1 發(fā)展前景
    本文總結(jié)了嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用和若干技術(shù)進(jìn)展，特別強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)集成的觀點(diǎn)對(duì)嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用對(duì)象的選擇，以及嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)和網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)等的貫穿思想，有助于嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行合理有較好性價(jià)比的軟硬件分配，算法的選擇，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)環(huán)境的搭建，使嵌入式系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中有更好的發(fā)展前景。

    信息和知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代，使當(dāng)今的計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展越來越深入到國民生活的方方面面，特別高性能多核處理器、光纖與Myrinet等高速網(wǎng)絡(luò)和高性能分布計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)工具推動(dòng)了集群計(jì)算從高性能計(jì)算向高效能計(jì)算的轉(zhuǎn)變。但如何管理調(diào)度龐大的資源集合，充分發(fā)揮每個(gè)部件的工作能力和降低系統(tǒng)耗能卻成為亟待解決的問題，進(jìn)一步如何使計(jì)算和通信無所不在并成為普通用戶都能方便享用的服務(wù)，跨越移動(dòng)計(jì)算、嵌入式系統(tǒng)、自然人機(jī)交互、軟件結(jié)構(gòu)等多個(gè)研究領(lǐng)域的普適計(jì)算技術(shù)正在發(fā)揮著作用，當(dāng)然還存在實(shí)現(xiàn)上下文感知和應(yīng)用無縫遷移等問題需要解決。

    另一方面，利用通信、嵌入式計(jì)算和傳感器等技術(shù)，人們研制出了各種具有感知、計(jì)算和通信等能力的微型傳感器，通過這些無線傳感器網(wǎng)絡(luò)人們可以在任何時(shí)間、地點(diǎn)和任何環(huán)境條件下協(xié)作地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、感知、采集網(wǎng)絡(luò)分布區(qū)域內(nèi)的各種環(huán)境或監(jiān)測(cè)對(duì)象的信息，并對(duì)這些信息進(jìn)行處理，獲得詳盡準(zhǔn)確的信息，傳送到需要這些信息的用戶。因此，這種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)被廣泛地應(yīng)用于國防軍事、國家安全、環(huán)境監(jiān)測(cè)、交通管理、醫(yī)療衛(wèi)生、制造業(yè)、反恐抗災(zāi)等領(lǐng)域。

    綜上所述，嵌入式系統(tǒng)正是以其組網(wǎng)靈活﹑可靠性高﹑抗干擾能力強(qiáng)﹑低功耗和網(wǎng)絡(luò)容量大等特點(diǎn)在計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮著顯著的作用，本文從商業(yè)應(yīng)用層面小結(jié)嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用研究現(xiàn)狀，并結(jié)合計(jì)算機(jī)學(xué)科技術(shù)發(fā)展，從硬件，軟件，集成架構(gòu)和安全可靠性能等方面展望未來。

2 嵌入式系統(tǒng)以及應(yīng)用現(xiàn)狀
2.1 嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用
    嵌入式系統(tǒng)是一種面向應(yīng)用、功能定制、資源受限、響應(yīng)要求高、性能穩(wěn)定、無自舉開發(fā)能力，由硬件和軟件兩部分構(gòu)成的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。“嵌入性”、“專用性”與“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”是嵌入式系統(tǒng)的三個(gè)基本要素，應(yīng)用對(duì)象系統(tǒng)指嵌入式系統(tǒng)所嵌入的宿主系統(tǒng)。按產(chǎn)品的構(gòu)成方式主要有如下四類：嵌入式微處理器（(Embedded Microprocessor Unit，EMPU)﹑嵌入式微控制器(Microcontroller Unit，MCU)﹑嵌入式DSP處理器(Embedded Digital Signal Processor，EDSP)和嵌入式片上系統(tǒng)(System On Chip，SOC)。嵌入式系統(tǒng)總體特點(diǎn)：（l）嵌入式系統(tǒng)工業(yè)是不可壟斷的高度分散的工業(yè)。（2 ）嵌入式系統(tǒng)是面向用戶，特定種類的產(chǎn)品和具體領(lǐng)域應(yīng)用。（3）嵌入式系統(tǒng)對(duì)軟件要求高。一般固化在存儲(chǔ)器芯片中，多任務(wù)嵌入式系統(tǒng)中，對(duì)重要性各不相同的任務(wù)進(jìn)行統(tǒng)籌兼顧的合理調(diào)度是保證每個(gè)任務(wù)及時(shí)執(zhí)行的關(guān)鍵。（4）嵌入式系統(tǒng)開發(fā)需要特定的開發(fā)環(huán)境和開發(fā)工具。（5）嵌入式系統(tǒng)軟件需要實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(RTOS)開發(fā)平臺(tái)。（6）嵌入式系統(tǒng)開發(fā)人員以專家為主。開發(fā)人員需要和各個(gè)不同行業(yè)的應(yīng)用結(jié)合，要求計(jì)算機(jī)專業(yè)以外的更多知識(shí)，往往是各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的專家[9]。

    目前，作為主流32位RISC嵌入式處理器，ARM（Advanced RISC Machines）以其高性能、低功耗的優(yōu)勢(shì)占據(jù)很大的市場份額。ARM處理器家族大致分為如下系列：ARM7、ARM9、ARM10、SecurCore、strongARM、Xscale等。嵌入式操作系統(tǒng)除了通用操作系統(tǒng)的基本特點(diǎn)外，還滿足嵌入式便攜式設(shè)備所需的可裁剪性﹑可移植性﹑實(shí)時(shí)性和低資源占用性等特點(diǎn)，常用通用型嵌入式操作系統(tǒng)有Linux﹑VxWorks﹑Windows Embedded CE﹑PalmOS等，專用型嵌入式操作系統(tǒng)有Smart Phone﹑PocketPc﹑Symbian﹑Windows mobile等。國內(nèi)凱思集團(tuán)推出了“女蝸Hopen”已能支持所有主流的嵌入式芯片。嵌入式控制器體積小、可靠性高、功能強(qiáng)、靈活方便等許多優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用已深入到多個(gè)領(lǐng)域。 [nextpage]

2.2 嵌入式系統(tǒng)的實(shí)例
2.2.1 嵌入式人臉自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)
    在智能家居或戶外非布控點(diǎn)的嵌入式人臉識(shí)別系統(tǒng)中，相關(guān)研究人員采用Windows CE5.0操作系統(tǒng)和基于ARM微處理器的Liod開發(fā)平臺(tái)硬件架構(gòu)，以O(shè)penCV為輔助開發(fā)工具實(shí)現(xiàn)了嵌入式自動(dòng)人臉檢測(cè)識(shí)別系統(tǒng)，設(shè)計(jì)中考慮嵌入式硬件設(shè)備、人臉樣本的采集與篩選、識(shí)別算法等對(duì)嵌入式識(shí)別系統(tǒng)的性能和工作穩(wěn)定性的影響。為解決在海量人臉庫中進(jìn)行識(shí)別的難題，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了基于無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)倪h(yuǎn)距離人臉識(shí)別系統(tǒng)。需要進(jìn)一步改進(jìn)是從系統(tǒng)設(shè)計(jì)角度由DSP芯片硬件完成人臉的檢測(cè)和圖像的預(yù)處理，改進(jìn)人臉細(xì)節(jié)特征點(diǎn)描述，有效綜合多種方法和其它生物特征的鑒別，可使嵌入式自動(dòng)人臉識(shí)別系統(tǒng)達(dá)到低成本、低功耗、便攜式等更好的目標(biāo)[1][2] 。

2.2.2 分布式光纖管道安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
    管道輸送是一種經(jīng)濟(jì)方便的運(yùn)輸方式，在石油和天然氣運(yùn)輸中具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，石油行業(yè)對(duì)長距離輸油氣管道安全預(yù)警系統(tǒng)的需求主要有以下：（1）對(duì)管道周邊環(huán)境的長距離全天候的實(shí)時(shí)監(jiān)控；（2）傳感器采集的數(shù)據(jù)有智能信息處理的能力；（3）對(duì)新的地質(zhì)環(huán)境及新的破壞手段的自適應(yīng)能力。根據(jù)已有的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，論文[8]提出長距離輸油氣管線安全預(yù)警系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)模型，信號(hào)采集、光電轉(zhuǎn)換以及PGC解調(diào)由分布式光纖光相位傳感系統(tǒng)完成，該系統(tǒng)同時(shí)進(jìn)行振動(dòng)源定位。解調(diào)后的土壤振動(dòng)信號(hào)經(jīng)USB口傳入一塊運(yùn)行嵌入式Windows XP系統(tǒng)的855主板，在此系統(tǒng)上運(yùn)行的程序?qū)崿F(xiàn)土壤振動(dòng)信號(hào)的分析與破壞性行為的模式分類。分類后產(chǎn)生的報(bào)警信號(hào)經(jīng)串口發(fā)往值守報(bào)警終端FU，F(xiàn)U為一塊運(yùn)行嵌入式Linux系統(tǒng)的ARM板卡。與此同時(shí)，振動(dòng)片段的原始信號(hào)以及破壞性行為的識(shí)別結(jié)果將通過網(wǎng)口傳往FST（服務(wù)器），在FST上。每個(gè)FST接收來自8個(gè)基站的信號(hào)，即對(duì)應(yīng)8個(gè)FU和8塊855主板，這樣，每個(gè)FST的監(jiān)控距離達(dá)400Km，可實(shí)現(xiàn)區(qū)域級(jí)的管道安全監(jiān)控與預(yù)警，通過FST的級(jí)聯(lián)可實(shí)現(xiàn)國家級(jí)覆蓋的管道安全監(jiān)控與預(yù)警。

2.2.3 DNA序列分析嵌入式系統(tǒng)
    二十世紀(jì)下半葉以來，分子生物學(xué)、分子遺傳學(xué)和生物化學(xué)的迅猛發(fā)展，使人類對(duì)生命的認(rèn)識(shí)逐步從器官、細(xì)胞水平深入到分子水平，DNA(脫氧核糖核酸)攜帶了生物體的基因信息，基因信息的提取即DNA測(cè)序，是現(xiàn)代分子生物學(xué)研究中的重要分支。從1986年美國能源部提出的人類基因組計(jì)劃(Human Genome Project，HGP) [3]到進(jìn)入后基因組時(shí)代，基因序列數(shù)據(jù)及蛋白序列數(shù)據(jù)正以前所未有的速度增長，人們對(duì)基因檢測(cè)的需求越來越大，自二十世紀(jì)九十年代初開始的固態(tài)平板生物芯片技術(shù)、到基于毛細(xì)管電泳及微型全分析儀器系統(tǒng) (micro total analytical system,μTAS)之上的現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)[4] 。

    基于微芯片的商品化DNA分析儀是DNA序列分析測(cè)定系統(tǒng)進(jìn)一步發(fā)展的方向。微芯片與毛細(xì)管相比有許多優(yōu)勢(shì)：（l）可以在一塊微芯片上一次同時(shí)制作多條通道，降低實(shí)現(xiàn)高通量并行檢測(cè)的成本，且有利于大批量生產(chǎn)；（2）散熱性好，提高電泳電壓，降低所需分離長度，提高檢測(cè)速度；（3）由于進(jìn)樣結(jié)構(gòu)可以進(jìn)行設(shè)計(jì)，優(yōu)化樣品的進(jìn)樣量，降低電泳中的區(qū)帶展寬，提高電泳效率，且該結(jié)構(gòu)使長DNA片斷更容易進(jìn)入微通道，從而提高其濃度，改善毛細(xì)管電泳中信號(hào)隨著DNA片斷長度增加而衰減的現(xiàn)象，從而提高信號(hào)的均勻性與信噪比；（4）微芯片尺寸小，形狀固定，支承結(jié)構(gòu)簡單，有利于儀器的微型化；（5）微芯片的進(jìn)樣過程容易控制，更有利于系統(tǒng)自動(dòng)化、智能化的實(shí)現(xiàn)；（6）易于與DNA檢測(cè)中的樣品處理步驟結(jié)合，形成集成化多功能的芯片實(shí)驗(yàn)室(Lab on a Chip)。研究人員使用嵌入式控制系統(tǒng)完成DNA分析儀的自動(dòng)化控制操作和數(shù)據(jù)采集的功能，該系統(tǒng)核心器件為PhiliPs的LPC2142一個(gè)32/16位ARM7 TDMI-S CPU微控制器，四色16通道DNA熒光信號(hào)采集系統(tǒng)，通過振鏡和自行設(shè)計(jì)的遠(yuǎn)心f-theta掃描物鏡組成的光學(xué)掃描系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)多通道DNA快速并行檢測(cè)。DNA熒光信號(hào)采集系統(tǒng)中集成了嵌入式系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)控制和與PC機(jī)的通信，采集到的DNA熒光信號(hào)圖譜可以在PC機(jī)中實(shí)時(shí)顯示，實(shí)測(cè)信噪比為26.91dB，達(dá)到國外同類產(chǎn)品的水平[5][6] 。 [nextpage]

2.2.4 基于模型的汽車光纖傳感智能環(huán)境感知系統(tǒng)
    以汽車電子控制系統(tǒng)作為實(shí)現(xiàn)模型的硬件平臺(tái)，符合汽車電子行業(yè)公認(rèn)的OSEK標(biāo)準(zhǔn)的操作系統(tǒng)作為實(shí)現(xiàn)模型的軟件平臺(tái)，研究人員研究在基于模型的汽車電子軟件開發(fā)中使用復(fù)雜事務(wù)模型時(shí)的模型綜合問題，包括分布式環(huán)境中多資源約束的模型綜合方法和能量節(jié)省的模型綜合方法，即基于模型汽車電子軟件開發(fā)環(huán)境SmartOSEK IDE v3.5中模型綜合的理論框架－MOSAES以及與MOSAES相關(guān)的模型：結(jié)構(gòu)模型、平臺(tái)模型、實(shí)現(xiàn)模型和約束模型等，該方法包括構(gòu)件分配和實(shí)現(xiàn)模型生成兩個(gè)階段。首先，在滿足處理器的計(jì)算資源、內(nèi)存資源約束和保持計(jì)算密度平衡的條件下把構(gòu)件分配到處理器上，然后以滿足定時(shí)約束為目標(biāo)生成實(shí)現(xiàn)模型。構(gòu)件分配和實(shí)現(xiàn)模型生成是一個(gè)回溯的過程。此外，提出了混合調(diào)度方式和分組調(diào)度方式下，任務(wù)段之間不連續(xù)時(shí)，事務(wù)的定時(shí)驗(yàn)證方法，以滿足分布式環(huán)境中驗(yàn)證定時(shí)約束的需要[10] 。

3 嵌入式系統(tǒng)的架構(gòu)
3.1 嵌入式系統(tǒng)的軟硬件
    嵌入式系統(tǒng)的核心是嵌入式數(shù)據(jù)處理硬件及與之配套的嵌入式軟件，嵌入式系統(tǒng)的硬件可采用三種CPU方案滿足不同要求，它們分別是：微控制器、現(xiàn)場可編程邏輯門陣列（FPGA）以及專用集成電路（ASIC）。如今具有計(jì)算功能的芯片替代微控制器現(xiàn)場可編程邏輯門陣列（FPGA）以及專用集成電路（ASIC）都采用了硬件化的布爾邏輯算法并具有高度的適應(yīng)性，能夠?qū)崿F(xiàn)相當(dāng)豐富的邏輯功能。再者，它們都可通過諸如VHDL和Verilog之類的標(biāo)準(zhǔn)硬件描述語言（HDL）進(jìn)行編程，不必動(dòng)用由第三代或更高級(jí)編程語言編寫的軟件進(jìn)行編程。一款FPGA平臺(tái)適用于多種產(chǎn)品，從而起到了平衡開發(fā)成本與資源的作用[11] 。目前基于FPGA的嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)比較有影響和特點(diǎn)的4款嵌入式CPU 軟核分別是Nios/Nios2、MicroBlaze、Leon2/Leon3和OpenRISC1200，其中Nios 系列配置靈活，可滿足大范圍的速度、面積的需求；

    MicroBlaze 配置選項(xiàng)少，但是比相同功能的Nios 系列的性能要高一點(diǎn)；Leon 與主流通用CPU 兼容，因此軟件資源豐富，主頻一定時(shí)，性能可得到保證；OpenRISC 不與任何其它CPU 的指令集兼容，對(duì)用戶自定義指令的支持很好，可應(yīng)用在一些安全要求高的環(huán)境。軟件開發(fā)都使用GNU 或者GNU Pro 交叉編譯開發(fā)包，并且都有Linux 或者uClinux 操作系統(tǒng)的支持，因此軟件開發(fā)不需要重新學(xué)習(xí)新的開發(fā)環(huán)境，并且有大量的免費(fèi)、開源的資源。

    嵌入式軟件的特征概括為四個(gè)字:“小”、“特”、“專”、“簡”。嵌入式的支撐軟件主要包括：嵌入式數(shù)據(jù)庫、嵌入式調(diào)試軟件等，在國外，Sybase在移動(dòng)數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域占主導(dǎo)地位，應(yīng)用于遍及醫(yī)療保險(xiǎn)、金融、服務(wù)、零售業(yè)、運(yùn)輸和政府等領(lǐng)域。嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的技術(shù)動(dòng)向：（l）對(duì)應(yīng)用開發(fā)提供強(qiáng)大支持，為了滿足應(yīng)用功能的升級(jí)，設(shè)計(jì)師們一方面采用更強(qiáng)大的嵌入式處理器，如32位、64位RISC芯片或信號(hào)處理器DSP增強(qiáng)處理能力，同時(shí)還采用實(shí)時(shí)多任務(wù)編程技術(shù)和交叉開發(fā)工具控制功能復(fù)雜性，簡化應(yīng)用程序設(shè)計(jì)，保障軟件質(zhì)量和縮短開發(fā)周期。例如，諾基亞手機(jī)嵌入低功耗方位微處理器AMD ELAN486，并采用嵌入式操作系統(tǒng)ECOS；國產(chǎn)康佳手機(jī)也內(nèi)置ARM7處理器，配用Nuclear RTOS。（2）為設(shè)備網(wǎng)絡(luò)通信提供標(biāo)準(zhǔn)接口。（3）支持小型電子設(shè)備，實(shí)現(xiàn)小尺寸，微功耗和低成本。（4）提供精巧的多媒體人機(jī)界面。

    與互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)無線網(wǎng)絡(luò)、GPS衛(wèi)星定位及地理信息系統(tǒng)相結(jié)合，通過INTERNET、短信、Wap、Java，嵌入式系統(tǒng)等先進(jìn)技術(shù)的組合集成產(chǎn)品也是現(xiàn)在很多IT公司研發(fā)的主要方向，如中國移動(dòng)通信集團(tuán)福建有限公司物流通就是一個(gè)集GPS、LCS、GIS、GPRS、SMS等技術(shù)的綜合性應(yīng)用平臺(tái)，為物流公司、配貨站、公司車隊(duì)、各種營運(yùn)車輛及外出人員、私家車等車輛提供實(shí)時(shí)的位置信息，可以對(duì)車輛進(jìn)行追蹤、人員追蹤、通過實(shí)時(shí)的位置，可以為企業(yè)提供高效的車輛調(diào)度。同時(shí)通過GPS終端的其它功能，對(duì)車輛起到有效的防盜作用，油耗監(jiān)控，對(duì)各類企業(yè)的車輛安全、成本控制提供有效的保障。星網(wǎng)GPS智能監(jiān)控管理系統(tǒng)綜合應(yīng)用了GPS全球衛(wèi)星定位技術(shù)、GIS地理信息處理技術(shù)，提供基于GSM/GPRS/CDMA 模式的移動(dòng)目標(biāo)定位、監(jiān)控、監(jiān)聽、調(diào)度、遠(yuǎn)程控制、軌跡回放、信息發(fā)布等服務(wù)，具有聯(lián)網(wǎng)報(bào)警和求助等功能，能為移動(dòng)車輛管理和行業(yè)應(yīng)用提供了一整套完善的解決方案[12] 。 [nextpage]

3.2 基于ScratchPad Memory嵌入式系統(tǒng)的優(yōu)化
    ScratchPad Memory是集成到芯片上的非cache用途的SRAM存儲(chǔ)器的統(tǒng)稱，利用ScratchPad Memory進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)的優(yōu)化：嵌入式操作系統(tǒng)優(yōu)化，通過對(duì)嵌入式操作系統(tǒng)中調(diào)度算法的改進(jìn)，對(duì)嵌入式操作系統(tǒng)的進(jìn)程調(diào)度模塊進(jìn)行優(yōu)化，將進(jìn)程調(diào)度模塊分配到 Scratchpad Memory上運(yùn)行；將嵌入式操作系統(tǒng)微內(nèi)核化，對(duì)微內(nèi)核實(shí)行構(gòu)件化，從而提高嵌入式操作系統(tǒng)的運(yùn)行效率；多道程序共享ScratchPad Memory的優(yōu)化。通過對(duì)嵌入式程序進(jìn)行分析，生成存儲(chǔ)對(duì)象。這些存儲(chǔ)對(duì)象在運(yùn)行時(shí)，可以被調(diào)度到 SeratchPad Memory上，利用 ScratchPad Memory的特點(diǎn)加快程序的運(yùn)行速度，減少程序運(yùn)行時(shí)的能耗；提出了面向MPSoC體系結(jié)構(gòu)的SeratchPad Memory優(yōu)化。通過操作系統(tǒng)專門的SeratchPad Memory管理器在多道程序之間進(jìn)行協(xié)同，達(dá)到多道程序共享 Scratchpad Memory的目的。通過對(duì)程序的線程化，提高程序的并行性，同時(shí)，由于線程流水，存儲(chǔ)對(duì)象將會(huì)相對(duì)穩(wěn)定的駐留在 ScratchPad從而實(shí)現(xiàn)對(duì)程序運(yùn)行加速的目標(biāo)?？傊ㄟ^基于 ScratchPad Memory的優(yōu)化，提升嵌入式系統(tǒng)的整體性能，將推動(dòng) ScratchPad Memory在嵌入式系統(tǒng)中的進(jìn)一步研究和推廣 。

3.3 嵌入式系統(tǒng)軟/硬件協(xié)同設(shè)計(jì)
    目前，隨著嵌入式系統(tǒng)功能和復(fù)雜性的增大，嵌入式系統(tǒng)軟/硬件協(xié)同設(shè)計(jì)方法學(xué)已是一個(gè)廣泛的研究課題，主要包括：系統(tǒng)建模、軟/硬件協(xié)同綜合、設(shè)計(jì)功能和性能指標(biāo)評(píng)價(jià)技術(shù)、軟/硬件協(xié)同仿真、軟/硬件協(xié)同驗(yàn)證、SoC測(cè)試調(diào)度技術(shù)等方面，并且還分為不同的設(shè)計(jì)層次。

    嵌入式軟件的開發(fā)與硬件仍然密不可分，隨著人們對(duì)嵌入式系統(tǒng)的功能要求越來越復(fù)雜，從軟硬件系統(tǒng)與平臺(tái)選擇，設(shè)計(jì)，開發(fā)到測(cè)試與集成，整個(gè)過程都是軟硬件并行交互進(jìn)行，這樣嵌入式軟件開發(fā)己經(jīng)成為一項(xiàng)很復(fù)雜的系統(tǒng)工程，因此嵌入式軟件的開發(fā)必須遵循系統(tǒng)工程和軟件工程的要求，并對(duì)高速增長的成本和電路系統(tǒng)的復(fù)雜性以及市場所帶來的時(shí)間壓力，迫使設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)期間就開始對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證，因而需要加強(qiáng)嵌入式軟件開發(fā)和外圍硬件設(shè)計(jì)階段之間的信息交流，強(qiáng)調(diào)虛擬系統(tǒng)集成(Vsl)技術(shù)協(xié)同設(shè)計(jì)和虛擬環(huán)境的構(gòu)造。

    研究人員提出采用“面向方面技術(shù) (Aspect Oriented Technofogy，AOT)”解決各構(gòu)成要素間導(dǎo)致系統(tǒng)開發(fā)效率和軟件質(zhì)量低下的橫斷關(guān)系，定義了面向方面軟件體系結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)件及各構(gòu)件間的連接器，進(jìn)而提出了一種面向方面的嵌入式軟件體系結(jié)構(gòu)模型。并通過在自動(dòng)售貨機(jī)控制軟件開發(fā)中的實(shí)際應(yīng)用，說明了基于該模型的軟件設(shè)計(jì)過程。與基于傳統(tǒng)軟件體系結(jié)構(gòu)開發(fā)結(jié)果對(duì)比表明，采用該軟件體系結(jié)構(gòu)模型能提高軟件系統(tǒng)的開發(fā)效率和軟件質(zhì)量。

4 嵌入式系統(tǒng)的性能
    快速性是系統(tǒng)實(shí)時(shí)能力的表現(xiàn)。當(dāng)系統(tǒng)不能滿足實(shí)時(shí)性要求時(shí)，必須提高系統(tǒng)的運(yùn)行速度，然而，運(yùn)行速度的提高必然帶來系統(tǒng)的一些負(fù)面效應(yīng)，如導(dǎo)致系統(tǒng)功耗加大、電磁兼容性下降。因此，在設(shè)計(jì)一個(gè)具體的嵌入式系統(tǒng)時(shí)，在保證能滿足實(shí)時(shí)性要求的條件下，應(yīng)使系統(tǒng)的運(yùn)行速度降到最低，以滿足系統(tǒng)在功耗、可靠性、電磁兼容性方面獲得最佳的綜合品質(zhì)。在一個(gè)嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)中，有許多過程環(huán)節(jié)。例如，一個(gè)典型的智能儀表就有信號(hào)采集、數(shù)據(jù)處理、結(jié)果顯示、鍵盤輸入等過程。這些過程往往是在不同的時(shí)間與空間上進(jìn)行，而且不同過程的實(shí)時(shí)性要求是不同的。鍵盤輸入、結(jié)果顯示是與人交互的，要滿足人機(jī)交互的實(shí)時(shí)性要求；信號(hào)采集與對(duì)象系統(tǒng)領(lǐng)帶的動(dòng)態(tài)性密切相在，必須滿足由動(dòng)態(tài)信號(hào)采集的實(shí)時(shí)性要求；而數(shù)據(jù)處理則會(huì)形成從動(dòng)態(tài)信號(hào)采集到結(jié)果顯示的時(shí)間延遲，影響到結(jié)果顯示的實(shí)時(shí)性要求。因此一個(gè)優(yōu)秀的實(shí)時(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，必須研究系統(tǒng)中的每一個(gè)過程環(huán)節(jié)，滿足每一個(gè)過程環(huán)節(jié)和整個(gè)系統(tǒng)的最佳實(shí)時(shí)要求。

    嵌入式系統(tǒng)往往工作環(huán)境惡劣、受電噪聲干擾較大，而且隨著軟件越來越復(fù)雜，系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定的現(xiàn)象愈來愈嚴(yán)重，因此，可靠性已成為衡量嵌入式系統(tǒng)優(yōu)劣的重要因素，應(yīng)把可靠性作為嵌入式系統(tǒng)最重要的指標(biāo)優(yōu)先考慮。具體包括架構(gòu)的可靠性，網(wǎng)絡(luò)的可靠性，數(shù)據(jù)的可靠性和人員的可靠性。