(嵌入式实时操作系统uC OS-2教程)第1章嵌入式系统导论.ppt

第1章 嵌入式系统导论 　1.1 嵌入式系统概述1.1.1 嵌入式系统的发展概况[1]　　1. 嵌入式应用的起源　　从历史的角度来看，计算机的发展主要经历了机械计算机(1614—1937)、继电器计算机(1937—1946)、电子管计算机(1946—1959)、晶体管计算机(1959—1964)、集成电路计算机(1964—1971)、大规模和超大集成电路计算机(1971—今)等六个阶段，具有明显的时代特征。每一次重大的技术革命都催生了一类新的计算技术；反之，计算技术的每一次重大飞跃都极大地促进了技术领域更加持久、深刻的变革。 　　早在1614年，苏格兰人John Napier就发表论文公布他发明了一种可以进行四则运算和方根运算的精巧装置。1848年，英国数学家George Boole创立二进制代数学，为现代二进制计算技术的发展铺平了道路。1937年，Bell试验室的George Stibitz展示了用继电器表示二进制的装置，尽管它是个展品，但却是世界上的第一台二进制电子计算机。1946年2月15日，名为ENIAC的计算机在美国诞生了，这是第一台现代意义上的数字计算机，它的诞生具有划时代的意义，表明了现代数字计算机时代的到来。在随后的近三十年里，计算机一直为少数精英所掌握，主要用于实验室里的数值求解。 直到1971年Intel公司推出了第一颗商用集成电路微处理器Intel 4004以后，许多厂商纷纷推出8位、16位微处理器。以微处理器为核心的微型计算机以其体积小、价格低、性能可靠等特点，迅速走出机房，广泛地应用于仪器仪表、家用电器、医疗设备等领域。这个时期也被人们称为PC时代。 　　随着计算机运算速度的飞速提高，微型机所表现出来的智能能力引起了控制领域工程人员的广泛关注。将微型机嵌入到应用系统中，实现应用系统的智能化控制的设想和实践应运而生。计算机厂家开始大量地以插件方式向用户提供OEM产品，再由用户根据自己的需要选择一套适合的CPU板、存储器板以及各种I/O插件板，并将它们嵌入到自己的系统设备中，从而导致了嵌入式计算机系统的诞生。例如，将微机配置好专用软件、外部接口电路，并经机械、电气加固后，安装到飞机、大型舰船、大型电话交换机中，构成自动控制系统或状态监测系统等。 　　出于兼容性和灵活性的考虑，系列化、模块化的单板机也问世了，其典型代表是Intel公司的iSBC系列单板机、Zilog公司的MCB单板机等。从此人们可以不必从选择芯片开始，而是只要选择各功能模块，就能够组建一台专用计算机系统。用户和开发者都希望从不同的厂家选购最适合的OEM产品，插入外购或自制的机箱中就能形成新的系统，这就要求插件是互相兼容的，从而导致了工业控制微机系统总线的诞生。1976年Intel公司推出了Multibus，1983年扩展为带宽达40 Mb/s的MultibusⅡ。1978年，由Prolog设计出了简单STD总线并被广泛应用。 　　20世纪90年代，在分布控制、柔性制造、数字化通信和信息家电等巨大需求的牵引下，嵌入式应用进一步加速发展。面向实时信号处理算法的DSP产品向着高速、高精度、低功耗发展。Texas推出的第三代DSP芯片TMS320C30，引导着微控制器向32位高速智能化发展。在应用方面，掌上电脑、手持PC机、机顶盒技术相对成熟，发展也较为迅速。特别是掌上电脑，1997年在美国市场上不过四五个品牌，而1998年底，各式各样的掌上电脑如雨后春笋般纷纷涌现出来。随着人类进入网络时代，将嵌入式计算机系统应用到各类网络中已成为嵌入式系统发展的重要方向。在发展潜力巨大的信息家电中，人们非常关注的网络电话设备，即IP电话，就是一个代表。 　　计算机被嵌入到应用系统中后，原来通用计算机的标准形态便不再复现了，人机交互模式、处理模式、功耗模式也各不相同。为了把实现嵌入式应用的计算机与通用计算机系统区别开来，就把这种以嵌入为手段、以控制为目的的专用计算机称做嵌入式计算机系统。因此，嵌入式系统起源于微型机时代，嵌入式系统的嵌入性是它的一个根本特点，其本质是将计算机嵌入到应用系统中去。 　　2. 计算机技术的分化　　从产生的背景来看，嵌入式计算机系统与通用计算机系统有着完全不同的技术要求、技术发展方向和应用目标。通用计算机系统的技术要求是高速、海量的数值计算；技术发展方向是总线速度的无限提升，存储容量的无限扩大；应用目标是多样化，通过软件的配置完成多种计算。而嵌入式计算机系统的技术要求是可靠、可裁减，能满足应用对其体积、功耗等的严格要求；技术发展方向是追求与应用系统密切相关的嵌入性、专用性、智能性和可靠性的提升；应用目标是实现应用系统的智能化控制。 　　在早期，由于嵌入式应用范围比较狭窄，大多用于工业控制领域，人们还可以勉强将通用计算机通