摘要：本文根据计算机在其应用领域的发展，介绍了嵌入式计算机的定义，分析了嵌入式系统工业及其开发的特点，总结了嵌入式微控制器在设计上采用了各种提高可靠性的新技术，并且概括了嵌入式处理器的发展趋势。�
关键词：嵌入式微控制器；嵌入式系统；嵌入式软件工业�
中图分类号：TP316 文献标识码：A��
1 嵌入式系统的定义和特点�
嵌入式系统（Embedded Systems）是指用于实现独立功能的专用计算机系统。它由包括微处理器、微控制器、定时器、传感器等一系列微电子芯片与器件，嵌入在存储器中的微型操作系统、控制应用软件组成，完成诸如实时控制、监测管理、移动计算，数据处理等各种自动化处理任务。[1]
由嵌入式微控制器（Embedded Microcontroller）组成的系统的最明显的优势，就是可以嵌入到任何微型或小型仪器及设备中。嵌入式系统主要应用在制造工业、过程控制、通讯、仪器、仪表、汽车、船舶、航空、航天、军事装备和消费类产品等领域。�
1.1 嵌入式系统工业的特点和要求�
从某种意义上来说，通用计算机行业的技术是垄断性的。占整个计算机行业90%以上的PC产业，采用Intel的体系结构，芯片基本上出自Intel、AMD等几家大公司。嵌入式系统则不同，嵌入式系统工业是不可垄断的高度分散的工业，充满了竞争、机遇和创新，没有哪一个系列的处理器和操作系统能够垄断全部市场。即便在体系结构上存在着主流和非主流，但各不相同的应用领域决定了不可能由少数公司、少数产品垄断全部市场。因此嵌入式系统领域的产品和技术，必然是高度分散的，留给各个行业高新技术公司的创新余地很大。�
社会上的各个应用领域是在不断向前发展的，要求其中的嵌入式处理器核心也同步发展，这也构成了推动嵌入式工业发展的强大动力。嵌入式系统工业的基础是以应用为中心的“芯片”设计和面向应用的软件产品开发。�
1.2 嵌入式系统的特征�
嵌入式系统是面向用户、面向产品、面向应用的。若独立于应用自行发展，则会失去市场。�
嵌入式系统的核心部件，嵌入式微处理器的功耗、体积、成本、可靠性、速度、处理能力和电磁兼容性等方面均受到应用要求的制约，这些是各个半导体厂商之间竞争的热点。�
嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计，量体裁衣、去除冗余，力争在同样的硅片面积上实现更高的性能，这样才能在具体应用时，对处理器的选择面前更具有竞争力。嵌入式处理器要针对用户的具体需求，对芯片配置进行裁剪和添加才能达到理想的性能，由于嵌入式系统和具体应用有机地结合在一起，它的升级换代也是和具体产品同步进行，因此产品一旦进入市场，具有较长的生命周期。�
1.3 嵌入式系统软件的特征�
嵌入式处理器的应用软件是实现嵌入式系统功能的关键，对嵌入式处理器系统软件和应用软件的要求也和通用计算机有所不同，主要有以下几点：�
（1）软件要求固态化存储。为了提高执行速度和系统可靠性，嵌入式系统中的软件一般都固化在存储器芯片或嵌入式微控制器本身中，而不是存贮于磁盘等载体中。�
（2）软件代码要求高质量、高可靠性。尽管半导体技术的发展使处理器速度不断提高、片上存储器容量不断增加，但在大多数应用中，存储空间仍然是宝贵的，还存在实时性的要求。为此要求程序编写和编译工具的质量要高，以减少程序二进制代码长度，提高执行速度。�
（3）系统软件的高实时性是基本要求。在多任务嵌入式系统中，对重要性各不相同的任务进行统筹兼顾的合理调度是保证每个任务及时执行的关键，单纯通过提高处理器速度是无法完成和没有效率的，因此系统软件的高实时性是基本要求。�
（4）多任务操作系统是知识集成的平台和走向工业标准化道路的基础。嵌入式系统开发需要开发工具和环境，但是嵌入式系统本身不具备自主开发能力，必须有一套开发工具和环境才能进行开发。�
（5）嵌入式系统软件需要实时多任务操作系统（RTOS）开发平台。通用计算机具有完善的操作系统和应用程序接口（API），应用程序的开发以及完成后的软件都在系统软件平台上面运行。嵌入式系统则不同，用户必须自行选配RTOS开发平台，这才能保证程序执行的实时性、可靠性，保障软件质量。[2] [3]
2 嵌入式微控制器的发展趋势�
嵌入式微控制器的应用几乎无处不在：移动电话、家用电器、汽车……。其应用已深入到工业、农业、教育、国防、科研以及日常生活等各个领域，对各行各业的技术改造、产品更新换代、加速自动化化进程、提高生产率等方面起到了极其重要的推动作用。[4]��
2.1 功能越来越强大�
由于市场对多功能产品需求的增加和IT技术的推动，嵌入式微控制器有相当广阔的应用空间和旺盛的生命力。各种微控制器根据自己在市场上的定位，也都有了很大发展，功能越来越强大。�
2.1.1 微控制器SoC化�
微控制器（MCU）可以集成越来越多的内置部件。常用的部件有存储器类、串行接口类、并行接口类、定时和时钟类、专用和外围接口类。甚至有的MCU，例如NS公司的MCU，把语音、图像部件集成到单片机中，目的就是在单个器件中集成所有所需要用到的部件，构成片上系统（SoC）。�
2.1.2 多核结构处理器�
随着嵌入式应用的深入，特别是在数字通信和网络中的应用，对处理器提出了更高的要求。多核结构的处理器出现适应了这种情况。�
Infineon公司的TC10GP和增强型TC1130都是三核（TriCore）结构的微处理器，微控制器由三个核组成：微控制器和DSP核、数据和程序存储器核、外围专用集成电路（ASIC）。�
2.1.3 功耗更低�
现在新推出的微控制器的功耗越来越小，很多都有多种工作方式，包括等待、暂停、休眠、空闲、节电等工作方式。例如Philips的P87LPC762，空闲状态下的电流为1.5mA，而在节电方式下电流只有0.5mA。很多微控制器还允许在低振荡频率下以极低的功耗工作。�
2.1.4 工作电压范围更宽�
扩大电源电压范围以及在较低电压下仍能工作是现在微控制器的一个特点，一般可以在3.3～5.5V的范围内工作，有些产品可以在2.2～6V的范围内工作。Motorola针对长时间处在待机模式的装置所设计的超省电HCS08系列，把可工作最低电压降到了1.8V。�
2.1.5 工艺更先进、封装更小�
微控制器的封装水平已大大提高，它采用了各种帖片封装形式，满足了便携式手持设备的需要。Microchip公司推出体积很小的6引脚PIC10F2XX系列MCU。NS（美国国家半导体）公司的嵌入式微控制器已把语音、图像部件也集成到嵌入式微控制器中，如果从功能上讲，它可以称作是“万用机”。[5]� �
2.2 可靠性不断提高�
近年来，嵌入式微控制器的生产厂家在嵌入式微控制器设计上采用了各种提高可靠性的新技术，这些新技术表现在如下几点：�
（1）EFT（Electrical Fast Transient）技术�
EFT技术是一种抗干扰技术，它是指在振荡电路的正弦信号受到外界干扰时，其波形上会迭加各种毛刺信号，如果使用施密特电路对其整形，则毛刺会成为触发信号干扰正常的时钟，在交替使用施密特电路和RC滤波电路时，就可以消除这些毛刺，从而保证系统的时钟信号正常工作。这样，就提高了嵌入式微控制器工作的可靠性。
（2）低噪声布线技术及驱动技术�
在传统的嵌入式微控制器中，电源及地线是在集成电路外壳的对称引脚上，一般是在左上、右下或右上、左下的两对对称点上。这样，就使电源噪声穿过整块芯片，对嵌入式微控制器的内部电路造成干扰。现在，很多嵌入式微控制器都把地线和电源引脚安排在两条相邻的引脚上。这样，不仅降低了穿过整个芯片的电流，另外还容易在印制电路板上布置去耦电容，从而降低系统的噪声。�[6]
（3）采用低频时钟�
高频外时钟是噪声源之一，不仅能对嵌入式微控制器应用系统产生干扰，还会对外界电路产生干扰，令电磁兼容性不能满足要求。对于要求可靠性较高的系统，低频外时钟有利于降低系统的噪声。在一些嵌入式微控制器中采用内部锁相环技术，即使在外部时钟较低时，也能产生较高的内部总线速度，既保证了速度，又降低了噪声。�
3 结束语�
随着半导体工艺技术的发展及系统设计水平的提高，嵌入式微控制器还会不断产生新的变化和进步，最终人们可能会发现：嵌入式微控制器与微机系统之间的距离越来越小，并且功能会越来越强大，因而将会更加广泛地渗入到各类设备和产品中去。�
参考文献�
[1]郑文波.嵌入式系统的关键技术与产业化发展方向[J].科技交流月刊，2003，（10）.�
[2]慕春棣.嵌入式系统的构建[M].北京：清华大学出版社，2005.�
[3]梁合庆.当今嵌入式系统综述与新的投资机遇[J].测控技术，2003，（4）.�
[4]姜立东.嵌入式系统原理与应用[M].北京：机械电子出版社，2006. �
[5]窦振中，宋鹏，李凯.单片机及嵌入式系统应用. 2006-04.http：//www.省略.�
[6]孙秋野.ARM嵌入式系统开发典型模块[M].北京：人民邮电出版社，2007.