随着现代化技术的飞速发展，嵌入式系统已深入到社会的各个领域，嵌入式系统的产品已应用到人们的日常生活的各个角落，嵌入式系统技术已成为目前人们研究的热门之一。嵌入式系统的出现最初是基于单片机的。70年代单片机的出现，使得汽车、家电、工业机器、通信装置以及成千上万种产品可以通过内嵌电子装置来获得更佳的使用性能：更容易使用、更快、更便宜。这些装置已经初步具备了嵌入式的应用特点，但是这时的应用只是使用8位的芯片，执行一些单线程的程序，还谈不上“系统”的概念。在中国嵌入式系统领域，比较认同的嵌入式系统概念是：嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。它一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等四个部分组成，用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。

　　1 什么是嵌入式系统

　　嵌入式系统是“控制、监视或者辅助装置、机器和设备运行的装置”(devices used to control,monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants)。从中可以看出嵌入式系统是软件和硬件的综合体，还可以涵盖机械等附属装置。目前国内一个普遍被认同的定义是：以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适用于应用系统，对功能、对可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。

　　那么嵌入式系统真正的含义是什么?现在国内流行的说法是：“嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。”[13]对于这个定义，我有两点疑义：其一，说嵌入式系统“以计算机技术为基础”，我认为不全面，它忽略了微电子等技术作为嵌入式系统基础的重要作用;其二，把嵌入式系统定义为“专用计算机系统”。

　　2 嵌入式系统不是“专用计算机系统”

　　“专用计算机系统”这个名词应该和“通用计算机系统”这个名词相对应。从字义上看，不管是“专用”或者是“通用”，它们都没有脱离计算机系统这个范畴，应该说它们都归属计算机系统。既然是计算机系统，那它们的发展起源应该是计算机。它们的体系结构、功能特点，知识体系、技术要求应该有相同之处。但是，事实上嵌入式系统和计算机系统虽有联系，可在以上提及的几点上并没有多少相同之处，又何谈它是“专用计算机系统”。

　　2.1 发展并行独立

　　嵌入式系统独立发展至今约30年了。它与计算机系统是两个独立的发展系统，从它们的起源看，二者都源于半导体集成电路，诞生于微型计算机时代，二者发展并行独立。如图1所示。

　　嵌入式系统起源于半导体集成电路，该半导体集成电路分为晶体管和集成电路。20世纪70年代，集成电路产生了微处理器，微处理器是智能内核，它有两个功能，其一是运算处理功能，即高速海量的解算能力，它促使了计算机独立的飞速发展至今;其二是控制功能，嵌入式系统属控制功能，控制功能产生了微控制器，俗称单片机，它促使了嵌入式系统的独立发展至今。

　　20世纪70年代，微处理器的控制功能引起了控制专业人士研究兴趣，他们将微机嵌入到对象体系内，经过电气、机械加固，并配置各种外围接口，从而实现了对对象体系的智能化控制。这样此微机便失去了原来的形态和微型计算机功能，嵌入式计算机系统(简称嵌入式系统)由此而得名。由于嵌入式系统要求嵌入到对象器件内，体积要特小，功能要可靠，成本还要低，而计算机无法承担起对对象系统的智能化控制任务。

　　微控制器也就是传统意义上的单片机。它的特点是体积小、结构简单、便于开发以及价格经济。它可以说是目前嵌入式系统的前身。单片机就是把对象所需要的主要功能集成到了一个芯片上，通常一个单片机芯片包含了运算处理单元、ARM、Flash存储器以及一些外部接口等。通过外部接口可以输出或者输入信号，控制相应的设备，用户可以把编写好的代码烧写到单片机芯片内部来控制外部设备。单片机常被用在智能仪器、工业测量、办公自动化方面。

　　我们由嵌入式系统发展起源的历史看，嵌入式系统起源于半导体集成电路，它不是起源于计算机，所以它不是“专用计算机系统”，它是专用的智能化的控制系统。

　　2.2 技术发展方向不同

　　嵌入式系统顾名思义，嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术和各个行业的具体应用相结合后的产物，这一点就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。所以，介入嵌入式系统行业，必须有一个正确的定位。例如Palm之所以在PDA领域占有70%以上的市场，就是因为其立足于个人电子消费品，着重发展图形界面和多任务管理;而风河的Vxworks之所以在火星车上得以应用，则是因为其高实时性和高可靠性。

　　嵌入式系统从形式上，要求该系统智能化、超小型;从功能上，要求功能可靠、功耗低、经济实惠;从应用的范围上，要面向市场、面向用户、面向对象、面向产品;从技术上，要求提高对对象的智能化控制能力、与对象密切相关的嵌入性能和控制的可靠性。

　　计算机系统从形式上，是要看得见、摸得着，不需要嵌入到别的器件内;从功能上，要求多处理功能;从技术上，要求的是高速海量的数值计算、总线速度的无限提升、存储容量的不断扩大。

　　所以我们说：嵌入式系统与计算机系统，技术要求、技术发展方向根本不同，不应定义为“专用计算机系统”。如果定义为“专用计算机系统”，就等于嵌入式系统的发展，要沿着计算机技术要求的发展道路走。

　　2.3 体系结构不同

　　嵌入式系统一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统、用户应用程序4个部分组成，用于实现对其他设备的控制、监视和管理等功能。

　　嵌入式系统的经典体系结构有3个层次的软硬件，有4个通道接口，它的通道接口是为了嵌入到对象体系去，和对象体系产生4个界面。它的核心是嵌入式微处理器，这个处理器不是通用的计算机处理器。也就是说，二者采用的处理器是截然不同的。嵌入式外围功能扩展之后，形成了微控制器，其对象接口技术扩展，产生4个接口，形成了SoC整个片上结构，4个中断。其软件分为：指令系统、驱动软件、操作系统3部分。

　　我们从嵌入式系统体系结构看出：

　　① 二者的处理器不同。计算机是通用的处理器，嵌入式系统是面向特定应用的微处理器，它具有低功耗、体积小、集成度高等特点，有利于整个系统设计趋于小型化。

　　② 计算机是标准总线和外设，嵌入式总线和外部接口都集成在处理器内;计算机软硬件相对独立，嵌入式系统则是将软硬件紧密集成在一起，结构更紧凑;计算机系统偏重多功能处理设置，嵌入式系统重在对对象的控制能力设置。嵌入式系统必须根据应用需求对软硬件进行裁剪，满足应用系统的功能、可靠性、成本、体积等要求。所以，如果能建立相对通用的软硬件基础，然后在其上开发出适应各种需要的系统，是一个比较好的发展模式。目前的嵌入式系统的核心往往是一个只有几K到几十K微内核，需要根据实际的使用进行功能扩展或者裁减，但是由于微内核的存在，使得这种扩展能够非常顺利的进行。

　　所以说，嵌入式体系结构与计算机的体系结构是不同的。嵌入式系统体系结构是控制性的体系结构，不是计算机系统的处理型体系结构。结构不同，则性质全非，所以，嵌入式系统不能定义为“专用计算机系统”。

　　2.4 功能特点各异

　　① 嵌入式系统具有嵌入性、控制性，软硬件可根据对象需要来设置。计算机系统则不是这样。

　　② 嵌入式系统功能专一，即软硬件专门为某一特定应用系统而设计;计算机系统则是多功能处理。

　　③ 嵌入式系统结构紧凑：嵌入式系统中的软件一般不像计算机存储于磁盘等载体中，而都固化在存储器芯片或单片系统的存储器之中，这样使其结构特别紧凑，从而达到小体积、高效能、低成本、低功耗。计算机结构要求可大可小，大到台式，小到笔记本、手提电脑等;计算机的CPU要求严格，相比嵌入式系统的微处理器，一般价格昂贵，达不到嵌入式系统那样低成本、低功耗。

　　④ 嵌入式系统智能灵活及实时性：就是要对不同的情况作出不同的反应，同时必须实时地给出计算的结果并进行实时控制，计算机在智能灵活性方面则比不上。

　　⑤ 嵌入式系统可靠性高，因为软件是固化的。例如，它无病毒侵害。计算机则不然，常常受病毒的攻击。所以嵌入式系统常常应用在人身设备安全、国家机密等重大事务上。

　　⑥ 计算机行业一般受技术垄断，例如计算机操作系统方面微软占居垄断地位。但嵌入式系统领域，不会出现这种情况。因为它是一个分散的，充满竞争、机遇与创新的领域，没有谁的操作系统和处理器能够垄断市场。

　　总而言之，嵌入式系统与计算机系统功能特点各异，二者不能混为一谈。

　　3 嵌入式系统不只以“计算机技术为基础”

　　嵌入式系统知识体系具有广泛性。它与微电子学科技术、计算机学科技术、电子学科技术与对象学科技术都密切相关。计算机技术在嵌入式系统中，承担着应用平台的构建任务，它包括嵌入式系统的集成开发环境、计算机工作方法、编程语言、程序设计方法等内容，它是构建嵌入式系统平台的重要基础之一，但并不是唯一。

　　微电子技术为嵌入式系统的应用提供了集成电路基础。电子技术提供电路设计技术。它将微电子领域的集成电路设计，迅速从电路集成、功能集成、技术集成发展到知识集成，为计算机技术提供嵌入式系统的硬件设计技术支持;对象学科技术是嵌入式系统的最终用户的技术学科。对象学科几乎囊括了所有的科技领域，形成了嵌入式系统一个无限大的应用领域。对象学科要在嵌入式系统平台上构建本领域的一个嵌入式应用系统。嵌入式应用系统的技术基础是对象学科的基础理论与应用环境、应用要求。同时，在应用中要不断给微电子、集成电路设计、嵌入式系统提出技术要求，以便不断提升嵌入式系统平台的技术水平。图2将嵌入式系统独立的知识技术体系归类。

　　从图2中可以看到，嵌入式系统是先进的计算机技术、半导体技术、微电子技术、电子技术以及各种具体应用相结合的产物，是技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的新型集成知识系统。它以微电子学科、计算机学科、电子技术学科为构建平台基础，以对象学科技术为平台应用，并且各学科技术又相互联系、相互支持。

　　从以上分析可以看出，把嵌入式系统定义为“以计算机技术为基础”，缩小了嵌入式系统的外延范围，否定了各学科技术在嵌入式系统中的综合应用作用，不全面，带有一定的局限性，不利于嵌入式系统独特的学科体系建立。

　　4 总结

　　我们从嵌入式的发展起源、结构体系、功能特点、知识技术体系等方面，对嵌入式系统的定义进行了探讨分析，否定了嵌入式系统是“专用计算机系统”，及嵌入式系统是“以计算机技术为基础”的说法，发现嵌入式系统定义确实需要完善。实际上，嵌入式系统本身是一个外延极广的名词，凡是与产品结合在一起的具有嵌入式特点的控制系统都可以叫嵌入式系统，而且有时很难以给它下一个准确的定义。现在人们讲嵌入式系统时，某种程度上指近些年比较热的具有操作系统的嵌入式系统，本文在进行分析和展望时，也沿用这一观点。一般而言，嵌入式系统的构架可以分成四个部分：处理器、存储器、输入输出(I/O)和软件(由于多数嵌入式设备的应用软件和操作系统都是紧密结合的，在这里我们对其不加区分，这也是嵌入式系统和Windows系统的最大区别)。嵌入式系统的核心，是控制、辅助系统运行的硬件单元。范围极其广阔，从最初的4位处理器，目前仍在大规模应用的8位单片机，到最新的受到广泛青睐的32位，64位嵌入式CPU。