从嵌入式系统到物联网的华丽登场

  物联网概念诞生后，出现了一个外人难以理解的“怪现象”：几乎一夜之间，高校中便有了几十个物联网专业，原有的嵌入式系统实验室、单片机实验室改成了物联网实验室，多年不变的智能家居变成了物联网家居。内行人则清楚地认识到，这不过是嵌入式系统的华丽转身。

 

 

    1 嵌入式系统的历史误会

 

 

    PC机诞生后，微型计算机领域中出现了数值计算与嵌入式控制两种应用要求。计算机界为了区别两种不同应用要求的计算机，将用于数值计算的桌面计算机称为通用计算机系统；将满足嵌入式控制应用要求的控制型计算机称为嵌入式计算机系统，简称嵌入式系统。后来，由于微型计算机无法满足嵌入式控制要求，便中止了嵌入式计算机系统的探索。

 

 

    与此同时，人们发现，早在PC机诞生前，在微处理器的基础上就已经诞生了专门满足嵌入式控制应用要求的微控制器，并开始了长达20年的单片机时代，从而造成早期嵌入式系统与单片机的历史误会。到了20世纪末，大量计算机界人士进入嵌入式控制领域，将实现嵌入式控制应用的微控制器称作“嵌入式系统”，从而形成了如今微控制器应用中，“单片机”与“嵌入式系统”概念并存的局面。

 

 

    1.1 微处理器不可兼容的两大任务

 

 

    大约在1940～1942年间，在导弹研制的过程中，急需一种能迅速计算与控制的工具，以便对导弹的飞行轨迹进行控制，在它偏离人所预测的轨道时，把它拉回到轨道上来。这样就产生了要在0.1s或0.01s内计算出导弹运行轨迹与预定轨道的偏差，并进行控制的电子计算机。由此，人们给计算机赋予数值计算与嵌人式控制应用的双重任务。

 

 

    微处理器诞生后，微处理器基础上的现代计算机有了足够的数值计算能力和对对象系统快捷的实时控制能力。但随后人们发现“数值计算”与“对象系统实时控制”是两个无法兼容的技术发展道路与应用环境。前者要求有一个具有高速海量数值计算能力的通用计算机系统，后者则要求有一个可以嵌入到对象体系中与对象体系紧耦合、实现对象系统实时控制的高可靠的嵌入式计算机系统。

 

 

    1.2 单片机的独立发展道路

 

 

    由于历史的误会，早在PC机诞生前，便开始了微处理器基础之上嵌入式应用的单片机道路探索，并取得成功；PC机诞生后，又开始了微型机的嵌入式应用探索，却遭遇失败。由此证明，微处理器基础上的嵌入式应用必须走单片微控制器（单片机）的独立发展道路。

 

 

    单片微控制器的独立发展道路始于1974年诞生的第2代微处理器8088。最初，8080是代替电子逻辑电路器件用于各种应用电路和设备上，带有原始的嵌入式应用印记。其后出现了一批嵌入式应用的单片机’，其中最典型的是1976年Intel公司推出的MCS-48单片机。1980年，在MCS-48单片机的基础上完善的MCS-51单片机成为微控制器的经典体系结构。其后便开始了2O年单片机的独立发展道路。

 

 

    嵌入式应用必须走单片机的独立发展道路，是因为微处理无法同时承担数值计算与嵌入式控制应用两大任务，致使微处理器出现两大分支。通用处理器基础上的计算机从事数值计算，嵌入式处理器基础上的单片机从事嵌入式应用。

 

 

    单片机的独立发展道路不仅表现为单芯片的应用，更重要的是忠实于嵌入式应用要求的全新体系结构探索。例如MCS-51单片机经典体系结构中，突出控制要求的指令系统、能满足外部扩展的I/O端口与完善的串行／并行总线；哈佛结构中，不受病毒侵扰的只读程序存储器，以及满足外围电路不断扩展要求的特殊功能寄存器（SFR）统一调度模式。有些不了解单片机的微控制器本质的人曾一度将单片机称为单片微型计算机（Sigle Chip Micro—computer，scM），后来单片机才正名为微控制器（Micro—Controller Unit，M CU）。

 

 

[page]    1.3 从单片机到嵌入式系统

 

 

    1976年诞生的MCS-48系列单片机，以及1980年在MCS-48单片机基础上完善而成的MCS-51系列单片机，是专门为嵌入式应用要求设计，具有全新体系结构的微控制器。由此开始了电子技术领域2O年的单片机独立发展道路。