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嵌入式系統(tǒng)支柱學(xué)科的交叉與融合
【摘 要】嵌入式系統(tǒng)的概念源于微型計(jì)算機(jī)的嵌入式應(yīng)用。早期的嵌入式系統(tǒng)探索過(guò)工控機(jī)、單板機(jī)、微機(jī)單片化的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)的形式，隨后走上了獨(dú)立的發(fā)展道路。嵌入式系統(tǒng)不是專(zhuān)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)尚未形成獨(dú)立的學(xué)科體系，它的支柱學(xué)科是微電子學(xué)科、計(jì)算機(jī)學(xué)科、電子技術(shù)學(xué)科與對(duì)象學(xué)科。四個(gè)支柱學(xué)科形成了平臺(tái)模式下的交叉與融合。剔除嵌入式系統(tǒng)的“專(zhuān)用計(jì)算機(jī)”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(xué)科體系；平臺(tái)模式；對(duì)象學(xué)科
一、嵌入式系統(tǒng)簡(jiǎn)介
�。ㄒ唬┣度胧较到y(tǒng)的產(chǎn)生
嵌入式系統(tǒng)誕生于微型機(jī)時(shí)代，經(jīng)過(guò)微型計(jì)算機(jī)的嵌入式專(zhuān)用化的短暫探索后，便進(jìn)入到嵌入式系統(tǒng)獨(dú)立的微控制器發(fā)展時(shí)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(jī)，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(zhuān)用計(jì)算機(jī)探索的失敗之路
無(wú)論是工控機(jī)，還是單板機(jī)，都無(wú)法徹底地滿足嵌入式系統(tǒng)的微小體積、極低價(jià)位、高可靠性的要求。人們便直接將微型計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化，集成到一個(gè)半導(dǎo)體芯片中，做成單片微型計(jì)算機(jī)。Motolora公司的6801系列就是由6800系列微型機(jī)簡(jiǎn)化后集成的單片微型計(jì)算機(jī)。單片微型計(jì)算機(jī)徹底解決了嵌入式系統(tǒng)的極小體積、極低價(jià)位，但在高可靠性及對(duì)象可控性方面沒(méi)有本質(zhì)上的改進(jìn)。
�。ㄈ┣度胧较到y(tǒng)的獨(dú)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(zhuān)用計(jì)算機(jī)”羈絆，獨(dú)立發(fā)展的道路。這是一條由IntelMCS51單片機(jī)、iDCX51實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)開(kāi)辟的單片機(jī)獨(dú)立發(fā)展的道路。MCS51是一個(gè)在微電子學(xué)、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(zhuān)門(mén)與MCS51單片機(jī)配置，滿足嵌入式應(yīng)用要求原創(chuàng)的實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)。
二、嵌入式系統(tǒng)的四個(gè)支柱學(xué)科
目前，嵌入式系統(tǒng)尚未形成獨(dú)立的學(xué)科體系。從“嵌入式系統(tǒng)”的誕生、獨(dú)立的單片機(jī)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(lái)看，“嵌入式系統(tǒng)”是四個(gè)支柱學(xué)科的交叉與融合，并以平臺(tái)模式進(jìn)行學(xué)科定位與分工。
（一）四個(gè)支柱學(xué)科的關(guān)系
嵌入式系統(tǒng)的四個(gè)支柱學(xué)科是微電子學(xué)科、計(jì)算機(jī)學(xué)科、電子技術(shù)學(xué)科、對(duì)象學(xué)科。微電子學(xué)科是嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的基礎(chǔ)，對(duì)象學(xué)科是嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的歸宿學(xué)科，計(jì)算機(jī)學(xué)科與電子技術(shù)學(xué)科是嵌入式系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的重要保證。
�。ǘ╊I(lǐng)銜的微電子學(xué)科
微電子學(xué)科與半導(dǎo)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(xué)科、計(jì)算機(jī)學(xué)科的許多重要成果，最終都會(huì)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�、軟/硬件結(jié)合、以IP為基礎(chǔ)的知識(shí)與知識(shí)行為集成。
（三）為平臺(tái)服務(wù)的計(jì)算機(jī)學(xué)科
現(xiàn)代計(jì)算機(jī)出現(xiàn)后，在計(jì)算機(jī)學(xué)科中形成了兩大學(xué)科分支，即通用計(jì)算機(jī)學(xué)科與嵌入式計(jì)算機(jī)學(xué)科。通用計(jì)算機(jī)學(xué)科與嵌入式計(jì)算機(jī)學(xué)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(jì)算機(jī)學(xué)科與對(duì)象學(xué)科、微電子學(xué)科緊密相關(guān)，而嵌入式計(jì)算機(jī)學(xué)科與原有計(jì)算機(jī)學(xué)科內(nèi)容有較大差異，不能用通用計(jì)算機(jī)的概念來(lái)詮釋嵌入式系統(tǒng)，因此、嵌入式計(jì)算機(jī)要加強(qiáng)與微電子學(xué)科、電子學(xué)科、對(duì)象學(xué)科的溝通，共同承擔(dān)起嵌入式系統(tǒng)新學(xué)科的建設(shè)任務(wù)。在嵌入式系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)學(xué)科要承擔(dān)起嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用平臺(tái)的構(gòu)建任務(wù)，它包括嵌入式系統(tǒng)的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境、計(jì)算機(jī)工程方法、編程語(yǔ)言、程序設(shè)計(jì)方法等內(nèi)容。
�。ㄋ模⿵V泛服務(wù)的電子技術(shù)學(xué)科
在嵌入式系統(tǒng)中，電子技術(shù)學(xué)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(jì)，迅速?gòu)碾娐芳�、功能集成、技術(shù)集成發(fā)展到知識(shí)集成；為計(jì)算機(jī)學(xué)科提供嵌入式系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)技術(shù)支持；在對(duì)象學(xué)科中，廣大的應(yīng)用工程師在嵌入式軟硬件平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)最廣泛的應(yīng)用。
�。ㄎ澹⿲�(duì)象學(xué)科的最終出路
對(duì)象學(xué)科是嵌入式系統(tǒng)的最終用戶學(xué)科。對(duì)象學(xué)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(gè)無(wú)限大的應(yīng)用領(lǐng)域。對(duì)于對(duì)象學(xué)科來(lái)說(shuō)，嵌入式系統(tǒng)只是一個(gè)智能化的工具，對(duì)象學(xué)科要在嵌入式系統(tǒng)上構(gòu)建本領(lǐng)域的一個(gè)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(xué)科的基礎(chǔ)理論與應(yīng)用環(huán)境、應(yīng)用要求。同時(shí)，在應(yīng)用中要不斷給微電子、集成電路設(shè)計(jì)、嵌入式計(jì)算機(jī)學(xué)科提出技術(shù)要求，以便不斷提升嵌入式系統(tǒng)平臺(tái)的技術(shù)水平。
三、平臺(tái)模式下的學(xué)科
�。ㄒ唬┢脚_(tái)模式的由來(lái)
平臺(tái)模式是知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代的一種基本的產(chǎn)業(yè)、科技模式，是人類(lèi)知識(shí)分離性規(guī)律、集成性規(guī)律發(fā)展到高級(jí)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(shí)平臺(tái)媒介下的平臺(tái)模式。只要對(duì)比上世紀(jì)60年代收音機(jī)產(chǎn)業(yè)與90年代的VCD/DVD產(chǎn)業(yè)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)一體化產(chǎn)業(yè)模式與平臺(tái)產(chǎn)業(yè)模式的本質(zhì)差異。
�。ǘ┣度胧较到y(tǒng)的平臺(tái)模式
按照知識(shí)的分離性發(fā)展規(guī)律，知識(shí)創(chuàng)新者不從事知識(shí)應(yīng)用，知識(shí)應(yīng)用者不需要了解創(chuàng)新知識(shí)原理；按照集成性發(fā)展規(guī)律要求，知識(shí)創(chuàng)新者應(yīng)該將創(chuàng)新知識(shí)成果集成到工具之中，轉(zhuǎn)化為知識(shí)平臺(tái)，知識(shí)應(yīng)用者應(yīng)該在知識(shí)平臺(tái)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新知識(shí)應(yīng)用。對(duì)象學(xué)科領(lǐng)域是嵌入式系統(tǒng)的最終用戶，對(duì)象學(xué)科領(lǐng)域的電子技術(shù)應(yīng)用工程師應(yīng)該在一個(gè)現(xiàn)成的嵌入式系統(tǒng)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)。微電子學(xué)科、嵌入式計(jì)算機(jī)學(xué)科、電子技術(shù)學(xué)科（非對(duì)象學(xué)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(xué)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(shí)平臺(tái)。
（三）平臺(tái)模式下的學(xué)科定位與分工
嵌入式系統(tǒng)中四個(gè)支柱學(xué)科的定位，除了學(xué)科知識(shí)結(jié)構(gòu)的定位外，還要體現(xiàn)出在知識(shí)平臺(tái)模式中的定位。這種平臺(tái)模式的定位，是一種3+1的定位。即微電子學(xué)科、計(jì)算機(jī)學(xué)科、電子技術(shù)學(xué)科為嵌入式應(yīng)用構(gòu)筑各種類(lèi)型的應(yīng)用平臺(tái)，不介入嵌入式系統(tǒng)的具體應(yīng)用；對(duì)象學(xué)科一定要在嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用平臺(tái)基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)在本學(xué)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(tái)構(gòu)建。
嵌入式系統(tǒng)是一個(gè)無(wú)限大的空間，不論是嵌入式系統(tǒng)平臺(tái)構(gòu)建還是嵌入式系統(tǒng)平臺(tái)應(yīng)用，都有無(wú)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(xué)科的“交叉”與“融合”。
參考文獻(xiàn)
[1]何立民。嵌入式系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)模式[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2006,（1）。
[2]何立民。從嵌入式系統(tǒng)看現(xiàn)代計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)革命[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2008,（1）。
[3]何立民。以SoC為中心的多學(xué)科融合與滲透[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2001,（5）。
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