浅析嵌入式系统支柱学科的交叉与融合

宋曜刚（湖南人文科技学院，湖南 娄底　417000）

浅析嵌入式系统支柱学科的交叉与融合

宋曜刚
（湖南人文科技学院，湖南 娄底417000）

嵌入系统的概念最早源自微型计算机的嵌入式应用。早期的嵌入式系统经过工控机、单板机、微机单片化等专用计算机的探索。但与计算机发展不同是，嵌入式系统随后进入了独立的发展之路，其发展成为一种不是专用计算机系统却有专用计算机功能的智能化设备及器材。本文将会对嵌入式系统的支柱学科进行阐述，并进一步分析嵌入式系统支柱学科的交叉与融合。

嵌入式系统；学科体系；平台模式；对象学科

一、嵌入式系统简介

（一）嵌入式系统的产生。嵌入式系统诞生于微型计算机时代，并且嵌入式系统出现后对一些专用计算机进行了短暂性的探索，便进入到嵌入式系统独立的微型控制器发展时代，即微型控制器的智能化电子系统直接在嵌入式处理器与外围集成电路技术基础上发展的带处理器内核的单片机与外围集成电路技术基础上发展的带处理器内核的单片机。其与专用的微型计算机不同，其属于嵌入式处理器而非通用微型处理器。

（二）专用计算机探索的失败之路。嵌入式系统应用中，其需要具备体积小，性价比高，可靠性高的要求，但无论是在工控机，还是单板机上面进行探索，都无法满足这一要求。后来，人们就直接将原有的微型计算机体系机构进行了简化设计，将嵌入式系统集成在一个半导体芯片中，形成了单片机的“雏形”。Motolora公司的6801系列就是由6800系列微型机简化后集成的单片微型计算机。单片微型计算机满足嵌入式系统小体积、低价位、高可靠性以及对象可控性方向的改进要求。

（三）嵌入式系统的独立发展道路。嵌入式系统的为控制器（MCU）的发展之路，是基于ntelMCS51单片机、iDCX51实时多任务操作系统开辟的单片机的独立发展之路，MC551是一个原创式嵌入式处理器，在微电子学、集成电路的基础上，按照嵌入式系统应用要求，原创式嵌入式处理器。MCS51原创的体系结构、控制型的指令系统与布尔空间、外部总线方式、特殊功能寄存器（SFR）的管理模式，奠定了嵌入式系统的硬件结构基础；iDCX51是专门与MCS51单片机配置，满足嵌入式应用要求原创的实时多任务操作系统。

二、嵌入式系统的四个支柱学科

目前，嵌入式系统还没有发展成为独立的学科体系。从上文对于嵌入式系统发展背景及过程的研究阐述来看，“嵌入式系统”是包括电子学科、微电子学科、电子技术学科、对象学科等四个支柱学科的交叉与融合，是在这个基础上构造了平台的模式，实现各学科的不同定位与分工，进而满足于应用需求的。

（一）四个支柱学科的关系。嵌入式系统的四个支柱学科主要包括微电子学科、计算机学科、电子技术学科、对象学科等。其中计算机学科与电子技术学科是嵌入式系统技术发展的重要保证，微电子学科是嵌入式系统发展的基础，对象学科是嵌入式系统应用的归宿学科。

（二）领衔的微电子学科。微电子学科与半导体集成电路为嵌入式系统的应用提供了集成电路基础，所以微电子学科具有领衔作用。集成电路中会集中体现电子技术学科、计算机学科的重要研究成果，如早期的数字电路进程，到现代的模混合、软/硬件结合、以IP为基础的知识与知识行为集成。

（三）为平台服务的计算机学科。现代计算机出现后，计算机学科被分成了两个学科分支，包括通用计算机学科和嵌入式计算机学科。通用计算机学科和嵌入式计算机学科的技术发展方向和技术内涵是不同的。嵌入式计算机学科与原有计算机学科在内容上存在较大的差异，其与嵌入式计算机学科与对象学科、微电子学科紧密相关，因此不能用通用计算机的概念来解释嵌入式系统。为承担嵌入式系统新学科的建设任务，嵌入式计算机与微电子学科、电子学科、对象学科联系紧密。从而能够实现对嵌入式系统集成开发环境构建、对嵌入式系统进行人为编程、程序设计等任务需求。

（四）广泛服务的电子技术学科。在嵌入式系统中，电子技术学科提供了最为广泛的技术服务，电子技术将微电子领域的集成电路设计，从原有的电路集成、功能集成、技术集成拓展到了知识集成；为计算机学科提供嵌入式系统的硬件设计技术支持；在对象学科中，广大应用工程师在嵌入式软硬件平台上能够实现最为广泛的应用。

（五）对象学科的最终出路。对象学科是嵌入式系统的终端用户学科。对象学科对嵌入式系统的应用领域进行有效的拓宽，它基本囊括了所有的科技领域。相对于对象学科来说，嵌入式系统相当于智能化工具，对象学科的能够实现在嵌入式系统上构建出本领域的一个嵌入式应用系统。嵌入式应用系统的技术基础是本学科的基础理论与应用环境、应用要求。另外，在应用过程，会不断的给微电子、集成电路设计、嵌入式计算机学科提出技术要求，从而能有目的的对嵌入式系统平台进行技术水平的提升。

三、平台模式下的学科

（一）平台模式的由来。在知识经济时代，平台模式是一种基本的产业、科技模式，是人类知识分离规律、集成性规律发展到高级阶段上的必然现象。它将一体化的产业、科技模式变革为知识平台媒介下的平台模式。对于一体化产业模式与平台差异模式本质差异性的体现，可以对上世纪60年代的收音机产业和90年代的VCD/ DVD产业进行对比。

（二）嵌入式系统的平台模式。依据知识的分离性发展规律，知识应用者不需要对创新知识进行了解，知识创新者也不需要涉及知识应用领域；但按照知识集成性发展规律的要求，知识创新者需要将需要将创新知识成果集成到工具之中，打造知识平台，而知识应用者在知识创新者所集成的知识平台上，要实现对创新知识的应用；而对象学科所对应的是用户，所以该领域的电子技术应用工程师需要在现有的嵌入式系统平台上实现嵌入式应用系统设计。微电子学科、嵌入式计算机学科、电子技术学科（非对象学科领域中的应用工程师），不是嵌入式系统的终端用户，这些学科的目的是将一些创新科技成果转化成为形形色色的知识平台。

（三）平台模式下的学科定位与分工。嵌入式系统中四个支柱学科的定位，所指的不尽己所能是学科知识结构的定位，还包括知识平台模式中的定位，其定位类似于“3+1”模式，即微电子学科、计算机学科、电子技术学科作为嵌入式应用，构建与各类不同的应用平台上，不介入嵌入式系统的具体应用；对象学科，却必须要介入于嵌入式系统应用平台基础，实现嵌入式系统在本学科领域中的产品化应用，不介入嵌入式系统的平台构建。

［1］何立民.嵌入式系统的产业模式［J］.单片机与嵌入式系统应用，2006，（1）。

［2］何立民.以SoC为中心的多学科融合与渗透［J］.单片机与嵌入式系统应用，2001，（5）。

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