嵌入式系统,是一种完全嵌入受控器件内部为特定应用设计的专用计算机系统。与个人计算机这样的通用计算机系统不同,嵌入式系统通常执行的是带有特定要求的预先定义的任务。由于嵌入式系统只针对一项特殊的任务,设计人员能够对它进行优化,减小尺寸降低成本。由于嵌入式系统通常进行大量生产,所以单个的成本节约能够随着产量进行成百上千的放大。
嵌入式系统的核心是由一个或几个预先编程好执行少数几项任务的微处理器或者微控制器组成。与通用计算机能够运行用户选择的软件不同,嵌入式系统上的软件通常是暂时不变的;所以经常称为“固件(en:firmware)”。
歷史
第一个被大家认可的现代嵌入式系统是麻省理工学院仪器研究室的查尔斯·斯塔克·德雷珀开发的阿波罗导航计算机。在两次月球飞行中他们在太空驾驶舱和月球登陆舱都是用了这种惯性制导系统。
在计划刚开始的时候,阿波罗导航计算机被认为是阿波罗计划风险最大的部分。为了减小尺寸和重量而使用的当时最新的单片集成电路加大了这种风险。
第一款大批量生产的嵌入式系统是1961年发布的民兵I导弹上的D-17自动导航控制计算机。它是由独立的晶体管逻辑电路建造的,它带有一个作为主内存的硬盘。当民兵II导弹在1966年开始生产的时候,D-17由第一次使用大量集成电路的更新计算机所替代。这个项目自己就将方块与非门集成电路的价格从每个1000美元降到了每个3美元,使得集成电路的商业应用称为可能。
民兵计算机至关重要的设计特性是它的制导算法能够在项目后期重新编程以获得更高的导弹精度,并且计算机能够测试导弹,从而节省电缆和接头的重量。
由于这些二十世纪六十年代的对于价格没有要求的早期应用,嵌入式系统的价格开始下降,同时处理能力和功能也获得了巨大的增长。这个趋势就是摩尔定律。
第一款微处理器是英特尔4004,它在计算器和其它小型系统中找到了用武之地。但是,它仍然需要外部的内存芯片和其它的外部支持逻辑电路。更加强大的微处理器,如英特尔8080被开发出来用于军事项目和其它用途。
到了二十世纪七十年代末期,8位微处理器已经变得普通,但是它们通常需要外部内存芯片和解码输入输出的逻辑电路。然而,价格在快速下降,更多的应用领域采用小型的嵌入式系统取代当时常见的专门逻辑设计。一些容易见到的应用是仪器和昂贵的设备。
到了二十世纪八十年代中期,许多以前是外部系统的元件被集成到同一个处理器芯片中。这样的结果就是嵌入式系统尺寸和成本的大幅下降。这样的集成电路称为微控制器而不是微处理器,嵌入式系统的大规模应用成为可能。
随着微控制器的价格已经跌落到低于工程师一个小时的工资,嵌入式系统数量和不同厂商提供的嵌入式系统配件数量出现了大爆发。例如,许多新的特殊功能的集成电路开始使用较少插针的串行编程接口而不是传统的并行接口来来连结微控制器。I2C也在这个时候出现。
随着微控制器的价格跌落到1美元以下,使用小型微控制器控制的数字电路取代如分压计和可变电容这样的昂贵模拟元件成为可能。
到了八十年代末期,嵌入式系统已经出现在几乎所有的电子设备中,这个趋势依然在继续。



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