淺析嵌入式系統(tǒng)支柱學科的交叉與融合
淺析嵌入式系統(tǒng)支柱學科的交叉與融合
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【摘 要】嵌入式系統(tǒng)的概念源于微型計算機的嵌入式應用。早期的嵌入式系統(tǒng)探索過工控機、單板機、微機單片化的專用計算機的形式，隨后走上了獨立的發(fā)展道路。嵌入式系統(tǒng)不是專用計算機系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)尚未形成獨立的學科體系，它的支柱學科是微電子學科、計算機學科、電子技術學科與對象學科。四個支柱學科形成了平臺模式下的交叉與融合。剔除嵌入式系統(tǒng)的“專用計算機”觀念，有利于嵌入式系統(tǒng)的健康發(fā)展。
【關鍵詞】嵌入式系統(tǒng);學科體系;平臺模式;對象學科
一、嵌入式系統(tǒng)簡介
(一)嵌入式系統(tǒng)的產生
嵌入式系統(tǒng)誕生于微型機時代，經過微型計算機的嵌入式專用化的短暫探索后，便進入到嵌入式系統(tǒng)獨立的微控制器發(fā)展時代。直接在嵌入式處理器與外圍集成電路技術基礎上發(fā)展的帶處理器內核的單片機，即微控制器的智能化電子系統(tǒng)。即便有處理器內核，也是嵌入式處理器而非通用微處理器。
(二)專用計算機探索的失敗之路
無論是工控機，還是單板機，都無法徹底地滿足嵌入式系統(tǒng)的微小體積、極低價位、高可靠性的要求。人們便直接將微型計算機體系結構進行簡化，集成到一個半導體芯片中，做成單片微型計算機。Motolora公司的6801系列就是由6800系列微型機簡化后集成的單片微型計算機。單片微型計算機徹底解決了嵌入式系統(tǒng)的極小體積、極低價位，但在高可靠性及對象可控性方面沒有本質上的改進。
(三)嵌入式系統(tǒng)的獨立發(fā)展道路
嵌入式系統(tǒng)的微控制器(MCU)發(fā)展道路，是一條擺脫“專用計算機”羈絆，獨立發(fā)展的道路。這是一條由IntelMCS51單片機、iDCX51實時多任務操作系統(tǒng)開辟的單片機獨立發(fā)展的道路。MCS51是一個在微電子學、集成電路基礎上，按照嵌入式應用要求，原創(chuàng)的嵌入式處理器。MCS51原創(chuàng)的體系結構、控制型的指令系統(tǒng)與布爾空間、外部總線方式、特殊功能寄存器(SFR)的管理模式，奠定了嵌入式系統(tǒng)的硬件結構基礎;iDCX51是專門與MCS51單片機配置，滿足嵌入式應用要求原創(chuàng)的實時多任務操作系統(tǒng)。
二、嵌入式系統(tǒng)的四個支柱學科
目前，嵌入式系統(tǒng)尚未形成獨立的學科體系。從“嵌入式系統(tǒng)”的誕生、獨立的單片機發(fā)展道路、微控制器技術發(fā)展的內涵、嵌入式系統(tǒng)的多種解決方案來看，“嵌入式系統(tǒng)”是四個支柱學科的交叉與融合，并以平臺模式進行學科定位與分工。
(一)四個支柱學科的關系
嵌入式系統(tǒng)的四個支柱學科是微電子學科、計算機學科、電子技術學科、對象學科。微電子學科是嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的基礎，對象學科是嵌入式系統(tǒng)應用的歸宿學科，計算機學科與電子技術學科是嵌入式系統(tǒng)技術發(fā)展的重要保證。
(二)領銜的微電子學科
微電子學科與半導體集成電路的領銜作用，在于它為嵌入式系統(tǒng)的應用提供了集成電路基礎。電子技術學科、計算機學科的許多重要成果，最終都會體現(xiàn)在集成電路中，從早期的數(shù)字電路集成，到如今的?；旌稀④?硬件結合、以IP為基礎的知識與知識行為集成。
(三)為平臺服務的計算機學科
現(xiàn)代計算機出現(xiàn)后，在計算機學科中形成了兩大學科分支，即通用計算機學科與嵌入式計算機學科。通用計算機學科與嵌入式計算機學科有不同的技術發(fā)展方向與技術內涵。由于嵌入式計算機學科與對象學科、微電子學科緊密相關，而嵌入式計算機學科與原有計算機學科內容有較大差異，不能用通用計算機的概念來詮釋嵌入式系統(tǒng)，因此、嵌入式計算機要加強與微電子學科、電子學科、對象學科的溝通，共同承擔起嵌入式系統(tǒng)新學科的建設任務。在嵌入式系統(tǒng)中，計算機學科要承擔起嵌入式系統(tǒng)應用平臺的構建任務，它包括嵌入式系統(tǒng)的集成開發(fā)環(huán)境、計算機工程方法、編程語言、程序設計方法等內容。
(四)廣泛服務的電子技術學科
在嵌入式系統(tǒng)中，電子技術學科提供了最廣泛的技術服務。電子技術將微電子領域的集成電路設計，迅速從電路集成、功能集成、技術集成發(fā)展到知識集成;為計算機學科提供嵌入式系統(tǒng)的硬件設計技術支持;在對象學科中，廣大的應用工程師在嵌入式軟硬件平臺上實現(xiàn)最廣泛的應用。
(五)對象學科的最終出路
對象學科是嵌入式系統(tǒng)的最終用戶學科。對象學科幾乎囊括了所有的科技領域，形成了嵌入式系統(tǒng)一個無限大的應用領域。對于對象學科來說，嵌入式系統(tǒng)只是一個智能化的工具，對象學科要在嵌入式系統(tǒng)上構建本領域的一個嵌入式應用系統(tǒng)。嵌入式應用系統(tǒng)的技術基礎是本學科的基礎理論與應用環(huán)境、應用要求。同時，在應用中要不斷給微電子、集成電路設計、嵌入式計算機學科提出技術要求，以便不斷提升嵌入式系統(tǒng)平臺的技術水平。[論-文-網]
三、平臺模式下的學科
(一)平臺模式的由來
平臺模式是知識經濟時代的一種基本的產業(yè)、科技模式，是人類知識分離性規(guī)律、集成性規(guī)律發(fā)展到高級階段上的必然現(xiàn)象。它將一體化的產業(yè)、科技模式變革為知識平臺媒介下的平臺模式。只要對比上世紀60年代收音機產業(yè)與90年代的VCD/DVD產業(yè)，就會發(fā)現(xiàn)一體化產業(yè)模式與平臺產業(yè)模式的本質差異。
(二)嵌入式系統(tǒng)的平臺模式
按照知識的分離性發(fā)展規(guī)律，知識創(chuàng)新者不從事知識應用，知識應用者不需要了解創(chuàng)新知識原理;按照集成性發(fā)展規(guī)律要求，知識創(chuàng)新者應該將創(chuàng)新知識成果集成到工具之中，轉化為知識平臺，知識應用者應該在知識平臺基礎上實現(xiàn)創(chuàng)新知識應用。對象學科領域是嵌入式系統(tǒng)的最終用戶，對象學科領域的電子技術應用工程師應該在一個現(xiàn)成的嵌入式系統(tǒng)平臺上實現(xiàn)嵌入式應用系統(tǒng)設計。微電子學科、嵌入式計算機學科、電子技術學科(非對象學科領域中的應用工程師)不是嵌入式系統(tǒng)最終用戶，這些學科的重要任務是將創(chuàng)新科技成果轉化成形形色色的知識平臺。[論*文*網]
(三)平臺模式下的學科定位與分工
嵌入式系統(tǒng)中四個支柱學科的定位，除了學科知識結構的定位外，還要體現(xiàn)出在知識平臺模式中的定位。這種平臺模式的定位，是一種3+1的定位。即微電子學科、計算機學科、電子技術學科為嵌入式應用構筑各種類型的應用平臺，不介入嵌入式系統(tǒng)的具體應用;對象學科一定要在嵌入式系統(tǒng)應用平臺基礎上，實現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)在本學科領域中的產品化應用，不必介入嵌入式系統(tǒng)的平臺構建。
嵌入式系統(tǒng)是一個無限大的空間，不論是嵌入式系統(tǒng)平臺構建還是嵌入式系統(tǒng)平臺應用，都有無限廣闊的發(fā)展空間，關鍵是把握好自己的“定位”與“分工”，了解學科的“交叉”與“融合”。
參考文獻
[1]何立民。嵌入式系統(tǒng)的產業(yè)模式[J].單片機與嵌入式系統(tǒng)應用，2006,(1)。
[2]何立民。從嵌入式系統(tǒng)看現(xiàn)代計算機產業(yè)革命[J].單片機與嵌入式系統(tǒng)應用，2008,(1)。
[3]何立民。以SoC為中心的多學科融合與滲透[J].單片機與嵌入式系統(tǒng)應用，2001,(5)。
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