嵌入式系統(tǒng)是以應用為中心，以計算機技術為基礎．軟件硬件可裁剪，適應應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)是將先進的計算機技術、半導體技術、電子技術和具體應用相結合的產(chǎn)物。

近年來，在計算機、互聯(lián)網(wǎng)和通信技術高速發(fā)展的同時，嵌入式系統(tǒng)開發(fā)技術取得迅速發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)應用范圍也急劇擴大。數(shù)碼產(chǎn)品、智能手機及各種掌上型多媒體設備都是典型的嵌入式系統(tǒng)。除此之外，更多的嵌入式系統(tǒng)隱身在不為人知的角落，從小到電子手表、電子體溫計、翻譯機等，大到如冷氣機、電冰箱、電視機，甚至馬路上紅綠燈的控制器、戰(zhàn)斗機中的飛控系統(tǒng)、自動導航設備、汽車中燃油控制、汽車雷達、ABS等的微計算機系統(tǒng)、醫(yī)院中的醫(yī)療器材、工廠中的自動機械等，嵌入式系統(tǒng)幾乎無處不在。

一、嵌入式系統(tǒng)的特點

與通用計算機系統(tǒng)相比，嵌入式系統(tǒng)有其自身的特點：

（1）嵌入式系統(tǒng)是將先進的計算機技術、半導體技術以及電子技術與各個行業(yè)的具體應用相結合的產(chǎn)物，這一點就決定r它必然是一個技術密集、資金密集，高度分散、不斷創(chuàng)新的知識集成系統(tǒng)。

（2）嵌入式系統(tǒng)通常是面向用戶、面向產(chǎn)品、面向特定應用的。

（3）嵌入式系統(tǒng)和具體應用相結合，其升級換代也是和具體產(chǎn)品同步進行的。因此嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)晶一旦進入市場，就具有較長的生命周期。

（4）為r提高執(zhí)行速度和系統(tǒng)可靠性，嵌入式系統(tǒng)中的軟件一般都固化在存儲器芯片或單片機中，而不是存儲于磁盤等載體中。

（5）嵌入式系統(tǒng)并不具備自身進一步開發(fā)的能力。在設計完成以后，用戶如果需要修改其中的程序功能，必須借助于一套開發(fā)工具和環(huán)境。

二、嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

消費家電的智能化，為嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展展現(xiàn)出美好的市場前景，也對嵌入式系統(tǒng)提出新的發(fā)展要求；微電子技術和系統(tǒng)設計方法的進步，使得嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展呈現(xiàn)出以下趨勢：

（1）隨著嵌入式系統(tǒng)功能的增加，嵌入式系統(tǒng)處理的信息和數(shù)據(jù)量越來越大，系統(tǒng)對處理的響應時間也要求更嚴格，嵌入式處理器的主頻會越來越高，甚至采用多核的方式來應付H益增長的性能要求。

（2）嵌入式系統(tǒng)在工業(yè)領域和某些特殊場合的廣泛應用，要求嵌入式系統(tǒng)具有遠程控制軟件更新和故障診斷的能力。

（3）隨著嵌入式系統(tǒng)在手持設備上的大量應用，手持設備的特點要求嵌入式系統(tǒng)功耗、體積更小，重量更輕。

（4）嵌入式系統(tǒng)將具有更加高速的通信接口，如USB2.0、千兆以太網(wǎng)等。

三、嵌入式系統(tǒng)設計流程

嵌入式系統(tǒng)開發(fā)分為軟件開發(fā)部分和硬件開發(fā)部分。嵌入式系統(tǒng)開發(fā)過程一般都采用“宿主機／目標板”開發(fā)模式，即利用宿主機（PC機）上豐富的軟硬件資源及良好的開發(fā)環(huán)境和調試J：具來開發(fā)目標板上的軟件，然后通過交叉編譯環(huán)境生成E4標代碼和l啊『執(zhí)行文件，通過串口/USB/以太網(wǎng)等方式下載到目標板上，利用交叉淵試器在監(jiān)控程序運行，實時分析，最后，將程序下載固化到目標機上完成整個開發(fā)過程。

當前，嵌入式開發(fā)已經(jīng)逐步規(guī)范化，在遵循一般工程開發(fā)流程的基礎上，嵌入式開發(fā)有其自身的一些特點，下圖所示為嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的一般流程，流程主要包括系統(tǒng)需求分析（要求有嚴格規(guī)范的技術要求）、體系結構設計、軟硬件及機械系統(tǒng)設計、系統(tǒng)集成、系統(tǒng)測試、最終產(chǎn)品。具體情況如下：

（1）系統(tǒng)需求分析：確定設計任務和設計目標，并提煉出設計規(guī)格說明書，作為正式設汁指導和驗收的標準，系統(tǒng)的需求一般分功能性需求和非功能性需求兩方面功能性需求是系統(tǒng)的基本功能．如輸入輸出信號、操作力式等；非功能需求包括系統(tǒng)性能、成本、功耗、體積、重量等因素。

（2）體系結構設汁：描述系統(tǒng)如何實現(xiàn)所述的功能和非功能需求，包括對硬件、軟件和執(zhí)行裝置的功能劃分，以及系統(tǒng)的軟件、硬件選型等，一個好的體系結構是設計成功與否的關鍵。

（3）硬件／軟件協(xié)同設計：基于體系結構，劃系統(tǒng)的軟件、硬件進行詳細設計。為了縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，設計往往足并行的。嵌入式系統(tǒng)設汁的工作大部分都集中在軟件設計上，采用面向對象技術、軟件組件技術、模塊化設汁是現(xiàn)代軟件工程經(jīng)常采用的方法。

（4）系統(tǒng)集成：把系統(tǒng)的軟件、硬件和執(zhí)行裝囂集成在一起，進行調試，發(fā)現(xiàn)并改進單元設計過程中的錯誤。

（5）系統(tǒng)測試：對設計好的系統(tǒng)進行測試，看其是否滿足規(guī)格說明書中給定的功能要求。

四、嵌入式系統(tǒng)設計面臨的挑戰(zhàn)

要求更高的應用需求推動嵌入式設計從8/16位轉向功能更強大的32位MCU。這種升級給工程師帶來了嚴峻的挑戰(zhàn)，提出了一系列前所未有的全新問題

（l）轉變觀念，需要熟悉新的開發(fā)模式，嵌入式系統(tǒng)應JH不再是過去單一的單片機應用模式，而是越來越多樣化，這可為用戶提供更多的不同層次的選擇方案。嵌入式系統(tǒng)實現(xiàn)的最高形式是片上系統(tǒng)SoC而SoC的核心技術是重用和組合lP核構件。從單片機應用設計到片上系統(tǒng)設計及其中間的一系列的變化，從底層大包大攬的設計到利用FPGA和IP模塊進行功能組合PSoC/SOPC設計，這是一個觀念的轉變。學習和熟悉新的開發(fā)模式將會事半功倍地構建功能強大和性能卓越的嵌入式系統(tǒng)。

（2）技術門檻提高，需要學習全新的PTOS技術。現(xiàn)代高端嵌入式系統(tǒng)都是建立在RTOS基礎上的。這對于未受過計算機專業(yè)訓練的工程技術人員來說，需要學習全新的PTOS技術，深入了解PTOS的工作機制和系統(tǒng)的資源配置，掌握底層軟件、系統(tǒng)軟件和應用軟件的設計和調試方法。

（3）選擇合適的開發(fā)工具，熟悉新的開發(fā)。發(fā)環(huán)境從8位升級到32位的一個最大障礙就是開發(fā)工具的投入。32信開發(fā)工具要比8信開發(fā)工具復雜得多，使用的技術門檻要高得多，同時其投資也要高得多。進入32位系統(tǒng)開發(fā)的I程師不得不面對與8位系統(tǒng)很不相同的開發(fā)環(huán)境。如何正確選擇處理器架構、評估嵌入式操作系統(tǒng)，以及使用陌生的開發(fā)工具，都是一個新的挑戰(zhàn)。

（4）熟悉硬件／軟件協(xié)同設計和驗證技術、設計管理技術。軟／硬件許行設計是嵌入式系統(tǒng)設計的一項關鍵任務。在設計過程中的主要問題，是軟硬件設汁的同步與集成。這要求控制一致性與正確件，但隨著技術細節(jié)不斷增加，需要消耗大最的時間。目前，業(yè)界已經(jīng)開發(fā)Polis、CosYma及Chinook等多種方法和工具來支持集成式軟硬件的協(xié)同設計。目標是提供一種統(tǒng)一的軟硬件開發(fā)方法，它支持設計空問探索，并使系統(tǒng)功能可以跨越硬件和軟件平臺復用。

團隊開發(fā)的最大問題就是設計管理問題。現(xiàn)在有越來越多的公司開始重視技術管理，利用各種技術管理軟件（例如軟件版本管理軟件）對全過程進行監(jiān)督管理。這對每一個參與開發(fā)的人來說，似乎增加了不少麻煩，但是對整個公司的產(chǎn)品上市、升級、維護以及戰(zhàn)略利益都具有長遠效益。

（5）SoC設計所面臨的巨大的挑戰(zhàn)SoC已經(jīng)開始成為新一代應用電子技術的核心，這已成為電子技術的革命標志，過去應用工程師面對的是各種ASIC電路，而現(xiàn)在越來越多所面對的是巨大的IP模塊庫，所有設計工作都是以IP模塊為基礎。SoC設計技術使嵌入式系統(tǒng)設計工程師變成了一個面向應用的電子器件設計工程師，隨著SoC應用的H益普及。在測試程序生成、工程開發(fā)、硅片查錯、量產(chǎn)等領域塒SoC測試技術提出了越來越高的要求。