任務(wù)1初識(shí)國(guó)產(chǎn)嵌入式與微控制器技術(shù)成都職業(yè)技術(shù)學(xué)院成都卓物科技有限公司什么是嵌入式？起初，嵌入式系統(tǒng)的萌芽植根于單片機(jī)技術(shù)的誕生，20世紀(jì)70年代，隨著單片機(jī)的問世，汽車、家用電器、工業(yè)機(jī)械、通信設(shè)備等萬千產(chǎn)品步入電子化時(shí)代，實(shí)現(xiàn)了功能增強(qiáng)：操作簡(jiǎn)便、速度提升、成本降低。這些初步的嵌入式應(yīng)用以8位芯片為核心，執(zhí)行簡(jiǎn)單的單線程程序，尚不具備現(xiàn)代意義上的“系統(tǒng)”完整性。進(jìn)入80年代初，隨著商業(yè)化“操作系統(tǒng)”被引入嵌入式應(yīng)用開發(fā)，編程實(shí)踐發(fā)生了革新，顯著縮短了開發(fā)周期、降低了成本并提升了效率，正式標(biāo)示著“嵌入式系統(tǒng)”時(shí)代的到來。此階段的操作系統(tǒng)核心實(shí)質(zhì)為實(shí)時(shí)系統(tǒng)內(nèi)核，融合了傳統(tǒng)操作系統(tǒng)的關(guān)鍵特性，如任務(wù)管理、進(jìn)程間通信、同步機(jī)制、中斷處理及內(nèi)存管理等，代表性的產(chǎn)品有ReadySystem的VRTX、ISI的PSOS、IMG的VxWorks以及QNX的QNX系統(tǒng)。這些系統(tǒng)共有的嵌入式特性包括搶占式調(diào)度、快速響應(yīng)、確定性執(zhí)行時(shí)間、小巧且高度可定制的核心，以及良好的跨處理器移植能力，強(qiáng)化了實(shí)時(shí)性和可靠性，為嵌入式應(yīng)用打開了更寬廣的開發(fā)天地，釋放了開發(fā)者潛能。進(jìn)入90年代后，隨著對(duì)實(shí)時(shí)性要求的提升及軟件復(fù)雜度的增長(zhǎng)，實(shí)時(shí)內(nèi)核進(jìn)化為功能更全面的實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)（RTOS），成為了嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)配置。眾多企業(yè)洞悉到這一領(lǐng)域的巨大潛力，紛紛投身嵌入式操作系統(tǒng)開發(fā)，除了前述的行業(yè)先鋒，市場(chǎng)上涌現(xiàn)了PalmOS、WindowsCE、嵌入式Linux、Lynx、Nucleus以及Hopen、DeltaOS等新面孔。嵌入式系統(tǒng)構(gòu)成了眾多日常裝置及設(shè)備的核心，作為一種專業(yè)定制的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它們被內(nèi)置在諸如手表、微波爐、錄像機(jī)乃至汽車等一切具備數(shù)字接口的設(shè)備中。這類系統(tǒng)本質(zhì)上市通過一個(gè)嵌入式處理器控制板實(shí)現(xiàn)，其中控制程序存儲(chǔ)在ROM中，確保了高度的穩(wěn)定性和針對(duì)性功能。盡管某些情況下，嵌入式系統(tǒng)會(huì)搭載一個(gè)操作系統(tǒng)，但大多數(shù)設(shè)計(jì)傾向于利用單一程序來完成所有的控制邏輯。嵌入式系統(tǒng)是軟件、硬件乃至必要時(shí)的機(jī)械部件的緊密結(jié)合體，專為滿足特定應(yīng)用需求而定制。國(guó)內(nèi)嵌入式系統(tǒng)普遍被廣泛定義為：一種以應(yīng)用為核心，依托計(jì)算機(jī)技術(shù)，能夠靈活裁剪軟硬件配置，嚴(yán)格符合功能、可靠性、成本控制、體積及能耗等特定要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。那么，這些“專用”方向具體涵蓋了哪些領(lǐng)域呢？辦公自動(dòng)化：促進(jìn)高效辦公的設(shè)備，如打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、傳真機(jī)；國(guó)防與航天：尖端科技產(chǎn)品，包括無人機(jī)、雷達(dá)系統(tǒng)、作戰(zhàn)機(jī)器人；家用電器：提升生活品質(zhì)的智能產(chǎn)品，如數(shù)字電視、掃地機(jī)器人、智能家居系統(tǒng)；醫(yī)療電子：關(guān)乎健康的精密儀器，如生化分析儀、血液分析儀及CT掃描設(shè)備；汽車電子：強(qiáng)化車輛性能與安全的系統(tǒng)，涉及引擎控制、安全防護(hù)、導(dǎo)航與車載娛樂；通信網(wǎng)絡(luò)：支撐信息流通的基礎(chǔ)設(shè)施，如交換機(jī)、路由器及網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備；通訊與娛樂：豐富人們生活的智能設(shè)備，包括智能手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、音樂播放器、可穿戴設(shè)備及游戲機(jī)；工業(yè)控制：自動(dòng)化生產(chǎn)與監(jiān)控的關(guān)鍵組件，涵蓋工控機(jī)、POS機(jī)、ATM機(jī)、安防監(jiān)控及各類儀器儀表。一個(gè)嵌入式系統(tǒng)的典型架構(gòu)如下：從硬件角度來看，嵌入式系統(tǒng)就是以處理器（CPU）為核心，依靠總線（Bus）進(jìn)行連接的多模塊系統(tǒng)：國(guó)產(chǎn)嵌入式系統(tǒng)發(fā)展史國(guó)內(nèi)參與嵌入式系統(tǒng)的公司數(shù)量較多，但普遍進(jìn)入行業(yè)較晚，從2000年到現(xiàn)在，國(guó)內(nèi)的操作系統(tǒng)如雨后春筍般發(fā)展出來。1.科銀京成-Deltaos（道系統(tǒng)）“道系統(tǒng)”操作系統(tǒng)通用版（DeltaOS）是一款面向各領(lǐng)域的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，支持單核及多核CPU硬件配置，可替換相關(guān)領(lǐng)域的VxWorks6.8/6.9操作系統(tǒng)。國(guó)防裝備領(lǐng)域中，對(duì)實(shí)時(shí)性有一定要求的嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)?？蓱?yīng)用于裝備電子應(yīng)用領(lǐng)域指控、火控、雷達(dá)、水聲、光電、通信等系統(tǒng)，還可用于對(duì)應(yīng)系統(tǒng)研制中的試驗(yàn)仿真系統(tǒng)。2.睿賽德RT-threadRT-Thread是一個(gè)集實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）內(nèi)核、中間件組件和開發(fā)者社區(qū)于一體的技術(shù)平臺(tái)，由熊譜翔先生帶領(lǐng)并集合開源社區(qū)力量開發(fā)而成，RT-Thread也是一個(gè)組件完整豐富、高度可伸縮、簡(jiǎn)易開發(fā)、超低功耗、高安全性的物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)。RT-Thread具備一個(gè)IoTOS平臺(tái)所需的所有關(guān)鍵組件，例如GUI、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧、安全傳輸、低功耗組件等等。經(jīng)過11年的累積發(fā)展，RT-Thread已經(jīng)擁有一個(gè)國(guó)內(nèi)最大的嵌入式開源社區(qū)，同時(shí)被廣泛應(yīng)用于能源、車載、醫(yī)療、消費(fèi)電子等多個(gè)行業(yè)。3.科東軟件IntewellOSIntewell嵌入式操作系統(tǒng)是科東軟件自主研發(fā)工業(yè)嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，解決工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)層操作系統(tǒng)的自主可控、安全可信問題。Intewel操作系統(tǒng)基于微內(nèi)核架構(gòu)，具備軟件定義控制、高實(shí)時(shí)（us級(jí)響應(yīng)）、高可靠、自主可控、多業(yè)務(wù)承載、軟硬件解耦等一系列的特性，實(shí)現(xiàn)了控制、計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)、云服務(wù)技術(shù)的融合統(tǒng)一。4.翼輝SylixOS嵌入式操作系統(tǒng)RTOS介紹，SylixOS是一個(gè)開源的跨平臺(tái)的大型實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS），SylixOS誕生于2006年，經(jīng)過十多年的持續(xù)開發(fā)，SylixOS已成為功能最為全面的國(guó)產(chǎn)操作系統(tǒng)之一。目前已有眾多產(chǎn)品和項(xiàng)目應(yīng)用案例，行業(yè)涉及航空航天、軍事防務(wù)、軌道交通、智能電網(wǎng)、工業(yè)自動(dòng)化等諸多領(lǐng)域。SylixOS完全符合POSIX規(guī)范，開源社區(qū)豐富的自由軟件移植非常方便。5.HUAWEILiteOS鴻蒙操作系統(tǒng)Huawei-LiteOS是華為1+2+1物聯(lián)網(wǎng)解決方案的組成部分,遵循BSD-3開源許可協(xié)議,自開源以來,已經(jīng)和一些廠商、家電企業(yè)達(dá)成了合作，華為希望通過開源、開放將LiteOS打造成像安卓一樣的物聯(lián)網(wǎng)終端的物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)。6.中移OneOS中移OneOS是中國(guó)移動(dòng)專為物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域設(shè)計(jì)的一款輕量級(jí)、高效率且安全的操作系統(tǒng)，它支持多平臺(tái)CPU架構(gòu)，具備低功耗特性，并通過模塊化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了高度的可裁剪性。OneOS不僅兼容POSIX等標(biāo)準(zhǔn)接口，提升開發(fā)便利性，還內(nèi)置了豐富的組件與服務(wù)，覆蓋從智能穿戴到工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用場(chǎng)景。自2018年研發(fā)啟動(dòng)，2020年正式面世以來，OneOS不斷迭代升級(jí)，致力于構(gòu)建開放的物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)，通過與產(chǎn)業(yè)鏈伙伴的深度合作，為5G時(shí)代的物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新與發(fā)展提供強(qiáng)大動(dòng)力。什么是微控制器微控制器（Microcontroller，簡(jiǎn)稱MCU，又稱單片機(jī)）是一種集成電路芯片，它將微型計(jì)算機(jī)的主要組成部分集成在單一的硅片上。這種集成包括了中央處理器（CPU）、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）、只讀存儲(chǔ)器（ROM或FlashMemory用于存儲(chǔ)固件）、輸入/輸出（I/O）接口、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器以及其它外設(shè)功能模塊。按處理器位數(shù)劃分，MCU可分為4位、8位、16位、32位和64位微處理器，如今32位MCU已經(jīng)成為主流，正在逐漸替代過去由8/16位MCU主導(dǎo)的應(yīng)用和市場(chǎng)。1971年，Intel公司推出世界上第一個(gè)微處理器芯片4004，這標(biāo)志著微處理器和微機(jī)時(shí)代的開始。隨后，Intel公司繼續(xù)推出多款微處理器，如8008（1972年）和8080（1974年），這些微處理器為后續(xù)微控制器的誕生奠定了基礎(chǔ)。1980年，Intel推出了具有里程碑意義的MCS-51（通常稱為8051），它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、指令集易于學(xué)習(xí)，且具有良好的兼容性，迅速成為業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)。8051的成功促使了許多廠商開始生產(chǎn)兼容8051內(nèi)核的微控制器。進(jìn)入21世紀(jì)，ARM架構(gòu)因其低功耗、高性能的特點(diǎn)，在微控制器領(lǐng)域迅速崛起。眾多半導(dǎo)體廠商，如NXP、STMicroelectronics、TI等，開始基于ARM內(nèi)核設(shè)計(jì)微控制器，推動(dòng)了MCU在移動(dòng)通信、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）、可穿戴設(shè)備等新興領(lǐng)域的應(yīng)用。同時(shí)，32位及以上的高性能MCU逐漸成為主流，但8位和16位MCU仍因其成本優(yōu)勢(shì)在某些應(yīng)用中保持重要地位。目前微控制器的主流架構(gòu)主要包括RISC（精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)）和CISC（復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)）兩種。RISC架構(gòu)以其高效、低功耗的特性，在嵌入式系統(tǒng)和移動(dòng)設(shè)備等資源受限的應(yīng)用中占據(jù)主導(dǎo)地位，如ARM架構(gòu)的微控制器。而CISC架構(gòu)則因其更強(qiáng)的功能和靈活性，在一些需要復(fù)雜控制和數(shù)據(jù)處理的應(yīng)用中仍有一席之地，如基于8051內(nèi)核的微控制器。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，新的微控制器架構(gòu)也在不斷涌現(xiàn)，以滿足不同應(yīng)用的需求。國(guó)產(chǎn)微控制器發(fā)展史中國(guó)的微控制器產(chǎn)業(yè)起步相對(duì)較晚，大約在20世紀(jì)80年代，隨著國(guó)家改革開放政策的實(shí)施，國(guó)外的微控制器技術(shù)和產(chǎn)品開始進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)。起初，國(guó)內(nèi)主要是通過進(jìn)口和仿制國(guó)外的MCU產(chǎn)品，用于簡(jiǎn)單的控制應(yīng)用，如家電控制、工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域。進(jìn)入21世紀(jì)，隨著國(guó)家對(duì)半導(dǎo)體行業(yè)的重視和政策扶持，國(guó)內(nèi)MCU企業(yè)加大研發(fā)投入，技術(shù)實(shí)現(xiàn)快速進(jìn)步。一些企業(yè)開始掌握32位MCU設(shè)計(jì)技術(shù)，甚至在某些細(xì)分領(lǐng)域達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。1.兆易創(chuàng)新（GigaDevice）兆易創(chuàng)新成立于2005年，總部位于中國(guó)無錫新區(qū)。公司自創(chuàng)立之初就專注于嵌入式閃存產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)在該領(lǐng)域的空白。其主要業(yè)務(wù)涵蓋了閃存芯片的設(shè)計(jì)、開發(fā)和銷售，特別是在NorFlash領(lǐng)域取得了顯著成就，成為了全球重要的NorFlash供應(yīng)商之一。在2014年，兆易創(chuàng)新宣布進(jìn)軍微控制器（MCU）市場(chǎng)，推出GD32系列微控制器。GD32系列基于ARMCortex-M內(nèi)核，具有高性能和低功耗特點(diǎn)，迅速獲得市場(chǎng)認(rèn)可。2.新唐科技新唐科技于2008年7月成立，在2010年進(jìn)入微控制器（MCU）市場(chǎng)，推出基于ARMCortex-M0內(nèi)核的NuMicro?系列微控制器，后面相繼推出基于ARMCortex-M4、ARMCortex-M0+、ARMCortex-M23內(nèi)核的系列微控制器，并應(yīng)用在汽車、工業(yè)控制、通用MCU領(lǐng)域。3.中科芯中科芯成立于2008年9月23日，位于江蘇省無錫市，是中國(guó)電子科技集團(tuán)公司（CETC）及其旗下多個(gè)研究所共同發(fā)起設(shè)立的。主要從事集成電路、半導(dǎo)體分立器件、電子元件及組件、照明用發(fā)光二極管（LED管）、電子產(chǎn)品等的設(shè)計(jì)、制造、銷售和技術(shù)服務(wù)。中科芯MCU基于ARMCortex-M系列內(nèi)核進(jìn)行開發(fā)，涵蓋了Cortex-M0、Cortex-M3、Cortex-M4等多個(gè)大類。通過不斷的研發(fā)和創(chuàng)新，中科芯MCU產(chǎn)品已經(jīng)形成了基于ARMCortex-M0、M3、M4內(nèi)核的多個(gè)系列，包括CKS32F030、CKS32F031、CKS32F051、CKS32F103等。4.華大半導(dǎo)體華大半導(dǎo)體有限公司成立于2014年5月8日，是中國(guó)電子信息產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司（CEC）整合旗下集成電路企業(yè)而組建的專業(yè)子集團(tuán)。自成立以來，迅速布局集成電路設(shè)計(jì)、制造、封測(cè)及應(yīng)用的全產(chǎn)業(yè)鏈，致力于成為集成電路設(shè)計(jì)、制造、應(yīng)用一體化解決方案提供商，其中MCU業(yè)務(wù)主要由小華半導(dǎo)體負(fù)責(zé)。國(guó)產(chǎn)微控制器發(fā)展史小