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现代计算机产业革命——嵌入式系统

来源:世界电子元器件/作者:北京航空航天大学 何立民教授?? 2007年12月07日 ?? 收藏0

  18世纪蒸汽机带动了机械化产业革命由工业革命把我们推进到现代文明社会;20世纪计算机产业革命,使人类进入信息、知识、文明高度发展的时代。

  实际上,20世纪的计算机产业革命意义更加深远、伟大,这两次产业革命有很多可比性。从宏观角度看,18世纪是 动力机械产业革命,蒸汽机是其中的动力机械,现代产业革命是计算机的产业革命,计算机技术成为核心驱动力;18世纪产业革命催生了资本经济,现代计算机产业革命催生了知识经济;18世纪产业革命的成果是提供了动力机械的平台和动力机械的嵌入,蒸汽机、内 燃机和电动机等机械为工业发展提供了动力平台,并且提供了动力器械的嵌入方式,计算机产业革命中,通用计算机提供了智力平台,嵌入式系统嵌入到对象体系中间,提供了智力内核的嵌入;动力机械产业革命完成了人类体力劳动的替代,计算机产业革命完成了人类脑力劳动的替代。这两次产业革命都有深远的意义。

  回顾两次产业革命,18世纪产业革命的技术基础是蒸汽机、内燃机和电动机,能源实现了蒸汽动力、石油动力、电动力,是归一化的机械动力。只有形成归一化的动力机械,并以各种方式嵌入所有基础领域,才能催生出产业革命,它的发展模

式是机械的动力平台嵌入。

  计算机产业革命的技术基础是集成电路、微处理器、微型计算机,它的计算手段起到了智力替代的作用。通用计算机智力平台的模式,推动了嵌入式系统的智力嵌入,整个现代计算机形成了两个领域,一个是通用计算机领域,一个是嵌入式领域。

  通用计算机提供了智力平台,主要实现软件设计,包括计算机辅助设计、辅助制造、科学计算、工程设计等,实现了智力替代平台;在嵌入式计算机领域中,智力嵌入是将嵌入式系统嵌入到对象体系中,这个对象体系包含家用电器、智能仪表、工控单元等多个领域,嵌入式是带计算机内核的设备,所以提供了智力平台和智力嵌入模式,这就是计算机革命的两个模式。

  嵌入式计算机出现以后,通用计算机和嵌入计算机分道扬镳,出现了两个不同的发展方向,嵌入式系统的发展走向单片机的道路,直到现在单片机仍然是嵌入式系统的重要发展方向。

  通用计算机承担智力平台的革命,嵌入式系统承担智力嵌入的革命,这是两个不可兼容的技术发展方向。所以通用计算机承担的任务是高速海量的数字计算,而嵌入式系统主要满足对象系统的全面智能化要求。现在通用计算机不断地提高速度和存储容量,而嵌入式系统中,8位计算机仍然是一个很主要的应用形式。嵌入式系统的发展方向是超小型、超低价位、高可靠性和易耦合。嵌入到对象体系时,原对象系统应该和电子系统具备很好的耦合,包括传感器、传感器接口、驱动器接口、人机界面等。除了物理耦合性,还需要科学的耦合性,研究人员应对所涉及的技术原理深入了解。

  单片机是嵌入式发展的必然道路,通用计算机的体系结构不能替代嵌入式系统,必须建立一个创新的体系结构。英特尔最早提出了嵌入式系统经典的硬件体系,这个体系精简、高效、高可靠,它的指令系统突出控制功能,外部总线易扩展、易配置,提供了在32位系统中必须遵循的特殊功能计算机管理模式,不管将来扩展任何电路单元,都遵循归一化的特殊功能管理模式。另外英特尔还带来了原创嵌入式操作系统。早期嵌入式操作系统受通用计算机影响太大,作为原创RTOS实时多任务操作系统,设计时必须考虑实时性、多任务性。

  嵌入式的发展是从单片机、微控制器再到SoC的发展,单片机是最早的嵌入式概念。嵌入式系统二三十年的发展史中,内核是发展最慢的,但也是最稳定的,因为嵌入式内核追求智能化控制,是外部接口和对象的耦合关系。

  嵌入式系统新时代

  单片机时代也属于嵌入式时代,不过单片机进入电子应用领域,主要面向智能仪表、家用电器、工控单位等领域。在通讯网络遍布的后PC时代,很多计算机人才进入这个领域,形成了嵌入式系统全面发展的新时代,它和单片机时代是衔接的。单片机和嵌入式系统是两个时代概念,但其内涵相同,单片机是嵌入式独立发展的时代,两者之间并没有技术本质的差异,都遵循MCU和SoC道路。

  嵌入式系统包含四个支柱学科:微电子学、计算机学科、电子学科和对象学科,四个学科共同促进嵌入式系统发展。其中对象学科和其他三个学科之间差异最大,所有嵌入式产品从对象学科中走出来,无论是计算机学科、微电子学科还是电子技术学科,都为嵌入式应用提供了一个广阔的平台,对象系统在这个平台上实现嵌入式系统的应用。

  嵌入式系统新型的产业模式是一个扇形产业结构,和资本经济时代一体化封闭的产业结构有本质的差别。此外,半导体产业中还突显了知识产权产业,嵌入式产业从百花齐放开始向技术集权方向发展。技术集权方式对整个产业发展很有利,可以做到技术上的高度统一和协调。平台模式的发展日益明显,微电子学科、计算机学科、电子学科都为对象学科构建理想的平台,提供最适合的集成开发环境和操作系统。


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计算机? 产业革命? 嵌入式系统?

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