嵌入式系统的新特点

　随着半导体工艺的发展和系统设计水平的进步，单片机的性能大幅度地提高，因而应用的领域更加广阔。而由于网络和通信的迅速发展，近年来嵌入式系统在硬件和软件上都出现了许多新的特点。
1 嵌入式处理器
　嵌入式系统的核心处理器已经向两个方向分化：一个是8 bit/16 bit的处理器经过扩展实现嵌入式Internet；另一个是32 bit的RISC处理器用在如交换机、路由器一类的通信领域。
　Ubicom公司(前称为Scenix，提供SX系列高速8 bit单片机和虚拟外设技术)新一代的8 bit互联网处理器IP2022可以作为前一类处理器的代表。新一代的高速IP2022具有100 MHz的工作频率，实现了确定性的指令执行和中断响应时间，特别适合于8 bit单片机嵌入式Internet系统应用[1]。
　32 bit的嵌入式RISC处理器目前有影响力的系列包括PowerPC、MIPS和ARM三类处理器。
　PowerPC系列处理器的内核由IBM、Motorola和Apple三家公司联合开发，当时的目标是替代Intel的80x86，但是目前也推出了许多嵌入式产品，如用得较多的PowerPC 860和PowerPC 8260等。
MIPS内核目前在日本应用较多，如日立半导体公司产品，MIPS内核处理器中最著名的是用于Sony游戏机PS2的核心处理器，称为情感处理器(Emotion Engine)。该处理器含有MIPS核心和128 bit的矩阵处理机。这种把RISC核与DSP等结合起来的产品SoC(System on Chip)是未来的一种趋势，即嵌入式系统的应用人员应该关心SoC而不是核。
　ARM处理器也是内核类应用，因为几乎没有使用ARM“芯片”。ARM的开发公司在英国，称为增强的RISC机器(Advanced RISC Machine)。大约十几年前，ARM内核曾经是业界的骄傲，因为它使用了大约十万门器件实现了当时最快的CISC处理器的性能。但RISC的主要困难在于C语言编译程序，单独使用其外围芯片比较麻烦。所以一般ARM以发售使用许可证的方式授权各相关芯片开发商来研制各自的微处理器。目前，ARM系列处理器在通信终端产品(特别是手持设备，如手机)中有着广泛的应用。如TI公司的TMS320C5410采用了DSPC549和ARM7内核封装在一个芯片中，还包含有Intel的IXP1200网络处理机。
2 嵌入式操作系统
　在嵌入式操作系统方面，也有一些新变化。近来嵌入式系统出现了许多新的特点，特别是嵌入式DSP技术和嵌入式Internet技术的出现，使得这些成熟的RTOS表现出了一定程度的不适应性。由于无处不在的数字化和无处不在的通信，嵌入式系统开发迫切需要面向应用的、可裁剪的嵌入式实时操作系统(即特定应用的嵌入式实时操作系统)。
　特定应用的嵌入式实时操作系统ASOS(Application Specific Operating Systems)是指面向应用的、专用特制的嵌入式实时操作系统。它除具有基本的处理多任务、文件及设备驱动的操作系统功能外，还应具有如下系统特性：
　(1)面向特定应用的简化型系统调用接口，专门支持一种或一类嵌入式应用。
　(2)最小内核处理集，系统开销小，运行效率高，并可用于各种非计算机设备。
　(3)可伸缩性、可裁剪的系统体系结构，提供多层次的系统体系结构。
　(4)具有各种即插即用的设备驱动接口。
　(5)具有网络如Internet或无线接入功能，提供TCP/UDP/IP/PPP协议支持及统一的MAC访问层接口，为各种移动计算设备预留接口。
　ASOS与通用型RTOS相比较，有以下差别：
　(1)ASOS更强调面向应用的功能专用性，如面向某一(组)应用的高可靠性的部分功能集，而并不像RTOS的系统通用性与系统资源可配置性。
　(2)ASOS更强调面向应用的实时高性能，而RTOS强调系统的整体效率。
　(3)ASOS更强调系统结构的可伸缩性和可裁剪性，其极典型的例子是传真机操作系统OS for FAX Machine。
　(4)ASOS更强调与Internet的连接，特别是无线接入接口。
　面向应用的嵌入式操作系统ASOS已经引起许多相关行业的重视，出现了一些专门的研制开发公司，随着对应用高性能、低成本的不断追求，ASOS将成为许多产品的核心。本文介绍两种ASOS类产品：一个针对TI TMSC62x DSP，一个针对嵌入式Internet的IP2022。它们都是各自公司与器件配套开发的产品，具有强大的主机开发支持工具，灵活的可配置、可裁剪性。不过在名称上，它们都没有直接被称作“RTOS”。
　(1)Ubicom公司的IpModules
　IpModules是Ubicom公司为其新一代的8 bit互联网处理器IP2022开发的系统软件模块集。IpModules利用预先构建好的软件模块实现各种传统硬件功能，可以灵活、高效地实现10 baseT以太网和USB接口，包括核心操作系统服务(ipOS)、IP协议栈(ipStack)、Ethernet虚拟外设(ipEthernet)以及其他的IO服务(ipIO)。此外，还有一个HTTP/1.1(超文本传输协议v1.1)和Web服务器(ipWeb)。这些特点使得IP2022特别适合于8 bit单片机嵌入式Internet系统应用。
　(2)TI公司的DSP/BIOS
　DSP/BIOS可运行于TMS320C5x和TMS320C6x系列DSP器件上，整个系统由实时库和应用程序接口、主机配置工具以及插件(PlugIns)三大部分组成。实时库和应用程序接口提供应用程序直接调用的接口函数，RTOS的基本功能由这一部分实现。主机配置工具用来静态定义应用系统组成，用户可以使用这个工具描述系统功能，实现操作系统的伸缩和裁剪。插件用来支持调试、主机数据传递和软件仪器等诸多功能。DSP芯片上的JTAG边界扫描接口实现目标系统和PC主机的数据交换。为了降低CPU的开销和减少系统存储器的占用，DSP/BIOS同样采用了一些新的思想。通过这些措施，DSP/BIOS实现了高效、简洁的结构[2]。
Internet与网络的迅速普及应用，并向家庭领域不断扩展，使消费电子、计算机、通信(3C)一体化趋势日趋明显，嵌入式系统再度成为研究与应用的热点。嵌入式系统应用的特点也将发生新的变化。
参考文献
[1] UBICOM. IP2022 Internet processor user′s manual. 2002.
[2] TI. TMS320C6000 DSP/BIOS application programming interface (API)ref guide (rev.F) 2003.