淺析嵌入式系統(tǒng)支柱學科的交叉與融合論文

　 　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(shù)發(fā)展方向與技術(shù)內(nèi)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(guān)，而嵌入式計算機學科與原有計算機學科內(nèi)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(shè)任務(wù)。
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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(yīng)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(shù)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(guān)鍵詞】嵌入式系統(tǒng);學科體系;平臺模式;對象學科
【論文正文】

淺析嵌入式系統(tǒng)支柱學科的交叉與融合

　　一、嵌入式系統(tǒng)簡介

　　(一)嵌入式系統(tǒng)的產(chǎn)生

　　嵌入式系統(tǒng)誕生于微型機時代，經(jīng)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(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展的帶處理器內(nèi)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(nèi)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(jié)構(gòu)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(zhì)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(wù)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(chǔ)上，按照嵌入式應(yīng)用要求，原創(chuàng)的嵌入式處理器。MCS51原創(chuàng)的體系結(jié)構(gòu)、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(jié)構(gòu)基礎(chǔ);iDCX51是專門與MCS51單片機配置，滿足嵌入式應(yīng)用要求原創(chuàng)的實時多任務(wù)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(shù)發(fā)展的內(nèi)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(guān)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(shù)學科、對象學科。微電子學科是嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的基礎(chǔ)，對象學科是嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的歸宿學科，計算機學科與電子技術(shù)學科是嵌入式系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的重要保證。

　　(二)領(lǐng)銜的微電子學科

　　微電子學科與半導體集成電路的領(lǐng)銜作用，在于它為嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用提供了集成電路基礎(chǔ)。電子技術(shù)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(jié)合、以IP為基礎(chǔ)的知識與知識行為集成。

　　(三)為平臺服務(wù)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(shù)發(fā)展方向與技術(shù)內(nèi)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(guān)，而嵌入式計算機學科與原有計算機學科內(nèi)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(shè)任務(wù)。在嵌入式系統(tǒng)中，計算機學科要承擔起嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用平臺的構(gòu)建任務(wù)，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(shè)計方法等內(nèi)容。

　　(四)廣泛服務(wù)的電子技術(shù)學科

　　在嵌入式系統(tǒng)中，電子技術(shù)學科提供了最廣泛的技術(shù)服務(wù)。電子技術(shù)將微電子領(lǐng)域的集成電路設(shè)計，迅速從電路集成、功能集成、技術(shù)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(shè)計技術(shù)支持;在對象學科中，廣大的應(yīng)用工程師在嵌入式軟硬件平臺上實現(xiàn)最廣泛的應(yīng)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(lǐng)域，形成了嵌入式系統(tǒng)一個無限大的應(yīng)用領(lǐng)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(gòu)建本領(lǐng)域的一個嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)。嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)是本學科的基礎(chǔ)理論與應(yīng)用環(huán)境、應(yīng)用要求。同時，在應(yīng)用中要不斷給微電子、集成電路設(shè)計、嵌入式計算機學科提出技術(shù)要求，以便不斷提升嵌入式系統(tǒng)平臺的技術(shù)水平。

　　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(jīng)濟時代的一種基本的產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)業(yè)與90年代的VCD/DVD產(chǎn)業(yè)，就會發(fā)現(xiàn)一體化產(chǎn)業(yè)模式與平臺產(chǎn)業(yè)模式的本質(zhì)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(yīng)用，知識應(yīng)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(yīng)該將創(chuàng)新知識成果集成到工具之中，轉(zhuǎn)化為知識平臺，知識應(yīng)用者應(yīng)該在知識平臺基礎(chǔ)上實現(xiàn)創(chuàng)新知識應(yīng)用。對象學科領(lǐng)域是嵌入式系統(tǒng)的最終用戶，對象學科領(lǐng)域的電子技術(shù)應(yīng)用工程師應(yīng)該在一個現(xiàn)成的嵌入式系統(tǒng)平臺上實現(xiàn)嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計。微電子學科、嵌入式計算機學科、電子技術(shù)學科(非對象學科領(lǐng)域中的應(yīng)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(wù)是將創(chuàng)新科技成果轉(zhuǎn)化成形形色色的知識平臺。[論*文*網(wǎng)]

　　(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(jié)構(gòu)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(shù)學科為嵌入式應(yīng)用構(gòu)筑各種類型的應(yīng)用平臺，不介入嵌入式系統(tǒng)的具體應(yīng)用;對象學科一定要在嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用平臺基礎(chǔ)上，實現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)在本學科領(lǐng)域中的產(chǎn)品化應(yīng)用，不必介入嵌入式系統(tǒng)的平臺構(gòu)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(gòu)建還是嵌入式系統(tǒng)平臺應(yīng)用，都有無限廣闊的發(fā)展空間，關(guān)鍵是把握好自己的“定位”與“分工”，了解學科的“交叉”與“融合”。