嵌入式产品设计例1

中图分类号：TP368.1

1 嵌入式系统的历史

20世纪60年代以晶体管、磁芯存储为基础的计算机开始用于航空等军用领域。

20世纪70年代之后，随着单片机出现，再到今天发展成各式各样的嵌入式微处理器。这使得汽车、民用电器、工业机械器材及各种通信设施，通过内嵌电子设备来获得更好的使用性能，这些内嵌的电子设备已经初步具备了嵌入式的特点。

20世纪80年代，计算机程序编写有了突飞猛进的发展，专业人士开始用更高级更精准的操作系统编程进行实际嵌入式应用，使得他们不但节约开发成本，并且可以获得极高的开发效率和更短的开发周期。

20世纪90年代，随着对实时急迫要求及各种应用软件的出现，导致软件规模数量不断上升，嵌入式操作系统已经开始出现新的变化，实时性变得非常突出，从而导致一场嵌入式系统研发的革命。

2 嵌入式系统的定义

国际上通用的嵌入式系统定义是“控制、监视或者辅助机器和设备运行的系统装置，从而完成既定功能的一种软件系统”。

在我们国家嵌入式系统概念一般认为是：嵌入式系统是以计算机实际应用为基础，辅以计算机技术，对实际应用功能、安全可靠性、资本消耗等各种程序为导入要求的专用计算机系统。嵌入式系统一般由微处理器、嵌入式操作系统、硬件设备及客户应用程序组成。

通常的嵌入式系统有以下几种：：Linux、uClinux、WinCE、PalmOS、Symbian、eCos、uCOS-II、VxWorks、pSOS、Nucleus、ThreadX 、Rtems 、QNX、INTEGRITY、OSE、C Executive。

3 嵌入式系统的发展现状

2011年全球嵌入式软件市场平均增长率为31%，中国嵌入式软件市场则超过了40%，居世界之首，2012年中国嵌入式软件产业销售收入已突破3000亿元人民币，但仍有市场空间。有业内专业咨询公司预计未来5年，嵌入式软件产业将继续保持高速增长态势，到2015年，产业规模有望达到5000亿元人民币。

在网络与通信设备、消费电子、数字家电、汽车电子、医疗设备、工业精准控制方面都是嵌入式系统应用的领域，同时嵌入式系统在办公自动化、金融电子、国防军事及航空航天等领域也有她的身影，嵌入式软件均已得到广泛应用。在应用深度方面，也由最简单的仅有执行单一功能控制能力的嵌入式系统，发展到几乎与PC具有一样的功能，很多复杂的嵌入式系统，由若干个小型嵌入式系统组成。随着需求的旺盛、技术的进步和市场的成熟，嵌入式设计与应用已成为工业现代化、智能化的必经之路，使嵌入式软件产业与数字化时代的传统产业和新兴产业的融合趋势进一步加强。

4 嵌入式系统设计

4.1 硬件设计部分

对于嵌入式系统的硬件设计部分，包含处理器以及I/O 端口等，具体设计包含以下几个部分。

处理器设计：在嵌入式系统设计中，其核心就是嵌入式微处理器，嵌入式微处理器设计中，应该具备对实时多任务的响应能力，具有很强的存储保护功能，具有可扩展性，降低嵌入式微处理器功耗。

总线设计：在总线设计部分，因为总线是进行互连以及传输信息、指令、数据的桥梁，因此在设计中应该特别注意，因此在嵌入式系统中，可以采用片内总线与片外总线的方式，确保CPU 与片内部件的连接，也可以确保与外部设备的准确连接。

存储器设计：在对嵌入式系统的设计中，在嵌入式系统内可以分为高速缓存Cache以及主存、外存三种形式的存储器，在设计中对这三个存储器也应该有明确的设计，以便提高系统的运行速度。

I/O端口设计：对于嵌入式系统的I/O设计中，因为嵌入式系统是面向应用的，因此对于输入/输出接口设计中，应该具备多任务、多平台的特点，确保嵌入式系统的适用性。

4.2 软件设计部分

对于嵌入式系统的软件设计部分，首先应该清楚嵌入式软件是嵌入在硬件内的操作系统或者开发工具软件，是在嵌入式系统设计中的关联核心，与嵌入式系统是密不可分的，因此对于嵌入式系统的软件设计中应该具备一定的优势，嵌入式操作系统中，包括驱动软件、系统内核以及通信协议、图形界面、标准化浏览器等程序，以满足嵌入式系统开发设计的需求。

软件设计中的任务管理：对于嵌入式系统来说，在内核的软件设计部分，其任务管理中应该具备任务调度、删除任务、创建任务、挂起任务以及设置任务优先级的功能，以此来实现对嵌入式系统的调度。

内存管理的设计：在嵌入式系统的软件设计中，对于系统的内存管理中，将会采用静态内存分配以及动态内存分配的方式进行管理，并且应用虚拟内存技术，为实时用户提供强大的虚拟存储管理机制。

通信以及同步互斥机制：对于嵌入式系统的通信，将会采用一定的机制，实现任务间的通信，在优先级的限制性下实现任务的中断、同步以及互斥的功能。

软件设计中的中断管理：中断设计中，当程序中的中断发生时，需要对中断现场进行保存，将其转到相应的服务程序上，并且在退出中断后还要恢复中断。

软件设计中的时间管理：在嵌入式系统中，具有很高的时效性，这些全是依靠时钟的作用，因此在软件设计中提供高精度以及可以设置的时钟，在嵌入式系统中负责与时间有关的任务管理工作；其中包括对计时、时间片轮转调度等。

任务扩展功能的设计：在嵌入式系统软件设计部分，在软件设计中还需要设置一些任务扩展部分，以此来实现对新任务的创建、切换以及删除工作，提高嵌入式系统的使用效率。

5 嵌入式系统发展的趋势

随着信息时代的到来，嵌入式系统有了快速发展的基础，也产生了众多嵌入式产品，为嵌入式系统发展展现了美好的未来，从目前来看，嵌入式系统发展趋势有以下几点：

首先，嵌入式系统开发是一项综合系统工程，包括了几项或者N项不同系统产品的集合体。嵌入式系统研发厂商不但要提坚实可靠的嵌入式系统软硬件，还需要提供为嵌入式系统软硬件服务的开发工具和软件支持，这是嵌入式系统能良好发展下去的必备条件。

其次，现实社会的高度信息化对嵌入式系统要求越来越高，并且二者依赖性越来越强。这不光表现在互联网技术的成熟，3G、4G带宽速度提高，归根到底是人类知识成几何级数爆发，这样的产品使得我们身边的多媒体产品和远程智能操控更加便捷，如手机、智能家电（电视、冰箱、空调、微波炉）、智能房屋等功能不再单一，打破了人们对一般产品的惯性思维，导致产品结构更加复杂。

再次，现实生活产品与网络互联（虚拟世界）是嵌入式系统发展的必然趋势。这主要体现在嵌入式设备为了适应高速运行的网络，通过硬件上不同的网络通信信息接口来进行各种不同功能有机整合。目前嵌入式处理器大多是内嵌网络接口，支持TCP/IP协议，同时支持IEEE1394、USB、CAN、Bluetooth或IrDA当中的一种或者几种，嵌入式系统软件系统内核还要支持不同网络模块版本，以此来实现工作、生活、娱乐三合一式上网要求。

四是精简嵌入式系统内核，适当降低系统功耗，实现功能成本最大化。在人们的设想中未来的嵌入式产品应该是适用性强、覆盖面广、性价比高、价格低廉的一款大众化产品，这就要求嵌入式系统研发厂商不但减低系统功耗，减少不必要的成本，还要精简系统内核，求得与系统功能紧密相关的软硬件设计，运用价值工程原理进行优化组合生产出更多更优秀的嵌入式系统产品。

最后嵌入式系统要为客户提供更多更理想的多媒体人机界面，完美体现人性化的一面。

之所以嵌入式设备产品能有很好的发展前景，与嵌入式系统方便快捷人性化特点是分不开的。嵌入式系统产品不光与客户互动，还能虚拟化出现实生活中的场景，让客户深入其中，为人们带来巨大角色互换感觉，同时也对产品的图像界面、灵活的操制方法及便携等提出了更高的要求，嵌入式设备的高要求反过来促使软件设计人员在多媒体（或者M媒体）技术上下大力气进行编程扩展。如，界面手写输入、语音输入、远程家电控制、图像色彩、多合一功能等等都要客户获得崭新的感受，成为人们生活中不可离缺的一部分。

6 流行的嵌入式Linux操作系统介绍

嵌入式linux是将现阶段的人们经常使用的Linux操作系统进行修改升级，并让其在嵌入式计算机系统上运行，保证使用者要求功能的一种操作系统。嵌入式linux特点一是既继承了互联网上无限的开放源代码，二是它的版权费免费（我认为未来一定时期内是免费的，可能是十年吧，但天底下没有免费的午餐），三是便捷性操控性能优异，更容易软件移植，四是产品更替速度快，研发周期短，产品上市迅速，极大地发挥人类知识的创造力。五是产品实时性能稳定，安全性好、性价比高。

嵌入式linux速度很快，linux是可以定制的，系统内核最小只有一两百KB。Linux是免费的OS，在价格上极具竞争力。Linux还有着嵌入式操作系统所需要的很多特色，突出的就是Linux适应于多种CPU和多种硬件平台，是一个跨平台的系统。到目前为止，它可以支持二三十种CPU。而且性能稳定，裁剪性很好，开发和使用都很容易。Linux内核的结构在网络方面是非常完整的，Linux对网络中最常用的TCP/IP协议有最完备的支持。提供了包括十兆、百兆、千兆的以太网络，以及无线网络，Toker ring、光纤甚至卫星的支持。所以Linux很适于做信息家电的开发，还有使用Linux为的是来开发无线连接产品的开发者越来越多。

嵌入式Linux的应用领域非常广泛，涵盖了我们生活工作大部分空间，人们越来越离不开它，它影响着并在一定程度上改变着我们的生活与工作方式。近来研发人员利用嵌入式Linux自身特点，把它应用到嵌入式系统里中，像GNOME，KDE，UTITY等都是很优秀的桌面管理器就是一个典型，并且其背后有着众多的社团支持，可定制性极强，这点已经在Unix和Linux世界普及开来。

7 结束语

作为新一代IT发展和提升价值链高端地位的关键技术，可信嵌入式软件是推动中国高端装备产业由“中国制造”向“中国创造”转型升级的关键因素。 综上所述，在今后的嵌入式系统发展中，还将更加趋于低成本、网络化、智能化、精简化、效率高以及集成性的发展趋势，让嵌入式系统彻底改变人们的生活。

参考文献：

[1]魏洪兴.嵌入式系统设计师教程全国计算机技术与软件专业技术资格水平考试指定用书.2012，03，01.

[2]余甫炜.对嵌入式系统发展趋势的思考[J].网络财富，2010（14）：56-57.

[3]王树红.嵌入式系统的现状及发展趋势[J].太原大学学报，2011，（34）：45-46.

[4]张晓莹.计算机嵌入式操作系统初探[J].信息与电脑（理论版），2012（08）：31-32.

嵌入式产品设计例2

如AMD所强调的，现在整个计算市场正在向环绕计算应用进行转型，环绕计算包含很多设备、终端，这些设备的特点就是适用最自然的人机交互界面，去实现一些人机用户界面友好互动的功能。

同时新的设备或者终端会产生，去实现非常智能的互动，比如说智能电视、机顶盒，以及数字标牌等，都属于新型的支持环绕计算的新型设备。

正是看到了新兴市场的巨大潜力，AMD将其嵌入式解决方案锁定六大市场，“第一是室内外的游戏机，第二是数字标牌，第三是医疗成像，第四是工业控制与自动化，第五是瘦客户机，第六是通信基础设施。这六大市场跟AMD的价值观，差异化和IP产权完全保持一致。”Kamal说道。未来64位的ARM和x86两个架构将会成为嵌入式市场的主流，Kamal表示，AMD正在开发创新性的嵌入式的平台，现在AMD是同时提供64位ARM和x86产品线的公司。

一直以来，在图形和游戏领域AMD芯片都具备领先的优势，Kamal强调，特别是在需要图形、需要视觉化的市场，AMD要成为产业的领袖。“而且，我们也不仅仅有在图形方面的优势，我们也计划把GPU作为一个并行计算引擎，通过我们的HSA架构去加快它的计算。”Kamal说道。

嵌入式新品迭出

Kamal强调，AMD是全球唯一一家能同时提供64位ARM和x86产品线的公司，在未来64位ARM和x86两个架构将成为嵌入式市场的主流，基于强大的技术，AMD会利用在产业、行业的领导力，将图形显示以及CPU的技术结合起来，向用户提供非常强健、可靠的应用。

在产品方面，AMD有着完善的处理器产品线，包括CPU、GPU、APU，并计划在今年64位面向数据中心的ARM处理器，这让AMD能够应对更加广泛的市场需求，AMD在嵌入式市场有着明确而持续的产品路线图。

之前，AMD了Radeon E8860 GPU，今年AMD还将陆续多款面向不同市场的嵌入式产品。Radeon E8860 GPU（代号为“Adelaar” )是业界首款基于次世代图形架构(Graphics Core Next，GCN)的独立显卡――在相同功率范围内，AMD E8860 GPU的性能是上一代的两倍多，可为嵌入式游戏机、数字标牌、医疗成像和商业航空航天等嵌入式应用提供3D和4K图形。

与上一代产品相比，Radeon E8860 GPU单精度浮点性能提高了33%，达到768 GFLOPS，这使得AMD E8860 GPU也能够应对最复杂的并行应用程序，比如地形和气象绘图，面部和手势识别，以及生物识别和DNA分析等。

5月20日，AMD又了新品“Bald Eagle”（秃鹰）系列，“Bald Eagle”同时包含APU和CPU，具有2至4核的“压路机”核心，是基于AMD的G系列架构，是首款支持HSA特性的嵌入式产品。该产品非常适合高性能应用，如工厂自动化控制，同时也非常适用于大型的HMI显示和电子标识牌等。

之后，AMD在6月4日也了针对嵌入式应用的全新X86 AMD嵌入式G系列系统级芯片“Steppe Eagle”（草原鹰）和中央处理器（CPU）解决方案“Crowned Eagle”（冠鹰雕）。全新G系列处理器实现了对AMD G系列系统级芯片和CPU全线产品的针脚兼容，从而使包括通信与网络基础设施/工业控制与自动化（IC&A）、瘦客户机、游戏机以及数字标牌在内的嵌入式应用的可扩展性得到提升。

嵌入式产品设计例3

嵌入式系统究竟链断何处？这不是政策所能解决的问题，归根结底需要嵌入式企业提高自身创新能力，真正嵌入到传统的成熟行业应用中去，靠自己的力量站稳脚跟。

嵌入式产业链断之谜

本刊记者彭敏

嵌入式软件改变了我们生活的每个角落，但是在这看似繁华的背后，却隐藏着巨大的问题和危机，产业链的断点被认为是最关键的。

手机可以玩游戏、看电视、拍照；电视也可以连上互联网浏览网页、收发电子邮件;医生不用去病房就能对病人情况了如指掌;开车的司机不用看地图也能轻松达到目的地……

嵌入式渗透每个角落

在我们生活中的各种装置、设备越来越智能的背后，正是嵌入式这种看起来很小的软件，在发挥着人脑般指挥和主导的作用，影响和改变我们工作和生活的方方面面。

嵌入式系统产品无处不在，已经渗透到各行各业之中，并形成了巨大的产业效应。据估计，全球每年嵌入式系统带来的工业相关值已经超过1万亿美元，其中，嵌入式软件产业增幅正不断加大，据信息产业部统计显示，2005年，我国软件产业累计完成软件收入3906亿元，而嵌入式软件收入为468.1亿元，占全部软件业务收入的12%，接受委托加工的嵌入式软件收入166.6亿元，占嵌入式软件的33.2%。

从2005年软件前100家企业排名情况看，前10家企业中以嵌入式软件为主的企业有6家，其软件收入占前100家企业的37%。由此可见，中国嵌入式软件产品的应用与发展体现了中国软件产业的特色。

从企业来说，嵌入式软件企业的成长也是突飞猛进，并成为了整个软件企业中的领头羊。

2006年5月，信息产业部经济体制改革和经济运行司公布了2006年第五届“中国软件收入规模前100名企业”的名单。其中，华为以152.1亿元的软件年收入连续第五年名列榜首，华为也是软件百强排名公布以来首次超过百亿收入的企业。海尔、中兴、熊猫电子、海信、长虹等企业位居名单前列，把传统的独立软件提供商都远远地抛在了身后。

嵌入式软件产业的发展正呈现出一片繁荣的景象，也让人们看到了软件产业发展壮大的希望，嵌入式被视为是我国软件产业经济的新增长点，已经成为中国软件产业的优势，是今后中国软件产业发展的核心动力。

潜藏的问题：产业断点

然而，在繁荣的背后，也蕴藏着问题和危机。在嵌入式系统的产业发展上，产业链被认为是最关键的问题。不少专家认为，我国嵌入式系统产业链仍然不够完善，存在断点，协作性差将会影响到嵌入式系统产业的发展壮大。

在11月中旬举行的中国（顺德）嵌入式系统应用展示交易会暨中国嵌入式系统年会上，信息产业部经济体制改革与经济运行司经济运行与进出口管理处处长高素梅指出，目前我国的嵌入式系统产业链上存在着断点，影响了整个嵌入式系统产业的进一步发展。

信息产业部软件与集成电路促进中心邱善勤博士则认为，嵌入式产业发展结构不平衡、软硬件企业之间缺乏合作是我国嵌入式软件存在的主要问题之一。

“上游厂商、嵌入式软件产品生产商和终端产品制造商之间的交流渠道不畅、市场信息不通，严重影响了整个产业运行的质量和效率。”赛迪顾问分析师胡珂也分析说。

众所周知，嵌入式系统包括硬件和软件两部分，硬件包括微处理器、存储器以及外设器件和I/O端口、图形控制器等;软件部分包括操作系统软件、中间件、数据库以及应用软件。

根据嵌入式软、硬件的划分，可以得出嵌入式的产业链条由芯片、系统、软件和产品设计以及生产四个部分组成。

从嵌入式软件的角度来看，位于嵌入式企业上游的是提供开发平台、构件和技术架构以及IC的企业，位于下游的则是指软件的应用企业，按应用领域分主要包括信息家电企业、通信设备企业、手机企业、数字电视终端企业、汽车电子企业、数控机床企业等。

那么，中国嵌入式系统产业究竟链断何处呢？

中国计算机协会嵌入式系统专业委员会副主任、复旦大学教授陈章龙告诉记者，IC设计能力差对于嵌入式系统的发展来说有致命影响。

我国的国内企业IC设计比例偏小，IC设计的厂家有400多家，但是超过1亿元产值的，全国仅有15家，超过10亿元的全国只有两家。现在芯片厂商的流水线80％的来料加工，不是IC设计企业提供的，而是来自国外接单。也就是说，我们用的芯片80％不是国内设计的，而是依靠进口。

由此所带来的问题就是，国内在开发系统和软件时要受到国外IC设计厂商的技术制约。

另外，单看嵌入式软件，也存在断点。从产业结构来看，我国的嵌入式软件产业偏重应用软件，在基础的嵌入式操作系统和开发平台等领域缺乏竞争力。由于大部分处理器芯片和操作系统的核心技术掌握在国外厂商手中，中国的嵌入式企业部分集聚于嵌入式应用领域，对嵌入式操作系统等基础软件投入不够，市场上的嵌入式基础技术与开发平台大部分为国外品牌所控制。

其实，我国在嵌入式操作系统方面的研发起步较早，如Delta OS起步于1990年，Hopen起步在1994年。但市场化程度不高，进入市场时间大都只有4～5年左右，市场占有率很低，应用也主要集中在机顶盒、智能家电、数字电视、PDA和智能手机上。

目前中国本土厂商自主研发的嵌入式操作系统，可以分为两大阵营:一类是专有操作系统，如凯思集团开发的Hopen（女娲）、科银京成推出的DeltaOS等，另一类是基于Linux的开源操作系统，如中科红旗的红旗Linux、宇龙通信的Linous、普天慧讯的eMotion、移软科技的mLinux、东软的NeuLinux、中兴的ZTE EmbSys等。

但是，2005年，越来越多的嵌入式系统厂商将开发平台转移到国际上的主流开发平台，中国本土厂商的嵌入式操作系统发展乏力。

硕果仅存的几款嵌入式操作系统局限于自产自用，而Symbian、Win CE、PalmOS以及Montavista公司的Hard Hat Linux等操作系统则表现越来越抢眼。不少原来采用国产操作系统的嵌入式系统厂商开始将平台进行转移，如波导、中兴等手机生产厂商以及宇龙等手机设计公司的操作系统向奇趣科技公司的Qtopia平台转移，联通将越来越多的产品转移到WinCE平台上。所以，嵌入式软件产业所使用的嵌入式操作系统主要还是国外的各种主流品牌。

缘起

嵌入式系统本来就是一个嵌入到其他行业如家电、电信设备等制造业的行业形态。它不同于传统的通用计算机领域，主要面向特定的应用领域，根据应用需求来进行定制开发，并随着智能化产品的普遍需求渗透到各行各业中去。

在嵌入式领域，应用是嵌入式系统的生命线，没有应用，嵌入式系统就失去了存在的意义。正是由于通信、数字电视、汽车、信息家电等行业的智能化设备的巨大应用需求才拉动了嵌入式系统和软件的巨大发展。

但是，分析国内的嵌入式企业，不难发现有两类，一类是有行业背景，如作为嵌入式软件企业的华为、中兴、海尔，它们直接来自各行各业，其背景相当于作为华为、中兴、海尔终端设备制造商们的嵌入式系统与软件开发部门;另一类则是完全独立的嵌入式企业，如凯思昊鹏、汉王、人大金仓、东软集团、科银京成等。

前者是真正嵌入到了行业中去，因为它的开发需求是明确的，也不担心市场问题。但是后者无论是需求还是市场都是发散性的,需要更主动地与行业建立紧密的联系才可以深入到行业中去，在整个行业的产业环中站稳脚跟。

作为终端设备制造商的华为们，其嵌入式开发是与其他的开发结合在一起的，它们对于用户的需求有着一致的认识，而独立的嵌入式企业的开发更多是技术驱动而不是需求驱动，在技术-产品-应用方面存在明显的脱节，从而并不能保证与终端设备制造商的开发百分百的协同；同时，嵌入式是一门综合应用行业，嵌入式技术人才需要相对更长时间的实践才能掌握足够的技能，这意味着我们要付出更多的时间和成本，去积累足够的专业人才。因此，产业协作并不如前者更加顺利和自然。这正是产业链无法完善的原因之一。

正如中国软件行业协会嵌入式系统分会秘书长郭淳学所说的那样，嵌入式软件是直接面向应用的，应用是各行各业的，如果单独由软件企业进行研究是很难的，很多应用的数据模型甚至管理都是企业比较难以了解的，嵌入式产业应该是以应用或者某个整机厂商与软件厂商的有机结合。

整合还是协作？

目前，中国嵌入式软件的应用领域不断扩大，硬件产品的软化趋势更加明显，软件附加值进一步提升，市场潜力正逐渐加大。例如，2005年中国通信设备产品的嵌入式软件增值达到380亿元，占2005年全部软件业务收入近10%，已成为拉动中国软件产业发展的重要力量。

但是，目前中国嵌入式软件的开发基本上都是集中在硬件制造企业的自主研发上，而软件企业还没有形成对中国硬件制造业中的嵌入式软件承包意识，其承包能力更有待进一步的提高。

尽管嵌入式系统产业有望帮助我国从“中国制造”到“中国创造”的转变，但是嵌入式产业链断点的存在意味着这不是一个简单的问题。

我国制造业的发达乃是因为不掌握核心技术，而由以上产业链断点可以得知，嵌入式系统的发展有着同样的危险。在硬件部分缺乏IC设计，在软件部分基础的操作系统市场竞争力不足，缺乏的恰恰就是嵌入式系统核心竞争力的决定力量。

那么，消除上述危险的方法是什么呢？首先，加强嵌入式企业与行业的产业协作具有必要性，特别是嵌入式企业需要主动深入行业。

其次，整合产业链。从终端设备制造商来看，兼并、收购有较好行业开发能力的独立嵌入式企业对于消除产业链断点将有帮助;而中国计算机协会嵌入式系统专业委员会副主任、复旦大学教授陈章龙认为，孵化机制则是可以尝试的创新方式。

中国软件行业协会嵌入式系统分会秘书长郭淳学也表示，在嵌入式软件和嵌入式系统中间需要一个孵化器、需要一个孵化过程，这中间还隔着需求和很多的环节，如果缺乏这个环节，产品出来就缺乏人性化界面等，嵌入式软件最大的特点是量体裁衣，根据需求来定制。

嵌入式系统是软件和集成电路的一种延伸，很多小的不复杂的就由整机企业来做，对于一些比较复杂的行业，比如汽车、家电、通信等等涉及量大也相对复杂的就需要有操作系统平台、数据库、中间件等等通用平台以及更专业的应用。

嵌入式患上政策依赖症？

李理芬

“税收优惠的确可以使我们的日子过得舒坦些，但是却不能给我们带来市场，带来效益的增长。”一家嵌入式软件企业老总说。

作为国家鼓励软件产业发展的重要政策，“18号文件”（《鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策》）给与软件发展以享受税收方面的优惠政策，其中也包括嵌入式软件。

“18号文件”规定，自2000年6月24日起至2010年底以前，对增值税一般纳税人销售其自行开发生产的软件产品，按17%的法定税率征收增值税后，对其增值税实际税负超过3%的部分实行即退政策。所退税款由企业用于研究开发软件产品和扩大再生产，不作为企业所得税应税收入，不予征收企业所得税。

由于大多数高技术设备当中，软件(包括纯软件，及与硬件结合的嵌入式软件)产值比例均在50%以上，因而从2000年6月开始，各地税务部门按照18号文规定，对生产计算机、通讯仪器、医疗设备等高技术企业所含软件，与其它软件生产企业的销售软件，给予同等的优惠待遇，无论是纯软件、嵌入式软件一律按照3%的标准收取增值税。

但是去年底，国家财政部的《国家税务总局关于增值税若干政策的通知》却把嵌入式企业排除在税收政策优惠的享受者之外。

《通知》第十一条“关于计算机软件产品征收增值税有关问题”规定:“嵌入式软件不属于财政部、国家税务总局《关于鼓励软件产业和集成电路产业发展有关税收政策问题的通知》(简称18号文)规定的享受增值税优惠政策的软件产品”。

该通知的出台意味着，税务总局对纯软件产品给予3％增值税优惠，而对电子产品所含嵌入式软件不再进行单独核算，一律按照17％的硬件产品收取增值税。新政策中规定的税率与之前相比相差5倍。

在该通知中，财政部、国家税务总局阐释了何为软件产品，意在防堵税收漏洞。由于近年手机等终端产品增长巨大，有企业利用“18号文件”，通过嵌入式软件比例核算虚增，来人为减少应交纳的增值税，从而给国家带来损失，也使征税管理混乱，因而取消嵌入式软件税收优惠。

理性应对

财政部这项政策的出台，被指会引起中小嵌入式企业的恐慌。因为，华为、中兴等大型企业可以通过成立一个专门的软件子公司来加以规避，其嵌入式软件划归为此软件公司所有，这是税收政策允许的，税务部门依旧视其为可以享受“18号文”的规定，同样享受3%的增值税优惠。但是对大多数创新型的中小嵌入式企业而言，规模尚小，基本都是软件与硬件统一销售，没有成立专门的软件公司的业务需要。但是如果不注册“纯软件公司”的话，就必须承受新的税收政策。

但是也有专家表示，由于嵌入式系统所特有的软硬件结合特性，虽然可以统计出设备中软件的份额，但是从销售额来看却很难界定到底设备中软件和硬件各自贡献的大小。再加上电信设备、消费电子等产业大环境对于嵌入式系统的旺盛需求，因此，嵌入式企业的实际效益并不一定会到财政部政策的影响。

一家嵌入式语音设备的老总说:“18号文件给了嵌入式企业很大的好处，但是取消优惠并不就会影响到嵌入式企业的生存。”顾名思义，嵌入式系统是嵌入到电信设备、消费电子、医疗器械等制造业的产业链中，近年来嵌入式企业的发展壮大，产业的繁荣主要得益于手机、电信、消费家电产业的兴盛，而不是仅仅依靠政策而发展起来的。“税收优惠的确可以使我们的日子过得舒坦些，但是却不能给我们带来市场，带来效益的增长。”

嵌入式企业能够理性地看待政策，这与传统软件企业过于依赖国家政策优惠截然不同。在一部分企业中，退税等补贴收入已成为其利润的重要组成部分。为享受国家的退税补贴，有些中小软件企业即使像转做其它的业务，连名字都不想改，因为“不叫软件公司了就不能够享受国家的退税补贴。”

鉴于嵌入式软件产业在整个软件产业中的贡献比例正日益上升，尽管《国家税务总局关于增值税若干政策的通知》未久，信息产业部已经在酝酿对于嵌入式软件的扶持政策。

2006年8月7日，信息产业部经济运行司在新疆乌鲁木齐召开的2006年软件 产业统计工作研讨会上，宣布将与财政、税务等有关部门积极协商，争取恢复嵌入式软件的增值税退税政策。信息产业部经济运行司表示，要借鉴国际统计规则制定软件产业的分类标准，重新修订完善软件产业统计工作方案，以期在适应软硬融合的发展趋势的前提下，能够重新给“嵌入式软件”一个清晰的定义与分类。

信息产业部经济体制改革与经济运作司经济运行处处长高素梅透露，“国家税务部门对嵌入式软件的政策将有‘松动’”。今年初信产部专门成立了课题组，研究一套嵌入式系统软件的计算方法。经过信产部与税务部门的沟通协调，明年嵌入式软件的出口退税政策将会有所调整。

嵌入经济模式的启示

付红玲

嵌入式软件现阶段的成功带给我们的启示是，只有真正嵌入到产业链，才真正能够与产业链的发展同步，获得协同发展效应。

从软件百强排名中可以看出，嵌入式企业规模已经远远超过ISV；而嵌入式软件在整个软件行业中的比重也日益加大，2005年达到12%;此外，软件出口的大部分也是嵌入式软件出口，2005年比重接近80%。种种迹象表明，嵌入式软件是中国软件产业中发展势头迅猛的分支，被称作是中国软件产业突飞猛进的动力之一。

嵌入式软件现阶段的成功带给我们的启示是，只有真正嵌入到产业链，才真正能够与产业链的发展同步，获得协同发展效应。

对于企业来讲可以是进入产业链、融入产业链，为什么嵌入产业链会更加成功呢? 所谓“嵌入”就是牢固的、密不可分的关系，而“进入”或者“融入”都并不牢固，会摇摆不定最终游离到不确定的状态，坚定地嵌入产业链才能真正实现战略聚焦的目的。

回想在计算机应用的早期，软件的销售便是被嵌入到硬件中取得成功的，比如史玉柱开发的6401汉卡。现在嵌入式软件行业中的企业，仍然在通过销售带有嵌入式软件的硬件产品，一方面可以避免软件行业中普遍遇到的盗版问题，另一方面也可以获得借助被嵌入到的成熟行业获得稳定的收益增长。

尽管嵌入式系统产业的形成，是社会分工的必然结果，但是，社会分工依然需要建立在广义的社会产业链条上，如果从传统行业的角度来看，嵌入式系统并没有真正处于自身产业链的端头上，但是它比单纯的ISV与传统的成熟行业之间的关系更加紧密，也能够享受到由此带来的好处。

这对企业来说也是一种借鉴。特别是中小企业，生存是首先要关注的问题，他们可能很弱小根本无法顾及到管理水平提升、品牌形象塑造等方面的问题，但是在客户选择上却应该可以有所把握，在这一过程中便可以很好地运用嵌入产业链的指导思想来把握与客户的关系，找到长期发展的方向。

中小企业往往处于为大企业提供配套服务的地位，其产品可能供很多产业链中的企业采用，如果没有战略的观念，只把能抓到大客户作为中小企业最关心的问题，在与大企业建立合作关系的博弈中得心应手的便是价格，这实际上是用自己的劣势在开辟市场，后果可想而知。

实际上要取得更高的谈判位与大企业合作，首先由从理解产业链入手，确定出企业在产业链的位置，搞清楚自己为产业链产生的贡献点，如果你能发现自己在产业链中处于瓶颈位置，自然也就获得了自己的价值而能够与大企业处于平等的地位上来合作，这样的案例其实非常之多。

嵌入式产品设计例4

嵌入式计算机在应用数量上远远超过了各种通用计算机，一台通用计算机的外部设备中就包含了5-10个嵌入式微处理器，键盘、鼠标、软驱、硬盘、显示卡、显示器、Modem、网卡、声卡、打印机、扫描仪、数字相机、USB集线器等均是由嵌入式处理器控制的。在制造工业、过程控制、通讯、仪器、仪表、汽车、船舶、航空、航天、军事装备、消费类产品等方面均是嵌入式计算机的应用领域。嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术和各个行业的具体应用相结合后的产物，这一点就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。

一、嵌入式系统的发展现状

随着信息化，智能化，网络化的发展，嵌入式系统技术也将获得广阔的发展空间。2008年达到53000亿美元，预计2009年，销售额将达68000亿美元。进入20世纪90年代，嵌入式技术全面展开，目前已成为通信和消费类产品的共同发展方向。在通信领域，数字技术正在全面取代模拟技术。在广播电视领域，美国已开始由模拟电视向数字电视转变，欧洲的DVB（数字电视广播）技术已在全球大多数国家推广。数字音频广播（DAB）也已进入商品化试播阶段。而软件、集成电路和新型元器件在产业发展中的作用日益重要。所有上述产品中，都离不开嵌入式系统技术。象前途无可计量的维纳斯计划生产机顶盒，核心技术就是采用32位以上芯片级的嵌入式技术。在个人领域中，嵌入式产品将主要是个人商用，作为个人移动的数据处理和通讯软件。由于嵌入式设备具有自然的人机交互界面，GUI屏幕为中心的多媒体界面给人很大的亲和力。手写文字输入、语音拨号上网、收发电子邮件以及彩色图形、图像已取得初步成效。

二、嵌入式系统的主要特点

（一）系统内核小。由于嵌入式系统一般是应用于小型电子装置的，系统资源相对有限，所以内核较之传统的操作系统要小得多。比如Enea公司的OSE分布式系统，内核只有5K，而Windows的内核？简直没有可比性。

（二）专用性强。嵌入式系统的个性化很强，其中的软件系统和硬件的结合非常紧密，一般要针对硬件进行系统的移植，即使在同一品牌、同一系列的产品中也需要根据系统硬件的变化和增减不断进行修改。同时针对不同的任务，往往需要对系统进行较大更改，程序的编译下载要和系统相结合，这种修改和通用软件的“升级”是完全两个概念。

（三）系统精简。嵌入式系统一般没有系统软件和应用软件的明显区分，不要求其功能设计及实现上过于复杂，这样一方面利于控制系统成本，同时也利于实现系统安全。

（四）高实时性的系统软件(OS)是嵌入式软件的基本要求。而且软件要求固态存储，以提高速度；软件代码要求高质量和高可靠性。

（五）嵌入式软件开发要想走向标准化，就必须使用多任务的操作系统。嵌入式系统的应用程序可以没有操作系统直接在芯片上运行；但是为了合理地调度多任务、利用系统资源、系统函数以及和专家库函数接口，用户必须自行选配RTOS（Real－TimeOperatingSystem）开发平台，这样才能保证程序执行的实时性、可靠性，并减少开发时间，保障软件质量。

三、嵌入式系统的关键技术

随着后电脑时代的来临，消费电子成为市场的主要驱动力；而在消费电子中，32位嵌入式CPU占了主导地位。针对不同的消费产品，消费者的要求也不尽相同。例如：汽车电子产品的稳定和安全性非常重要，而对蓝牙产品可能更关心价格。当然，对于功耗问题的关注却是几乎涵盖所有消费产品的要求。对于开发者而言，ARM架构以及相关软件的前后兼容性对于他们加快开发周期、缩短产品上市时间是非常重要的。并且，对于消费电子产品而言，传统的“摩尔定律”已经不是特别重要的，更重要的是在提供性能的同时，能够有效地降低功耗和芯片面积。

为了满足市场对消费电子产品的种种需求，ARM也不断开发和完善技术，推出了一系列有针对性的创新技术。例如：智能能源管理(IEM)技术能够有效地降低嵌入式系统的功耗；TrustZone技术能够为系统提供硬件级的安全保护，满足了用户、内容提供商以及运营商对内容安全性的要求；Thumb2指令集有效地降低了代码密度，节省了系统内存使用，从而降低了系统成本；Jazelle技术提供了在硬件中执行Java加速功能，为系统提供了更好的多媒体性能。

四、嵌入式系统的方向

嵌入式系统无疑是当前最热门最有发展前途的IT应用领域之一。嵌入式系统用在一些特定专用设备上，通常这些设备的硬件资源（如处理器、存储器等）非常有限，并且对成本很敏感，有时对实时响应要求很高等。嵌入式系统是软硬结合的东西，搞嵌入式开发的人有两类。

一类是学电子工程、通信工程等偏硬件专业出身的人，他们主要是搞硬件设计，有时要开发一些与硬件关系最密切的最底层软件，如BootLoader、BoardSupportPackage(像PC的BIOS一样，往下驱动硬件，往上支持操作系统），最初级的硬件驱动程序等。他们的优势是对硬件原理非常清楚，不足是他们更擅长定义各种硬件接口，但对复杂软件系统往往力不从心（例如嵌入式操作系统原理和复杂应用软件等）。

另一类是学软件、计算机专业出身的人，主要从事嵌入式操作系统和应用软件的开发。如果我们学软件的人对硬件原理和接口有较好的掌握，我们完全也可写BSP和硬件驱动程序。嵌入式硬件设计完后，各种功能就全靠软件来实现了，嵌入式设备的增值很大程度上取决于嵌入式软件，这占了嵌入式系统的最主要工作（目前有很多公司将硬件设计包给了专门的硬件公司，稍复杂的硬件都交给台湾或国外公司设计，国内的硬件设计力量很弱，很多嵌入式公司自己只负责开发软件，因为公司都知道，嵌入式产品的差异很大程度在软件上，在软件方面是最有“花头“可做的），所以我们搞软件的人完全不用担心我们在嵌入式市场上的用武之地，越是智能设备越是复杂系统，软件越起关键作用，而且这是目前的趋势。

参考文献：

嵌入式产品设计例5

因此，对于嵌入式半导体企业来说，家电市场正在飞速增长。此外，最近嵌入式微控制器(单片机)在系统级集成方面取得很大进展，从而使嵌入式微控制器解决方案的总体系统成本降到了能够与机械或简单模拟电路设计可比，甚至更为经济的程度。

传统家电设计

传统上家电行业是机械控制方式的天下。例如，洗衣机中的循环定时器或者基本家电控制系统中的基本简单模拟电路是整个系统的核心。

此类传统机械和简单模拟设计存在的问题是每个设计只针对一种应用，限制了硬件设计的可重用性。此外，此类传统系统的功能通常很有限，用户界面比较原始，经常是使用不方便。再加上生产线上烦琐费时的机械校准要求，保证家电可靠性以及精度的总体成本变得很高。当今的家电设计工程师不仅要平衡易用性、总体系统成本、安全性和耐用性，同时还必须保证设计出的产品能够在激烈的竞争中脱颖而出。特别是，现在的消费者对于家电的要求是功能丰富，并且节能。结合多年的机械和模拟电路设计经验以及目前成本和功能上可行的低成本易用嵌入式微控制器，设计工程师可以满足所有这些要求。

本文主要探讨了一些基于最新嵌入式微控制器的数字解决方案，为家电设计工程师的产品设计提供更多选择。首先，我们简要讨论一下什么是嵌入式控制以及嵌入式控制行业的发展趋势。接着，我们讨论嵌入式微控制器技术能够为家电带来的新功能。这些新功能包括改进基本的家电控制功能，更高的灵活性以及更友好的用户界面。最后，本文还将讨论如何在家电设计中将电子控制和机械部分完美结合起来，同时还将讨论与新的环境因素相关的挑战，以及家电设计的最新热点一网络和连接。

嵌入式控制技术

嵌入式控制是指利用嵌入在设备中的计算机(控制器)实现对洗衣机、热水器、烤箱或其它家电设备的控制。嵌入式微控制器与桌面计算机系统中的微处理器类似，是嵌入式系统中的主要计算部件。不同之处是其拥有更多的输入和输出，可以用来“感知”外部世界的信息并做出“响应”。

目前存在多种类型的嵌入式微控制器，从最基本的4位器件直到增强型64位器件。而其中一些8位混合信号微控制器的内建外设和成本优势使其非常适用于众多嵌入式控制系统和新的家电设计。

嵌入式控制发展趋势

嵌入式控制器市场中的一个持续趋势是为工程师提供综合嵌入式设计解决方案，帮助他们降低总体系统成本并改善可制造性。对于目前的众多家电设计来说，功能丰富的8位嵌入式微控制器具有很高的成本效率。混合信号微控制器设计总体系统成本的降低以及功能的进步使得许多传统的外部简单模拟器件已经被整合到嵌入式微控制器中。这种集成使系统设计师可更好地组合利用数字控制器功能，以及模拟或机械器件。

这些新的综合混合信号嵌入式控制器是传统纯数字处理器的进步发展。此类新器件中集成的板上模拟外设包括比较器、运算放大器、模拟数字转换器、参考电压源、脉宽调制器以及众多通信外设。而所有这些都置于软件的控制之下。

基本控制

通常，当提起微控制器中，首先想到的都是系统级控制、定时、数学计算器、数据存储以及通信接口。微控制器的所有这些功能为家电设计人员提供了几乎无限的新工具资源，从而可以改善家电产品的易用性和灵活性，同时还可以增强基本功能并满足日益苛刻的安全要求。

这些嵌入式控制器支持增加定时事件，如当电费最低的时候打开洗碗机，或者利用先进的马达驱动控制算法对家电的电动马达进行动态电源管理。因此，许多家电的基本控制也已经达到一个新的水平。

用户界面

嵌入式控制器可帮助设计工程师为家电消费者设计出更先进更易用的界面。现在的家电设计工程师需要面对大量的用户输入和反馈器件，它们提供实时的状态更新，传递复杂的用户选项或者为用户提供危险警告。发光二极管(LED)已经被用于众多家电设计中，但现在设计工程师走得更远了一步，可以利用液晶显示屏或七段LED显示来显示用户友好的数码和字母文本。

这些显示技术，配合数字键盘甚至触摸屏等输入设备使用户界面更直观，更易于使用，同时还可以支持更复杂的任务。嵌入式微控制器甚至还可以利用警报音来获得用户有安全问题或输入不正确，或者利用语音命令来完成输入。

机械电子技术

机械电子技术是传统机械和新出现的嵌入式微控制器数字控制技术的融合。通过将传统的机械子系统转换为基于数字和模拟的系统，机械电子技术为设计带来了电子智能。与传统机械或简单模拟设计相比，机械电子系统可以更精确的进行控制和监测。

同时，管理部门的要求和消费者的期望推动了在电子技术在白色家电和厨房设备中的应用。电子学技术能够以比机械方式高得多的精度和准确度测量和控制水温、时间、浑浊度以及压力。嵌入式微控制器输出激励控制继电器、读取开关值、激励电路并监控系统故障，完成这些功能所需要的组件重量远远低于机械方式。

结合传统机械系统的优点以及嵌入式微控制器的控制能力，设计人员可以满足要求苛刻的家电行业的需求，同时还可以增强产品功能和性能，使设计出的产品能够从竞争产品中脱颖而出。

环境因素

除了消费者需要功能更丰富的家电以外，政府管理要求、环境以及节约成本等因素也推动家电向更为节能的方向发展。这些要求有望使未来的家电更安全、更安静、更节能和节水。

嵌入式微控制器可以监控家电设备的能源使用情况、噪声水平、耗水情况以及其它影响环境的因素。现在，通过低成本嵌入式微控制器，家电设计工程师也可以分享到数字信号调理以及基于数学算法的控制系统(如功率因数校正和变频算法)的进步。低成本嵌入式微控制器可以提供更可靠的设计和更智能的故障恢复性能，因此工程师可以设计出更安全的家电设备(如烤箱或烤炉)。

连接功能

连接功能是指家电设备的远程通信能力，可以是接收故障排除诊断信息、改变家电设备设置，或者是集中控制能源使用情况。

计算机的存在提供了两大主要优点：通信和数据存储。通过提供多种通信能力，嵌入式控制技术为家电设计人员提供了这两大特性。例如电力线 控制(PLC)、红外(IR)通信、因特网协议访问(如TCP／IP)，甚至利用射频(RF)技术的无线控制。结合这些功能以及嵌入式微控制器在非易失性存储器中存储信息的能力，设计工程师可以方便地实现系统诊断和校准、用户使用跟踪、系统级监控以及集中能源控制等系统的设计。

如果洗衣机能够从生产商的服务中心下载诊断信息，甚至能够远程修正他们，不需要消费者在家里等上好多个小时等服务人员上门来检查，那么该有多么棒啊。

嵌入式控制器提供的另一种形式的设备内连接是家电设备内不同模块间的通信，不需要布成本高并且经常不可靠的线缆。例如，在用户显示板和洗衣机的马达控制单元之间的连接。利用这种连接能力，设计人员还可以创建可在多个平台上重利用的更为模块化的设计。在现场维修时，维修人员也可以更容易地更换这些模块。

这些潜在的功能增强有望将今天的家电设计提升到一个新的水平。家电以及家电产品子模块之间互相通信实现节能，通过在线服务保证家电存放，以及通过与远程维修服务中心的连接来保证可靠运转。未来，消费者将会把这些功能做为基本的要求，就象今天消费者对于家庭或工作场所必须拥有宽带或高速连接的要求一样。

嵌入式控制器应用举例

下面，我们来看一下利用嵌入式微处理器实现增强功能的一些非常基本的家电设计实例。首先，我们看一下传统家用机械式温度控制装置以及嵌入式微控制器如何为此类家用电器的设计带来革命。然后，我们再看一下小型低成本嵌入式微控制器如何为温控电炉等设备增加基本的安全功能以及额外的控制精度。

机械式温度控制

图1是一个目前许多家庭中常见的典型机械式温度控制装置。完全机械式单元，没有任何主动式电子器件。

图2显示的是该机械式温度控制装置的基本框图，以及所有内部器件。通过左右滑动机械控制杆，用户可以设置所需要的温度。室温反馈机制就是一个简单的指钍指示器，连接到一个机械温度传感器来显示温度。一个类似的指示机构用来显示用户设定的温度。随着温度升降，温度控制装置断开或连接加热单元的有线连接触点，从而实现温度控制。具体是利用一个双金属弹簧随着室温的变化而产生形变来实现的。在这一单元中，连接到弹簧的机械式温度指针臂是给用户的反馈。刻度盘用来显示所设定的温度，而触点开关则是到加热单元的输出。

要将机械式设计转换为基于嵌入式微控制器的解决方案，所有这些构建单元都必须利用电子器件来代替。

图3就是一个嵌入式控制系统。用户反馈通过LCD显示屏，用户输入则采用上／下按钮以及滑动开关，温度测量利用低成本温度传感器实现，加热单元控制则利用金属氧化物半导体场效应三极管(MOSFET)开关实现。新的设计中，利用低成本嵌入式微控制器实现集中控制。

这一电子温控器比机械式温控器有以下方面的改进。

首先，利用LCD显示屏显示信息，用户可以看到有关加热系统的更详细信息。包括设定的温度、当前温度、设备工作时的控制信息等等。

基于嵌入式微控制器的温控器单元提供了更为准确的温度测量和控制功能。同时还设计工程师还可充分利用现在数学控制算法来提高温度控制精度。该硬件单元可以很方便地改造用于不同的温控应用，因此消费者可以根据其功能和成本偏好来选择合适的单元。简单修改嵌入式微控制器软件就可以实现更多增强功能，例如七天／多天定时器(相对于简单的每天定时)，甚至可以实现“独立区域控制”。

电炉等电炊具的温度控制

电炉等电炊具的温控开关是另一个很好的例子，简单地增加一个极低成本的小型嵌入式微控制器就可以大幅提高设备的功能。

图4显示是一个目前厨房电炊具(如电炉、电煮锅以及电炸锅)中常用的典型可调节机械式温控单元。该单元利用可调节的机械温控器来调节电炉的热量输出。机械式温控装置的主要缺点包括必须在工厂进行机械校准，性能差，精度低，并且容易磨损。

图4中的机械式电炉温度控制单元可以容易地转换为简单的电子电路，如图5所示，采用一个TRIAC(三端双向可控硅)和一个电容性电源以及一个低成本微型控制器。与机械式温控开关相比，可控硅控制电路的优点之一是可以实现更为精确的控制，因为加热单元是以“开”和“关”的方式精确控制的，可以实现更好的温度控制。这也意味着温控单元不需要在工厂中校准，因为加热单元的开并是按照严格的时间周期进行的。而且，即使长时间使用，电路也不容易磨损。

让我们看一下这一电路的内部工作情况。这个基于嵌入式微控制器的电路采用相位或半波计数使TRIAC导通，从而使加热单元工作。通过在每个半波的一部分时间内使TRIAC(TRCl)导通，可以实现相位控制，与脉宽调制(PWM)类似。该方法的优点是为负载提供功率的波型频率没有变化，仍然为交流电输入频率。控制加热单元时，这一点并非必需的，但当用于灯光控制时却是绝对必需的，因为人眼能够感受到这种频率变化。

对于加热单元这样的负载，嵌入式微控制器在交流电输入波形的过零点开始使TRIAC导通整个周期。通过跳过半波周期来完成温度或热量控制。这一方法的优点是可帮助减轻电磁干扰(EMI)以及反馈到电源线的噪声辐射。基于嵌入式微控制器的电炉还可以增加多种其它功能，而这些在采用机械式温控开关时是不可能的。例如，对于用于煮或炖的电炉产品来说，沸腾点控制通常会滞后，但对于嵌入式设计，可以更准确地控制沸腾点。新设计还提供了安全功能，例如，当烹调完毕后，如果用户忘记关闭电源，那么系统可以自动将其关闭，甚至还可以提醒用户炉子仍在通电，整个电炉还是热的。增加一个简单的温度传感器就可以提供准确的温度控制，同时利用数学算法还可以提高能源效率。

其它优势

嵌入式微控制器不仅可以提高家用电器的整体性能和可靠性，而且还可帮助产品从竞争中脱颖而出。例如，不仅仅局限于提供功能有限、成本具有竞争力的电炉产品，通过在家电产品中利用嵌入式微控制器，家电生产商还可以提供具有更高能源效率以及安全功能的产品。基于嵌入式微控制器的新设计还支持设计基于同样同样硬件设计的多种平台产品，功能差异通过嵌入式微控制器软件编码实现。

基于嵌入式微控制器的智能电路还可改善家电产品的可制造性，减少了生产线上机械器件成本高昂且耗时的校正过程。同时，今天的消费者对于环境问题更为关注。再加上新的政府管制要求，对于安全和环境友好的要求也越来越高。

嵌入式产品设计例6

从20世纪末开始，国家大力支持软件行业的发展，陆续出台了关于软件产品、行业方面的税收政策。嵌入式软件产品是一类比较特殊的软件产品，在增值税退税政策方面尚存在很多的发展难题，虽然国家有关部门陆续出台了相应的规范，但部分税收政策在执行时存在着操作难度大的问题。针对这一现状，在未来嵌入式软件产品的发展中，国家相关部门需要在当前增值税退税政策的实施现状基础上开展，保障相关税收政策的可行性与有效性，加快推进嵌入式软件产品的研发。

1嵌入式软件产品的相关概述

该类产品是指可进行独立运行的一种专用软件，主要是由微型操作系统与控制应用软件构成。嵌入式软件产品属于计算机软件产品的一种，其中包含的程序和文档非常多，依据相应的划分标准，具体包含了系统软件、支撑软件和应用软件。嵌入式软件产品具有以下的特征：(1)专门性。嵌入式软件产品与普通软件产品不同，其开发目标是为了与嵌入式系统保持匹配性，为保障该类软件产品的功能与服务，该软件与外部硬件、设备连接要可靠。嵌入式软件系统在运行过程中，应用是基础，从根本上看，嵌入式软件产品就是为满足用户的相关应用需求而开发的系统，是定向开发的软件，具有自身独有的应用条件和范围。(2)适应性灵活。从嵌入式软件产品的开发过程来看，其属于模块化软件，由于这一模块化特征，使得其可以达到各类嵌入式系统的使用需求，不仅如此，还可以维持原系统的正常功能。

2嵌入式软件产品的税收政策

在国内有关政策与规定中，明确规定的法律法规条文中有详细的关于嵌入式软件产品的税收政策，与其他类型的产品不同，这一特殊的软件产品增值税为即征即退税额的方式，最终的税额为应缴税额与当期销售额的3%的差值。当期应缴税额、当期销项税额与当期可抵扣税额差值完全相同，如果在不考虑增值税率16%的情况下，当期销项税额与当其产品销售额的13%相等[2]。

2.1增值税即征即退税

根据现有的税收政策，存在以下计算公式：即征即退税额=增值税须缴纳税额-销售额×3%；增值税须缴纳税额=销项税额-可抵进项税额；销项税额=销售额×13%。

2.2当期销售额

当期嵌入式软件产品销售总额=当期嵌入式软件产品与计算机硬件、机械设备销售额总额-当期计算机硬件、机械设备销售额。而在上式中，计算机硬件和机械设备销售额的确定方面，一般要依据以下标准来确定：(1)依据纳税人最近同期同类商品的平均销售价格计算；(2)按照其他纳税人最近一段时间内的同时期、同类产品平均销售价格作为计算基准；(3)计算机硬件、设备组合计税价格[3]。

3嵌入式软件产品退税政策的发展与潜在问题

3.1软硬件分开核算销售额阶段

在1999年的财税字273号文中，对于一些特殊性产品的税收政策有着明确的规定，尤其是对嵌入式软件产品这类比较特殊的产品而言，一般纳税人在自身设计软件产品的销售中，增值税税率采用的是17%，针对其中实际税负超出6%的部分以即征即退作为计算标准，这是最为早期的政策。因为在嵌入式软件产品销售时，可能存在着与协同网络、计算机硬件、机械设备等打包销售的情况，如果以此作为税收政策，销售额计算应独立开展。但在实际销售额核算时，常常存在着分开核算未实现、核算不准确的情况，为克服这些问题，在税收政策实施时以计算机网络、计算机硬件、机械设备等产品所对应的税率来开展，这一情况下的退税政策不适用[4]。但是，在这一税收政策的执行过程中，存在着一定的不可操作性，因为嵌入式软件产品是与硬件同步销售的，二者存在不可分割性，销售额分开核算的目标难以实现。

3.2不视为软件产品阶段

在2000年所颁布实施的相关退税文件中，进一步注明了嵌入式产品的增值税退税的有关规定：一般纳税人在售卖其研发的软件产品，17%的增值税征收后，超出3%的部分采取即征即退政策。在这一文件中，并没有明确指出这一政策适用于哪种类型的软件，无论是独立的软件产品还是嵌入式软件产品，都可以采用这一税收政策。但在2005年出台的相关文件中，规定了嵌入式软件不属于软件产品的税收政策，这在很大程度上不利于嵌入式软件行业的发展。

3.3分开核算软件与硬件成本阶段

2006年，再次进行了财税文件规定，该文件与前期文件的区别主要表现在不能享受软件产品优惠政策的嵌入式软件的定义和政策上，这一重新定义和政策的出台是适应行业发展的需求的。根据其条文分析，纳税人在软件产品设计开发时就已经嵌入到了计算机硬件或者机械设备中，具有销售的同步性特征。一些软件成品的成本无法实现单独核算，但如果可以达到分开核算的标准，对应的税收政策同样适用。因此，该文件再次承认了嵌入式软件产品享受增值税退税政策的必要性，但在计算的过程中，须将硬件和软件成本的核算独立开来。

3.4分开核算收入或用成本加成法区分软硬件收入阶段

在2008年的财税文件中，彻底废除了成本分开核算的相关内容，重新将销售收入分开作为其中的重点内容，且做了适当的调整。文件中指出：在嵌入式软件、计算机硬件、机械设备的销售额计算上，应遵循分开、独立计算的原则，增值税退税政策对嵌入式软件产品适用；针对销售额不能单独核算的部分，不能直接退税。针对该财税文件中的相关规定，在核算的过程中，用硬件成本加成本利润率的方式来进一步计算软件产品的销售额，并不一定都需要进行销售收入的分开核算，在这一税收政策的推行过程中，充分遵守了嵌入式软件产品自身固有的特性，将软件和硬件充分结合起来，尊重二者的不可分割特性，通过硬件成本套算软件收入的方式，使得嵌入式软件产品能够享受相应的税收政策。

4嵌入式软件产品的退税政策分析

对于某企业而言，如果其在软件、硬件和软件收入的计算过程中采用的是成本加成的方式，在实际的操作和应用过程中须考虑以下方面：计税价格计算基数中包含的构成要素中，计算机硬件、机械设备的成本计算尤为重要，但此时的成本计算中并没有明确的成本指向性，可能代表的是采购成本，也可能代表的是生产成本或者销售成本，因此，正是因为没有明确规定这些内容，使得在计算的过程中面临收入与成本、进项税和销项税匹配度不够的情况。对任何企业而言，产品收入、销售成本息息相关，呈现相互关联的关系，而销售收入与销项税之间则呈现出明显的线性关系，同样，企业进项税与采购成本之间表现出线性关系，因此，在成本加成计算方法的使用过程中，定义的成本种类不同，最终所采取的税收政策、应缴税额也存在显著区别，但当企业的存货余额与生产成本余额保持在相对稳定的条件下，无论选用哪种成本对于税收的影响都相对较小。以三种成本作为计算基数来分析嵌入式产品的纳税或者退税情况。以某生产企业作为研究对象，该企业所销售的产品是嵌入式软件产品，假定其1月份的销售总量100件，如果没有采取任何的税收政策，在单价为1万元的情况下，该批产品的销售收入为100×1=100万。综合该企业中的生产消耗调查，各种原材料消耗70万，领用原材料60万元，该月产品生产总量120件，在该企业的销售成本中，硬件材料成本0.5万元/件，因为该企业1月总共销售了100件产品，销售成本中包含了50万元的硬件成本，在整个过程中，销项税17万、进项税11.9万，不存在任何的软件产品进项税。

4.1销售成本作基数

如果以销售成本作为计算基数，销售成本中的硬件成本为每件产品0.5×销售数量100=50万元；硬件销售额为50×1.1=55万元；软件产品销售额与应交税金分别为100－55=45万元、45×13%－0=5.85万元，在这一情况下，软件产品即征即退税金为5.85－45×3%=4.5万元。

4.2生产成本作基数

在生产成本作为计算基数的情况下，生产成本中的硬件成本为每件产品0.5×生产数量120件=60万元，在这一条件下的硬件销售额、软件产品销售额分别为60×1.1=66万元、100－66=34万元，此时，软件产品应交税金、软件产品即征即退税金分别为34×13%－0=4.42万元、4.42－34×3%=3.4万元。

4.3采购成本作基数

在将采购成本作为计算基数的条件下，采购成本中的硬件成本是70万元，在这一情况下，硬件销售额、软件产品销售额分别为70×1.1=77万元、100－77=23万元，根据相应的税费政策，软件产品应交税金、软件产品即征即退税金分别为23×13%－0=2.99万元、2.99－23×3%=2.3万元。从上述一系列的分析可知，将不同类型的成本作为计算基数时，所获得的应交税金、退税额都是存在差异的，当收入处于一定条件时，硬件成本越大，则意味着软件收入相对较小，退税额也相对较小。对于软件产品的生产企业而言，采购成本、销售成本和生产成本之间往往会存在明显的变动，选择何种成本作为成本加成基数计算时，可以享受的政策优惠额度也会存在一定的差异。

5嵌入式软件产品增值税退税政策解决措施

5.1更为注重退税的严肃性及风险管控

随着嵌入式软件产品方面税收政策的不断完善，相关企业在进行嵌入式软件产品的研发和生产中，如果要充分享受到这些税收政策，企业在长期的发展过程中，就必须要充分遵守和重视嵌入式软件产品退税的严肃性和风险，增大在增值税退税政策方面的投入，注重细节性问题的处理。在嵌入式软件产品每份合同的签订过程中，都应该做好开票、收款等各个方面的细节管理，保障这些处理符合相应的文件规定[5]。

5.2尽早获得软件登记证书

企业如果要享受到嵌入式软件产品增值税退税政策，在不断的发展过程中，要尽早掌握税收变动的具体情况，尽早获得相应的软件登记证书。事实上，取得嵌入式软件登记证书是退税的首要环节，企业在产品研发的过程中，必须要安排专门部门负责嵌入式软件的证书申报，通过持续申报和退税，来享受到相应的优惠[6]。专业管理部门要针对国家的相关规定，重视嵌入式软件产品的申报，注重申报时间节点的管理，避免错过申报。

5.3注重保持数据严谨，不得随意变更

在嵌入式软件产品的增值税退税申报过程中，尤其要注重申报过程中数据严谨性的管理，在获得了相应的证书以后，申请部门第一时间将嵌入式软件产品的相应信息以书面形式提交给财务部与生产部，保障产品信息的完整性和严谨性，保持相关内容的对应性。经由签字确认的嵌入式软件产品信息和数据不得更改，如果由于客观因素限制不得不进行变更，申请部门必须要将书面的变更文件提交给科技发展部、生产管理部、经营部等多个部门，与各个部门加强沟通和协调。

5.4加强全过程管理

嵌入式产品设计例7

在当前数字信息技术和网络技术高速发展的后PC(Post-PC)时代，随着国内外各种嵌入式产品的进一步开发和推广，嵌入式技术越来越和人们的生活紧密结合。

1.嵌入式系统、设计方法和开发平台化的迫切要求

1.1嵌入式系统及其特性

嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统 [1] 。它一般由嵌入式CPU、硬件设备、嵌入式操作系统及应用程序等4个部分组成，用于实现对其它设备的控制、监视或管理等功能，该系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术结合后应用到各个具体行业的产物，IP级、芯片级、和模块级是嵌入式系统的三种主要的体系结构形式，其中，模块级的形式就是把已成熟的X86处理器构成的计算机系统模块嵌入到应用系统中，充分利用目前常用的PC架构的通用性和便利性。

嵌入式系统通常具有如下五种特性：通常是面向特定应用的，完成单一或一组紧密相关的特定功能；具有高性能和实时的要求；系统作为设备的一部分，其运行一般不需要人工干预；系统的电源要求具有较高的可靠性和安全性；处理器的选择是嵌入式系统设计的关键一步；

1.2嵌入式系统设计方法

各种硬件平台性能的提高、EDA综合开发工具的长足发展以及软件技术特别是嵌入式实时操作系统EOS的推出，为开发复杂嵌入式系统应用软件提供了底层支持和高效率开发平台，嵌入式系统设计方法可以划分为三个不同的层次：以PCB、CAD和ICE为主要工具的设计方法；以EDA工具软件和RTOS为开发平台的设计方法；以IP内核库为设计基础，用软硬件协统设计技术的设计方法。三个层次的设计方法各有其应用范围，并不会简单地用后者取代前者，相当长的一段时间内，多采用前两个层次的设计方法。

1.3嵌入式系统开发平台化的迫切要求

“后PC时代是嵌入式系统时代”嵌入式系统应用领域的广度和深度目前都呈爆炸式增长。传统单片机系统下的小作坊开发模式面面俱到、开发周期长、门槛高、项目对个别技术人员的依赖很大，而且很难保证程序质量，因此已经不能满足现今嵌入式世界的需求。

在现代社会化大生产方式下，平台化方式是现代电子产品进行产品开发唯一的正确模式，嵌入式系统设计模式应该从计算机软件工程设计模式中吸取有用元素，构建有自己特色的嵌入式开发系统平台，在进行嵌入式系统开发时，只有应用平台化思想开发模式，才能以最小的代价最大程度的满足应用的需求。

2.嵌入式系统的开发及其平台化

2.1嵌入式系统平台化开发模式

平台模式不是新概念，很多嵌入式产品开发人员的工作就是应用平台的雏形，但平台化开发模式与传统开发模式还是有所区别的。平台化开发模式下，所有个人的技术贡献完全融化在平台中，企业技术人员必须接受平台培训，并在平台的高起点上起步。这一模式下，技术人员能够迅速成长，通过平台培训快速掌握产品开发技术，平台的知识继承减少了企业对个别员工的依附性。

2.2嵌入式系统开发的技术要点

嵌入式系统开发平台化包括硬件开发平台化和软件开发平台化两个方面。从硬件方面说，平台化要求电路的设计尽量做到“模块化”，“拼图化”。。首先最大程度从半导体厂家索取芯片相关资料，减少产品设计中单片机资源应用的盲目性。其次，针对不同的应用，规划出优选的硬件结构。最后，产品的硬件主电路应该有良好的通用性和扩展性。。从软件方面说，可以借鉴计算机软件工程里面的一些思想和方法，具体实现上，在系统级上引入操作系统平台，借助于操作系统平台多任务编程思想来简化事务处理模式，缩短开发周期。在代码级建立独立于具体产品的函数库和驱动接口平台。

2.3嵌入式操作系统是实现平台化最有力的工具

以开发工具和技术咨询为基础，然后掌握处理器结构及其应用是进行嵌入式开发的正常程序，优秀的开发工具不仅能够开发出处理器的全部功能，而且其界面是用户友好的，当前，主流嵌入式系统得开发工具平台可以分为四类：实时在线仿真系统ICE（In-Circuit Emulator）；语言编译器（Compiler Tools）；源程序模拟器（Simulator）；嵌入式操作系统（Embedded Operation Systems）。其中，嵌入式操作系统与传统单片机运行模式相比具有显著优点，是目前实现平台化最有力的工具。传统的单片机没有操作系统，因此运行的应用程序只能是单进程。当实际操作需要有多个进程同时运行时，只能采用中断方法或者多个MCU（每个MCU运行一个进程）来完成。前者容易形成中断嵌套而溢出，后者则无疑增加了硬件成本，且MCU之间需要串口通信，实时性得不到保证。嵌入式芯片在程序存储容量上普遍达到了MBYTE级，在速度方面，普遍可以达到20M以上，这使得嵌入式操作系统调度进程的实时性得到了保证。因此之需要有一个精简的、足够小的os内核，就可以把它固化在Flash ROM，在加电引导后控制应用程序的多个任务并行运行。。由于嵌入式操作系统的上述优点，它所起到的作用也是很值得一提的。首先，嵌入式实时操作系统提高了系统的可靠性。其次，嵌入式实时操作系统充分发挥了32位CPU的多任务潜力。再次，嵌入式实时操作系统提高了开发效率，缩短了开发周期。当然，应用嵌入式实时操作系统开发也存在一些难点，主要有进程调度、启动加载、任务的划分三个方面。

2.4嵌入式系统的生命周期

与其他任务事物一样，嵌入式系统产品也有其自身的生命周期。首先得到对嵌入式系统的需求，然后才能开发出产品的概念模型，接着进一步进行产品的生产设计、生产以及扩展。影响系统生命周期的主要因素有以下四个，系统成本的获取、系统验证、维护与后勤、升级。

2.5嵌入式系统开发的一般过程和具体步骤

在嵌入式开发过程分为两个主要部分，选择宿主机和目标机以及调试目标机上的应用程序。宿主机执行编译、链接、定址；目标机是运行嵌入式软件的硬件平台。嵌入式调试试用交叉调试器，采用宿主机-目标机的调试方式，包括任务级、源码级和汇编级的调试。

结合相关理论和项目经验，将嵌入式平台化开发一般分为五个步骤：客户需求分析、确定选用的嵌入式处理器和嵌入式操作系统、硬件设计和软件设计、测试、文档整理。

客户需求分析

嵌入式系统的客户需求一般都明确清晰，但应考虑客户潜在的后续应用，在设计系统硬件时尽可能留出余量。

确定选用的嵌入式处理器和嵌入式操作系统

首先要确定所选作为整个系统硬件部分核心的嵌入式芯片类型，这一部直接决定了是否选择以及选择何种嵌入式操作系统。选择嵌入式处理器的基本原则是要满足具体功能性和非功能性指标需求的、市场应用反应良好的、硬件配置最少，另外，开发人员对此系列处理器的熟悉程度和它对嵌入式操作系统的支持程度也应属于考虑因素。其次，根据应用需要和已经选择的嵌入式处理器来决定是否选择以及选择何种嵌入式操作系统。嵌入式操作系统的性能评价指标、能支持何种处理器硬件平台和何种API以及是否支持该应用的服务等十考虑的重点方面。

硬件设计和软件设计

两者的关系串行或者并行均可，即可以先设计和调试硬件部分，再设计和调试软件部分，也可以同时进行硬件和软件的设计调试工作。常见的开发模式有串行的瀑布模式开发过程，属于并行模式的V模式开发过程和在此基础上进行改进的机遇硬件抽象层和操作系统移植层的系统设计三种。

无论串行还是并行，每一种方法都有各自的优点和缺点，要根据实际项目的需要选择系统设计模式。

测试

该步骤包括对硬件测试、软件测试、以及软硬件的综合测试，硬件测试多借助示波器、万能表、逻辑分析仪等工具，电磁兼容测试仪是新兴的测试工具。是软件测试过程的四个分步骤是单元测试、集成测试、确认测试、系统测试。软硬件联合测试一般非常重视实际的运行检验尤其是进行各种意外情况的检验以测试系统的健壮性。

文档整理

平台的技术文档必须有全面注释，技术交流内容必须以文字说明，全面注释应以无障碍移植为考核标准。文档整理主要包括文件命名管理、文件版本管理、文件色彩管理以及文件成果登记四个方面。

1 吴百锋, 彭澄廉, 孙晓光. 一种基于监测的嵌入式系统设计技术[J]. 计算机学报, 2003, 26(12): 1728-1733.

嵌入式产品设计例8

SOC技术是微电子技术发展的一个新的里程碑，并已成为当今超大规模IC的发展趋势。SOC技术的出现，改变了传统嵌入式系统的设计观念，基于IP构件库的设计技术将成为嵌入式系统设计的主流。嵌入式系统支撑开发环境将更加集成化、自动化、人性化，不但具有微型化、高实时性等基本特征，还将向高可信性、自适应性、构件组件化方向发展。

二、嵌入式软件构件库的设计

构件库是对软件构件统一进行分类描述、存储管理、检索浏览的场所，是管理软件构件及促进构件复用的核心机制。根据嵌入式技术的发展方向及沈阳装备制造业产品在智能化方面的需求，针对一个或多个特定的应用领域，建立嵌入式软件构件库，开发具有自主知识产权的嵌入式系统平台、嵌入式实时数据库、嵌入式操作系统等，可以大大提高企业开发相应嵌入式应用系统的可靠性和开发效率，从而推进装备制造业等行业应用嵌入式技术开发智能化产品的进程。

1.设计原则

①实用性

借鉴国内、国际先进的构件库建设经验，综合沈阳地区嵌入式应用系统的特点，针对不同领域、不同功能抽取真正具备使用价值并能马上获得实效的控制系统构件，系统组装要易于操作、易于使用。

②规范性

采用的信息格式、接口标准符合国家标准，确保嵌入式软件构件库系统能与其他构件库系统进行快速的信息交换及协同服务。

③开放性

构件支持跨平台的体系结构，可以运行于各种操作系统平台上，如Linux、Windows CE、μc/os-Ⅱ等，具备可扩展性和兼容性。

2.构件规范

描述了构件应该具有的特性，包括构件的功能、版本、接口等内容，是构件库进行构件管理、检索、组装等服务的基础。

4.构件库设计

结合地区装备制造业的具体特点，嵌入式软件构件库分为实时控制系统库（RCSLIB）和行业应用库。

•实时控制系统库（RCSLIB）

RCSLIB是用来实现复杂的分级和分布式控制系统的软件库。RCSLIB提供了控制系统的通用模型，完成了通用控制程序设计的机制和结构，规定了模型节点间信息传递机制，并且提供了图形设计工具，方便控制系统的设计，易于扩展。RCSLIB使开发和实现一个由一些相互独立的计算节点构成的，具有分级式结构的，并且分布式节点可能运行在不同平台下的控制器变得十分简单。在RCSLIB通讯工具帮助下，不同的计算节点在独立运行的同时仍然能够相互连接，它 们能够共享信息，可运行在不同的软硬件平台。

•行业应用库（以机床行业应用库为例）

机床行业应用库主要是利用RCSLIB实时控制系统库，开发具有开放源代码的数控系统，为那些有意于开发智能化数控产品的企业提供借鉴和开发设计的基础，并结合自身应用领域的特点，设计开发功能各异的数控产品，带动地方装备制造产业的发展。重点分为：

运动控制类：主要包括机床系统中主要的控制对象的控制。如主轴的运动控制类，运动轴控制类，辅助轴控制类等。

I/O 控制函数：主要包括机床控制系统的输入输出开关量的控制，如主轴正反转，主轴，冷却，换刀等。

NML 消息变量及函数：主要包括各个控制对象间传递数据的消息。

仿真控制变量及函数：主要是指离线状态下，应用程序完成仿真调试的函数集。

解析类及辅助函数：解析类是指用于完成用户控制命令，如G代码的解析，从而转化为系统内部格式的类。

嵌入式产品设计例9

中图分类号：TP273 文献标识码：A

嵌入式计算系统在一般情况下不运用在通用计算机，我们通常所说的固件就是在运行中固化的软件，用户最终是很难或者根本不可能改变固件，操作系统和应用软件集成到计算机的硬件系统中，形成系统的应用软件和系统硬件集成。嵌入式系统软件具有代码少，高度自动化，响应快等特点，特别是适合于实时和多任务处理的情况下。相比与通用计算机系统，嵌入式系统的低功耗，高可靠性，功能强大，性能价格比高，实时，多任务处理，占用空间小，效率高，应用程序特定，可灵活定制就非常占据优势。

1 嵌入式系统中的应用现状

就目前而言，中国嵌入式系统市场进入快速增长期。在过去几年和未来几年，为几乎所有的电子设备的嵌入式系统的发展注入了新的活力，由速发展的互联网趋势和微处理器以廉价的形式出现使嵌入式系统在我们日常的生活中形成一个更大的应用领域。中国嵌入式系统的主要客户集中在消费电子，通信，医疗，安防等行业。中国目前的嵌入式系统市场，几大热点应用领域包括：汽车和电力系统的电源管理，高清晰度数字电视和数字机顶盒，智能手机与智能工业设备，终端和联网能力。嵌入式工业设备将融入更多的智能功能，如通信和网络，并在汽车电子市场，医疗电子市场，机械和电子产品市场，视频电子市场和数码电子产品市场已越来越广泛的应用。

1.1 消费类电子产品

环球资源2004年联合研究，这项报告显示，在亚太地区的嵌入式系统最迫切的需求行业是消费电子行业。近年来FPGA技术的飞速发展和广泛的应用程序和嵌入式消费类电子产品。全球数字和高清晰度广播和电视传输标准，游戏和多媒体娱乐系统，液晶和等离子显示技术，家庭DVR和DVD-W技术，汽车驾驶室娱乐系统和GPS导航系统，信息，通信和安全系统及其他持续上升的需求和应用，标志着前者在消费类电子产品是普遍深入人们的生活。

1.2 汽车和动力系统，智能电源管理技术

随着搭载CPU的汽车电子设备要求电源电压变得更加多样化，需要更低的电压和更强大的功能，电源管理也变得越来越重要，电源管理的要求也在不断变化。汽车电子设备变得更大，屏幕分辨率变高，但在同一时间，其规模要小得多。所有这些新的应用程序将需要高集成度，高性能，高效率的电源管理。车载电源延长便携式设备的电池寿命，它也需要设法消除自动开关电源敏感电路的干扰。电力系统，变电站点多面广，以及减员增效适应现代管理要求的，有很大一部分的无人值守变电站，同时也为基于嵌入式Web服务器的配置管理技术的设备提供了良好的条件。可以大大减少劳动力，设备运行，设备管理，及时了解变电站运行信息，设备故障的处理也更迅速和有效。随着国家电网的发展，基于嵌入式Web服务器设备的维护比基于传统的拨号远程维护方法更有利。

1.3 工业控制嵌入式设备

全球各行业各领域迅速发展时，在中国工业控制领域，医疗电子市场，与国民生产总值，机械和电子产品市场，视频和数码电子产品市场的电子产品市场，航空航天，运输相关的嵌入式应用程序也快速增长起来。近年来，嵌入式网络解决方案，已经发生了重大的变化：首先是小设备，如手持式扫描仪；其次是具有更高的网络传输速度和便携无线功能要求；需求再度降低功耗；最后需要进行数据安全和加密。

2 嵌入式系统的发展趋势

（1）根据行业和领域不同的发展阶段来看，嵌入式应用软件开发时需要对此进行配套相同能力的开发工具和操作系统支持。随着互联网技术的日趋成熟，随着带宽的增加，ICP和ASP提供的信息内容在互联网上越来越丰富，形式多样的应用项目。在为了满足应用程序升级功能，设计师不仅需要越发强大的嵌入式处理器，如32，64R工人SC芯片或信号处理器DSP增强处理能力；还需要采用实时多任务编程技术和交叉开发工具技术来控制嵌入式系统功能的复杂性，从而达到简化设计应用程序，以此来确保软件的质量和缩短软件的开发周期。

（2）网络发展已经成为一个必然的趋势，以满足嵌入式的分布式处理架构和应用程序的访问，在二十一世纪的需要配备标准要求的嵌入式系统中，一个或多个网络通信接口。外部网络的要求，配备必要的通信接口，相应的需要TCP/IP协议套件的软件支持，还需要提供相应的通信网络协议软件和物理层驱动软件的嵌入式设备。

（3）嵌入式产品设计师在设计时要考虑到嵌入式系统支持小型电子设备体积小，微功耗，成本低等性能，内存容量的限制和复用接口芯片。因此，设计嵌入式产品需要经验丰富的软件人才，也需要发展先进的嵌入式软件技术，如Java，Web和WAP等等。

嵌入式产品设计例10

引言

在计算机、互联网和通信技术高速发展的同时，嵌入式系统开发技术也取得迅速发展。这不仅表现在从事嵌入式系统开发研究的人员队伍日益壮大，嵌入式处理器和实时操作系统的性能增强和产品升级换代，更重要的体现在嵌入式技术应用范围的急剧扩大。

嵌入式系统拥有巨大的市场空间，我国应该抓住机遇，与时俱进，奋起直追，在嵌入式系统领域赶超世界先进水平。要达到这个目标，具有一定的现实可行性，这是因为同PC机系统相比，嵌入式系统更有自身的特征。在PC领域，虽有AMD系列处理器和Linux操作系统的市场冲击，但是Win_Tel（Windows+Intel）体系架构仍占主导地位；可是，嵌入式系统本身是一个相当分散的工业，典型特征是面向用户、面向产品、面向应用的，市场应用才是嵌入式系统开发的导向和前提，在当前的嵌入式市场中不存在垄断的局面。

嵌入式系统包含硬件和软件两部分：硬件架构上以嵌入式处理器为中心，配置存储器、I/O设备、通信模块等必要的外设；软件部分以软件开发平台为核心，向上提供应用编程接口（API），向下屏蔽具体硬件特性的板级支持包BSP。嵌入式系统中，软件和硬件紧密配合，协调工作，共同完成系统预定的功能。

对于不同的市场应用类型，嵌入式系统开发中的嵌入式处理器、实时操作系统、仿真器、调试器以及开发队伍的技术水平和结构比例等要素的选择是至关重要的。本文参考一些嵌入式系统开发的资料，结合具体的工程实践经验，系统总结了进行嵌入式系统开发时，如何全面考虑各开发要素并进行选择，最后结合一个具体实例进行详细阐述。

1嵌入式处理器

嵌入式系统的功能软件集成于硬件系统之中，系统的应用软件与硬件一体化。在嵌入式系统的硬件设备中，嵌入处理器是整个系统的核心部件，其性能的好坏直接决定整个系统的运行效果。

PC机销售市场中，随着通用CPU技术的突破和工作频率的倍增，旧款低档CPU早已经不见踪迹。嵌入式系统开发面向具体应用，不同领域的应用市场需要不同款式和性能指标的处理器来开发，于是在嵌入式处理器市场中，中低端的4位、8位和16位处理器依然存在，高性能的32位处理器也有很多产品。随着超大规模集成电路技术和微电子技术发展，包含嵌入式处理器以及部分电路的微控制器产品也进入市场，片上系统SoC（SystemonChip）产品也开始出现。这些产品的上市，不仅丰富了嵌入式处理器产品，而且也更加方便了工程技术人员进行嵌入式系统的技术开发和扩大嵌入式产品的应用领域。

由于嵌入式系统应用需求的多样性，市场上基于RISC结构的嵌入式处理器提供商也日渐增多。统计数字表明，1999年底市场销售额排在前三位的公司分别是ARM、Motorola和MIPS，其中ARM公司的芯片销售量达1.5亿个，市场份额超过50%。

面对这样的嵌入式处理器市场，开发设计人员应该如何选择呢？这里有两个前提条件。

一是深入研究具体的嵌入式系统应用需求，充分的应用需求分析后获取应用系统的性能指标。面向应用是嵌入式系统的特色，具体的应用需求决定着嵌入式处理器的性能选型。在工业控制等特殊领域，系统需求分析员不仅需要和工作人员、上级主管亲自面谈，而且要到工作现场获取第一手信息，收集充分的资料。应用需求分析后，需要定义产品具备的基本功能和性能指标，如系统处理的数据量大小和处理实时性要求、系统正常运行时的工作环境、系统运行过程中可能遇到的突发事件、系统的尺寸大小和功耗指标等。

第二个前提条件是，分析研究市场上各大厂商提供的各款嵌入式处理器的性能指标，如功耗、体积、成本、可靠性、速度、处理能力、电磁兼容性等。这些参数也是各个半导体芯片厂商之间竞争的热点。

开发人员通过应用需求分析获取了产品的功能性和非功能性指标，研究了市场上嵌入式处理器的性能参数后，能够对嵌入式处理器作出较好的选择。嵌入式处理器选择的基本原则是满足具体功能性和非功能性指标需求的、市场应用反应良好的、硬件配置最少的嵌入式处理器。如简单的智能仪器仪表设计考虑使用4位或者8位低档单片机8051；和数字信号处理密切相关的选用TI公司的TMX320x系列的DSP（数字信号处理）芯片；如果产品偏重于通信功能，考虑Motorola公司的嵌入式处理器68K系列；如果产品功能比较齐全，可选用嵌入式处理器领域的后起之秀ARM公司的高性能嵌入式处理器ARM芯片系列等。

除了上述的产品性能需求因素，选择嵌入式处理器时也需要考虑开发人员对此系列处理器的熟悉程度。因为不同公司开发的嵌入式处理器差别较大，从一类处理器转移到另一类处理器的难度比同一系列不同处理器间的转移难度大得多，风险多得多。

应用实例解析

在详细讨论了嵌入式系统开发中的几个关键因素后，下面具体阐述这些因素在工作中的具体体现。图2是个人数字助理PDA和寻呼机二合一的手持式电子产品结构图。

该产品的基本功能包括：

①个人数字助理--科学计算器、英汉互译辞典、电话号码簿、记事日程表等；

②交通信息--列车时刻表的车次查询和车站查询、民航时刻表的航班查询等；