嵌入式系统行业分析:灵活裁剪软硬件 组建符合要求的最终系统是嵌入式技术发展的必然技术路线
2023年07月28日
嵌入式系统是以应用为中心,以现代计算机技术为基础,能够根据用户需求(功能、可靠性、成本、体积、功耗、环境等)灵活裁剪软硬件模块的专用计算机系统。
嵌入式系统由硬件和软件组成.是能够独立进行运作的器件。其软件内容只包括软件运行环境及其操作系统。硬件内容包括信号处理器、存储器、通信模块等在内的多方面的内容。相比于一般的计算机处理系统而言,嵌入式系统存在较大的差异性, 它不能实现大容量的存储功能,因为没有与之相匹配的大容量介质,大部分采用的存储介质有E-PROM、EEPROM 等, 软件部分以API编程接口作为开发平台的核心。
嵌入式系统的硬件和软件必须根据具体的应用任务,以功耗、成本、体积、可靠性、处理能力等为指标来进行选择。嵌入式系统的核心是系统软件和应用软件,由于存储空间有限,因而要求软件代码紧凑、可靠,且对实时性有严格要求。
从构成上看,嵌入式系统是集软硬件于一体的、可独立工作的计算机系统;从外观上看,嵌入式系统像是一个“可编程”的电子“器件”;从功能上看,它是对目标系统(宿主对象)进行控制,使其智能化的控制器。从用户和开发人员的不同角度来看,与普通计算机相比较,嵌入式系统具有如下特点。
专用性强。由于嵌入式系统通常是面向某个特定应用的,所以嵌入式系统的硬件和软件,尤其是软件,都是为特定用户群设计的,通常具有某种专用性的特点。
以应用为中心:强调嵌入式系统的目标是满足用户的特定需求。就绝大多数完整的嵌入式系统而言,用户打开电源即可直接享用其功能,无需二次开发或仅需少量配置操作。
专用性:嵌入式系统的应用场合大多对可靠性、实时性有较高要求,这就决定了服务于特定应用的专用系统是嵌入式系统的主流模式,它并不强调系统的通用性和可扩展。这种专用性通常也导致嵌入式系统是一个软硬件紧密集成的最终系统,因为这样才能更有效地提高整个系统的可靠性并降低成本,并使之具有更好的用户体验。
以现代计算机技术为核心:嵌入式系统的最基本支撑技术,大致上包括集成电路设计技术、系统结构技术、传感与检测技术、嵌入式操作系统和实时操作系统技术、资源受限系统的高可靠软件开发技术、系统形式化规范与验证技术、通信技术、低功耗技术、特定应用领域的数据分析、信号处理和控制优化技术等,它们围绕计算机基本原理,集成进特定的专用设备就形成了一个嵌入式系统。
软硬件可裁剪:嵌入式系统针对的应用场景如此之多,并带来差异性极大的设计指标要求(功能性能、可靠性、成本、功耗),以至于现实上很难有一套方案满足所有的系统要求,因此根据需求的不同,灵活裁剪软硬件、组建符合要求的最终系统是嵌入式技术发展的必然技术路线。
据杭州中经智盛市场研究有限公司发布的《2022-2026年嵌入式系统行业现状调研与发展前景研究报告》显示:嵌入式计算机的真正发展是在微处理器问世之后。1971年11月,算术运算器和控制器电路成功的被集成在一起,推出了第一款微处理器,其后各厂家陆续推出了8位、16位微处理器。以这些微处理器为核心所构成的系统广泛地应用于仪器仪表、医疗设备、机器人、家用电器等领域。微处理器的广泛应用形成了一个广阔的嵌入式应用市场,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、存储器板及各式I/O插件板,从而构成专用的嵌入式计算机系统,并将其嵌入自己的系统设备中。
20世纪80年代,随着微电子工艺水平的提高,集成电路制造商开始把嵌入式计算机应用中所需要的微处理器、I/O接口、A/D转换器、D/A转换器、串行接口,以及RAM、ROM等部件全部集成到一个VLSI中,从而制造出面向I/O设计的微控制器,即俗称的单片机。单片机成为嵌入式计算机中异军突起的一支新秀。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,嵌入式系统进一步快速发展。面向实时信号处理算法的DSP产品向着高速、高精度、低功耗的方向发展。21世纪是一个网络盛行的时代,将嵌入式系统应用到各类网络中是其发展的重要方向。
体积小型化。嵌入式计算机把通用计算机系统中许多由板卡完成的任务集成在芯片内部,从而有利于实现小型化,方便将嵌入式系统嵌入目标系统中。
实时性好。嵌入式系统广泛应用于生产过程控制、数据采集、传输通信等场合,主要用来对宿主对象进行控制,所以对嵌入式系统有或多或少的实时性要求。例如,对武器中的嵌入式系统,某些工业控制装置中的控制系统等的实时性要求就极高。有些系统对实时性要求也并不是很高,例如,近年来发展速度比较快的掌上电脑等。但总体来说,实时性是对嵌入式系统的普遍要求,是设计者和用户应重点考虑的一个重要指标。