及平台是嵌入式系统应用的很重要因素。以微控制器 MCU 为例，我国 年应用已达 4 亿片，二者与年产量达万台的具有中国特色的开发工具及平台是分不开的。 嵌入式系统中的软件和硬件 80%以上是重复设计的，故软件和硬件的复用十分必要。在 IP 级的 SOC 设计中，建立了各种 IP 库，采用 IP 复用技术，设计片上的嵌入式系统；在模块级 SOM 设计中，配置了各种应用模块及相应的组态软件，供用户选用和组合，组成各种应用的嵌入式 系统。以 32 位 RISC MCU 为核的新型嵌入式系统可根据不同的应用对象，用构件的方式构置相 应的中间件，便于用户的开发应用。 基于构件的软件体系统有层次体系结构（Layered Architecture）和 C2 体系结构。嵌入 式系统较多采用的是层次体系结构（如图 1 所示）。 图 1 构件的层次体系结构 例如，Intel 的个人互联网用户架构 PCA（Personal Internet Client Architecture）、IBM 公司的 WebSphereEveryplace Embedded 和 TI 公司的开放的多媒体应用平台 OMAP（Open Multimedia Application Platform）等都是新近推出的嵌入式系统开发应用平台。 Intel 公司于 2000 年 9 月推出了基于 Strong ARM(或 XScale) 嵌入式处理器的面向互联网的嵌入式系统架构——Intel 个人互联网用户架构 PCA。PCA 是一 个开放式平台架构，它由应用子系统、通信子系统和存储器子系统组成，每个子系统都可以 以模块方式集成、扩充和接口。图 2 是 PCA 应用子系统的开放式架构。 图 2IntelPCA 应用子系统的开放式架构 PCA 应用子系统硬件平台包括了 Strong ARM/Xscale 的处理器、存储器和相应的 I/O 构成。 PCA 应用子系统的开放式软件框架根据构件的层次体系结构，可以分为系统软件、中间件、特 定业务和用户应用等层。 ·系统软件（嵌入式 OS）为各种任务及应用任务提供了结构框架和基本服务：支持数据流音频 和视频应用的多媒体服务、安全服务、用户设备的平台管理服务和通信服务。） ·中间件：以组件形式提供了集成性能中间件，如：多媒体框架（其包括了各种多媒体编解码 器、过滤器和转发器等，并可集成至操作系统和执行环境中）、IP 电话技术套件、音频处理组件 及加密/认证的安全算法。它也允许可自制中间件。 另外，Intel 还提供了集成性能函数库 IPP（Integrated Performance Primitives ）。这是跨 平台的底层软件，它从处理器提取了多媒体编解码器功能，提供了一组底层映像和信号操作功 能。 IBM 公