FPGA是干什么用的?
FPGA作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。
FPGA设计不是简单的芯片研究，主要是利用 FPGA 的模式进行其他行业产品的设计。 与 ASIC 不同，FPGA在通信行业的应用比较广泛。
通过对全球FPGA产品市场以及相关供应商的分析，结合当前我国的实际情况以及国内领先的FPGA产品可以发现相关技术在未来的发展方向，对我国科技水平的全面提高具有非常重要的推动作用。
扩展资料：
工作原理
FPGA采用了逻辑单元阵列LCA（Logic Cell Array）这样一个概念，内部包括可配置逻辑模块CLB（Configurable Logic blockquan）、输入输出模块IOB（Input Output blockquan）和内部连线（Interconnect）三个部分。?
现场可编程门阵列（FPGA）是可编程器件，与传统逻辑电路和门阵列（如PAL，GAL及CPLD器件）相比，FPGA具有不同的结构。
FPGA利用小型查找表（16×1RAM）来实现组合逻辑，每个查找表连接到一个D触发器的输入端，触发器再来驱动其他逻辑电路或驱动I/O，由此构成了既可实现组合逻辑功能又可实现时序逻辑功能的基本逻辑单元模块，这些模块间利用金属连线互相连接或连接到I/O模块。
一些名词的区别:ARM,单片机,FPGA,嵌入式,DSP。
ARM处理器
ARM处理器是Acorn计算机有限公司面向低预算市场设计的第一款RISC微处理器。更早称作Acorn RISC Machine。ARM处理器本身是32位设计，但也配备16位指令集，一般来讲比等价32位代码节省达35%，却能保留32位系统的所有优势。
单片机（Microcontrollers）
单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域广泛应用。从上世纪80年代，由当时的4位、8位单片机，发展到现在的300M的高速单片机。
FPGA（Field－Programmable Gate Array）
即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。
嵌入式
IEEE（Institute of Electrical and Electronics Engineers，美国电气和电子工程师协会）对嵌入式系统的定义：“用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置”。原文为：Devices Used to Control，Monitor or Assist the Operation of Equipment，Machinery or Plants）。嵌入式系统是一种专用的计算机系统，作为装置或设备的一部分。通常，嵌入式系统是一个控制程序存储在ROM中的嵌入式处理器控制板。事实上，所有带有数字接口的设备，如手表、微波炉、录像机、汽车等，都使用嵌入式系统，有些嵌入式系统还包含操作系统，但大多数嵌入式系统都是由单个程序实现整个控制逻辑。从应用对象上加以定义，嵌入式系统是软件和硬件的综合体，还可以涵盖机械等附属装置。国内普遍认同的嵌入式系统定义为：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统。 数字信号处理DSP数字信号处理就是用数值计算的方式对信号进行加工的理论和技术，它的英文原名叫digital signal processing，简称DSP。另外DSP也是digital signal processor的简称，即数字信号处理器数字信号处理的目的是对真实世界的连续模拟信号进行测量或滤波。因此在进行数字信号处理之前需要将信号从模拟域转换到数字域，这通常通过模数转换器实现。而数字信号处理的输出经常也要变换到模拟域，这是通过数模转换器实现的。
通俗讲，ARM相当月单片机头脑，而单片机就相当可以简单完成一个指令计算机，甚至简单等效微型计算机，FPGA是单片的系统。而嵌入式系统又是单片机升级，能完成运行复杂程序及任务。
请高人解释一下集成电路设计中 可编程逻辑器件设计(PLD)和现场可编程...
CPLD（Complex Programmable Logic Device）是Complex PLD的简称,一种较PLD为复杂的逻辑元件。
CPLD是一种用户根据各自需要而自行构造逻辑功能的数字集成电路。其基本设计方法是借助集成开发软件平台，用原理图、硬件描述语言等方法，生成相应的目标文件，通过下载电缆（“在系统”编程）将代码传送到目标芯片中，实现设计的数字系统。
发展历史及应用领域：
20世纪70年代，最早的可编程逻辑器件--PLD诞生了。其输出结构是可编程的逻辑宏单元，因为它的硬件结构
设计可由软件完成（相当于房子盖好后人工设计局部室内结构），因而它的设计比纯硬件的数字电路具有很强的灵活性，但其过于简单的结构也使它们只能实现规模较小的电路。为弥补PLD只能设计小规模电路这一缺陷，20世纪80年代中期，推出了复杂可编程逻辑器件--CPLD。目前应用已深入网络、仪器仪表、汽车电子、数控机床、航天测控设备等方面。
器件特点：
它具有编程灵活、集成度高、设计开发周期短、适用范围宽、开发工具先进、设计制造成本低、对设计者的硬件经验要求低、标准产品无需测试、保密性强、价格大众化等特点，可实现较大规模的电路设计，因此被广泛应用于产品的原型设计和产品生产(一般在10,000件以下)之中。几乎所有应用中小规模通用数字集成电路的场合均可应用CPLD器件。CPLD器件已成为电子产品不可缺少的组成部分，它的设计和应用成为电子工程师必备的一种技能。
如何使用：
CPLD是一种用户根据各自需要而自行构造逻辑功能的数字集成电路。其基本设计方法是借助集成开发软件平台，用原理图、硬件描述语言等方法，生成相应的目标文件，通过下载电缆（“在系统”编程）将代码传送到目标芯片中，实现设计的数字系统。
这里以抢答器为例讲一下它的设计（装修）过程，即芯片的设计流程。CPLD的工作大部分是在电脑上完成的。打开集成开发软件(Altera公司 Max+pluxII)→画原理图、写硬件描述语言（VHDL，Verilog）→编译→给出逻辑电路的输入激励信号，进行仿真，查看逻辑输出结果是否正确→进行管脚输入、输出锁定（7128的64个输入、输出管脚可根据需要设定）→生成代码→通过下载电缆将代码传送并存储在CPLD芯片中。7128这块芯片各管脚已引出，将数码管、抢答开关、指示灯、蜂鸣器通过导线分别接到芯片板上，通电测试，当抢答开关按下，对应位的指示灯应当亮，答对以后，裁判给加分后，看此时数码显示加分结果是否正确，如发现有问题，可重新修改原理图或硬件描述语言，完善设计。设计好后，如批量生产，可直接复制其他CPLD芯片，即写入代码即可。如果要对芯片进行其它设计，比如进行交通灯设计，要重新画原理图、或写硬件描述语言，重复以上工作过程，完成设计。这种修改设计相当于将房屋进行了重新装修，这种装修对CPLD来说可进行上万次。
FPGA是Field Programmable Gate Array的缩写，即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。
FPGA诞生于1985年，当时第一个FPGA采用2μm工艺，包含64个逻辑模块和85000个晶体管，门数量不超过1000个，由名为Ross Freema所发明，当时他所创造的FPGA被认为是一个不切实际发明，他的同事Bill Carter曾说：“这种理念需要很多晶体管，并且那时晶体管是非常珍贵的东西。”，所以人们认为Ross的想法过于脱离现实。但是Ross预计：根据摩尔定律（每18个月晶体管密度翻一翻），晶体管肯定会越来越便宜，因此它就越来越常见。在短短的几年内，正如Ross所预言的，出现了数十亿美元的现场可编程门阵列（FPGA）市场。但是可惜的是，他无法享受这一派欣欣向荣的景象，在1989年Ross Freeman就与世长辞了，但是它的发明却持续不断地促进电子行业的进步与发展。
我们都知道构成数字逻辑系统最基本的单元是与门、或门、非门等，而他们都是用三极管、二极管和电阻等元件构成，然后与门、或门、非门又构成了各种触发器，实现状态记忆，FPGA属于数字逻辑电路的一种，同样由这些最基本的元件构成。一个FPGA可以将上亿个门电路组合在一起，集成在一个芯片内，打破以往需要用庞大分立门电路元器件搭建的历史，不仅电路面积、成本大大减小，而且可靠性得到了大幅度的提升。
一般的FPGA内部是由最小的物理逻辑单位LE、布线网络、输入输出模块以及片内外设组成，所谓的最小物理逻辑单元是指用户无法修改的、固定的最小的单元，我们只能将这些单元通过互联线将其连接起来，然后实现用户特定的功能。一个LE由触发器、LUT以及控制逻辑组成，可以实现组合逻辑和时序逻辑；随着FPGA集成度的不断增加，其内部的片内外设也越来越多，内部可集成SRAM、Flash、AD、RTC等外设，真正实现单芯片解决整个系统功能的目的。所以我们所理解的FPGA最底层是一些实实在在的门电路构成，然后由门电路构成最小的物理逻辑单元，然后通过布线层将这些最小物理逻辑单元连接成用户需要的特定功能，我们所需要控制的是布线层之间的互连开关，这也是我们编程的对象，通过这些开关来改变功能。
当今的FGPA按工艺分主要有SRAM工艺和Flash工艺（工艺是针对它们的编程开关来说的）两类，SRAM工艺的FPGA最大的特点是掉电数据会丢失，无法保存，所以它们的系统除了一个FPGA以外，外部还需要增加一个配置芯片用于保存编程数据，每次上电的时候都需要从这个配置芯片将配置数据流加载到FPGA，然后才能正常的运行；但是Flash架构的FPGA掉电不会丢失数据，无需配置芯片，上电即可运行，它的特点非常类似ASIC，但是又比ASIC更加的灵活，可以重复编程。在一些小规模的公司或者产品量不是很大的时候往往更倾向于用FPGA来取代ASIC，不仅能够降低风险，而且能够降低成本。
1.2 为什么要学习FPGA？
FPGA从诞生以来，经历了从配角到主角的过程，从初期开发应用到限量生产应用再到大批量生产应用的发展历程。从技术上来说，最初只是逻辑器件，现在强调平台概念，加入数字信号处理、嵌入式处理、高速串行和其他高端技术，从而被应用到更多的领域，正因为其飞速的发展，让更多学FPGA的人看到了希望，其广阔的前景正是我们选择的原因之一。
1． 广阔的发展前景
据市场调研公司Gartner Dataquest预测，2010年FPGA和其它可编程逻辑器件(PLD)市场将从2005年的32亿美元增长到67亿美元，未来还将有不断往上增长的趋势。FPGA及PLD产业发展的最大机遇是替代ASIC和专用标准产品(ASSP)，由ASIC和ASSP构成的数字逻辑市场规模大约为350亿美元。由于用户可以迅速对PLD进行编程，按照需求实现特殊功能，与ASIC和ASSP相比，PLD在灵活性、开发成本以及产品及时面市方面更具优势，所以未来FPGA将会是一个非常有前景的行业。
FPGA由于其结构的特殊性，可以重复编程，开发周期较短，越来越受人们的青睐，它的特点也更接近ASIC，ASIC比FPGA最大的优势是低成本，但是FPGA的价格现在也是越来越低，例如：Actel的Nano系列更是打破了FPGA的价格屏障，提供超过50种低于1美金的FPGA，在一定程度上已经可以与ASIC相抗衡。
根据当前发展的趋势，未来的FPGA势必将会取代一部分ASIC的市场，虽然根据摩尔定律(Moore’s Law)：每18至24个月能在相同的单位面积内多挤入一倍的晶体管数，这意味着电路成本每18至24个月就可以减半，但这只是指裸晶(Die)的成本，并不表示整个芯片的成本减半，这是由于晶圆制造更前端的掩膜(Mask)成本、晶圆制造更后端的封装(也称为：构装、包装)成本、人力成本等都不会随摩尔定律而变化，反而芯片的成本有上升的趋势，所以过去许多中、小用量的芯片无法用先进的工艺来生产，对此不是持续使用旧工艺来生产，就是必须改用FPGA芯片来生产……
因此，未来的趋势告诉我们，FPGA将成为21世纪最重要的高科技产业之一，特别是国内的FPGA市场，更是一个“未开垦的处女地”，抓住现在的机遇意味着为我们将来的产品提供更多的竞争力。
2． 提供更多就业机会
虽然FPGA市场的广阔，但是FPGA的技术人员是极度地缺乏，其原因是还未得到高校的重视，很多学校都未开FPGA的课程，导致学生毕业后连什么是FPGA，什么是Verilog都不知道，失去了很多就业的机会。我们公司(广州单片机发展有限公司)这三年来跑遍了全国22个城市，每次宣讲会场里场外都站满了人，每个学生都渴望寻找一份好工作的心情由此可见一斑，但通过考试发现懂FPGA和Verilog的学生却寥寥无几，尽管我们每年都对招聘FPGA人才寄予了很大的希望，但每次都失望而归，深深地体会到招聘FPGA开发工程师困难重重。
由此可见在应届毕业生中熟练掌握FPGA的学生属于稀缺资源，然而企业为培养FPGA开发工程师无不付出沉重的代价，所以对于在校电类专业的学生来说，这就是打造个人差异化竞争力的机会，事实上只要掌握FPGA就能够找到一份薪水更好的工作。我们公司每次在考核员工时往往都会特别关注这些“特殊员工”的情况，一般来说这些员工的工作都会比其它岗位高500元，这就是学习FPGA的优势，但是很多人不曾完全意识到掌握FPGA技术的重要性。
当前受金融危机的影响，对学生的就业更是巨大的考验，据教育部的统计，2008年，全国普通高校毕业生达559万人，比2007年增加64万人，2009年高校毕业生规模达到611万人，比2008年增加52万人，如此多的大学生面临着就业的问题，如果不具备一定的技能，将会淹没在大学生的潮流之中而找不到理想的工作，而学习FPGA可以帮助学生多一技之长，大大提高就业的机会。
3．具有更大的技术扩展空间
我们都知道，以前IC半导体产业一直是国内比较薄弱的产业，与国外的发展步伐相比还差甚远，我们所用的IC大部分都来自欧美地区，国内拥有自主产品的IC技术不多，多半需要引进国外先进的IC设计技术，但是自2000年以来，中国大陆的IC设计企业如雨后春笋般迅速涌现，企业数量5年增加了4倍多，2005年已经达到500多家，销售收入过亿元人民币的设计企业达到17家，其中两家超过5亿元。概括地讲，中国的IC设计公司可以分为四类，第一类是国有IC设计公司，一般是承担政府研发任务的研究所转制后设立；第二类是由系统厂商的设计部门独立出来的IC设计公司；第三类是民营IC设计公司，以海归型为主；最后一类是外资IC设计公司。
所以IC设计也是未来发展的一个重点方向，将会是国家大力扶持的产业之一，而IC的设计人员所必须掌握的是FPGA的技术，在芯片流片之前都是通过FPGA来进行前期的设计验证，用的语言也是FPGA的设计语言，只是在后端的设计中才用到IC设计的特定技术，所以IC设计人员必定是懂得FPGA设计的人，掌握FPGA的技术是通往IC设计殿堂的必经之路，学习FPGA有助于给我们更大的技术扩展空间。
1.3 怎样学FPGA？
既然FPGA对我们如此的重要，那对于初学者的我们又应该如何去学呢？学习一样知识应该有好的老师教导，我们才能更快的掌握，可惜的是大部分的学校未开相关的课程，也缺少相关专业的老师，我们如何能够找到一个捷径或方法帮助我们学会这么极具竞争力的技术，让我们通向成功的殿堂呢？笔者觉得应该需要有步骤，有目的、循序渐进地掌握相关的技术，我们公司从原来的1人的FPGA团队，发展到如今30人左右的FPGA团队，有着一些成长的经历和经验，也希望在此能与大家一起分享。
1． 掌握FPGA编程语言
在学习一门技术之前我们往往从它的编程语言开始，就如学习单片机一样，我们从C语言开始，掌握了C语言，开发单片机就不是什么难事了。学习FPGA也是如此，FPGA的编程语言有两种：VHDL和Verilog，这两种都适合用于FPGA的编程，VHDL比Veirlog早出现，由美国的军方组织开发，在1987年成为了IEEE的标准；Verilog则是由民间一家普通的公司私有财产转化而来，基于其优越性，在1995成为了IEEE标准。VHDL在欧地区应用的较为广泛，而Verilog在中国、美国、日本、台湾等地应用较为广泛，笔者比较推崇的是Verilog，因为它非常易于学习，很类似于C语言，如果具有C语言基础的人，只需要花很少的时间便能掌握Verilog，而VHDL较为抽象，学习需要一段较长的时间。
如果是学生，学习Verilog最好的时期是在大学二年级，与数字电路同步学习，不仅能够理解数字电路实现的方式，更能通过FPGA将数字电路得以实现，笔者发现华中科技大学康华光教授主编的《电子技术基础（数字部分）》非常好，可以说是一本与时俱进的教材，在其中介绍了Verilog语言，并且在每一章的最后一节都介绍了如何使用Verilog建模实现相关数字电路的内容，非常适合大二学习FPGA的学生，本书同样以《电子技术基础（数字部分）》为背景，并与该书进行配套同步，在它的基础上进行了升华和改进，源于它而又高于它，所以也可以同步学习。大三、大四的学生还可以进一步将Verilog进行强化，学习北京航天航空大学的夏宇闻教授编写的《Verilog数字系统设计教程（第二版）》可以比较全面地、详细地掌握Verilog的基本语法，对大二学习的内容进一步的巩固和强化。
如果是其他初学者，可以直接借助《Verilog数字系统设计教程（第二版）》和本书即能对Verilog的语法进行全面的掌握。这是学习FPGA的第一步，也是必不可少的一步。
2． 一个易学易用的硬件平台是成功的一半
除了学习编程语言以外，更重要的是实践，将自己设计的程序能够在真正的FPGA里运行起来，这时我们需要一个硬件平台的支持，然后以前的FPGA硬件平台的价格让很多的初学者望而却步，上千元的价格并不是一般的初学者（特别是学生）能够承受的，而且不易学习。针对这样的现状，也是为了回馈社会，帮助更多想学FPGA又没有经济能力的爱好者，广州周立功单片机发展有限公司开发了一套低成本的FPGA开发套件，售价仅99元，即使是学生也是完全能够承受得起，这款开发套件可以说是根本不赚钱，我们不仅要提供硬件电路，我们还得配套提供一系列教程资料。
过去的一年来，我们一共投入了4位开发工程师围绕EasyFPGA030开展工作，翻译全部开发工具软件技术资料，先自己吃透然后再根据自己的理解、实践和多次讨论，将技术资料通俗化，并且录制了第一个“Actel FPGA快速入门视频教程”供初学者免费下载，便于初学者快速入门，当第一版做出来销售1000套之后，才发现初学者的焊接经验不足，于是又开始设计第二版，这就是目前大家在网站上见到的一体化EasyFPGA030开发学习板。为了能够带给大家最准备、最权威的知识，我们还请了国内第一个EDA创始人之一的夏宇闻教授给我们进行Veirlog的培训，培训完后我们制作一系列Veirlog视频教程和PPT供初学者学习，同样免费提供给大家。同时，我们和夏老师一起共同合作编写了本书，目的是希望能够以最快的速度帮助初学者入门，另外我们还有一个30人的团队全面的提供FPGA的技术支持和售后服务，解决用户的后顾之忧。
所以通过EasyFPGA030的平台学习，不仅节约了前期学习的成本，而且该套件详实的资料使得非常的易用易学，对于初学者来说是一个不可多得的FPGA开发平台。
3． 技术进行巩固和升华
对于初学者来说，有了一定基础后，应该将其继续的巩固和升华，笔者认为竞赛是学生进行验证所学知识很好的舞台，不仅能够锻炼学生的动手能力，而且能够发挥学生的创造力和想象力。
广州周立功公司已经成功举办了两届“Actel杯全国大学生FPGA电子竞赛”，参加的队伍分别是100队和300队，每支队伍都将免费获得价值1480元的一套FPGA开发套件作为竞赛的平台，竞赛完后该套件无需退回，而且设置了最高5000元的奖金，这种举措对公司来说只有投入，很难看到产出，但是我们还坚持做了，主要是想给学生提供施展才华的舞台，让更多的人了解FPGA，学会FPGA，2009年我们又将启动了第三届竞赛，将队伍扩大到1000支，给更多的人提供机会，我们的目标就是要将创新教育实践活动进行到底，培养出一批又一批适合企业发展的人才。
1.4 小结
综上所述，我们只有了解了什么是FPGA，为什么要学习FPGA，怎么学习FPGA后，我们才能非常有目的、有计划的去掌握这门技术，我相信通过我们的共同努力，一定能够培养出一批又一批优秀的FPGA人员。
go campus shcolarship promgram什么意思
字面上解释是"到校园奖学金项目"
"Go Campus scholarship program”-美国ASSE奖学金计划
美国高校奖学金计划（Go Campus- My ScholarshipProject）
，是美国教育文化司特别针对国际学生，设立的一项教育扶持计划。由美国四大非盈利基金会具体负责与实施。项目的宗旨是为留学生提供更适合自身的留学途径，最低廉费用的留学途径，让国际学生负担更轻，择校更准。
目前为止全球已有数万名学生通过Go Campus成功进入了美国大学就读。Go Campus项目于2009年引进中国，目前已有百名中国学生通过该项目开始了他们在美国的学习生涯。"
该计划针对中国大陆地区有志于在美留学学生提供了高额奖学金。该计划在中国大陆地区的名额为三百人，主要针对高中应届毕业生和大一新生有志于到美国攻读本科学位，以及大学本科应届毕业生有志于到美国攻读硕士学位的学生。该计划的三大优势在于：
申请简便，高中生只要通过会考，即可参加该计划。免雅思、托福，SAT/ACT, GRE/GMAT,等各类英文考试，直接获得双录取；奖学金可同时涵盖语言学习阶段；
签证率百分之百。因为是使领馆官方备案的项目，美国国务院教育文化司会对每一位参加我的奖学金计划的学生授予单独的助签函；
时间的保证，4周内即获取奖学金报告，以保证准时赴美入学；
每年吃住学的全部费用在$8500-15000之间，也就是5.8万人民币到10万人民币之间。并且这三百个名额中有一定比例针对体育特长生的全额奖学金，也就是吃住学全免费；
学校包括全美近3000所获得中国教育部认可的大学。美国专家帮助推荐择校，对申请者量体裁衣，所推荐学校均为经中国教育部认可的美国正规大学；
Go campus 奖学金计划在大中国地区将提供300名左右的名额，本年度申请时间将在九月中旬结束。
适合人群：
美国留学奖学金A计划适合综合以下几类申请者：
1．综合实力普通的申请者；
2．经济能力普通的申请者；
3．无语言成绩或者语言成绩低于学校要求者。
基本要求：
一、申请美国本科：
a)学历要求：高三在读或高中毕业（或同等学历，如中专、职高）均可申请美国大学本科，大专学历可申请读本科并可转一定学分；
b)语言考试要求：无须 TOEFL/IELTS 成绩(但建议在条件许可的情形下尽可能参加语言考试)。
二、申请美国研究生院：
a)学历要求：大四在读或本科毕业均可申请读硕士和博士(本科生可申请大部分专业的直博)；研三在读或硕士毕业均可申请读博士(也可申请再读硕士)；个别学校允许大专学历经评估后直接申请硕士；
b)语言考试要求：部分学校、部分专业无须 GRE/GMAT 成绩。
*以上是由网上搜寻的结果。
论嵌入式的发展历史、现状及未来发展前景
历史：
现代计算机的技术发展史
(1)始于微型机时代的嵌入式应用
电子数字计算机诞生于1946年，在其后漫长的历史进程中，计算机始终是供养在特殊的机房中，实现数值计算的大型昂贵设备。直到20世纪70年代，微处理器的出现，计算机才出现了历史性的变化。以微处理器为核心的微型计算机以其小型、价廉、高可靠性特点，迅速走出机房；基于高速数值解算能力的微型机，表现出的智能化水平引起了控制专业人士的兴趣，要求将微型机嵌入到一个对象体系中，实现对象体系的智能化控制。例如，将微型计算机经电气加固、机械加固，并配置各种外围接口电路，安装到大型舰船中构成自动驾驶仪或轮机状态监测系统。这样一来，计算机便失去了原来的形态与通用的计算机功能。为了区别于原有的通用计算机系统，把嵌入到对象体系中，实现对象体系智能化控制的计算机，称作嵌入式计算机系统。因此，嵌入式系统诞生于微型机时代，嵌入式系统的嵌入性本质是将一个计算机嵌入到一个对象体系中去，这些是理解嵌入式系统的基本出发点。
(2)现代计算机技术的两大分支
由于嵌入式计算机系统要嵌入到对象体系中，实现的是对象的智能化控制，因此，它有着与通用计算机系统完全不同的技术要求与技术发展方向。
通用计算机系统的技术要求是高速、海量的数值计算；技术发展方向是总线速度的无限提升，存储容量的无限扩大。 而嵌入式计算机系统的技术要求则是对象的智能化控制能力；技术发展方向是与对象系统密切相关的嵌入性能、控制能力与控制的可靠性。
早期，人们勉为其难地将通用计算机系统进行改装，在大型设备中实现嵌入式应用。然而，对于众多的对象系统（如家用电器、仪器仪表、工控单元……），无法嵌入通用计算机系统，况且嵌入式系统与通用计算机系统的技术发展方向完全不同，因此，必须独立地发展通用计算机系统与嵌入式计算机系统，这就形成了现代计算机技术发展的两大分支。
如果说微型机的出现，使计算机进入到现代计算机发展阶段，那么嵌入式计算机系统的诞生，则标志了计算机进入了通用计算机系统与嵌入式计算机系统两大分支并行发展时代，从而导致20世纪末，计算机的高速发展时期。
(3) 两大分支发展的里程碑事件
通用计算机系统与嵌入式计算机系统的专业化分工发展，导致20世纪末、21世纪初，计算机技术的飞速发展。计算机专业领域集中精力发展通用计算机系统的软、硬件技术，不必兼顾嵌入式应用要求，通用微处理器迅速从286、386、486到奔腾系列；操作系统则迅速扩张计算机基于高速海量的数据文件处理能力，使通用计算机系统进入到尽善尽美阶段。
嵌入式计算机系统则走上了一条完全不同的道路，这条独立发展的道路就是单芯片化道路。它动员了原有的传统电子系统领域的厂家与专业人士，接过起源于计算机领域的嵌入式系统，承担起发展与普及嵌入式系统的历史任务，迅速地将传统的电子系统发展到智能化的现代电子系统时代。
因此，现代计算机技术发展的两大分支的里程碑意义在于：它不仅形成了计算机发展的专业化分工，而且将发展计算机技术的任务扩展到传统的电子系统领域，使计算机成为进入人类社会全面智能化时代的有力工具。
现状
1 嵌入式系统的含义及分类
嵌入式系统被定义为:以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。
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。
目前嵌入式系统除了部分为32 位处理器外,大量存在的是8 位和16 位的嵌入式微控制器(MCU) ,嵌入式系统是计算机应用的另一种形态,正如前所述它与通用计算机应用不同:嵌入式计算机是以嵌入式系统的形式隐藏在各种装置、产品和系统之中的一种软硬件高度专业化的特定计算机系统。目前根据其发展现状,嵌入式计算机可以分成下面几类:
(1) 嵌入式微处理器(Embedded MicroprocessorUnit , EMPU)
嵌入式微处理器的基础是通用计算机中的CPU。在应用中,将微处理器装配在专门设计的电路板上,只保留和嵌入式应用有关的母板功能,这样可以大幅度减小系统体积和功耗。为了满足嵌入式应用的特殊要求,嵌入式微处理器虽然在功能上和标准微处理器基本是一样的,但在工作温度、抗电磁干扰、可靠性等方面一般都做了各种增强。
(2) 嵌入式微控制器(Microcontroller Unit , MCU)
嵌入式微控制器又称单片机。嵌入式微控制器一般以某一种微处理器内核为核心,芯片内部集成ROMPEPROM、RAM、总线、总线逻辑、定时P计数器、WatchDog、IPO、串行口、脉宽调制输出、APD、DPA、Flash RAM、E2PROM 等各种必要功能和外设。为适应不同的应用需求,一般一个系列的单片机具有多种衍生产品,每种衍生产品的处理器内核都是一样的,不同的是存储器和外设的配置及封装。这样可以使单片机最大限度地和应用需求相匹配,功能不多不少,从而减少功耗和成本。和嵌入式微处理器相比,微控制器的最大特点是单片化,体积大大减小,从而使功耗和成本下降、可靠性提高。
(3) 嵌入式DSP 处理器( Embedded Digital SignalProcessor , EDSP)
DSP 处理器对系统结构和指令进行了特殊设计,使其适合于执行DSP 算法,编译效率较高,指令执行速度也较高。在数字滤波、FFT、谱分析等方面DSP 算法正在大量进入嵌入式领域,DSP 应用正从在通用单片机中以普通指令实现DSP 功能,过渡到采用嵌入式DSP 处理器。
(4) 嵌入式片上系统(System On Chip)
随着EDI 的推广和VLSI 设计的普及化,及半导体工艺的迅速发展,在一个硅片上实现一个更为复杂的系统的时代已来临, 这就是System On Chip(SOC) 。各种通用处理器内核将作为SOC 设计公司的标准库,和许多其它嵌入式系统外设一样,成为VLSI 设计中一种标准的器件,用标准的VHDL 等语言描述,存储在器件库中。用户只需定义出其整个应用系统,仿真通过后就可以将设计图交给半导体工厂制作样品。这样除个别无法集成的器件以外,整个嵌入式系统大部分均可集成到一块或几块芯片中去,应用系统电路板将变得很简洁,对于减小体积和功耗、提高可靠性非常有利。
2 嵌入式系统工业的特点
(1) 嵌入式系统工业是不可垄断的高度分散的工业
从某种意义上来说,通用计算机行业的技术是垄断的。占整个计算机行业90 %的PC 产业,80 %采用Intel 的8x86 体系结构,芯片基本上出自Intel ,AMD ,Cyrix 等几家公司。在几乎每台计算机必备的操作系统和文字处理器方面,Microsoft 的Windows 及Word 占80 - 90 % ,凭借操作系统还可以搭配其它应用程序。因此当代的通用计算机工业的基础被认为是由Wintel (Microsoft 和Intel 90 年代初建立的联盟)垄断的工业。
嵌入式系统则不同,它是一个分散的工业,充满了竞争、机遇与创新,没有哪一个系列的处理器和操作系统能够垄断全部市场。即便在体系结构上存在着主流,但各不相同的应用领域决定了不可能有少数公司、少数产品垄断全部市场。因此嵌入式系统领域的产品和技术,必然是高度分散的,留给各个行业的中小规模高技术公司的创新余地很大。另外,社会上的各个应用领域是在不断向前发展的,要求其中的嵌入式处理器核心也同步发展,这也构成了推动嵌入式工业发展的强大动力。
器件是嵌入式系统产业的根本,嵌入式系统工业的基础就是以应用为中心的“芯片”设计技术和面向应用的软件产品开发技术。
(2) 嵌入式系统具有的产品特征
嵌入式系统是面向用户、面向产品、面向应用的,如果独立于应用自行发展,则会失去市场。嵌入式处理器的功耗、体积、成本、可靠性、速度、处理能力、电磁兼容性等方面均受到应用要求的制约,这些也是各个半导体厂商之间竞争的热点。
和通用计算机不同,嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计,量体裁衣、去除冗余,力争在同样的硅片面积上实现更高的性能,这样才能在具体应用对处理器的选择面前更具有竞争力。嵌入式处理器要针对用户的具体需求,对芯片配置进行裁剪和添加才能达到理想的性能;但同时还受用户订货量的制约。因此不同的处理器面向的用户是不一样的,可能是一般用户,行业用户或单一用户。
嵌入式系统和具体应用有机地结合在一起,它的升级换代也是和具体产品同步进行,因此嵌入式系统产品一旦进入市场,具有较长的生命周期。嵌入式系统中的软件,一般都固化在只读存储器中,而不是以磁盘为载体,可随意更换,所以嵌入式系统的应用软件生命周期也和嵌入式产品一样长。另外,各个行业的应用系统和产品,和通用计算机软件不同,很少发生突然性跳跃,嵌入式系统中的软件也因此更强调可继承性和技术衔接性,发展比较稳定。
嵌入式处理器的发展也体现出稳定性,一个体系一般要存在8 - 10 年的时间。一个体系结构及其相关的片上外设、开发工具、库函数、嵌入式应用产品是一套复杂的知识系统,用户和半导体厂商都不会轻易地放弃一种处理器。
(3) 嵌入式系统软件的特征
嵌入式处理器的应用软件是实现嵌入式系统功能的关键,对嵌入式处理器系统软件和应用软件的要求也和通用计算机有所不同。
①软件要求固态化存储
为了提高执行速度和系统可靠性,嵌入式系统中的软件一般都固化在存储器芯片或单片机本身中,而不是存贮于磁盘等载体中。
②软件代码高质量、高可靠性
尽管半导体技术的发展使处理器速度不断提高、片上存储器容量不断增加,但在大多数应用中,存储空间仍然是宝贵的,还存在实时性的要求。为此要求程序编写和编译工具的质量要高,以减少程序二进制代码长度、提高执行速度。
③系统软件(OS) 的高实时性是基本要求
多任务嵌入式系统中,对重要性各不相同的任务进行统筹兼顾的合理调度是保证每个任务及时执行的关键,单纯通过提高处理器速度是无法完成和没有效率的,这种任务调度只能由优化编写的系统软件来完成,因此系统软件的实时性是基本要求。
④多任务操作系统是知识集成的平台和走向工业标准化道路的基础
(4) 嵌入式系统开发需要开发工具和环境
通用计算机具有完善的人机接口界面,在上面增加一些开发应用程序和环境即可进行对自身的开发。而嵌入式系统本身不具备自举开发能力,即使设计完成以后用户通常也是不能对其中的程序功能进行修改的,必须有一套开发工具和环境才能进行开发,这些工具和环境是基于通用计算机上的软硬件设备以及各种逻辑分析仪、混合信号示波器等。
(5) 嵌入式系统软件需要RTOS 开发平台
通用计算机具有完善的操作系统和应用程序接口(API) ,是计算机基本组成不可分离的一部分,应用程序的开发以及完成后的软件都在操作系统(OS) 平台上面运行,但一般不是实时的。嵌入式系统则不同,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 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。
(6) 嵌入式系统开发人员以应用专家为主
通用计算机的开发人员一般是计算机科学或计算机工程方面的专业人士,而嵌入式系统则是要和各个不同行业的应用相结合的,要求更多的计算机以外的专业知识,其开发人员往往是各个应用领域的专家。因此开发工具的易学、易用、可靠、高效是基本要求。
前景
3 嵌入式系统的应用前景
嵌入式控制器的应用几乎无处不在:移动电话、家用电器、汽车……无不有它的踪影。嵌入控制器因其体积小、可靠性高、功能强、灵活方便等许多优点,其应用已深入到工业、农业、教育、国防、科研以及日常生活等各个领域,对各行各业的技术改造、产品更新换代、加速自动化化进程、提高生产率等方面起到了极其重要的推动作用。
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。在制造工业、过程控制、网络、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。
嵌入式系统工业是专用计算机工业,其目的就是要把一切变得更简单、更方便、更普遍、更适用;通用计算机的发展变为功能电脑,普遍进入社会,嵌入式计算机发展的目标是专用电脑,实现“普遍化计算”,因此可以称嵌入式智能芯片是构成未来世界的“数字基因”。正如我国资深嵌入式系统专家—沈绪榜院士的预言, “未来十年将会产生头大小、具有超过一亿次运算能力的嵌入式智能芯片”,将为我们提供无限的创造空间。总之“嵌入式微控制器或者说单片机好象是一个黑洞,会把当今很多技术和成果吸引进来。中国应当注意发展智力密集型产业”。
参 考 文 献
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