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嵌入式系統支柱學科的交叉與融合
【摘 要】嵌入式系統的概念源于微型計算機的嵌入式應用。早期的嵌入式系統探索過工控機、單板機、微機單片化的專用計算機的形式，隨后走上了獨立的發展道路。嵌入式系統不是專用計算機系統。嵌入式系統尚未形成獨立的學科體系，它的支柱學科是微電子學科、計算機學科、電子技術學科與對象學科。四個支柱學科形成了平臺模式下的交叉與融合。剔除嵌入式系統的“專用計算機”觀念，有利于嵌入式系統的健康發展。
【關鍵詞】嵌入式系統；學科體系；平臺模式；對象學科
一、嵌入式系統簡介
（一）嵌入式系統的產生
嵌入式系統誕生于微型機時代，經過微型計算機的嵌入式專用化的短暫探索后，便進入到嵌入式系統獨立的微控制器發展時代。直接在嵌入式處理器與外圍集成電路技術基礎上發展的帶處理器內核的單片機，即微控制器的智能化電子系統。即便有處理器內核，也是嵌入式處理器而非通用微處理器。
（二）專用計算機探索的失敗之路
無論是工控機，還是單板機，都無法徹底地滿足嵌入式系統的微小體積、極低價位、高可靠性的要求。人們便直接將微型計算機體系結構進行簡化，集成到一個半導體芯片中，做成單片微型計算機。Motolora公司的6801系列就是由6800系列微型機簡化后集成的單片微型計算機。單片微型計算機徹底解決了嵌入式系統的極小體積、極低價位，但在高可靠性及對象可控性方面沒有本質上的改進。
（三）嵌入式系統的獨立發展道路
嵌入式系統的微控制器（MCU）發展道路，是一條擺脫“專用計算機”羈絆，獨立發展的道路。這是一條由IntelMCS51單片機、iDCX51實時多任務操作系統開辟的單片機獨立發展的道路。MCS51是一個在微電子學、集成電路基礎上，按照嵌入式應用要求，原創的嵌入式處理器。MCS51原創的體系結構、控制型的指令系統與布爾空間、外部總線方式、特殊功能寄存器（SFR）的管理模式，奠定了嵌入式系統的硬件結構基礎；iDCX51是專門與MCS51單片機配置，滿足嵌入式應用要求原創的實時多任務操作系統。
二、嵌入式系統的四個支柱學科
目前，嵌入式系統尚未形成獨立的學科體系。從“嵌入式系統”的誕生、獨立的單片機發展道路、微控制器技術發展的內涵、嵌入式系統的多種解決方案來看，“嵌入式系統”是四個支柱學科的交叉與融合，并以平臺模式進行學科定位與分工。
（一）四個支柱學科的關系
嵌入式系統的四個支柱學科是微電子學科、計算機學科、電子技術學科、對象學科。微電子學科是嵌入式系統發展的基礎，對象學科是嵌入式系統應用的歸宿學科，計算機學科與電子技術學科是嵌入式系統技術發展的重要保證。
（二）領銜的微電子學科
微電子學科與半導體集成電路的領銜作用，在于它為嵌入式系統的應用提供了集成電路基礎。電子技術學科、計算機學科的許多重要成果，最終都會體現在集成電路中，從早期的數字電路集成，到如今的模混合、軟/硬件結合、以IP為基礎的知識與知識行為集成。
（三）為平臺服務的計算機學科
現代計算機出現后，在計算機學科中形成了兩大學科分支，即通用計算機學科與嵌入式計算機學科。通用計算機學科與嵌入式計算機學科有不同的技術發展方向與技術內涵。由于嵌入式計算機學科與對象學科、微電子學科緊密相關，而嵌入式計算機學科與原有計算機學科內容有較大差異，不能用通用計算機的概念來詮釋嵌入式系統，因此、嵌入式計算機要加強與微電子學科、電子學科、對象學科的溝通，共同承擔起嵌入式系統新學科的建設任務。在嵌入式系統中，計算機學科要承擔起嵌入式系統應用平臺的構建任務，它包括嵌入式系統的集成開發環境、計算機工程方法、編程語言、程序設計方法等內容。
（四）廣泛服務的電子技術學科
在嵌入式系統中，電子技術學科提供了最廣泛的技術服務。電子技術將微電子領域的集成電路設計，迅速從電路集成、功能集成、技術集成發展到知識集成；為計算機學科提供嵌入式系統的硬件設計技術支持；在對象學科中，廣大的應用工程師在嵌入式軟硬件平臺上實現最廣泛的應用。
（五）對象學科的最終出路
對象學科是嵌入式系統的最終用戶學科。對象學科幾乎囊括了所有的科技領域，形成了嵌入式系統一個無限大的應用領域。對于對象學科來說，嵌入式系統只是一個智能化的工具，對象學科要在嵌入式系統上構建本領域的一個嵌入式應用系統。嵌入式應用系統的技術基礎是本學科的基礎理論與應用環境、應用要求。同時，在應用中要不斷給微電子、集成電路設計、嵌入式計算機學科提出技術要求，以便不斷提升嵌入式系統平臺的技術水平。
三、平臺模式下的學科
（一）平臺模式的由來
平臺模式是知識經濟時代的一種基本的產業、科技模式，是人類知識分離性規律、集成性規律發展到高級階段上的必然現象。它將一體化的產業、科技模式變革為知識平臺媒介下的平臺模式。只要對比上世紀60年代收音機產業與90年代的VCD/DVD產業，就會發現一體化產業模式與平臺產業模式的本質差異。
（二）嵌入式系統的平臺模式
按照知識的分離性發展規律，知識創新者不從事知識應用，知識應用者不需要了解創新知識原理；按照集成性發展規律要求，知識創新者應該將創新知識成果集成到工具之中，轉化為知識平臺，知識應用者應該在知識平臺基礎上實現創新知識應用。對象學科領域是嵌入式系統的最終用戶，對象學科領域的電子技術應用工程師應該在一個現成的嵌入式系統平臺上實現嵌入式應用系統設計。微電子學科、嵌入式計算機學科、電子技術學科（非對象學科領域中的應用工程師）不是嵌入式系統最終用戶，這些學科的重要任務是將創新科技成果轉化成形形色色的知識平臺。
（三）平臺模式下的學科定位與分工
嵌入式系統中四個支柱學科的定位，除了學科知識結構的定位外，還要體現出在知識平臺模式中的定位。這種平臺模式的定位，是一種3+1的定位。即微電子學科、計算機學科、電子技術學科為嵌入式應用構筑各種類型的應用平臺，不介入嵌入式系統的具體應用；對象學科一定要在嵌入式系統應用平臺基礎上，實現嵌入式系統在本學科領域中的產品化應用，不必介入嵌入式系統的平臺構建。
嵌入式系統是一個無限大的空間，不論是嵌入式系統平臺構建還是嵌入式系統平臺應用，都有無限廣闊的發展空間，關鍵是把握好自己的“定位”與“分工”，了解學科的“交叉”與“融合”。
參考文獻
[1]何立民。嵌入式系統的產業模式[J].單片機與嵌入式系統應用，2006,（1）。
[2]何立民。從嵌入式系統看現代計算機產業革命[J].單片機與嵌入式系統應用，2008,（1）。
[3]何立民。以SoC為中心的多學科融合與滲透[J].單片機與嵌入式系統應用，2001,（5）。
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