嵌入式系統開發學習：《1、嵌入式系統概念、特點及發展》
1.1 嵌入式系統概述
1.1.1 嵌入式系統簡介
經過將近40年的發展，嵌入式系統已經廣泛的滲透到人們的學習、工作、生活中，我們可以看到，嵌入式系統已經應用在科學研究、工程設計、軍事技術、各類產業、商業文化藝術、娛樂業以及人們的日常生活等方方面面。嵌入式設備的普及已經實實在在的改變了我們的生活。我們可以簡單的從我們身邊的電子設備來看看：
我們身邊的採用嵌入式系統開發的電子產品
嵌入式系統在高科技領域、電子醫療領域的應用
物聯網領域的嵌入式系統
從以上我們可以看出嵌入式系統的應用我們並不陌生，僅僅是我們沒有去留意、總結、思考而已。
那麼到底什麼是嵌入式系統呢？標準組織曾給出定義：
按照電器工程協會（IEEE）的定義，嵌入式系統是用來控制、監控、或者輔助操作機器、裝置、工廠等大規模系統的設備（devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants）。這個定義主要是從嵌入式系統的用途方面來進行定義的。
這個定義比較官方，也比較抽象。我們可以簡單理解如下：
嵌入式系統：一種為某種行業應用深度定製的計算機系統（專用）。從這個角度看，嵌入式系統其實就是一個計算機系統。只不過這個計算機系統，經過量體裁衣是的定製，不是標準計算機系統。它具備計算機系統的基本特徵：由硬體（CPU等）和軟體共同組成，完成一些特定功能。從這個較短看，大師們給出了如下定義:
嵌入式系統是指以應用為中：心，以計算機技術為基礎，軟體硬體可剪裁，適應應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統。
嵌入式系統在我們生活中應用廣泛：
嵌入式應用領域舉例
1.1.2嵌入式系統的特點
（1）專用、軟硬體可剪裁可配置
從嵌入式系統定義可以看出，嵌入式系統是面嚮應用的，和通用系統最大的區別在於嵌入式系統功能專一。根據這個特性，嵌入式系統的軟、硬體可以根據需要進行精心設計、量體裁衣、去除冗餘，以實現低成本、高性能。也正因如此，嵌入式系統採用的微處理器和外圍設備種類繁多，系統不具通用。
（2）低功耗、高可靠性、高穩定性
嵌入式系統大多用在特定場合，要麼是環境條件惡劣，要麼要求其長時間連續運轉，因此嵌入式系統應具有高可靠性、高穩定性、低功耗等性能。
（3）軟體代碼短小精悍
由於成本和應用場合的特殊性，通常嵌入式系統的硬體資源（如內存等）都比較少，因此對嵌入式系統設計也提出了較高的要求。嵌入式系統的軟體設計尤其要求高質量，要在有限資源上實現高可靠性、高性能的系統。雖然隨著硬體技術的發展和成本的降低，在高端嵌入式產品上也開始採用嵌入式操作系統，但其和PC資源比起來還是少得可憐，所以嵌入式系統的軟體代碼依然要在保證性能的情況下，佔用盡量少的資源，保證產品的高性價比，使其具有更強的競爭力。
（4）代碼可固化
為了提高執行速度和系統可靠性，嵌入式系統中的軟體一般都固化在存儲器晶元或單片機本身中，而不是存儲於磁碟中。
（5）實時性
很多採用嵌入式系統的應用具有實時性要求，所以大多嵌入式系統採用實時性系統。但需要注意的是嵌入式系統不等於實時系統。
（6）弱交互性
嵌入式系統不僅功能強大，而且要求使用靈活方便，一般不需要類似鍵盤、滑鼠等。人機交互以簡單方便為主。
（7）嵌入式系統軟體開發通常需要專門的開發工具和開發環境
（8）要求開發、設計人員有較高的技能
嵌入式系統是將先進的計算機技術、半導體技術和電子技術與各個行業的具體應用相結合後的產物。這一點就決定了它必然是一個技術密集、資金密集、高度分散、不斷創新的知識集成系統，從事嵌入式系統開發的人才也必須是複合型人才。
1.1.3 嵌入式系統的發展
1．經過三、四十年的發展，嵌入式系統主要經歷了4個階段
第1階段是以單晶元為核心的可編程式控制制器形式的系統。這類系統大部分應用於一些專業性強的工業控制系統中，一般沒有操作系統的支持，軟體通過彙編語言編寫。這一階段系統的主要特點是：系統結構和功能相對單一，處理效率較低，存儲容量較小，幾乎沒有用戶介面。由於這種嵌入式系統使用簡單、價格低，因此以前在國內工業領域應用較為普遍，但是現在已經遠不能適應高效的、需要大容量存儲的現代工業控制和新興信息家電等領域的需求。
第2階段是以嵌入式CPU為基礎、以簡單操作系統為核心的嵌入式系統。其主要特點是：CPU種類繁多，通用性比較弱；系統開銷小，效率高；操作系統達到一定的兼容性和擴展性；應用軟體較專業化，用戶界面不夠友好。
第3階段是以嵌入式操作系統為標誌的嵌入式系統。其主要特點是：嵌入式操作系統能運行於各種不同類型的微處理器上，兼容性好；操作系統內核小、效率高，並且具有高度的模塊化和擴展性；具備文件和目錄管理、支持多任務、支持網路應用、具備圖形窗口和用戶界面；具有大量的應用程序介面API，開發應用程序較簡單；嵌入式應用軟體豐富。
第4階段是以Internet為標誌的嵌入式系統。這是一個正在迅速發展的階段。目前大多數嵌入式系統還孤立於Internet之外，但隨著Internet的發展以及Internet技術與信息家電、工業控制技術結合日益密切，嵌入式設備與Internet的結合將代表嵌入式系統的未來。
2. 未來嵌入式系統的發展趨勢主要有
未來嵌入式系統將以物聯網、雲計算為基礎，最終像人工智慧方向發展。
物聯網應用
（1）小型化、智能化、網路化、可視化
隨著技術水平的提高和人們生活的需要，嵌入式設備（尤其是消費類產品）正朝著小型化攜帶型和智能化的方向發展。如果你攜帶筆記本電腦外出辦事，你肯定希望它輕薄小巧，甚至你可能希望有一種更便攜的設備來替代它，目前的上網本、MID（移動互聯網設備）、便攜投影儀等都是因類似的需求而出現的。對嵌入式而言，可以說是已經進入了嵌入式互聯網時代（有線網、無線網、廣域網、區域網的組合），嵌入式設備和互聯網的緊密結合，更為我們的日常生活帶來了極大的方便和無限的想像空間。嵌入式設備功能越來越強大，未來我們的冰箱、洗衣機等家用電器都將實現網上控制；異地通訊、協同工作、無人操控場所、安全監控場所等的可視化也已經成為了現實，隨著網路運載能力的提升，可視化將得到進一步完善。人工智慧、模式識別技術也將在嵌入式系統中得到應用，使得嵌入式系統更具人性化、智能化。
（2）多核技術的應用
人們需要處理的信息越來越多，這就要求嵌入式設備運算能力更強，因此需要設計出更強大的嵌入式處理器，多核技術處理器在嵌入式中的應用將更為普遍。
（3）低功耗（節能）、綠色環保
在嵌入式系統的硬體和軟體設計中都在追求更低的功耗，以求嵌入式系統能獲得更長的可靠工作時間。如：手機的通話和待機時間，mp3聽音樂的時間等等。同時，綠色環保型嵌入式產品將更受人們青睞，在嵌入式系統設計中也會更多的考慮如：輻射和靜電等問題。
（4）雲計算、可重構、虛擬化等技術被進一步應用到嵌入式系統中
簡單講，雲計算是將計算分布在大量的分散式計算機上，這樣我們只需要一個終端，就可以通過網路服務來實現我們需要的計算任務，甚至是超級計算任務。雲計算（Cloud Computing）是分散式處理（Distributed Computing）、並行處理（Parallel Computing）和網格計算（Grid Computing）的發展，或者說是這些計算機科學概念的商業實現。在未來幾年裡，雲計算將得到進一步發展與應用。
可重構性是指在一個系統中，其硬體模塊或（和）軟體模塊均能根據變化的數據流或控制流對系統結構和演算法進行重新配置（或重新設置）。可重構系統最突出的優點就是能夠根據不同的應用需求，改變自身的體系結構，以便與具體的應用需求相匹配。
虛擬化是指計算機軟體在一個虛擬的平台上而不是真實的硬體上運行。虛擬化技術可以簡化軟體的重新配置過程，易於實現軟體的標準化。其中CPU的虛擬化可以單CPU模擬多CPU並行運行，允許一個平台同時運行多個操作系統，並且都可以在相互獨立的空間內運行而互不影響，從而提高工作效率和安全性，虛擬化技術是降低多內核處理器系統開發成本的關鍵。虛擬化技術是未來幾年最值得期待和關注的關鍵技術之一。
隨著各種技術的成熟與在嵌入式系統中的應用，將不斷為嵌入式系統增添新的魅力和發
展空間。
（5）嵌入式軟體開發平台化、標準化、系統可升級，代碼可復用將更受重視
嵌入式操作系統將進一步走向開放、開源、標準化，組件化。嵌入式軟體開發平台化也將是今後的一個趨勢，越來越多的嵌入式軟硬體行業標準將出現，最終的目標是使嵌入式軟體開發簡單化，這也是一個必然規律。同時隨著系統複雜的的提高，系統可升級和代碼復用技術在嵌入式系統中得到更多的應用。另外，因為嵌入式系統採用的微處理器種類多，不夠標準，所以在嵌入式軟體開發中將更多的使用跨平台的軟體開發語言與工具，目前，Java語言正在被越來越多的使用到嵌入式軟體開發中。
（6）嵌入式系統軟體將逐漸標準化（類PC）
需求和網路技術的發展是嵌入式系統發展的一個源動力，隨著移動互聯網的發展，將進一步促進嵌入式系統軟體PC化。如前所述，結合跨平台開發語言的廣泛應用，那麼未來嵌入式軟體開發的概念將被逐漸淡化，也就是嵌入式軟體開發和非嵌入式軟體開發的區別將逐漸減小。
（7）融合趨勢
嵌入式系統軟硬體融合、產品功能融合、嵌入式設備和互聯網的融合趨勢加劇。嵌入式系統設計中軟硬體結合將更加緊密，軟體將是其核心。消費類產品將在運算能力和便攜方面進一步融合。感測器網路將迅速發展，其將極大的促進嵌入式技術和互聯網技術的融合。
（8）安全性
隨著嵌入式技術和互聯網技術的結合發展，嵌入式系統的信息安全問題日益凸顯，保證信息安全也成為了嵌入式系統開發的重點和難點。區塊鏈等技術也將在嵌入式、物聯網領域普及應用。
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