1、嵌入式计算系统设计：原理与挑战

嵌入式计算系统设计：原理与挑战

1. 嵌入式计算的新时代

数字系统设计已迈入新纪元。曾经，微处理器设计主要是经典的优化工作，而如今，以微处理器为组件的嵌入式计算系统设计成为了广阔的前沿领域。像无线系统、可穿戴设备、网络系统、智能家电、工业过程系统、先进汽车系统以及生物接口系统等，都是这个新领域的典型代表。

一方面，传感器、换能器、微电子技术、处理器性能、操作系统、通信技术、用户界面和封装技术的进步，另一方面，对人类需求和市场可能性的更深入理解，共同推动了大量新系统和应用的涌现。这就需要嵌入式系统的架构师和设计师将这些可能性变为现实。

然而，目前嵌入式系统设计更像是一门手艺。虽然对组件硬件和软件子系统的知识较为清晰，但缺乏通用的系统设计方法来协调整个设计过程，大多数项目仍采用临时的设计方式。

嵌入式系统设计面临着诸多挑战。部分挑战源于底层技术的变化以及如何正确融合和集成这些技术的微妙之处；另一些挑战则来自新的、往往不熟悉的系统需求。此外，通信和协作基础设施与技术的改进为快速响应市场需求提供了前所未有的机会，但有效的设计方法和相关设计工具却未能跟上这些机遇的步伐。

在超大规模集成电路（VLSI）时代初期，晶体管和导线是基本组件，在芯片上快速设计计算机是梦想。如今，CPU和各种专用处理器及子系统只是基本组件，快速、有效地设计非常复杂的嵌入式系统成为了新的梦想。系统规格不仅更加复杂，还需满足实时截止时间、低功耗、有效支持复杂的实时用户界面、具备高成本竞争力以及可升级性等要求。

2. 嵌入式计算的挑战与应对

嵌入式计算作为一门学科的兴起，得益于摩尔定律推动下微处理器性能的爆炸式增长。早期微处理器组件相对简单