1.1 嵌入式系統簡介
1.1.1 何爲嵌入式系統
嵌入式系統本身是一個相對模糊的定義。目前嵌入式系統已經滲透到我們生活中的每個角落，工業、服務業、消費電子……，而恰恰由於這種範圍的擴大，使得“嵌入式系統”更加難於明確定義。
舉個簡單例子：一個手持的MP3是否可以叫做是嵌入式系統呢？答案肯定是“是”。另外一個PC104的微型工業控制計算機你會認爲它是嵌入式系統嗎？當然，也是，工業控制是嵌入式系統技術的一個典型應用領域。然而比較兩者，你也許會發現二者幾乎完全不同，除了其中都嵌入有微處理器。那是否可以說嵌入着微處理器的設備就是嵌入式系統？那鼠標中也有單片機，能叫嵌入式系統嘛？
那到底什麼是嵌入式系統？莫非嵌入式系統只是一個難以定義的抽象概念？
１．嵌入式系統的歷史
雖然嵌入式系統是近幾年才風靡起來的，但是這個概念並非新近纔出現。從20世紀七十年代單片機的出現到今天各式各樣的嵌入式微處理器，微控制器的大規模應用，嵌入式系統已經有了近30年的發展歷史。
作爲一個系統，往往是在硬件和軟件交替發展的雙螺旋的支撐下逐漸趨於穩定和成熟，嵌入式系統也不例外。
嵌入式系統的出現最初是基於單片機的。70年代單片機的出現，使得汽車、家電、工業機器、通信裝置以及成千上萬種產品可以通過內嵌電子裝置來獲得更佳的使用性能：更容易使用、更快、更便宜。這些裝置已經初步具備了嵌入式的應用特點，但是這時的應用只是使用８位的芯片，執行一些單線程的程序，還談不上“系統”的概念。
提示：最早的單片機是Intel公司的 8048，它出現在1976年。Motorola同時推出了68HC05，Zilog公司推出了Z80系列，這些早期的單片機均含有256字節的RAM、4K的ROM、4 個8位並口、1個全雙工串行口、兩個16位定 時 器。之後在80年代初，Intel又進一步完善了8048，在它的基礎上研製成功了8051，這在單片機的歷史上是值得紀念的一頁，迄今爲止，51系列的單片機仍然是最爲成功的單片機芯片，在各種產品中有着非常廣泛的應用。
從80年代早期開始，嵌入式系統的程序員開始用商業級的“操作系統”編寫嵌入式應用軟件，這使得可以獲取更短的開發週期，更低的開發資金和更高的開發效率，“嵌入式系統”真正出現了。確切點說，這個時候的操作系統是一個實時核，這個實時核包含了許多傳統操作系統的特徵，包括任務管理、任務間通訊、同步與相互排斥、中斷支持、內存管理等功能。其中比較著名的有Ready System 公司的VRTX、Integrated System Incorporation (ISI)的PSOS和IMG的VxWorks、QNX公司的QNX 等。這些嵌入式操作系統都具有嵌入式的典型特點：它們均採用佔先式的調度，響應的時間很短，任務執行的時間可以確定；系統內核很小，具有可裁剪，可擴充和可移植性，可以移植到各種處理器上；較強的實時和可靠性，適合嵌入式應用。這些嵌入式實時多任務操作系統的出現，使得應用開發人員得以從小範圍的開發解放出來，同時也促使嵌入式有了更爲廣闊的應用空間。
90年代以後，隨着對實時性要求的提高，軟件規模不斷上升，實時核逐漸發展爲實時多任務操作系統（RTOS），並作爲一種軟件平臺逐步成爲目前國際嵌入式系統的主流。這時候更多的公司看到了嵌入式系統的廣闊發展前景，開始大力發展自己的嵌入式操作系統。除了上面的幾家老牌公司以外，還出現了Palm OS，WinCE，嵌入式Linux，Lynx，Nucleux，以及國內的Hopen，Delta Os等嵌入式操作系統。隨着嵌入式技術的發展前景日益廣闊，相信會有更多的嵌入式操作系統軟件出現。
2．嵌入式系統的定義
根據IEEE（國際電機工程師協會）的定義，嵌入式系統是“控制、監視或者輔助裝置、機器和設備運行的裝置”（原文爲devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants）。這主要是從應用上加以定義的，從中可以看出嵌入式系統是軟件和硬件的綜合體，還可以涵蓋機械等附屬裝置。
不過上述定義並不能充分體現出嵌入式系統的精髓，目前國內一個普遍被認同的定義是：以應用爲中心、以計算機技術爲基礎、軟件硬件可裁剪、適應應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統。
這個定義上，可從幾方面來理解嵌入式系統：
◆嵌入式系統是面向用戶、面向產品、面向應用的，它必須與具體應用相結合纔會具有生命力、才更具有優勢。因此可以這樣理解上述三個面向的含義，即嵌入式系統是與應用緊密結合的，它具有很強的專用性，必須結合實際系統需求進行合理的裁減利用。
◆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和各個行業的具體應用相結合後的產物，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。所以，介入嵌入式系統行業，必須有一個正確的定位。例如Palm之所以在PDA領域佔有70％以上的市場，就是因爲其立足於個人電子消費品，着重發展圖形界面和多任務管理；而風河的Vxworks之所以在火星車上得以應用，則是因爲其高實時性和高可靠性。
◆嵌入式系統必須根據應用需求對軟硬件進行裁剪，滿足應用系統的功能、可靠性、成本、體積等要求。所以，如果能建立相對通用的軟硬件基礎，然後在其上開發出適應各種需要的系統，是一個比較好的發展模式。目前的嵌入式系統的核心往往是一個只有幾K到幾十K微內核，需要根據實際的使用進行功能擴展或者裁減，但是由於微內核的存在，使得這種擴展能夠非常順利的進行。
實際上，嵌入式系統本身是一個外延極廣的名詞，凡是與產品結合在一起的具有嵌入式特點的控制系統都可以叫嵌入式系統，而且有時很難以給它下一個準確的定義。現在人們講嵌入式系統時，某種程度上指近些年比較熱的具有操作系統的嵌入式系統，本文在進行分析和展望時，也沿用這一觀點。
一般而言，嵌入式系統的構架可以分成四個部分：處理器、存儲器、輸入輸出（I/O）和軟件（由於多數嵌入式設備的應用軟件和操作系統都是緊密結合的，在這裏我們對其不加區分，這也是嵌入式系統和Windows系統的最大區別）。
３． 嵌入式系統中的一些重要概念
嵌入式系統中有許多非常重要的概念：
◆嵌入式處理器：
嵌入式系統的核心，是控制、輔助系統運行的硬件單元。範圍極其廣闊，從最初的４位處理器，目前仍在大規模應用的８位單片機，到最新的受到廣泛青睞的32位，64位嵌入式CPU。
◆實時操作系統（Real Time Operating System）：
嵌入式系統目前最主要的組成部分。根據操作系統的工作特性，實時是指物理進程的真實時間。實時操作系統具有實時性，能從硬件方面支持實時控制系統工作的操作系統。其中實時性是第一要求，需要調度一切可利用的資源完成實時控制任務，其次才着眼於提高計算機系統的使用效率，重要特點是要滿足對時間的限制和要求。
◆分時操作系統：
對於分時操作系統，軟件的執行在時間上的要求，並不嚴格，時間上的錯誤，一般不會造成災難性的後果。目前分時系統的強項在於多任務的管理，而實時操作系統的重要特點是具有系統的可確定性，即系統能對運行情況的最好和最壞等的情況能做出精確的估計。
◆多任務操作系統：
系統支持多任務管理和任務間的同步和通信，傳統的單片機系統和DOS系統等對多任務支持的功能很弱，而目前的Windows是典型的多任務操作系統。在嵌入式應用領域中，多任務是一個普遍的要求。
◆實時操作系統中的重要概念：
系統響應時間（System response time）：系統發出處理要求到系統給出應答信號的時間。
任務換道時間（Context-switching time）：任務之間切換而使用的時間。
中斷延遲（Interrupt latency）：計算機接收到中斷信號到操作系統作出響應，並完成換道轉入中斷服務程序的時間。
◆實時操作系統的工作狀態：
實時系統中的任務有四種狀態：運行（Executing），就緒（Ready），掛起（Suspended），冬眠（Dormant）。
運行：獲得CPU控制權。
就緒：進入任務等待隊列，通過調度轉爲運行狀態。
掛起：任務發生阻塞，移出任務等待隊列，等待系統實時事件的發生而喚醒，從而轉爲就緒或運行。
冬眠：任務完成或錯誤等原因被清除的任務，也可以認爲是系統中不存在的任務。
任何時刻系統中只能有一個任務在運行狀態，各任務按級別通過時間片分別獲得對CPU的訪問權。
1.1.2 嵌入式系統的特點
這些年來掀起了嵌入式系統應用熱潮的原因只要有幾個方面：一是芯片技術的發展，使得單個芯片具有更強的處理能力，而且使集成多種接口已經成爲可能，衆多芯片生產廠商已經將注意力集中在這方面。另一方面的原因就是應用的需要，由於對產品可靠性、成本、更新換代要求的提高，使得嵌入式系統逐漸從純硬件實現和使用通用計算機實現的應用中脫穎而出，成爲近年來令人關注的焦點。
從上面的定義，我們可以看出嵌入式系統的幾個重要特徵：
１．系統內核小。由於嵌入式系統一般是應用於小型電子裝置的，系統資源相對有限，所以內核較之傳統的操作系統要小得多。比如Enea公司的OSE分佈式系統，內核只有5K，而Windows的內核？簡直沒有可比性。
２．專用性強。嵌入式系統的個性化很強，其中的軟件系統和硬件的結合非常緊密，一般要針對硬件進行系統的移植，即使在同一品牌、同一系列的產品中也需要根據系統硬件的變化和增減不斷進行修改。同時針對不同的任務，往往需要對系統進行較大更改，程序的編譯下載要和系統相結合，這種修改和通用軟件的“升級”是完全兩個概念。
３．系統精簡。嵌入式系統一般沒有系統軟件和應用軟件的明顯區分，不要求其功能設計及實現上過於複雜，這樣一方面利於控制系統成本，同時也利於實現系統安全。
４．高實時性的系統軟件(OS)是嵌入式軟件的基本要求。而且軟件要求固態存儲，以提高速度；軟件代碼要求高質量和高可靠性。
５．嵌入式軟件開發要想走向標準化，就必須使用多任務的操作系統。嵌入式系統的應用程序可以沒有操作系統直接在芯片上運行；但是爲了合理地調度多任務、利用系統資源、系統函數以及和專家庫函數接口，用戶必須自行選配RTOS（Real－Time Operating System）開發平臺，這樣才能保證程序執行的實時性、可靠性，並減少開發時間，保障軟件質量。
６．嵌入式系統開發需要開發工具和環境。由於其本身不具備自舉開發能力，即使設計完成以後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，這些工具和環境一般是基於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的概念，主機用於程序的開發，目標機作爲最後的執行機，開發時需要交替結合進行。
1.1.3 嵌入式系統的分類
由於嵌入式系統由硬件和軟件兩大部分組成，所以其分類也可以從硬件和軟件進行劃分。
從硬件方面來講，各式各樣的嵌入式處理器是嵌入式系統硬件中的最核心的部分，而目前世界上具有嵌入式功能特點的處理器已經超過1000種，流行體系結構包括MCU，MPU等30多個系列。鑑於嵌入式系統廣闊的發展前景，很多半導體製造商都大規模生產嵌入式處理器，並且公司自主設計處理器也已經成爲了未來嵌入式領域的一大趨勢，其中從單片機、DSP到FPGA有着各式各樣的品種，速度越來越快，性能越來越強，價格也越來越低。目前嵌入式處理器的尋址空間可以從64kB到16MB，處理速度最快可以達到2000 MIPS，封裝從8個引腳到144個引腳不等。
根據其現狀，嵌入式處理器可以分成下面幾類：
◆嵌入式微處理器（Micro Processor Unit，MPU）
嵌入式微處理器是由通用計算機中的CPU演變而來的。它的特徵是具有32位以上的處理器，具有較高的性能，當然其價格也相應較高。但與計算機處理器不同的是，在實際嵌入式應用中，只保留和嵌入式應用緊密相關的功能硬件，去除其他的冗餘功能部分，這樣就以最低的功耗和資源實現嵌入式應用的特殊要求。和工業控制計算機相比，嵌入式微處理器具有體積小、重量輕、成本低、可靠性高的優點。目前主要的嵌入式處理器類型有Am186/88、386EX、SC-400、Power PC、68000、MIPS、ARM/ StrongARM系列等。
其中Arm／StrongArm是專爲手持設備開發的嵌入式微處理器，屬於中檔的價位。
◆嵌入式微控制器(Microcontroller Unit, MCU)
嵌入式微控制器的典型代表是單片機，從70年代末單片機出現到今天，雖然已經經過了20多年的歷史，但這種８位的電子器件目前在嵌入式設備中仍然有着極其廣泛的應用。單片機芯片內部集成ROM/EPROM、RAM、總線、總線邏輯、定時/計數器、看門狗、I/O、串行口、脈寬調製輸出、A/D、D/A、Flash RAM、EEPROM等各種必要功能和外設。和嵌入式微處理器相比，微控制器的最大特點是單片化，體積大大減小，從而使功耗和成本下降、可靠性提高。微控制器是目前嵌入式系統工業的主流。微控制器的片上外設資源一般比較豐富，適合於控制，因此稱微控制器。
由於MCU低廉的價格，優良的功能，所以擁有的品種和數量最多，比較有代表性的包括8051、MCS-251、MCS-96/196/296、P51XA、C166/167、68K系列以及 MCU 8XC930/931、C540、C541，並且有支持I2C、CAN-Bus、LCD及衆多專用MCU和兼容系列。目前MCU佔嵌入式系統約70％的市場份額。近來Atmel出產的Avr單片機由於其集成了FPGA等器件，所以具有很高的性價比，勢必將推動單片機獲得更高的發展。
◆嵌入式DSP處理器(Embedded Digital Signal Processor, EDSP)
DSP處理器是專門用於信號處理方面的處理器，其在系統結構和指令算法方面進行了特殊設計，具有很高的編譯效率和指令的執行速度。在數字濾波、FFT、譜分析等各種儀器上DSP獲得了大規模的應用。
DSP的理論算法在70年代就已經出現，但是由於專門的DSP處理器還未出現，所以這種理論算法只能通過MPU等由分立元件實現。MPU較低的處理速度無法滿足DSP的算法要求，其應用領域僅僅侷限於一些尖端的高科技領域。隨着大規模集成電路技術發展，1982年世界上誕生了首枚DSP芯片。其運算速度比MPU快了幾十倍，在語音合成和編碼解碼器中得到了廣泛應用。至80年代中期，隨着CMOS技術的進步與發展，第二代基於CMOS工藝的DSP芯片應運而生，其存儲容量和運算速度都得到成倍提高，成爲語音處理、圖像硬件處理技術的基礎。到80年代後期，DSP的運算速度進一步提高，應用領域也從上述範圍擴大到了通信和計算機方面。90年代後，DSP發展到了第五代產品，集成度更高，使用範圍也更加廣闊。
目前最爲廣泛應用的是TI的TMS320C2000/C5000系列，另外如Intel的MCS-296和Siemens的TriCore也有各自的應用範圍。
◆嵌入式片上系統(System On Chip)
SoC追求產品系統最大包容的集成器件，是目前嵌入式應用領域的熱門話題之一。SOC最大的特點是成功實現了軟硬件無縫結合，直接在處理器片內嵌入操作系統的代碼模塊。而且SOC具有極高的綜合性，在一個硅片內部運用VHDL等硬件描述語言，實現一個複雜的系統。用戶不需要再像傳統的系統設計一樣，繪製龐大複雜的電路板，一點點的連接焊制，只需要使用精確的語言，綜合時序設計直接在器件庫中調用各種通用處理器的標準，然後通過仿真之後就可以直接交付芯片廠商進行生產。由於絕大部分系統構件都是在系統內部，整個系統就特別簡潔，不僅減小了系統的體積和功耗，而且提高了系統的可靠性，提高了設計生產效率。
由於SOC往往是專用的，所以大部分都不爲用戶所知，比較典型的SOC產品是Philips的Smart XA。少數通用系列如Siemens的TriCore，Motorola的M-Core，某些ARM系列器件，Echelon和Motorola聯合研製的Neuron芯片等。
預計不久的將來，一些大的芯片公司將通過推出成熟的、能佔領多數市場的SOC芯片，一舉擊退競爭者。SOC芯片也將在聲音、圖像、影視、網絡及系統邏輯等應用領域中發揮重要作用。
從軟件方面劃分，主要可以依據操作系統的類型。目前嵌入式系統的軟件主要有兩大類：實時系統和分時系統。其中實時系統又分爲兩類：硬實時系統和軟實時系統。
實時嵌入系統是爲執行特定功能而設計的，可以嚴格的按時序執行功能。其最大的特徵就是程序的執行具有確定性。在實時系統中，如果系統在指定的時間內未能實現某個確定的任務，會導致系統的全面失敗，則系統被稱爲硬實時系統。而在軟實時系統中，雖然響應時間同樣重要，但是超時卻不會導致致命錯誤。一個硬實時系統往往在硬件上需要添加專門用於時間和優先級管理的控制芯片，而軟實時系統則主要在軟件方面通過編程實現時限的管理。比如Windows CE就是一個多任務分時系統，而Ucos-II則是典型的實時操作系統。
當然，除了上述分類之外，還有許多其他分類方法，比如從應用方面分爲工業應用和消費電子等，在這裏就不一一累述了。
1.2嵌入式系統的應用領域
嵌入式系統技術具有非常廣闊的應用前景，其應用領域可以包括：
１．工業控制：
基於嵌入式芯片的工業自動化設備將獲得長足的發展，目前已經有大量的8、16、32 位嵌入式微控制器在應用中，網絡化是提高生產效率和產品質量、減少人力資源主要途徑，如工業過程控制、數字機牀、電力系統、電網安全、電網設備監測、石油化工系統。就傳統的工業控制產品而言，低端型採用的往往是８位單片機。但是隨着技術的發展，32位、64位的處理器逐漸成爲工業控制設備的核心，在未來幾年內必將獲得長足的發展。
２．交通管理：
在車輛導航、流量控制、信息監測與汽車服務方面，嵌入式系統技術已經獲得了廣泛的應用，內嵌GPS模塊，GSM模塊的移動定位終端已經在各種運輸行業獲得了成功的使用。目前GPS設備已經從尖端產品進入了普通百姓的家庭，只需要幾千元，就可以隨時隨地找到你的位置。
３．信息家電：
這將稱爲嵌入式系統最大的應用領域，冰箱、空調等的網絡化、智能化將引領人們的生活步入一個嶄新的空間。即使你不在家裏，也可以通過電話線、網絡進行遠程控制。在這些設備中，嵌入式系統將大有用武之地。
４．家庭智能管理系統：
水、電、煤氣表的遠程自動抄表，安全防火、防盜系統，其中嵌有的專用控制芯片將代替傳統的人工檢查，並實現更高，更準確和更安全的性能。目前在服務領域，如遠程點菜器等已經體現了嵌入式系統的優勢。
５．POS網絡及電子商務：
公共交通無接觸智能卡(Contactless Smartcard, CSC)發行系統，公共電話卡發行系統，自動售貨機，各種智能ATM終端將全面走入人們的生活，到時手持一卡就可以行遍天下。
６．環境工程與自然：
水文資料實時監測，防洪體系及水土質量監測、堤壩安全，地震監測網，實時氣象信息網，水源和空氣污染監測。在很多環境惡劣，地況複雜的地區，嵌入式系統將實現無人監測。
７．機器人：
嵌入式芯片的發展將使機器人在微型化，高智能方面優勢更加明顯，同時會大幅度降低機器人的價格，使其在工業領域和服務領域獲得更廣泛的應用。
這些應用中，可以着重於在控制方面的應用。就遠程家電控制而言，除了開發出支持TCP/IP的嵌入式系統之外，家電產品控制協議也需要制訂和統一，這需要家電生產廠家來做。同樣的道理，所有基於網絡的遠程控制器件都需要與嵌入式系統之間實現接口，然後再由嵌入式系統來控制並通過網絡實現控制。所以，開發和探討嵌入式系統有着十分重要的意義。
1.3 嵌入式系統在機電產品方面的應用
相對於其他的領域，機電產品可以說是嵌入式系統應用最典型最廣泛的領域之一。從最初的單片機到現在的工控機、SOC在各種機電產品中均有着巨大的市場。
工業設備是機電產品中最大的一類，在目前的工業控制設備中，工控機的使用非常廣泛，這些工控機一般採用的是工業級的處理器和各種設備，其中以X86的MPU最多。工控的要求往往較高，需要各種各樣的設備接口，除了進行實時控制，還須將設備狀態，傳感器的信息等在顯示屏上實時顯示。這些要求8位的單片機是無法滿足的，以前多數使用16位的處理器，隨着處理器快速的發展，目前32位、64位的處理器逐漸替代了16位處理器，進一步提升了系統性能。採用PC104總線的系統，體積小，穩定可靠，受到了很多用戶的青睞。不過這些工控機採用的往往是DOS或者Windows系統，雖然具有嵌入式的特點，卻不能稱作純粹的嵌入式系統。另外在工業控制器和設備控制器方面，則是各種嵌入式處理器的天下。這些控制器往往採用16位以上的處理器，各種MCU，Arm、Mips、68K系列的處理器在控制器中佔據核心地位。這些處理器上提供了豐富的接口總線資源，可以通過它們實現數據採集，數據處理，通訊以及顯示（顯示一般是連接LED或者LCD）。最近飛利浦和ARM共同推出32位RISC嵌入式控制器，適用於工業控制，採用最先進的0.18微米CMOS嵌入式閃存處理技術，操作電壓可以低至1.2伏，它還能降低25%到30%的製造成本，在工業領域中對最終用戶而言是一套極具成本效益的解決方案。美國TERN工業控制器基於Am188/186ES、i386EX、NEC V25、Am586(Elan SC520)，採用了SUPERTASK實時多任務內核，可應用於便攜設備、無線控制設備、數據採集設備、工業控制與工業自動化設備以及其它需要控制處理的設備。
家電行業是嵌入式應用的另一大行業，我們傳統的電視，電冰箱當然其中也嵌有處理器，但是這些處理器只是在控制方面應用。而現在只有按鈕、開關的電器顯然已經不能滿足人們的日常需求，具有用戶界面，能遠程控制，智能管理的電器是未來的發展趨勢。據IDG發佈的統計數據表明，未來信息家電將會成長五至十倍。中國的傳統家電廠商向信息家電過渡時，首先面臨的挑戰是核心操作系統軟件開發工作。硬件方面，進行智能信息控制並不是很高的要求，目前絕大多數嵌入式處理器都可以滿足硬件要求，真正的難點是如何使軟件操作系統容量小、穩定性高且易於開發。Linux核心可以起到很好的橋樑作用，作爲一個跨平臺的操作系統，它可以支持二三十種CPU ，而目前已有衆多家電業的芯片都開始做Linux的平臺移植工作。1999年就登錄中國的微軟“維納斯”計劃給了國人一個數字家庭的概念，引導各大家電廠商紛紛投入到這場革命中來，雖然最終未能獲得成功，卻使信息家電深入人心。如今各大廠商仍然在努力推出適用於新一代家電應用的芯片，英特爾公司已專爲信息家電業研發了名爲StrongARM的ARM CPU系列，這一系列CPU本身不象X86CPU需要整合不同的芯片組，它在一顆芯片中可以包括你所需要的各項功能，即硬件系統實現了SOC的概念。美商網虎公司已將全球最小的嵌入式操作系統——QUARK成功移植到StrongARM系列芯片上，這是第一次把Linux、圖形界面和一些程序進行完整移植（QUARK的內核只有143K），它將爲信息家電提供功能強大的核心操作系統。相信在不久的將來，數字智能家庭必將來到我們身邊。
機器人技術的發展從來就是與嵌入式系統的發展緊密聯繫在一起的。最早的機器人技術是50年代MIT提出的數控技術，當時使用的還遠未達到芯片水平，只是簡單的與非門邏輯電路。之後由於處理器和智能控制理論的發展緩慢從50年代到70年代初期，機器人技術一直未能獲得充分的發展。70年代中期之後，由於智能理論的發展和MCU出現，機器人逐漸成爲研究熱點，並且獲得了長足的發展。近來由於嵌入式處理器的高度發展，機器人從硬件到軟件也呈現了新的發展趨勢。例如火星車就是一個典型例子，這個價值10億美金的技術高密集移動機器人，採用的是美國風河公司的Vxworks嵌入式操作系統，可以在不與地球聯繫的情況下自主工作。1997年美國發射的“索傑納”火星車帶有機械手，可以採集火星上的各種地況，並且通過攝像頭把火星上的圖像發回地面指揮中心。這臺火星車在火星上自主工作了3個月，充分體現了Vxworks系統的高可靠性。以索尼的機器狗爲代表的智能機器寵物，可以僅僅使用8位的AVR，51單片機或者16位的DSP來控制舵機，進行圖像處理，就能製造出那些人見人愛的玩具，讓我們不能不驚歎嵌入式處理器強大的功能。近來32位處理器，Windows CE等32位嵌入式操作系統的盛行，使得操控一個機器人只需要在手持PDA上獲取遠程機器人的信息，並且通過無線通訊控制機器人的運行，與傳統的採用工控機相比，要輕巧便捷的多。隨着嵌入式控制器越來越微型化、功能化，微型機器人、特種機器人等也將獲得更大的發展機遇。
1.4 嵌入式系統的發展現狀和發展趨勢
1.4.1 嵌入式系統的發展現狀
隨着信息化，智能化，網絡化的發展，嵌入式系統技術也將獲得廣闊的發展空間。美國著名未來學家尼葛洛龐帝99年1月訪華時預言，4～5年後嵌入式智能（電腦) 工具將是PC和因特網之後最偉大的發明。我國著名嵌入式系統專家沈緒榜院士98年11月在武漢全國第11次微機學術交流會上發表的《計算機的發展與技術》一文中，對未來10年以嵌入式芯片爲基礎的計算機工業進行了科學的闡述和展望。1999年世界電子產品產值已超過12000億美元，2000年達到13000億美元，預計2005年，銷售額將達18000億美元。
進入20世紀90年代，嵌入式技術全面展開，目前已成爲通信和消費類產品的共同發展方向。在通信領域，數字技術正在全面取代模擬技術。在廣播電視領域，美國已開始由模擬電視向數字電視轉變，歐洲的DVB（數字電視廣播）技術已在全球大多數國家推廣。數字音頻廣播（DAB）也已進入商品化試播階段。而軟件、集成電路和新型元器件在產業發展中的作用日益重要。所有上述產品中，都離不開嵌入式系統技術。象前途無可計量的維納斯計劃生產機頂盒，核心技術就是採用32位以上芯片級的嵌入式技術。在個人領域中，嵌入式產品將主要是個人商用，作爲個人移動的數據處理和通訊軟件。由於嵌入式設備具有自然的人機交互界面，GUI屏幕爲中心的多媒體界面給人很大的親和力。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、短消息語音發佈，日用範圍也將日益廣闊。對於企業專用解決方案，如物流管理、條碼掃描、移動信息採集等，這種小型手持嵌入式系統將發揮巨大的作用。自動控制領域，不僅可以用於ATM機，自動售貨機，工業控制等專用設備，和移動通訊設備結合、GPS、娛樂相結合，嵌入式系統同樣可以發揮巨大的作用。近期長虹推出的ADSL產品，結合網絡，控制，信息，這種智能化，網絡化將是家電發展的新趨勢。
硬件方面，不僅有各大公司的微處理器芯片，還有用於學習和研發的各種配套開發包。目前低層系統和硬件平臺經過若干年的研究，已經相對比較成熟，實現各種功能的芯片應有盡有。而且巨大的市場需求給我們提供了學習研發的資金和技術力量。
從軟件方面講，也有相當部分的成熟軟件系統。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，中科院推出的Hopen嵌入式操作系統（雖然還不夠完善）。同時由於是研究熱點，所以我們可以在網上找到各種各樣的免費資源，從各大廠商的開發文檔，到各種驅動，程序源代碼，甚至很多廠商還提供微處理器的樣片。這對於我們從事這方面的研發，無疑是個資源寶庫。對於軟件設計來說，不管是上手還是進一步開發，都相對來說比較容易。這就使得很多生手能夠比較快的進入研究狀態，利於發揮大家的積極創造性。
今天嵌入式系統帶來的工業年產值已超過了1萬億美元，1997年來自美國嵌入式系統大會(Embedded System Conference)的報告指出，未來5年僅基於嵌入式計算機系統的全數字電視產品，就將在美國產生一個每年1500億美元的新市場。美國汽車大王福特公司的高級經理也曾宣稱，“福特出售的‘計算能力’已超過了IBM”，由此可以想見嵌入式計算機工業的規模和廣度。1998年11月在美國加州舉行的嵌入式系統大會上，基於RTOS的Embedded Internet成爲一個技術新熱點。在國內，“維納斯計劃”和“女鍋計劃”一度鬧得沸沸揚揚，機頂盒、信息加電這兩年更成了IT熱點，而實際上這些都是嵌入式系統在特定環境下的一個特定應用。據調查，目前國際上已有兩百多種嵌入式操作系統，而各種各樣的開發工具、應用於嵌入式開發的儀器設備更是不可勝數。在國內，雖然嵌入式應用、開發很廣，但該領域卻幾乎還是空白，只有三兩家公司和極少數人員在從事這方面工作。由此可見，嵌入式系統技術發展的空間真是無比廣大。
1.4.2未來嵌入式系統的發展趨勢
信息時代，數字時代使得嵌入式產品獲得了巨大的發展契機，爲嵌入式市場展現了美好的前景，同時也對嵌入式生產廠商提出了新的挑戰，從中我們可以看出未來嵌入式系統的幾大發展趨勢：
1．嵌入式開發是一項系統工程，因此要求嵌入式系統廠商不僅要提供嵌入式軟硬件系統本身，同時還需要提供強大的硬件開發工具和軟件包支持。
目前很多廠商已經充分考慮到這一點，在主推系統的同時，將開發環境也作爲重點推廣。比如三星在推廣Arm7，Arm9芯片的同時還提供開發板和版及支持包（BSP），而WindowCE在主推系統時也提供Embedded VC＋＋作爲開發工具，還有Vxworks的Tonado開發環境，DeltaOS的Limda編譯環境等等都是這一趨勢的典型體現。當然，這也是市場競爭的結果。
2．網絡化、信息化的要求隨着因特網技術的成熟、帶寬的提高日益提高，使得以往單一功能的設備如電話、手機、冰箱、微波爐等功能不再單一，結構更加複雜。
這就要求芯片設計廠商在芯片上集成更多的功能，爲了滿足應用功能的升級，設計師們一方面採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，同時增加功能接口，如USB，擴展總線類型，如CAN BUS，加強對多媒體、圖形等的處理，逐步實施片上系統（SOC）的概念。軟件方面採用實時多任務編程技術和交叉開發工具技術來控制功能複雜性，簡化應用程序設計、保障軟件質量和縮短開發週期。如HP
3．網絡互聯成爲必然趨勢。
未來的嵌入式設備爲了適應網絡發展的要求，必然要求硬件上提供各種網絡通信接口。傳統的單片機對於網絡支持不足，而新一代的嵌入式處理器已經開始內嵌網絡接口，除了支持TCP／IP協議，還有的支持IEEE1394、USB、CAN、Bluetooth或IrDA通信接口中的一種或者幾種，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。軟件方面系統系統內核支持網絡模塊，甚至可以在設備上嵌入Web瀏覽器，真正實現隨時隨地用各種設備上網。
4．精簡系統內核、算法，降低功耗和軟硬件成本。
未來的嵌入式產品是軟硬件緊密結合的設備，爲了減低功耗和成本，需要設計者儘量精簡系統內核，只保留和系統功能緊密相關的軟硬件，利用最低的資源實現最適當的功能，這就要求設計者選用最佳的編程模型和不斷改進算法，優化編譯器性能。因此，既要軟件人員有豐富的硬件知識，又需要發展先進嵌入式軟件技術，如Java、Web和WAP等。
5．提供友好的多媒體人機界面
嵌入式設備能與用戶親密接觸，最重要的因素就是它能提供非常友好的用戶界面。圖像界面，靈活的控制方式，使得人們感覺嵌入式設備就象是一個熟悉的老朋友。這方面的要求使得嵌入式軟件設計者要在圖形界面，多媒體技術上痛下苦功。手寫文字輸入、語音撥號上網、收發電子郵件以及彩色圖形、圖像都會使使用者獲得自由的感受。目前一些先進的PDA在顯示屏幕上已實現漢字寫入、短消息語音發佈，但一般的嵌入式設備距離這個要求還有很長的路要走。