摘要： 嵌入式体系是先进的核算机技能、半导体技能、电子技能以及各种详细运用相结合的产品，是技能密布、资金密布、高度涣散、不断立异的新式集成常识体系。
嵌入式体系是先进的核算机技能、半导体技能、电子技能以及各种详细运用相结合的产品，是技能密布、资金密布、高度涣散、不断立异的新式集成常识体系。
文中介绍了嵌入式体系的特色及开展，提出了在嵌入式体系开发进程中应遵从的准则，并介绍了嵌入式体系在医疗仪器设备中的运用。
嵌入式体系是核算机技能、通讯技能、半导体技能、微电子技能、语音图画数据传输技能，乃至传感器等先进技能和详细运用方针相结合后的更新换代产品，反映今世最新技能的先进水平。嵌入式体系是当今十分抢手的研讨范畴，在PC商场已趋于安稳的今日，嵌入式体系商场的开展速度却正在加快。因为嵌入式体系所依托的软硬件技能得到了快速开展，因而嵌入式体系本身取得了快速开展。依据美国嵌入式体系专业杂志RTC报导，在21世纪初的10年中，全球嵌入式体系商场需求量具有比PC商场大10～100倍的商机。
有组织估量，全世界嵌入式体系产品潜在的商场将超越1万亿美元。跟着技能的开展，业界对嵌入式体系的界说也越来越明晰。它是微处理器、大规模集成电路、软件技能和各种详细的职业运用技能相结合的成果，其间各种软件技能占了嵌入式体系80%的作业量。嵌入式体系不同于一般PC 机上的运用体系，即使是针对不同的详细运用而规划的嵌入式体系之间的不同也很大。嵌入式体系一般功用单一、简略，且在兼容性方面要求不高，但是在巨细、本钱方面约束较多。可以说，嵌入式体系是不行独占、需求不断立异的技能。
嵌入式体系前史及开展趋势
事实上，在很早以前，嵌入式这个概念就现已存在了。在通讯方面，嵌入式体系在20世纪60年代就用于对电子机械电话交流的操控，其时被称为“存储式程序操控体系”(Stored Program Control)。
嵌入式核算机的真实开展是在微处理器面世之后。1971年11月，Intel公司成功地把算术运算器和操控器电路集成在一起，推出了第一款微处理器Intel 4004，这今后各厂家连续推出了许多8位、16位的微处理器，包含Intel 8080/8085、8086，Motorola 的6800、68000，以及Zilog的Z80、Z8000等。以这些微处理器作为中心所构成的体系广泛地运用于仪器外表、医疗设备、机器人、家用电器等范畴。微处理器的广泛运用构成了一个宽广的嵌入式运用商场，核算机厂家开端许多地以插件办法向用户供给OEM产品，再由用户依据自己的需求挑选一套合适的CPU板、存储器板以及各式I/O插件板，然后构成专用的嵌入式核算机体系，并将其嵌入到自己的体系设备中。
为灵敏兼容考虑，呈现了系列化、模块化的单板机。盛行的单板核算机有Intel公司的iSBC系列、Zilog公司的MCB等。后来人们可以不用从挑选芯片开端来规划一台专用的嵌入式核算机，而是只需挑选各功用模块，就可以组成一台专用核算机体系。用户和开发者都期望从不同的厂家选购最合适的OEM产品，刺进外购或克己的机箱中就能构成新的体系，因而期望插件彼此兼容，然后导致了工业操控微机体系总线的诞生。1976年Intel公司推出Multibus，1983年扩展为带宽达40MB/s的MultibusⅡ。1978年由Prolog规划的简略STD总线广泛运用于小型嵌入式体系。
20世纪80年代可以说是各种总线层出不穷、群雄并起的年代。跟着微电子工艺水平的进步，集成电路制作商开端把嵌入式运用中所需求的微处理器、I/O接口、A/D、D/A转化、串行接口以及RAM、ROM等部件悉数集成到一个VLSI中，然后制作出面向I/O规划的微操控器，即俗称的单片机，成为嵌入式核算机体系异军突起的一支新秀。这今后开展的DSP产品则进一步提升了嵌入式核算机体系的技能水平，并敏捷进入到消费电子、医疗仪器、智能操控、通讯电子、仪器外表、交通运输等各个范畴。
20世纪90年代，在散布操控、柔性制作、数字化通讯和信息家电等巨大需求的牵引下，嵌入式体系进一步加快开展。面向实时信号处理算法的DSP产品向着高速、高精度、低功耗开展。TI推出的第三代DSP芯片TMS320C30，引导着微操控器向32位高速智能化开展。在运用方面，开展也较为敏捷。特别是掌上电脑，1997年在美国商场上掌上电脑不过四五个品牌，而1998年末，林林总总的掌上电脑如漫山遍野般纷繁呈现出来。此外，Nokia推出了智能电话，西门子推出了机顶盒，Wyse推出了智能终端，NS推出了WebPAD。21世纪无疑是一个网络的年代，将嵌入式体系运用到各类网络中也必定是嵌入式体系开展的重要方向。嵌入式体系在各个范畴运用的开展潜力巨大，其在医疗仪器范畴的运用也越来越广泛。
嵌入式体系
嵌入式体系的界说及分类
嵌入式体系是以运用为中心，以核算机技能为根底，并且软硬件可裁剪，适用于运用体系对功用、牢靠性、本钱、体积、功耗有严格要求的专用核算机体系。它一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作体系以及用户运用程序等部分组成(见图1)，用于完结对其他设备的操控、监督或办理等功用。
嵌入式体系一般指非PC体系，它包含硬件和软件两部分。硬件包含处理器/微处理器、存储器及外设器材和I/O端口、图形操控器等。软件部分包含操作体系软件(OS)和运用程序编程。有时规划人员把这两种软件组合在一起。运用程序操控着体系的运作和行为;而操作体系操控着运用程序编程与硬件的交互效果。
嵌入式体系一般可按图2分类。嵌入式产品现已在航空航天、交通、电子、医疗仪器、通讯、工控、金融、家电等职业得到广泛运用。
嵌入式体系的特色
嵌入式体系的中心是嵌入式微处理器。嵌入式微处理器一般具有以下特色：
(1)对实时多使命有很强的支撑才干，能完结多使命并且有较短的中止呼应时刻，然后使内部的代码和实时内核的履行时刻削减到最低极限;
(2)具有功用很强的存储区维护功用。这是因为嵌入式体系的软件结构已模块化，而为了防止在软件模块之间呈现过错的穿插效果，需求规划强壮的存储区维护功用，一起也有利于软件确诊;
(3)可扩展的处理器结构，以便最敏捷地开宣布满意运用的最高功用的嵌入式微处理器;
(4)嵌入式微处理器有必要功耗很低，尤其是用于便携式的无线及移动的核算和通讯设备中靠电池供电的嵌入式体系更是如此，如需求功耗只要mW乃至μW级。
嵌入式体系同通用型核算机体系比较具有六大重要特征：
(1)专用性强：嵌入式体系一般是面向特定运用的嵌入式CPU，与通用型的最大不同便是嵌入式CPU大多作业在为特定用户群规划的体系中，它一般都具有功耗低、体积小、集成度高级特色，可以把通用CPU中许多由板卡完结的使命集成在芯片内部，然后有利于嵌入式体系规划趋于小型化，移动才干大大增强，与网络的耦合也越来越严密;
(2)常识集成度高：嵌入式体系是将先进的核算机技能、半导体技能和电子技能与各个职业的详细运用相结合后的产品。这一点就决议了它必定是一个技能密布、资金密布、高度涣散、不断立异的常识集成体系;
(3)体系内核小：嵌入式体系的硬件和软件都有必要高效率地规划，因地制宜、去除冗余，力求在相同的硅片面积上完结更高的功用，这样才干在详细运用中对处理器的挑选更具有竞争力;
(4)体系精简：嵌入式体系和详细运用有机地结合在一起，一般没有体系软件和运用软件的显着区别。它的升级换代也是和详细产品同步进行，因而嵌入式体系产品一旦进入商场，便具有较长的生命周期;
(5)高实时性和牢靠性：为了进步履行速度和体系牢靠性，嵌入式体系中的软件一般都固化在存储器芯片或单片机本身中，而不是存储于磁盘等载体中;
(6)体系开发需求专门的开发工具和环境：嵌入式体系本身不具有自主开发才干，规划完结今后用户一般不能直接对其间的程序功用进行修正，因而有必要有一套开发工具和环境才干进行开发。
嵌入式体系在医疗仪器中的运用
医疗仪器设备的最新开展趋势
进入2008年，越来越多的利好音讯呈现在医疗仪器设备范畴。近期，德国、澳大利亚都别离清晰表明要在儿童医疗和全民医疗范畴加大投入。而我国和墨西哥这样的开展中人口大国也将在2008年持续其备受世人注目的医疗变革。这些政府等级的投入将添加全社会对医疗仪器设备的需求。跟着生活水平的不断进步，人们关于本身健康的重视也提升到一个史无前例的高度。今日，越来越多的高科技手法开端运用到医疗仪器的规划中。心电图、脑电图等生理参数检测设备，各类型的监护仪器、超声波、X射线成影设备、核磁共振仪器以及林林总总的物理治疗仪都开端在各地医院广泛运用。长途医疗、HIS、患者呼叫中心、数字化医院等先进理念的呈现和运用，使医院的办理比以往任何时候都愈加完善和高效，一起患者享受到愈加便利便利和人性化的服务。
在技能范畴，医疗仪器设备则开端呈现向便携性和网络化开展的趋势。可以随身带着的血压计、血糖仪，可以在家庭或小型社康医院中运用的呼吸机、心电监护仪必定会有越来越大的商场需求。而网络化的进一步遍及也正在进入医疗仪器设备范畴，经过有线或无线技能，医师可以长途拜访患者的材料;数字化网络化的医疗检测设备使患者不用再带着许多的检测材料奔走在医院的各个科室乃至是远隔千里的不同医院之间，然后节省了就医者的时刻和重复检测的费用;而网络化的医疗仪器设备和体系也使长途医疗变为实际，身在某些不发达地区的重症患者有或许经过长途医疗取得高水平医师的救治而重获重生。在我国，因为医疗资源尤其是高端优质医疗资源的缺少和地区间散布不均衡引起了广被诟病的“看病难”问题。医疗仪器设备网络化所带来的这些好处对处理该问题也有着十分实际的含义。
嵌入式体系在医疗仪器设备中的运用
因为医疗仪器设备固有的本身特色和以上说到的最新开展趋势的要求，用于医疗仪器设备的技能和体系也应该与这些特色和要求相适应。嵌入式体系运用于医疗仪器设备，契合开展趋势带来的要求和改变。
医疗仪器范畴许多医疗仪器的运用，如心脏起搏器、放射设备及剖析监护设备，都需求嵌入式体系的支撑。各种化验设备，如肌动电流描记器、离散光度化学剖析、分光光度计等，都需求运用高功用的、专用化的DSP体系来进步其精度和速度。引进嵌入式体系后，现有的各种监护仪的功用与功用都将得到大幅度的进步。
一般来说，医疗体系都十分巨大，但咱们看到的一个趋势是便携式、低本钱产品逐渐盛行。便携医疗产品可分为两种：一种是手持产品，如用于患者监控的产品，像丈量脉息、血压等的产品，医师可以随身带着;另一种则不必定可以随身带着，但它们是低本钱、简略的设备，一般用于设备较简略的医院。针对便携化的趋势，要求医疗电子设备有必要具有体积小、功耗低、价格低和易于运用的特色。
在医疗仪器的规划方面，有三个规划战略十分重要：一是选用模块化规划办法，选用这种办法可以在根本的渠道上规划出不同类型的产品;二是背板规划办法，每个大体系一般都会有背板，上面可以插许多不同的板，它可以使体系的速度很快;三是便携产品。因为嵌入式体系具有的特色，上述医疗仪器规划战略都可以选用嵌入式体系完结。
在医疗仪器运用中，嵌入式体系的遍及率十分高。在规划进程中，依据需求对嵌入式体系从头编程，可防止前端流片(NRE)本钱，削减和ASIC相关的订量，下降芯片屡次试制的巨大危险。此外，跟着规范的开展或许当需求呈现改变时，还可以在现场更新。并且，规划人员可以重复运用公共硬件渠道，在一个根本规划根底上，树立不同的体系，支撑各种功用，然后大大下降了生本钱钱。使产品具有较长的生命周期，可以维护医疗仪器不会太快过期，医疗职业的产品生命周期比较长，因而这一特性十分重要。现代数字医疗仪器设备不光包含治疗设备，并且还有数据存储服务器和接口软件。嵌入式体系可为医疗仪器设备规划、出产和运用供给先进的技能支撑。
嵌入式体系在医疗仪器范畴的运用远景
跟着信息技能的开展，数字化产品空前昌盛。嵌入式软件现已成为数字化产品规划立异和软件增值的关键因素，是未来商场竞争力的重要表现。从医疗仪器范畴来看，除了新的传感检测技能不断运用推广之外，对所收集信息的剖析、存储和显现也提出了更高的方针。这就要求现代的医疗仪器具有更强壮的核算和存储才干以及更安稳牢靠的功用。别的，医疗仪器作为一个特别的职业，又要求设备可以到达更高等级的环保要求。怎么进一步地智能化、专业化、小型化，一起做到低功耗、零污染，将会是一个无止境的寻求进程，这为嵌入式体系在医疗仪器中的运用供给了更宽广的六合和更高的要求。
我国现在有19.2万家医疗卫生组织，具有的医疗仪器设备中有15%是上世纪70年代前后的产品，需求更新换代，这将会推进未来几年乃至更长一段时刻我国医疗仪器设备需求增加。2007是医疗体制变革发动之年，政府加大了公共卫生根底设施的投入，给医疗仪器带来较大的开展空间。依据“十一五”规划，2007年“新农村合作医疗”试点掩盖面将逐渐扩展，2008年在全国根本推广，2010年完结根本掩盖农村居民的方针，这关于我国医疗仪器将是严重利好。一起，我国医疗仪器产品结构的调整，对嵌入式体系运用于医疗仪器也供给了一个很好的开展机会，一起也对嵌入式体系的开发者提出了新的应战，开宣布的产品除了应具有共同的立异功用外,开发者还应遵从必定的准则。只要这样，才干使嵌入式体系在医疗仪器中的运用事半功倍。
