摘要：綜述嵌入式系統設計的最新發展情況；論述當前嵌入式系統設計技術發展的特點；從嵌入式系統設計開發的復雜度，開發形式、手段和工具，開發平臺和開發語言等方面嵌入式系統設計發生的各種變化，并提出應對這些變化的各種挑戰。

     關鍵詞：嵌入式系統 設計技術 SoC

1 嵌入式系統設計技術發展的特點

隨著微電子技術的飛速發展，CPU已經變成低成本器件。在可能的情況下，各種機電設備已經或者正在嵌入CPU構成的嵌入式系統。據Virginia Tech公司報告，嵌入式系統中所使用的CPU數量已經超過通用PC中CPU數量的30倍。

現在系統研究的重點已從通用系統轉向專用系統，以及從一般性能轉向可靠性、可用性、安全性、自主性、可擴展性、功能性、靈活性、成本、體積、功耗及可管理性上。

1.1 32位嵌入式處理器比例快速升高

InStat/MDR曾預測在2001～2006年期間，32位向控制器（MCU）的復合年增長率可達22.6%。而全球32位MCU市場在2003年的增長幅度實際已走過30%，在2004年預計將達到38%。增長的驅動因素主要有兩個方面。

一方面因為像數碼相機、MP3播放機、PDA、游戲機和移動電話手機等手持設備以及各種信息家電等有更高性能要求的多媒體和通信設備的推出。在這些應用中，龐大的多媒體數據必然需要更大的存儲空間，目前許多32位微控制器都可以使用SDRAM，因此可極大地降低使用更大容量數據存儲器的成本；而8位微控制器一般只能使用成本較高的SRAM作為數據在座 器。此外除了處理應用控制功能之外，需支持互聯網接入的應用在MCU運行TCP/IP或其它通信協議的情況下，要求系統建立在RTOS上就必然成為一種現實需求。另外，有越來越多的像電視機、汽車音響及電子玩具等傳統應用也與時俱進地提出數字化和“硬件軟化”的要求，它們對計算性能的要求及存儲器容量的需求都超出絕大多數8位微控制器能提供的范圍。

另一方面由于IT技術發展的推動，32位ARM體系結構已經成為一種事實上的標準，隨著高端32位CPU價格的不斷下降和開發環境的成熟，促使32位嵌入式處理器日益擠壓原先由8位微控制器主導的應用空間。隨著ARM處理器在全球范圍的流行，32位的RISC嵌入式處理器已經開始成為高中端嵌入式應用和設計的主流。

8位機除MCS-51外，其它的8位機和16位機都沒有一種能為標準或準標準產品。32位嵌入式處理器一度被認為只適用于高端應用場合的看法正在改變。有更多、更復雜特點和功能需求的便攜式電子設備正促使嵌入式系統工程師考慮用32位MCU取代8/16位MCU。另外，越來越多的設計師認識到，轉用32位架構不令能提升性能，還能降低相同成本下的系統功耗和節約總成本以及縮短產品上市時間。這個轉變為設計師提供了可隨著產品的性能和需求不斷擴展而升級的方案。

1．2 可供選擇的可編程計算部件方案增多

（1）GPP-EP-MCU-DSP-ASP/ASSP-ASIC/SoC

嵌入式系統的核心是可編程計算部件，即處理器。這可以有很多種選擇，而且近幾年又增加了一些新的選擇：除過去常用的通用處理器GPP（Gereral Purpose Processor）、嵌入式處理器EP（Embedded Processor）、微控制器MCU（Micro-Control Unit）、數字信號處理器DSP（Digital Signal Processor）外，目前發展很快、可以給我們提供新的選擇的還有各種專用處理器ASP（Application Specific Processor）或專用標準產品ASSP（Application Specific Standard Product）。它們都是針對一些特定應用而設計的，如用于HDTV、ADSL、Cable Modem等的專用處理器。與MCU相比，ASP/ASSP集成的資源可能比一般MCU更多、更專業化，所以ASP的價格要高于MCU；但因為它的應用在相關領域中又是通用、標準和開放的，所以任一個公司都能應用它構成自己的系統或產品，而不存在侵犯知識產權的問題。另一種有知識產權保護的在應用上較封閉的專用集成電路ASIC（Application Specific IC）類的定制片上系統SoC(System on Chip)的投入成本就要比ASP高得多。但這可以根據設計人員的要求來構建定制SoC，這樣就可為設計人員提供滿足量體載衣式應用需求的靈活性。SoC技術使嵌入式系統應用發生了革命性的變化，這個變化就是嵌入式系統的設計技術，已從選擇廠家提供的標準產品時代進入了用戶具有個性的自行開發設計器件的時代。

（2）PsoC/SoPC/CsoC

       摘要：綜述嵌入式系統設計的最新發展情況；論述當前嵌入式系統設計技術發展的特點；從嵌入式系統設計開發的復雜度，開發形式、手段和工具，開發平臺和開發語言等方面嵌入式系統設計發生的各種變化，并提出應對這些變化的各種挑戰。

     關鍵詞：嵌入式系統 設計技術 SoC

1 嵌入式系統設計技術發展的特點

隨著微電子技術的飛速發展，CPU已經變成低成本器件。在可能的情況下，各種機電設備已經或者正在嵌入CPU構成的嵌入式系統。據Virginia Tech公司報告，嵌入式系統中所使用的CPU數量已經超過通用PC中CPU數量的30倍。

現在系統研究的重點已從通用系統轉向專用系統，以及從一般性能轉向可靠性、可用性、安全性、自主性、可擴展性、功能性、靈活性、成本、體積、功耗及可管理性上。

1.1 32位嵌入式處理器比例快速升高

InStat/MDR曾預測在2001～2006年期間，32位向控制器（MCU）的復合年增長率可達22.6%。而全球32位MCU市場在2003年的增長幅度實際已走過30%，在2004年預計將達到38%。增長的驅動因素主要有兩個方面。

一方面因為像數碼相機、MP3播放機、PDA、游戲機和移動電話手機等手持設備以及各種信息家電等有更高性能要求的多媒體和通信設備的推出。在這些應用中，龐大的多媒體數據必然需要更大的存儲空間，目前許多32位微控制器都可以使用SDRAM，因此可極大地降低使用更大容量數據存儲器的成本；而8位微控制器一般只能使用成本較高的SRAM作為數據在座 器。此外除了處理應用控制功能之外，需支持互聯網接入的應用在MCU運行TCP/IP或其它通信協議的情況下，要求系統建立在RTOS上就必然成為一種現實需求。另外，有越來越多的像電視機、汽車音響及電子玩具等傳統應用也與時俱進地提出數字化和“硬件軟化”的要求，它們對計算性能的要求及存儲器容量的需求都超出絕大多數8位微控制器能提供的范圍。

另一方面由于IT技術發展的推動，32位ARM體系結構已經成為一種事實上的標準，隨著高端32位CPU價格的不斷下降和開發環境的成熟，促使32位嵌入式處理器日益擠壓原先由8位微控制器主導的應用空間。隨著ARM處理器在全球范圍的流行，32位的RISC嵌入式處理器已經開始成為高中端嵌入式應用和設計的主流。

8位機除MCS-51外，其它的8位機和16位機都沒有一種能為標準或準標準產品。32位嵌入式處理器一度被認為只適用于高端應用場合的看法正在改變。有更多、更復雜特點和功能需求的便攜式電子設備正促使嵌入式系統工程師考慮用32位MCU取代8/16位MCU。另外，越來越多的設計師認識到，轉用32位架構不令能提升性能，還能降低相同成本下的系統功耗和節約總成本以及縮短產品上市時間。這個轉變為設計師提供了可隨著產品的性能和需求不斷擴展而升級的方案。

1．2 可供選擇的可編程計算部件方案增多

（1）GPP-EP-MCU-DSP-ASP/ASSP-ASIC/SoC

嵌入式系統的核心是可編程計算部件，即處理器。這可以有很多種選擇，而且近幾年又增加了一些新的選擇：除過去常用的通用處理器GPP（Gereral Purpose Processor）、嵌入式處理器EP（Embedded Processor）、微控制器MCU（Micro-Control Unit）、數字信號處理器DSP（Digital Signal Processor）外，目前發展很快、可以給我們提供新的選擇的還有各種專用處理器ASP（Application Specific Processor）或專用標準產品ASSP（Application Specific Standard Product）。它們都是針對一些特定應用而設計的，如用于HDTV、ADSL、Cable Modem等的專用處理器。與MCU相比，ASP/ASSP集成的資源可能比一般MCU更多、更專業化，所以ASP的價格要高于MCU；但因為它的應用在相關領域中又是通用、標準和開放的，所以任一個公司都能應用它構成自己的系統或產品，而不存在侵犯知識產權的問題。另一種有知識產權保護的在應用上較封閉的專用集成電路ASIC（Application Specific IC）類的定制片上系統SoC(System on Chip)的投入成本就要比ASP高得多。但這可以根據設計人員的要求來構建定制SoC，這樣就可為設計人員提供滿足量體載衣式應用需求的靈活性。SoC技術使嵌入式系統應用發生了革命性的變化，這個變化就是嵌入式系統的設計技術，已從選擇廠家提供的標準產品時代進入了用戶具有個性的自行開發設計器件的時代。

（2）PsoC/SoPC/CsoC