引論：我們為您整理了13篇嵌入式產品設計范文，供您借鑒以豐富您的創作。它們是您寫作時的寶貴資源，期望它們能夠激發您的創作靈感，讓您的文章更具深度。

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在對機械產品設計進行的數據管理中，有大量的產品開發信息需要保存下來，但這些數據管理并沒有形成系統管理，查找起來有一定困難，因此對產品設計的再利用率也隨之降低，怎樣才能對紛繁復雜的產品設計進行快捷式的查詢管理呢？相關人士在設計配置，設計規則等方面，提出了可以進行嵌入式服務的管理機制，這是一種由被動變主動的知識規則化配置，可以提高機械產品設計的重用率，相較于推送式的管理辦法，嵌入式能夠更及時準確地提供所需知識。

1 產品設計的四要素分析

通過對產品實際設計中典型特征的研究與分析，我們可以從以下五個方面進行總結：

1.1 設計知識的多源性

從產品設計角度看，設計知識的來源具有多樣性，它可以是設計規范、計算機程序、產品模型、或設計經驗、仿真試驗、客戶反饋等等，等諸如此類的信息還有很多很多，由此可見，設計知識的多源性。

1.2 設計知識的人員相關性

在產品設計過程中，設計知識會隨著人的變化而變化，無論是設計規范，還是設計經驗，都是從零開始，從無到有的，而在這一過程中，應用也好，存儲也好，產品設計都會圍繞著人而展開，且密不可分。

1.3 O計知識的過程相關性

雖然設計過程源于企業的各類信息與數據的收集提煉，再經過創新、生產的過程，但產品設計也包括對原產品的技術升級，因此，產品設計的過程都是有一定內在與外在的必然性聯系的。

1.4 設計知識的異構性

設計規范、設計手冊、產品模型、計算機程序等都屬于設計知識的來源，所有設計知識都將通過計算機進行存儲與轉換，他們會以不同形式展現著設計知識所存在的差異性。

1.5 設計對象的穩定性

設計對象即指我們最終所要生產的產品或零部件，在設計一個產品時，人員可以變，設計方案可以變，但設定的產品本身是不可變的，它具有一定因素上的相對穩定性。

通過對產品設計五方面的特征分析，我們可以總結出設計階段的四要素：設計過程、設計人員、設計對象、知識對象。這四個要素之間有著一定的聯動關系，通過對它們進行知識嵌入，將會大大提高知識的重用率。

2 本體模型的知識嵌入

在進行知識嵌入的過程中，首先我們要滿足設計任務與設計人員所需的大量知識源的提供，這里有兩種嵌入方法推薦：一種是自定義知識嵌入，是通過組織人員的經驗與實踐，在模板設計初始階段，指定具體知識對象，當正式進入設計過程后，設計人員將自動接收相關產品知識；另一種是推送式知識嵌入，是由與本體相關的組織結構，組織對象與任務對象等，在設計過程中將產品知識推送給設計人員。

目前，機械工程領域通過四要素的分析與定義，以本體知識嵌入為核心設計，劃分出四大本體：設計過程本體、設計組織本體、設計對象本體與知識對象本體，在此四大本體中，因知識對象存在著異構性特征，又將其細劃為：描述性知識、方法性知識、結構性知識、手冊性知識、過程性知識與判斷性知識六類。此外，知識對象本體中細劃的內容也是設計對象本體與設計過程本體中的一部分，知識對象的集合式管理被稱為知識單元，而執行與管理設計過程被稱為設計向導。四個本體之間相互關聯，主要可起到以下作用：首先，可以記錄設計過程知識，對設計過程中的組織部門、工作組、人員等相關知識進行描述定義；其次，對設計過程中的設計向導、設計任務、設計活動，提供人員相關知識的嵌入支持；最后，是根據向導模型、設計任務等與設計對象之間的相關特點，對設計對象進行相關知識的追蹤與重用方面的支持。

3 基于本體的知識嵌入機制

設計過程中，既能向設計人員提供知識的嵌入與推送，又能對知識嵌入進行有效管理，這是由控制模型的主要運行原理決定的：首先，需要定義出模型的知識嵌入方式，可通過知識流配置器形成配置條件集；其次，將任務信息、配置條件集與知識單元生成匹配集，再將其擴展生成匹配條件集；最后將匹配集與知識單元內的知識記錄嵌入到設計任務中，供設計人員使用。

4 結語

機械產品設計的知識嵌入法是基于本體設計過程、設計組織、設計對象與知識對象為基本要素的前提下建立起來的，通過本體概念表示、語義表示等優勢，將產品設計過程進行知識嵌入與推送，可大大縮減信息檢索過程，并有效利用其準確性，提高了知識資源的利用率。

參考文獻

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一：制定切合實際的培養目標和任務，讓教學與市場接軌

在培養目標任務的定位上，要針對現實情況，貫徹“以就業為導向”原則，根據市場需要，生源基礎，學校自身軟硬件條件等制定出相應的培養目標，前提是市場中一定崗位需要的人才，自身條件能培養出來的人才，而不能盲目攀高，制定不切實際的培養目標。社會當然需要高級設計人才來引領設計文化，他們具有較為豐富的人文科學知識和自然科學知識，具備一定藝術修養，有很強的設計藝術技能，還具備組織協調及管理能力等方面的綜合素質，這應該是高等藝術院校的培養目標，讓教學與市場接軌。在產品設計行業，特別是在家電產品設計行業中，市場更需要大量有實踐經驗的人才，面對剛剛畢業的大學生，如何讓這批還沒有走出學校、或者將要步入社會的學生，在擇業與就業之后，能融入自己的本職工作，適應自己的工作崗位。這是學校在前期制定教學目標與培養方案時就要考慮并完成的，這樣教學才能井然有序的進行。同時也為教學提供了理論參考指南。

在現如今的大工業發展形勢下，產品設計得到空前的重視與保護，家電產品也不例外，大部分的大中型家電生產企業與設計公司都提倡原創設計的創新模式，并組織大量的設計大賽，主體對象就是大學在校相關專業的在校生，這樣，大量學生的參與，學生自身在專業上也得到了實踐鍛煉，同時也豐富了大賽的內容，企業也有了更多的原創產品選擇，教學與市場接軌的初級階段也就建立起來了。

二：引入大賽實踐教學，讓學生和課程教學“零距離”

在實踐教學實施上，學生先在學校學習理論知識和設計技能，在畢業前一年或半年到公司實習，如果在校期間實踐技能課開的比較好，能真正緊密聯系實際，那么在進入實習單位后通過實際接觸客戶，接觸家電產品設計案例，跟蹤設計過程來檢驗在校期間學習的知識技能，順理成章的為正式走上工作崗位奠定基礎。相反如果在校期間的實踐技能沒有得到鍛煉，那么在實習期間則是真正意義上的“重新學習”。也就使得部分學生錯誤地感覺在實踐中才能學到東西。那么我們在校期間究竟應該實踐哪些課程，如何實施實踐課程才能使學生在將來實際工作中感覺到學有所用呢？這就需要教育單位在教學前期要進行大量的市場調研，針對市場和企業對產品設計人才的要求結合起來，同時也制定教學內容和實踐內容的統一性。讓市場的大賽機制與高校產品設計的教學機制相結合，以“實戰”的形式讓學生對設計項目全程跟蹤、全程參與。這就要讓老師與學生主動的去尋找大賽信息，把產品設計相關大賽內容有效的融入到課程教學當中，就是說盡可能的讓學生和產品設計大賽實踐零距離，學生是在工作實踐而非模擬實踐。同時也能將整個的家電產品設計流程與方法得到鞏固，這就會使得學生不僅在電腦中能做出漂亮的作品，還能在輸出后的到滿意的結果，實踐的重要意義得以充分體現。

在初期專向實踐課中的大賽設計項目可由老師為主導，主要是引導學生全程參與，把老師自己的設計經驗闡述給學生，定時總結設計案的成敗得失。有些被否定的提案若能經過老師的分析總結也會成為一種好的教材，這樣也能引導學跳出設計框框，轉換角度，提高批判思維能力等。后一個階段可以由學生自己嘗試承擔大賽設計，學生可以是個體參與或分組參與，采用競標方案的形式。這樣一方面可以提高學生的競爭意識，一方面也可以培養團隊協作精神，這都是將來走上工作崗位后所必須具備的素養。教師在此過程中可以引導學生確定設計方向，幫助學生分析揣摩客戶要求，到逐漸放手鼓勵學生獨立設計，僅給學生提建議，對學生的設計案進行評估等。就是逐漸過度到學生為主導，老師起輔助作用，在給大賽組委會送交方案時，可讓學生分別從創意到制作到方案的應用等方面闡述推薦自己的方案，將他們的設計接受市場的檢驗，這就使的學生從一開始就按照企業、市場、以及大賽的要求來做設計，而非“隨心所欲”的做純表現的設計。這樣就能使學生在走上工作崗位后直接或在較短的時間內就能承擔實際工作，這也正是許多用人單位所希望的。

當然，這樣的實踐教學方式需要學生具備良好的產品設計理論知識和設計技能，此階段教學就是培養學生利用設計技能把學到的理論知識應用到實際中去，如果結合的好的話，學生就能形成一定的設計思維，從而提高自身的操作能力、創造能力。通過實踐，使學生更加專業，更熟悉市場。

三：構建科學的就業模式，讓學生的理論知識與實踐能力同步提高

首先在學科理論知識的掌握上，這點在產品設計專業的培養目標的定位上可看出，學生必須具備良好的學科理論知識，只有在這個層面上打下良好的基石，才有可能在將來的專業上走的更遠，在更高層次的崗位上工作，這就為學生將來的發展提供了可能。其次，在專業技能表達方面。眼高手低，和眼低手高，二者就是說明創意和技能的關系，有了好的想法，卻很難有專業技能表達出來，專業表達能力的高低更是衡量藝術設計學科學生的重要尺度。在實踐課程教學中則應把評價標準重點放在強調專業技能表達的針對性上，和滿足實踐需要的表達效率上。另外，應積極鼓勵學生參加各類產品設計競賽、特別是在家電產品設計課程的教學過程中，提倡學生加大量的家電產品設計類大賽，這樣就能讓課堂理論教學與課外實踐環節有效的得到結合，這也是學生在為提前了解社會，對于他們走上社會，進入設計領域也會產生一定的自信。

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嵌入式軟件的開發具有如下幾方面的特點：

1）需要交叉開發工具和環境。由于嵌入式軟件本身不具備自主開發能力，即使設計完成以后用戶通常也不能對其中的程序功能進行修改，因此必須有一套開發工具和環境才能進行開發。這些工具和環境一般基于通用計算機上的軟硬件設備以及各種邏輯分析儀、混合信號示波器等。開發時往往有主機和目標機交叉開發的概念，主機用于程序的開發、調試，目標機作為最后的執行機構。開發時主機和目標機需要交替結合進行。

2）軟硬件協同設計。軟硬件協同設計涉及以下方面：嵌入式軟件設計、實時系統設計、硬件設計和軟件設計。軟硬件協同設計強調硬件與軟件的協同性與整合性、軟件與硬件的可裁減，以滿足系統對功能、成本、體積和功耗等要求。

3）嵌入式軟件開發人員以應用專家為主。通用計算機的開發人員一般是計算機科學或計算機工程方面的專業人士，而嵌入式軟件則是要和各個不同行業的應用相結合的，要求更多的計算機以外的專業知識，其開發人員往往是各個應用領域的專家。

4）軟件要求固態化存儲。為了提高執行速度和系統可靠性，嵌入系統中的軟件一般都固化在存儲器芯片或單片機本身中，而不是存儲于磁盤等載體中。

5）軟件代碼高質量、高可靠性。盡管半導體技術的發展使處理器速度不斷提高，片上存儲器容量不斷增加，但在大多數應用中，存儲空間仍然是寶貴的，還存在實時性的要求。為此要求程序編寫和編譯工具的質量要高，以減少程序二進制代碼長度，提高執行速度。嵌入式軟件的核心是系統軟件和應用軟件，由于存儲空間有限，因而要求軟件代碼緊湊、可靠，大多對實時性有嚴格要求。

6）系統軟件的高實時性。在多任務嵌入式軟件中，對重要性各不相同的任務進行統籌兼顧和合理調度是保證每個任務及時執行的關鍵，單純通過提高處理器速度是無法完成和沒有效率的，這種任務調度只能由優化編寫的系統軟件來完成，因此系統軟件的高實時性是基本要求。嵌入式軟件應用程序雖然可以沒有操作系統直接在芯片上運行，但是為了合理地調度多任務，利用系統資源，系統一般以成熟的實時操作系統作為開發平臺，這樣才能保證程序執行的實時性、可靠性，并減少開發時間，保障軟件質量。

2 軟硬件協同設計概念

嵌入式軟件設計是使用一組物理硬件和軟件來完成所需功能的過程。系統是指任何由硬件、軟件或者兩者的結合來構成的功能設備。由于嵌入式軟件是一個專用系統，所以在嵌入式產品的設計過程中，軟件設計和硬件設計是緊密結合、相互協調的。這就產生了一種全新的發展中的設計理論——軟硬件協同設計。這種方法的特點是，在設計時從系統功能的實現角度考慮，把實現時的軟硬件同時考慮進去，硬件設計包括芯片級“功能定制”設計。既可最大限度地利用有效資源，縮短開發周期，又能取得更好的設計效果。

系統協同設計的整個流程從確定系統要求開始，包含系統要求的功能、性能、功耗、成本、可靠性和開發時間等。這些要求形成了由項目開發小組和市場專家共同制定的初步說明文檔。系統設計首先確定所需的功能。復雜系統設計最常用的方法是將整個系統劃分為較簡單的子系統及這些子系統的模塊組合，然后以一種選定的語言對各個對象子系統加以描述，產生設計說明文檔。其次，是把系統功能轉換成組織結構，將抽象的功能描述模型轉換成組織結構模型。由于針對一個系統可建立多種模型，因此應根據系統的仿真和先前的經驗米選擇模型。

3 嵌入式軟件開發的方法論

在建立一個完整的嵌入式軟件或是產品時，大部分系統都很復雜，不但功能規格很多，還必須考慮例如價格、性能等其他因素，否則很容易做出一個失敗的系統或是產品。因此，在進行系統開發之前，必須先了解一些系統設計技術，使得在開發過程中更為順利。一般來說，產品設計的過程會經歷幾個步驟，為了確保這些步驟的合理性，我們需要一個設計方法論來面對整個設計過程。采用方法論有以下三個重要理由。

確認所做的每一件事情都是必須要做的，不做無謂的工作，也不漏掉關鍵性的重要工作，其中包含性能最佳化或是功能測試。

根據設計方法論可以發展出計算機輔助工具或是設計經驗累積，汲取每一次產品開發的經驗。再經過量化之后，可以發展出一套工具或是方法，讓往后的產品設計步入自動化。

開發團隊遵循同一套方法論，可以讓團隊成員更容易彼此溝通。每個人都能在短時間內了解整體過程中將經歷哪些過程，需要何種支持與接收到何種結果。此外，也容易通過一套已經定義好的方法論，彼此相互合作協調。設計過程的目標是做出有一定用途且具有創新點的產品。產品的典型規格包含功能性、制造成本、性能表現、省電考慮和其他特性。

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今年4月AMD正式推出新款G系列SoC，面向嵌入式市場，全線產品能進一步滿足設備在更小封裝中實現高性能、I/O連接與高能效的需求。與此同時，將x86 CPU的計算能力與AMD Radeon圖形處理器的性能集成，SoC的設計提供強大的可擴展性，開發人員能在相同的板卡設計與軟件棧上靈活開發各種應用。對于嵌入式設備及其生態系統而言，G系列SoC平臺允許OEM利用單板設計實現從入門級到高端產品的解決方案實現與覆蓋，增強設備研發的靈活性和可擴展性。這種“普通平臺”的設計方法可在供應和生產層面簡化OEM的產品開發業務，大幅節省成本。

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盡管嵌入式設計經過數十年的發展，在核心處理器硬件平臺、嵌入式操作系統和開發工具上已經有廣泛的選擇，然而隨著市場競爭加劇、系統日益復雜化，目標應用對系統的功能、性能、成本的要求也日趨苛刻。工程師所面臨的設計挑戰似乎并沒有隨著半導體技術的發展降低，甚至日益增高，工程師在進行方案選擇時必須正確評估應用面臨的挑戰。

處理能力要求越來越高。系統本身的復雜功能、友好的界面設計要求、各種接口和通信需求都需要占用大量的MIPS處理能力，單一的傳統MCU或ASIC很多時候難以滿足系統高處理能力的需求，雙芯片甚至三芯片解決方案日益增多，但隨之而來的高設計復雜性、功耗和BOM(材料清單)成本讓方案缺乏競爭性。此外，當前嵌入式系統設計，特別是一些新產品和功能復雜的嵌入式產品設計，要在設計周期很有限的條件下完全從零開始實現設計已經變得不現實，也不具成本效益。因此，是否能提供完善的開發工具套件、必要的軟件模塊、成熟的參考設計、系統設計支持，以及是否有完整的設計生態系統等，對于是否能按期高質量地完成系統設計非常關鍵。

標準的多樣性和不確定性帶來產品升級換代的顧慮。當前在各個行業都面臨一些創新型應用，例如智能電表和智能視頻監控等，這些應用都具有一定開創性，目前沒有或尚未形成行業統一的標準，如何在保證搶占市場窗口期的先機，同時確保當前的設計滿足未來變化的市場和技術需求，必須考慮方案的可擴展性和性能裕量。

低功耗的要求日益苛刻。處理器性能要求越來越高，而系統功耗要求越來越低，這幾乎形成一對矛盾。然而，實際設計過程中，工程師不得不面對這種近乎矛盾的需求。隨著半導體工藝技術、嵌入式處理器架構優化以及設計技術的改進，低功耗設計技術日新月異，電壓、工作頻率自適應調整技術、多工作模式的節能技術、數字電源管理技術，以及低功耗的最新半導體工藝技術應用層出不窮。在眾多方案中選擇滿足設計功率預算要求的系統方案也是系統設計成功的關鍵因素之一。

選擇具有廣泛嵌入式系統支持能力的解決方案非常重要。目前可用的嵌入式操作系統眾多，各具優勢，硬件平臺方案對這些操作系統的支持能力是進行方案選型的考慮要點之一。

以Mcu或AsIc為核心器件的硬件平臺方案在解決上述嵌入式系統設計要求上正面臨挑戰，有限的處理能力通常難以滿足很多應用的高處理能力需求，或者缺乏進行功能擴展和產品升級換代的設計靈活性，某些設計為了滿足系統的處理能力要求而增加DsP或協處理器，從而增加系統的復雜性、功耗和成本。

結合MCU和DsP性能優勢的匯聚式處理器是有效解決上述設計挑戰的方案之一，而ADI公司Blackfin處理器是目前市面上唯一的匯聚式處理器產品。匯聚式處理器典型應用有電力應用的智能電表，安防應用的視頻監控，醫療設備的便攜式房顫監測儀，工業應用的3DLevelScanner三維曲面測量儀等。預覽全文，請訪問本刊網。

科學大師是引用出來的

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嵌入式設備雖然不能夠非常絕對地做一個界定，但可以簡單理解為功能相對固定的應用設備，或者說，嵌入式設備就是一個不想成為電腦的“電腦”。例如超市中的POS機，馬路邊新設立的視頻大幅廣告牌，娛樂場所里的游戲機，機場里的電子信息牌等等。與個人電腦的不同是，嵌入式設備需要把有限的計算能力用在一個主要應用中，應用功能方面被限制在特定領域，但它的硬件很可能用的就是英特爾奔騰或者酷睿處理器。

微處理器引入到嵌入式領域是一個革新式的事件，并且提供了靈活性和可遷移性。這樣，微處理器和計算平臺將會與通訊能力進一步整合，人們就可以創造出更多的使用模式和設備。談到嵌入式處理器產品的創新和應用，大家可能會立刻想到凌動(Atom)處理器。這款英特爾史上體積最小、功率雖低的處理器能為最終產品帶來性能、功耗、外形尺寸和成本等各方面的優勢，一進入市場就非常受歡迎。經過持續的技術更新和市場推廣，迄今它已融入到2000多款嵌入式產品設計中。通過“凌動”這樣為多種應用而生的嵌入式處理器平臺，原本基于個人電腦的眾多應用就可以便捷地遷移到各類消費電子平臺上，讓未來人們生活中的電子設備變得更加智能。

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這些熱點應用對嵌入式板卡提出了許多技術挑戰。

凌華科技指出，通常，嵌入式產品在生命周期以及業務驅動方面需做優化的處理，為此在嵌入式產品設計時應考慮如下因素：

?可靠性和穩定性：無風扇、低功耗以及冗余的設計將被整合在嵌入式產品的設計中，以減少外界環境和內部環境對系統的影響；

?寬溫及軍用寬溫級：通常在軍工、交通等領域對嵌入式產品的寬溫范圍有嚴苛的要求，為此，產品必須在設計之初就要考慮這些需求，并貫穿到整個設計及制造、驗證、檢驗等環節中：

?緊湊尺寸及輕便設計：軍工以及一些關鍵性任務應用、便攜式設備和車載設備對嵌入式系統的尺寸以及重量都會有嚴格的要求；

?系統整合性能及軟件服務支持：嵌入式BIOS和操作系統的支持將針對不同的應用有不同的支持，具有競爭力的嵌入式產品供應商通常在系統整合和軟件支持方面具備豐富的經驗和強大的技術能力，以滿足應用需求：

?電源管理功能：超低功耗設計可以滿足電源的長時間工作，以減少系統對電能的過度依賴；

?無縫升級：從成本效率及系統互用性上考慮，嵌入式系統產品需要在升級時，只需更換部分組件或計算系統目阿完成整個升級工作；

?性能功耗比：在單位能耗下能夠提供更強的性能輸出。

寬溫值得重視

具體來說，每家企業都有自己的核心產品策略和特色，例如，磐儀(ARBOR)科技圍繞寬溫下功夫，并實現了可靠性和穩定性。據磐儀企劃部曹經理介紹，之所以選擇寬溫為突破點，是由于中國地域遼闊、全球氣候又在急劇惡化，導致南、北地區，冬、夏季節溫差明顯加大，給嵌入式產品在這些領域中的應用帶來更加苛嚴的考驗。特別是野外電力控制、鐵路南北運行線路中的車載設備，需耍具備更加寬幅的高低溫耐受能力。

因此，磐儀計劃于近期對其全線產品做一次規格調整：將常溫產品的工作溫度從原來的0℃-60℃調整為，20℃-+70℃：寬溫規格調整為-40℃―+85℃。

但是，磐儀的寬溫產品與某些廠商的篩選式寬溫產品有著根本性的不同。篩選式寬溫產品本身還是常溫規格的產品。是對常溫規格的產品進行高低溫耐受極限測試，如果測試通過了，就劃歸為寬溫產品；如果沒通過，就還算是常溫產品。這種寬溫產品是常溫規格中的佼佼者，但卻是寬溫應用中的潛在危險者。最容易發生的危險就是電容在高溫下發生爆炸，導致某組電壓與地線短路，進而引發設備燒毀甚至發生火災。

因此，需要寬溫產品從設計、選材開始，就充分考慮產品的寬幅溫差適應能力。并且加強生產品質管控。

小型化，綠色化

而威盛電子的嵌入式板卡則圍繞小型化、綠色化方面下功夫。例如，威盛電子嵌入式平臺事業部為業界定義了Mini-ITX、Nano-ITX、Pico，ITX、Pico-ITXe、Mobile-ITX等多種微型化設計的板型規范，已陸續成為商用及工業系統廠商接納的標準：2009年該公司又推出Em-ITX板型，則在兼顧微型化特性以外，從多功能、通用性上做了新的嘗試。在綠色化方面，威盛板卡主要采用其綠色化的威盛Nano處理器。例如Pico，ITXflocmx7.2cm嵌入式主板EPIA，P720搭配的威盛VX855高清多媒體芯片組，處理器頻率IGHz，整體功耗只有8W，卻可支持H.264 1080p硬解碼加速，可謂高清視頻播放的殺手級產品。

都分嵌入式板卡企業的特點

凌華科技：嵌入式產品包括AdvancedTCA、CompactPCI、ETX/COMexpress以及工業電腦等，完整的產品線可以滿足不同應用的需求。特別是在COM(模塊化電腦)產品上擁有的專業能力以及一系列緊湊型、低功耗和無風扇的嵌入式解決方案。

凌華還成功收購美國嵌入式產品領導品牌、PCI04創始者Ampro公司，創立Ampro byADLINK品牌，可以提供始于設計并貫穿整個制造過程的寬溫及軍用寬溫級嵌入式產品和系統。

磐儀科技：寬溫產品從設計、選材開始，就充分考慮產品的寬幅溫差適應能力。

為了保證質量，在選用零部件方面，磐儀不惜花費高額成本，全部選用發熱量低、工作溫度范圍寬廣的零部件。在設計過程中，研發工程師結合每個零部件的高低溫特性和動、靜態工作點。對于本身發熱量稍大，在高溫環境下可能造成隱患的小零件，會采用增大零件底部敷銅面積，以幫助散熱或增加輔助散熱片等措施。對于低溫環境下特性變化較大的零件，比如電容，除了選用較為昂貴的受溫差影響較小的電容外，適當增加電容的用量。以彌補低溫環境下的容量損失。在生產、檢驗過程中，100％執行增寬溫度范圍的高低溫性能測試驗收(比公布的低溫低5℃，高溫高5℃)。

威盛電子嵌入式平臺事業部：威盛自己做芯片，同時提供板卡標準，例如最新的Em-ITX等。在嵌入式板卡方面有很多成功的經驗，一些成功案例如：美國軍方委托第三方公司開發的戰地救援機器人，采用威盛嵌入式平臺，可以托起1SOkg的傷員，并可溫柔靈巧地將之送到救護車上或戰地醫院。韓國客戶采用Nano-ITX板型做車載電腦系統，具有GPS及高清多媒體娛樂功能。威盛嵌入式方案中標西班牙醫院數字標牌的政府采購項目，采用了定制的Linux,~作系統及軟件。體現了威盛在客制化技術服務方面的優勢：通過掌握自身處理器的核心技術，為客戶開發基于不同操作系統的驅動和BIOS。

威盛嵌入式非常看好中國的數字標牌、POS機、視頻監控、車載電腦、工控、電力、交通、醫療電子等應用領域。

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當各個設計領域被整合入單一開發環境，從而在整體上提高了設計抽象的層次，則系統級設計師就有可能采用這種方法。為使這一點成為可能，硬件、軟件和可編程硬件設計需要封裝進一個使用單一設計數據模型的系統。這個單一數據存儲庫變成針對公司內各種系統的單一聯系點，而且更重要的是，它允許各設計領域進行實時設計互動。

這與嵌入式設計領域特有的使用基于C語言的系統語言或算法建模技術來提高設計抽象層次的概念有重要區別。如果高層次嵌入式設計是在使用單一設計數據模型的統一設計環境中實現，則其本身就包含其他領域。通過提供包含應用軟件與硬件的完整而統一的系統設計能力，系統設計才能夠名副其實。

設計抽象層次的提高，系統設計師可以采用高層次、以軟件為中心的整體產品設計方法。使用示意圖或流程圖等圖形設計界面，你可以迅速將IP區塊、軟件例程和I/O系統結合起來，以研究和開發創新的產品功能，而不會受到低層次工程設計需求的干擾。單一設計環境可以讓系統設計方法論服務于開發完整的產品功能而不是其中的一部分。

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Curriculum Study for Computer Undergraduate Embedded System

Li Biyun,Shi Junping,Li Zongshou

(College of Information Science&Engineering,Jishou University,Jishou 416000,China)

Abstract:For the lag teaching and training in higher education embedded system,this article analyzes the development characteristics of the embedded system,identify curriculum thinking and personnel training objectives of building embedded systems of major computer science in colleges,a new curriculum system with theory and practice of the embedded system is proposed based on the courses of major in computer.

Keywords:Embedded system;Talents training objective;Computer undergraduate;

Curriculum system

一、引言

嵌入式系統是指以應用為核心，以計算機技術為基礎，軟硬件可裁剪，適應應用系統對功能、可靠性、成本、體積和功耗嚴格要求的專用計算機系統。它由包括微處理器、定時器、微控制器、存儲器、傳感器等一系列微電子芯片與器件，和嵌入在存儲器中的微型操作系統、控制應用軟件組成，共同實現諸如實時控制、監視、管理、移動計算、數據處理等各種自動化處理任務。嵌入式系統以應用為中心，以微電子技術、控制技術、計算機技術和通訊技術為基礎，強調硬件軟件的協同性與整合性，軟件與硬件可剪裁，以滿足系統對功能、成本、體積和功耗等要求[1]。

嵌入式系統已被廣泛地應用于工業控制系統、信息家電、通信設備、醫療儀器、智能儀器儀表等眾多領域，如手機、PDA、MP3、手持設備、智能電話、機頂盒等，可以說嵌入式技術無處不在。由于社會對掌握嵌入式技術人才的大量需求，使嵌入式軟硬件工程師成為未來幾年最為熱門的職業之一。

目前，隨著嵌入式技術越來越熱，國內越來越多的高校陸續開設了相關課程，并建立了嵌入式實驗室。但是通過各種渠道反映出，很多高校嵌入式課程開設的情況不理想，很多學校建立了優良的嵌入式實驗室，卻很難達到理想的授課效果。歸結其原因主要有兩點：一、沒有完善的課程體系；二、需要合適的師資力量。吉首大學作為一所辦在民族地區的省屬高校，其辦學宗旨之一就是為地方經濟建設服務。吉首大學計算機系一直就是秉承此種宗旨來發展和培養應用型人才的。從目前的嵌入式系統技術發展趨勢來看，計算機專業本科教學不僅要面向計算機軟硬件系統，更應與嵌入式系統方向相結合，與人才培養模式和人才需求相結合進行適時調整，從理論及實踐課程體系、師資能力到人才培養模式進行整體規劃，以適應當前應用廣泛的嵌入式系統人才需要。

二、計算機本科專業嵌入式方向的人才培養目標

按照嵌入式技術及其密切相關的電子信息產業目前及未來的發展需求，培養與我國社會主義現代化建設要求相適應的，在德、智、體、美等方面全面發展，掌握計算機科學與技術基本理論、基本知識和基本技能，具有深厚嵌入式理論基礎、能從事嵌入式系統設計與開發、集成電路設計與應用、無線通信等實際工作，具有良好的政治素養、文化科學素養、較強的學習能力、實踐能力和創新意識和綜合解決實際問題能力的高級應用型人才。嵌入式系統方向重點培養學生嵌入式系統軟件工程實踐能力，包括軟件工程及各種嵌入式系統開發技術、調試和測試工具[2]，畢業后學生將具備嵌入式系統軟件開發能力，有能力適應巨大的嵌入式系統產品市場需求，成為嵌入式系統產品企業所急需的掌握嵌入式系統軟件技術的人才。

畢業生具有的知識、素質、能力包括：1.具有良好的思想道德素養和團結協作的精神，熟悉計算機方面的有關法規，遵紀守法，善于合作，勇于創新。掌握較豐富的科學文化知識、較扎實的計算機學科基礎知識、系統的專業基礎知識和基本技能，了解計算機專業的發展趨勢和新進展。2.具有較強的學習能力和實踐能力，能夠熟練地運用多種方法獲取知識、理解知識、掌握知識，能夠綜合性地提出問題、分析問題和解決問題；具有較強的計算機綜合應用能力和一定的科學研究能力。3.掌握嵌入式系統開發的理論和基本方法，具有嵌入式系統軟硬件的設計、開發、調試及維護的基本能力。具體掌握一種嵌入式操作系統，具有在該操作系統環境下設計、編程及開發的能力。兼具軟件及硬件的協調開發能力。4.具有良好的語言表達和書面表達的能力，適應現代社會的交往溝通方式，具有較強的集體合作和組織協調的意識與能力。5.熟練掌握一門外語,并能順利閱讀本專業的外文書刊，了解文獻檢索、資料查詢的基本方法。能夠較熟練地使用英語從事嵌入式方向的研究與開發。

三、計算機本科專業嵌入式系統方向課程體系建設思路

嵌入式系統作為一個完整的智能電子系統，需要掌握有關電子和計算機等相關領域的硬、軟件綜合知識。一般而言，自動化、測控和電子類的學生電子設計的基礎較好，程序設計偏弱；而計算機類的學生程序設計基礎好，電子設計能力偏弱。計算機本科專業嵌入式系統方向課程體系的建設和規劃，應從以下幾方面結合進行。

（一）計算機本科專業課程與嵌入式系統方向相結合

嵌入式系統是將先進的計算機技術以及電子技術與各個行業的具體應用相結合的產物。嵌入式系統的應用范圍可以粗略分為兩大類：電子系統的智能化(工業控制、現代農業、家用電器、汽車電子、測控系統、數據采集等)，計算機應用的延伸(MP3、手機、通信、網絡、計算機設備等)。從這些應用可以看出，要完成一個以MCU為核心的嵌入式系統應用產品設計，需要硬件、軟件及行業領域相關知識。硬件主要有MCU的硬件最小系統、輸入／輸出電路、人機接口設計。軟件設計有固化軟件的設計，也可能含PC機軟件的設計，這些有關嵌入式系統的硬、軟件設計和測試也是計算機系統的組成部分之一，嵌入式系統知識體系最主要的三大技術仍然是計算機體系結構、計算機操作系統和計算機網絡，嵌入式系統方向的課程設置應與這些計算機本科專業課程相結合，在計算機相關軟硬件知識基礎進一步拓展設計和應用知識。

（二）與嵌入式系統自身特點相結合

嵌入式系統以計算機、電子技術為基礎，但嵌入式系統也有其自身的特點。按照層次結構看待嵌入式系統，嵌入式系統分為4層：硬件層、驅動層、操作系統層和應用層，不能片面地從“電子”或“計算機軟件”角度認識嵌入式系統，嵌入式系統軟件硬件密切相關，軟硬件協同設計已經成為電子系統級工具和方法的主要應用，是軟件與硬件的綜合體，沒有對硬件的理解就不可能寫好嵌入式軟件，同沒有對軟件的理解也不可能設計好嵌入式硬件。軟硬件相結合進行課程設置是嵌入式系統的特點要求之一[3]。嵌入式系統設計也是一門實踐性非常強的課程,作為以應用為中心的課程，實踐教學是嵌入式系統教學的關鍵，要求理論與實踐并重，為將學生的操作能力、分析能力、工程設計能力與應用實踐結合起來，引導學生由淺入深地掌握嵌入式系統設計的理論與技術，嵌入式系統方向課程設置應以培養實踐動手能力為核心。

（三）與市場、企業需求相結合

高校計算機專業嵌入式方向從需求的角度，總體培養目標是培養人才市場緊缺，企業需求量大，就業率高的軟硬結合的復合型嵌入式開發工程師。嵌入式系統人才的培養應與社會需求相接軌，充分培養學生技能水平與職業素養，使學生能夠達到企業實際崗位的用人標準，滿足企業應用需求，縮短企業二次崗前培訓，成為具有完備的專業知識和技術能力的應用型人才。

四、嵌入式方向課程體系基本內容

要完成一個嵌入式系統應用產品設計，需要硬件、軟件及行業領域相關知識與實踐訓練，嵌入式方向人才培養的定位為應用型技術人才，綜合計算機本科專業嵌入式系統方向課程體系建設的三個結合點，制定一套培養應用型人才為目標的課程體系[4]。

（一）理論課程體系

計算機科學與技術專業課程包括電路與模擬電子技術、數字邏輯電路、匯編語言程序設計、計算機組成原理、計算機體系結構、微機原理與接口技術等硬件課程；C語言程序設計、離散數學、數據結構與算法、面向對象程序設計（Java和C++）、軟件工程等軟件課程；操作系統原理、計算機網絡、數據庫原理等專業核心課程，這些課程也應該為嵌入式方向的支撐課程群。操作系統考慮嵌入式方向課程設置，應增加Linux操作系統的實訓內容。

在這些計算機專業課程基礎上，刪減原來與嵌入式方向聯系不大，相對獨立的若干專業課程，適當增大嵌入式系統應用技術方向課程比例，構成計算機專業嵌入式方向理論課程體系。基礎課程中增加嵌入式系統概論，硬件層面上增加可編程邏輯器件及描述語言FPGA/VHDL、嵌入式處理器體系結構。軟件層面上增設Linux下C語言編程、嵌入式Linux驅動開發、嵌入式實時操作系統、嵌入式應用程序開發；嵌入式系統級別上考慮軟硬結合增設嵌入式系統設計課程，考慮嵌入式發展方向，增設WinCE設計與開發、嵌入式軟件測試技術課程。

（二）實踐課程體系

嵌入式系統是面向應用的，實踐是整個嵌入式系統課程體系中最重要的環節，其目標是培養學生實際的嵌入式軟硬件設計能力。在嵌入式課程實踐中，采用多層次專業實踐與培訓認證相結合的實踐體系。專業實踐包括課內實驗、課程設計、綜合項目實踐、畢業實習與畢業設計，課內實驗學時占每門課總學時數比例不低于30%，課程設計包括軟硬件和應用系統開發等課程，綜合項目實踐以項目團隊的形式使學生得到團隊協作的訓練，畢業實習以校企合作、實習基地形式進行。課內實驗和課程設計可使學生課程理論知識得到鞏固提高，綜合項目實踐則培養學生階段性綜合性實踐能力，畢業實習和畢業設計可培養學生綜合分析設計的應用能力。目前，在嵌入式專業領域內的知名廠商及相關認證也越來越為更多的大學畢業生及在職工程師所關注，在實踐教學中，引入國際和國內嵌入式認證的培訓內容和知識更新體系，增加實踐動手能力，積累項目開發經驗，增加就業競爭力。

五、結束語

在IEEE計算機協會和ACM共同制定的2004版計算機類課程體系中，嵌入式系統已經被列為核心課程之一。嵌入式系統課程群建設是一項長期、艱難的任務，新知識更新速度明顯快于傳統學科，計算機本科專業嵌入式系統方向課程體系的規劃與建設，需要明確人才培養目標和建設思路，并在計算機專業課程基礎上進行，既重視融合學科的基礎知識積累，又強調實踐性，使嵌入式系統的教學緊隨嵌入式技術的發展。

參考文獻：

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[2]徐勁松,劉鈺碧,蔣晶.應用型本科嵌入式系統課程群建設與實踐[J].企業技術開發,2009(28):145-146

[3]徐敏,林瑞金,關健生.嵌入式系統教學改革與實踐[J].電氣電子教學學報,2009(3):13-15

[4]楊立林.從企業招聘需求看嵌入式系統教學課程體系設置[J].中國電力教育,2011(22):69-70

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所謂嵌入式系統（Embedded Systems）是“嵌入式計算機系統”的簡稱，是相對于通用計算機系統而言的。嵌入式系統是以應用為中心，以計算機技術為基礎，并且軟硬件可裁剪，適用于應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專用計算機系統。它一般由嵌入式微處理器、硬件設備、嵌入式操作系統以及用戶的應用程序等四個部分組成，用于實現對其他設備的控制、監視或管理等功能。嵌入式系統一般指非PC系統，它包括硬件和軟件兩部分。嵌入式微處理器和設備共同組成了一個嵌入式系統的硬件部分。嵌入式微處理器是嵌入式系統的核心。嵌入式系統的軟件部分包括操作系統軟件（OS）（要求實時和多任務操作）和應用程序編程。有時設計人員把這兩種軟件組合在一起。應用程序控制著系統的運作和行為；而操作系統控制著應用程序編程與硬件的交互作用。

二、嵌入式系統的分類

嵌入式系統涵蓋的面非常之廣泛，除PC系統以外的所有用到CPU的系統都為嵌入式系統，而且嵌入式系統有大有小，大到類似于PC的系統，小到類似于電飯爐這樣的微控制系統。具體分類：（1）信息家電，如機頂盒、DVD等；（2）信息終端，如手機、PDA等；（3）工業控制，如機器人，智能儀表等；（4）交通管理，如GPS,GSM模塊；（5）電子商務，如公共電話卡發行系統，自動售貨機等；（6）環境檢測，等等。

三、嵌入式系統發展趨勢

1、嵌入式應用軟件的開發需要強大的開發工具和操作系統的支持。隨著因特網技術的成熟、帶寬的提高，ICP和ASP在網上提供的信息內容日趨豐富、應用項目多種多樣，嵌入式電子設備的功能不再單一，電氣結構也更為復雜。為了滿足應用功能的升級，設計師們一方面采用更強大的嵌入式處理器如32位、64位RISC芯片或信號處理器DSP增強處理能力；同時還采用實時多任務編程技術和交叉開發工具技術來控制功能復雜性，簡化應用程序設計、保障軟件質量和縮短開發周期。

2、互聯網成為必然趨勢。為適應嵌入式分布處理結構和應用上網需求，面向21世紀的嵌入式系統要求配備標準的一種或多種網絡通信接口。針對外部聯網要求，嵌入設備必需配有通信接口,相應需要TCP/IP協議簇軟件支持；由于家用電器相互關聯（如防盜報警、燈光能源控制、影視設備和信息終端交換信息）及實驗現場儀器的協調工作等要求，新一代嵌入式設備還需具備IEEE1394、USB、CAN、Bluetooth或IrDA通信接口，同時也需要提供相應的通信組網協議軟件和物理層驅動軟件。為了支持應用軟件的特定編程模式，如Web或無線Web編程模式，還需要相應的瀏覽器，如HTML、WML等。

3、支持小型電子設備實現小尺寸、微功耗和低成本。為滿足這種特性，要求嵌入式產品設計者相應降低處理器的性能，限制內存容量和復用接口芯片。這就相應提高了對嵌入式軟件設計技術要求。如，選用最佳的編程模型和不斷改進算法，采用Java編程模式，優化編譯器性能。因此，既要軟件人員有豐富經驗，更需要發展先進嵌入式軟件技術，如Java、Web和WAP等。

4、提供精巧的多媒體人機界面。嵌入式設備之所以為億萬用戶樂于接受，重要因素之一是它們與使用者之間的親和力，自然的人機交互界面，如司機操縱高度自動化的汽車主要還是通過習慣的方向盤、腳踏板和操縱桿。人們與信息終端交互要求以GUI屏幕為中心的多媒體界面。手寫文字輸入、語音撥號上網、收發電子郵件以及彩色圖形、圖像已取得初步成效。目前一些先進的PDA在顯示屏幕上已實現漢字寫入、短消息語音，但離掌式語言同聲翻譯還有很大距離。

總之，中國的單片機應用和嵌入式系統開發走過了15年的歷程，但大多仍處于是以3-5個人為小組的封閉方式開發為主。今天面對的嵌入式系統工業化的潮流，如果我們不能認識到嵌入式軟件必須以工業化的方式生產開發，不理解在短時間內裝配集成“數百人年”嵌入式產品軟件庫固化于芯片之中的方法，那么我們將失去更多“上游”產品的市場機遇；反之在我國大力推動和建設“嵌入式軟件工廠”，使我國的嵌入式軟件庫（零件）產品化并溶入國際市場，對加速知識創新和建立面向21世紀的知識經濟具有戰略意義。

參考文獻：

1、馬忠梅,李善平,康慨等.ARM & Linux嵌入式系統教程.北京:北京航天航空大學出版社,2004.

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嵌入式系統開發工具的發展已經有二十多年的歷史，目前開放性和開放源碼成為一股強大的潮流，推動嵌入式系統設計技術向前發展，傳統的嵌入式系統開發工具已不能適應這一潮流。

目前的發展趨勢是嵌入式系統的集成度越來越高，因而CMOS+NVM技術變得越來越重要。實現高集成度的另一個途徑是采用系統級封裝(SiP)，即把基于不同技術的芯片整合在同一個封裝中。一個典型例子是在單個封裝中整合MCU、閃存和RF收發器。

美國風河公司中國區總經理韓青：關于嵌入式系統開發的發展趨勢，從總體上看，嵌入式系統的一個明顯趨勢就是復雜度的急劇提升，這是由于我們已經進入了一個網絡化和智能化的時代，連網能力、多樣化和智能化必然會增加嵌入式軟件的復雜度。

從軟件平臺的角度來看，Linux所發揮的作用越來越大。Linux在嵌入式領域的發展一開始就遠比在桌面PC環境中要順利，但是由于組織過于松散，標準化的進程一直比較滯后。近年來，隨著相關標準化組織的完善，特別是Google等國際巨頭的支持，OHA(開放手機聯盟)、LiMo等行業協會的建立與發展，Linux平臺上軟件開發工具和規范的標準化進程正在不斷加快，這就為廣大嵌入式系統開發人員提供了更加穩固的基礎。

從應用領域的角度來看，消費電子產品的迅速發展為嵌入式系統提供了巨大的空間，特別是移動通信娛樂裝置、汽車信息娛樂系統等產品的多樣化趨勢，都為嵌入式系統提供了充滿想象空間的應用。網絡基礎設施和國防軍工多年來一直是嵌入式系統的重要應用領域，仍然將會延續下去。考慮到Linux在上述這些領域的光明前景和開發工具標準化進程相對滯后的現狀，一些有助于標準化的技術將會成為關鍵。如DSO(Device Software Opimization，設備軟件優化)的理念和方法、層次化的設計方法和工具，都將對嵌入式系統開發技術的發展起大重要的推動作用。

GlObal IPSolutions亞太區市場總監曾志佳；在VoIP嵌入式硬件平臺開發方面，目前許多這些平臺使用的語音處理方案都是基于公共交換電話網(PSTN)技術，這是傳統的電話技術。人們對IP電話的質量非常關心，因為同電路交換網絡相比，分組網絡具有截然不同的特性。

■今日電子：現代嵌入式軟件／硬件技術的發展已經進入什么樣的階段?

Philippe Faure：對許多嵌入式系統應用而言，相對于硬件的開發，軟件的開發時間更長，開發成本更高。為了更緊密地整合硬件和軟件的開發，目前業界在電子系統級(ESL)設計方法方面投入了大量的努力。然而，這些工作進展緩慢，而且其焦點主要放在硬件／軟件并行設計流程上，以求縮短嵌入式產品的上市時間。采用基于FPGA的仿真板來驗證硬件和軟件，可以大幅度縮短嵌入式應用的開發時間，并降低成本和風險。

林鴻瑞為響應目標市場不斷演化的需求，賽靈思公司極大地增強了其嵌入式處理解決方案的處理能力，在包括處理器、外設和系統架構等所有方面全面升級了嵌入式處理解決方案，同時還通過嵌入式開發套件(EDK)所提供的直觀硬件和軟件設計工具極大地簡化了這些解決方案的使用。基于EDK v9.2提供的FPGA嵌入式處理解決方案下一階段的演進將重點瞄準兩大以客戶為中心的關鍵目標：使軟件開發更容易，并支持高性能嵌入式系統的快速設計。

Xilinx的處理解決方案為很多領域提供了高性能和定制功能，這些領域包括：航天和軍用產品、有線和無線通信、汽車、音頻／視頻廣播、工業控制、測試與測量、以及消費類。Xilinx嵌入式處理解決方案得到了大量Virtex和Spartan FPGA平臺的支持。

韓青；如今的大多數電子設備都有多個不同的功能模塊組成，為了加快產品上市速度，每個功能模塊可能需要獨立的團隊來承擔開發工作，然后再組裝起來。通過采用層次(Layer)技術，可以讓開發團隊在開發工作中保持相對的獨立性，在功能模塊開發完場后又可以快速方便地組合起來，迅速構成產品系統。在產品設計與調試過程中，層次技術可以很好地發現、測試和交流各個模塊所發生的變化，降低嵌入式軟件出現Bug的概率，從而大幅度地節省開發時間和工作量。顯然，層次技術也會極大地加快DSP與MCU等不同功能模塊的協同應用。

■今日電子：32位MCU的發展對硬件／軟件提出怎樣的要求，DSP和MCU怎樣走向功能融合?

Philippe Faure：某些32位MCU架構如ARM9、ARM11、ARM Cortex以及Atmel的AVR32，都內建有DSP功能。其他架構如Atmel的CAP，則可使DSP核與MCU整合在同一個芯片上。如果MCU架構內建有DSP功能，便可利用相同的開發工具，把DSP軟件作為MCU軟件的一部分來開發。但如果DSP核是獨立的，則需要單獨開發DSP軟件，且采用不同于MCU的開發工具。雖然單獨的MCU和DSP軟件開發較為復雜，但好處是MCU和DSP核能夠并行工作。相比內建DSP功能的單核MCU架構，可獲得更高的性能和更低的功耗。

除了MCU內核以外，我們還必須考慮到對外設模擬／數字IP的需求，以及MCU是否能夠支持實時操作系統(RTOS)。

林鴻瑞：選擇MCU內核僅僅解決了復雜問題的一部分。開發人員需要選擇配有適當外設的MCU來滿足自己的最終產品要求。如果選擇的MCU帶有許多用不到的外設可能會增加總體系統成本。另外，對能夠運行RTOS的MCU的需求也在增長。使用RTOS有幾大顯著原因：除了提供實時多任務能力以

外，RTOS施加的任務型設計流程比沒有RTOS的系統更清晰、更容易組織；RTOS支持代碼重利用，通過提供中間件鏈接和縮短開發時間為應用提供有用的服務。在時序關鍵的應用中，RTOS可預測的響應時間也進一步保證了應用的質量。

為進一步適應這一趨勢，除已經為Microblaze軟內核提供的免費IP以外，賽靈思公司還新提供了4款免費IP(IIC、UART、FPU和10/100 liteEMAC)。為滿足RTOS需求，賽靈思還了其支持Linux 2.6 RTOS的Microblaze軟內核版本。

賽靈思FPGA是硬件可配置的并且能夠利用Microblaze實現嵌入式處理器功能，以及利用內部DSP48邏輯片完成DSP加速，因此對于帶可定制外設的32位嵌入式應用開發來說，無論是否包括DSP加速，都是極佳的開發平臺。

■今日電子如何看待國內行業應用市場?貴公司在中國的發展策略如何?

Philippe Faure：中國的嵌入式應用增長極其迅速，部分原因是由于中國國內市場的發展，另一原因則在于中國嵌入式應用產品出口的持續增長。Atmel在制定中國戰略時，考慮到了中國市場對價格極為重視的現實。中國的電子產品公司對單個芯片的價格和總體物料清單(BoM)的成本都非常關注。對Atm el而言，能夠提供把物料清單(BoM)的總體成本降至最低的系統解決方案十分重要。在中國，消費市場非常強勁，其中家電行業推動著國內市場的急速發展。

林鴻瑞：近年來，中國嵌入式系統應用產品的市場需求日益增加，嵌入式系統的產值不斷增長，在冶金、汽車、造船、裝備制造、節能降耗、環保、家電、電子、汽車、通信、交通、金融、網絡、監控、工業自動化等領域尤其明顯。

目前在中國市場，FPGA技術主要應用在傳統的通信及消費電子領域。賽靈思在中國電信市場，特別是無線基站領域始終處于領導地位。在未來2～4年里，賽靈思的業務將集中在TD-SCDMA、平面電視和便攜式產品，在接下來的發展中，賽靈思將重點開拓汽車電子、工業控制、測試測量等領域。賽靈思在中國的發展策略如下：

首先，通過繼續加強客戶服務支持，滿足不斷增長的客戶需求，同時不斷拓展銷售渠道，繼續完成中國業務的快速增長。第二，繼續對能幫助賽靈思建立產業鏈生態系統的合作伙伴進行投資。第三，繼續對電子工程師進行培訓和教育，使那些從來沒有用過賽靈思FPGA產品的工程師能夠發現其中的潛力并且能夠使用這些產品。第四，繼續深入開展大學計劃。

韓青：國內嵌入式系統的應用方向與全球情況大致相同，主要集中在航空航天與國防、消費電子、汽車電子、工業自動化和網絡基礎設施等幾大領域，只是在各個不同領域的發展速度與國外略有不同。例如，國內消費電子產品由于市場巨大、進入門坎相對較低而在很短時間內表現出巨大的活力，這也是國際廠商認為短期內可以迅速成長并且進入比較容易的一個領域。再來看汽車電子，由于國外廠商利用整車設計對國內廠商造成了一定的進入門坎，導致國內廠商很難踏入預裝在車內的汽車電子產品，但是對于后裝的車載電子產品來說，其市場形態比較接近消費電子產品，也給國內廠商造就了一定的機會。

風河公司在國內的發展策略是順應國內市場趨勢，以全球最先進的嵌入式軟件開發理念、方法和工具來引導國內的技術趨勢。在嵌入式軟件開發領域，以DSO(設備軟件優化)為核心的理念、方法和工具是目前和今后將會長期延續的技術趨勢。

■今日電子貴公司在嵌入式開發的一些領域很活躍，如何看待貴公司在這個領域中所扮演的角色?

Philippe Faure：MCU和DSP已經被廣泛地使用在大量的嵌入式產品中。規模最大的嵌入式應用是手機，同時，數碼相機、便攜式媒體播放器和GPS系統的量也很大。另外，MCU和DSP還被使用在工業和醫療產品中，這方面的應用雖然出貨量較少但單價較高，且產品生命周期更長。汽車電子則是嵌入式產品市場中增長最快的領域之一。總而言之，這些應用在可預見的未來將確保嵌入式系統銷售量和銷售額的長期增長。

ATMEL專注于以微控制器產品為其核心競爭力，并輔以RF、功率管理、非易失性存儲器和傳感器接口等器件，可為眾多嵌入式應用提供一個完整的系統級解決方案。ATMEL致力于鞏固其作為嵌入式系統市場主要廠商的地位。

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隨著嵌入式系統處理器的不斷發展，典型的32位RISC芯片——ARM處理器，不論是在PDA，STB，DVD等消費類電子產品中，還是在GPS，航空，勘探，測量等軍方產品中都得到了廣泛的應用。越來越多的芯片廠商早已看好ARM的前景，比如Intel， NS， Atmel， Philips， NEC， CirrusLogic等公司都有相應的產品。他們把更多的功能集成在ARM芯片中，使其成為了高集成度，低功耗的典型代表。

ARM將其技術授權給世界上許多著名的半導體、軟件和OEM廠商，每個廠商得到的都是一套獨一無二的ARM相關技術及服務。利用這種合伙關系，ARM很快成為許多全球性RISC標準的締造者。

ARM架構是面向低預算市場設計的第一款RISC微處理器。

ARM提供一系列內核、體系擴展、微處理器和系統芯片方案。由于所有產品均采用一個通用的軟件體系，所以相同的軟件可在所有產品中運行（理論上如此）。典型的產品如下。

①CPU內核

——ARM7：小型、快速、低能耗、集成式RISC內核，用于移動通信。

——ARM7TDMI(Thumb):這是公司授權用戶最多的一項產品，將ARM7指令集同Thumb擴展組合在一起，以減少內存容量和系統成本。同時，它還利用嵌入式ICE調試技術來簡化系統設計，并用一個DSP增強擴展來改進性能。該產品的典型用途是數字蜂窩電話和硬盤驅動器。

——ARM9TDMI:采用5階段管道化ARM9內核，同時配備Thumb擴展、調試和Harvard總線。在生產工藝相同的情況下，性能可達ARM7TDMI的兩倍之多。常用于連網和頂置盒。

②體系擴展

——Thumb:以16位系統的成本，提供32位RISC性能，特別注意的是它所需的內存容量非常小。

③嵌入式ICE調試

由于集成了類似于ICE的CPU內核調試技術，所以原型設計和系統芯片的調試得到了極大的簡化。

④微處理器

——ARM710系列，包括ARM710、ARM710T、ARM720T和ARM740T:低價、低能耗、封裝式常規系統微型處理器，配有高速緩存（Cache）、內存管理、寫緩沖和JTAG。廣泛應用于手持式計算、數據通信和消費類多媒體。

——ARM940T、920T系列:低價、低能耗、高性能系統微處理器，配有Cache、內存管理和寫緩沖。應用于高級引擎管理、保安系統、頂置盒、便攜計算機和高檔打印機。

——StrongARM:性能很高、同時滿足常規應用需要的一種微處理器技術，與DEC聯合研制，后來授權給Intel。SA110處理器、SA1100 PDA系統芯片和SA1500多媒體處理器芯片均采用了這一技術。

——ARM7500和ARM7500FE:高度集成的單芯片RISC計算機，基于一個緩存式ARM7 32位內核，擁有內存和I/O控制器、3個DMA通道、片上視頻控制器和調色板以及立體聲端口;ARM7500FE則增加了一個浮點運算單元以及對EDO DRAM的支持。特別適合電視頂置盒和網絡計算機（NC）。

2嵌入式系統的特點

嵌入式計算機系統同通用型計算機系統相比具有以下特點：

21嵌入式系統通常是面向特定應用的。嵌入式CPU與通用型的最大不同就是嵌入式CPU大多工作在為特定用戶群設計的系統中，它通常都具有低功耗、體積小、集成度高等特點，能夠把通用CPU中許多由板卡完成的任務集成在芯片內部，從而有利于嵌入式系統設計趨于小型化，移動能力大大增強，跟網絡的耦合也越來越緊密。

22嵌入式系統是將先進的計算機技術、半導體技術和電子技術與各個行業的具體應用相結合后的產物。這一點就決定了它必然是一個技術密集、資金密集、高度分散、不斷創新的知識集成系統。

23嵌入式系統的硬件和軟件都必須高效率地設計，量體裁衣、去除冗余，力爭在同樣的硅片面積上實現更高的性能，這樣才能在具體應用中對處理器的選擇更具有競爭力。 24嵌入式系統和具體應用有機地結合在一起，它的升級換代也是和具體產品同步進行，因此嵌入式系統產品一旦進入市場，具有較長的生命周期。

25為了提高執行速度和系統可靠性，嵌入式系統中的軟件一般都固化在存儲器芯片或單片機本身中，而不是存貯于磁盤等載體中。

26嵌入式系統本身不具備自舉開發能力，即使設計完成以后用戶通常也是不能對其中的程序功能進行修改的，必須有一套開發工具和環境才能進行開發。

3嵌入式的系統與分類

根據不同的分類標準嵌入式系統有不同的分類方法，這里根據嵌入式系統的復雜程度，可以將嵌入式系統分為以下四類：

31單個微處理器這類系統可以在小型設備中（如溫度傳感器、煙霧和氣體探測器及斷路器）找到。這類設備是供應商根據設備的用途來設計的。這類設備受Y2K影響的可能性不大。

32不帶計時功能的微處理器裝置。這類系統可在過程控制、信號放大器、位置傳感器及閥門傳動器等中找到。這類設備也不太可能受到Y2K的影響。但是，如果它依賴于一個內部操作時鐘，那么這個時鐘可能受Y2K問題的影響。

33帶計時功能的組件。這類系統可見于開關裝置、控制器、電話交換機、電梯、數據采集系統、醫藥監視系統、診斷及實時控制系統等。它們是一個大系統的局部組件，由它們的傳感器收集數據并傳遞給該系統。這種組體可同PC機一起操作，并可包括某種數據庫(如事件數據庫)。

34在制造或過程控制中使用的計算機系統。對于這類系統，計算機與儀器、機械及設備相連來控制這些裝置的工作。這類系統包括自動倉儲系統和自動發貨系統。在這些系統中，計算機用于總體控制和監視，而不是對單個設備直接控制。過程控制系統可與業務系統連接（如根據銷售額和庫存量來決定定單或產品量）。

4嵌入式系統發展趨勢

以信息家電為代表的互聯網時代嵌入式產品，不僅為嵌入式市場展現了美好前景，注入了新的生命；同時也對嵌入式系統技術，特別是軟件技術提出新的挑戰。這主要包括：支持日趨增長的功能密度、靈活的網絡聯接、輕便的移動應用和多媒體的信息處理，此外，當然還需對付更加激烈的市場競爭。

41嵌入式應用軟件的開發需要強大的開發工具和操作系統的支持隨著因特網技術的成熟、帶寬的提高，ICP和ASP在網上提供的信息內容日趨豐富、應用項目多種多樣，像電話手機、電話座機及電冰箱、微波爐等嵌入式電子設備的功能不再單一，電氣結構也更為復雜。為了滿足應用功能的升級，設計師們一方面采用更強大的嵌入式處理器如32位、64位RISC芯片或信號處理器DSP增強處理能力；同時還采用實時多任務編程技術和交叉開發工具技術來控制功能復雜性，簡化應用程序設計、保障軟件質量和縮短開發周期。

目前，國外商品化的嵌入式實時操作系統，已進入我國市場的有WindRiver、Microsoft、QNX和Nuclear等產品。我國自主開發的嵌入式系統軟件產品如科銀(CoreTek)公司的嵌入式軟件開發平臺DeltaSystem，它不僅包括DeltaCore嵌入式實時操作系統，而且還包括LamdaTools交叉開發工具套件、測試工具、應用組件等；此外，中科院也推出了Hopen嵌入式操作系統。

42聯網成為必然趨勢。為適應嵌入式分布處理結構和應用上網需求，面向21世紀的嵌入式系統要求配備標準的一種或多種網絡通信接口。針對外部聯網要求，嵌入設備必需配有通信接口，相應需要TCP/IP協議簇軟件支持；由于家用電器相互關聯(如防盜報警、燈光能源控制、影視設備和信息終端交換信息)及實驗現場儀器的協調工作等要求，新一代嵌入式設備還需具備IEEE1394、USB、CAN、Bluetooth或IrDA通信接口，同時也需要提供相應的通信組網協議軟件和物理層驅動軟件。為了支持應用軟件的特定編程模式，如Web或無線Web編程模式，還需要相應的瀏覽器，如HTML、WML等。

43支持小型電子設備實現小尺寸、微功耗和低成本。為滿足這種特性，要求嵌入式產品設計者相應降低處理器的性能，限制內存容量和復用接口芯片。這就相應提高了對嵌入式軟件設計技術要求。如，選用最佳的編程模型和不斷改進算法，采用Java編程模式，優化編譯器性能。因此，既要軟件人員有豐富經驗，更需要發展先進嵌入式軟件技術，如Java、Web和WAP等。

篇13

我們收集并分析了國內部分高校在嵌入式課程上的教學大綱，以此為基礎設置了我們的嵌入式系統概論課程。表1是我們收集的大學名稱、課程名稱、學時數與知識點，這些課程基本上是基于Intel的XScale實驗板設計的，對我們設計“嵌入式系統概論”有借鑒作用。

綜合上述高校的嵌入式課程，有些是針對計算機專業開設的，有些是針對其他專業的，有本科期間開設的，也有碩士期間開設的，一些高校開設了多門嵌入式方向大課程。我們設計的“嵌入式系統概論”是針對本科階段開設的嵌入式方向入門課程，主要面向大三的本科生，其課程結構如圖1所示，其前修課程一般是計算機組成、微機原理、接口、匯編、操作系統、程序設計語言、體系結構。部分后續課程開設在研究生階段。

嵌入式系統概論課程的目的，是綜合前修計算機專業課程，以及包括數字電路等更基礎的知識，開拓學生對嵌入式的視野，為后續課程奠定基礎。因此在嵌入式課程中不會介紹匯編語言設計、接口電路的設計等知識。

我們認為，該課程理論部分的知識點分布基本上如圖2所示，主要分為四大模塊，分別是嵌入式概念、嵌入式體系、嵌入式系統軟件、嵌入式軟件開發。實驗部分由于各學校實驗材料的差異，較難對比，我們的使用設備主要是30套Intel XScale與30套Motorola Dragonball。

對于嵌入式體系結構，首先介紹各種嵌入式體系結構、處理器、DSP。

由于ARM體系是目前嵌入式系統工業界事實上的標準，一般都以ARM體系為例介紹嵌入式體系結構，并介紹ARM匯編。由于上課學生已經學習了匯編語言，所以需要簡單介紹ARM匯編與微機匯編的差異與特點，要求學生以自學為主，作業為輔，可以較快地掌握該匯編。浙江大學計算機專業本科生階段在計算機組成課程中還學習了MIPS匯編，所以學生們對ARM匯編掌握起來就更快一些。

在嵌入式體系的具體實例介紹中，我們結合本課程的實驗平臺簡要介紹XScale體系，這部分主要也是自學為主，結合實驗環節讓學生掌握看硬件資料的能力。

在嵌入式體系結構部分，還需要介紹嵌入式系統的硬件系統，包括JTAG接口、外設、中斷、總線等。通過這部分的介紹，學生們可以了解嵌入式硬件系統的構成與軟硬件接口。

嵌入式系統軟件就是嵌入式操作系統。嵌入式操作系統包括非實時嵌入式操作系統與實時嵌入式操作系統（RTOS），在嵌入式課程中主要介紹RTOS。在系統軟件模塊中將介紹實時系統概念、操作系統在嵌入式系統領域的改造，例如處理器調度的實時性改造、中斷處理、文件系統、MMU等。嵌入式系統概論課程主要介紹常見的各種嵌入式操作系統，包括它們的特點、應用領域，并以嵌入式Linux為例子，介紹Linux的改造、裁減與移植。

最后一個模塊是嵌入式軟件開發，是介紹嵌入式軟件開發的過程，使得整門課程最終能夠形成一個完備的嵌入式開發體系。Bootloader的設計，也可放在操作系統移植中進行介紹。嵌入式圖形用戶界面目前沒有統一的標準，作為概論課程需要介紹各個嵌入式GUI的優缺點與適用范圍。同樣，課程介紹包括Tornado、等嵌入式開發環境，以及嵌入式中間件。課程最后將以實例來介紹嵌入式系統的開發流程。