嵌入式系统（Embedded Systems）是以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。一般说来，嵌入式系统是指用于实时控制、监视、管理或辅助其他设备/设施运行的设备，可以是专用或多用途（但一般具有可编程的特性）的设备，可以是硬件或软件。

嵌入式系统的“嵌入”特性意味着这些系统本身与其所控制和管理的系统是融为一体的，是其中的一个有机组成部分，是各种控制系统的基本构造单元。硬件形式的嵌入系统多为专用的或可编程控制的芯片，这是目前最主要的嵌入式系统；软件形式的嵌入式系统则主要是各种专门用途的控制软件系统，包括项目管理工具、分析工具、开发工具和第三方提供的工具。

嵌入式系统由硬件和软件两部分组成。其中，硬件部分包括处理器/微处理器、存储器及外设器件和I/O端口、图形控制器等。与一般的计算机处理系统不同，嵌入式系统不具备像硬盘那样大容量的存储介质，而大多使用EPROM、EEPROM或闪存(Flash Memory)作为存储介质。软件部分包括操作系统软件(要求实时和多任务操作)和应用程序编程。应用程序控制着系统的运作和行为；而操作系统控制着应用程序编程与硬件的交互作用。

1．嵌入式处理器

嵌入式系统的核心部件是各种类型的嵌入式处理器，目前据不完全统计，全世界嵌入式处理器的品种总量已经超过1000多种，流行体系结构有30几个系列，其中8051体系的占有多半，8051单片机厂家20多个，共350多种衍生产品。根据其现状，嵌入式处理器包括以下几类：

（1）嵌入式微处理器(Embedded Microprocessor Unit, 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。

和工业控制计算机相比，嵌入式微处理器具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高的优点，但是在电路板上必须包括ROM、RAM、总线接口、各种外设等器件，从而降低了系统的可靠性，技术保密性也较差。嵌入式微处理器及其存储器、总线、外设等安装在一块电路板上，称为单板计算机。如STD-BUS、PC104等。嵌入式处理器目前主要有Am186/88、386EX、SC-400、Power PC、68000、MIPS、ARM系列等。

（2）嵌入式微控制器(Microcontroller Unit, MCU)

嵌入式微控制器又称单片机，是将整个计算机系统集成到一块芯片中。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ROM/EPROM、RAM、总线、总线逻辑、定时/计数器、WatchDog、I/O、串行口、脉宽调制输出、A/D、D/A、Flash RAM、EEPROM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。微控制器是目前嵌入式系统工业的主流。微控制器的片上外设资源一般比较丰富，适合于控制，因此称微控制器。

嵌入式微控制器目前的品种和数量最多，比较有代表性的通用系列包括8051、P51XA、MCS-251、MCS-96/196/296、C166/167、MC68HC05/11/12/16、68300等。另外还有许多半通用系列如：支持USB接口的MCU 8XC930/931、C540、C541；支持I2C、CAN-Bus、LCD及众多专用MCU和兼容系列。目前，MCU占嵌入式系统约70％的市场份额。
 
（3）嵌入式DSP处理器(Embedded Digital Signal Processor, 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。嵌入式DSP处理器有两个发展来源，一是DSP处理器经过单片化、EMC改造、增加片上外设成为嵌入式DSP处理器，TI的TMS320C2000/C5000等属于此范畴；二是在通用单片机或SOC中增加DSP协处理器，例如Intel的MCS-296和Infineon(Siemens)的TriCore。

推动嵌入式DSP处理器发展的另一个因素是嵌入式系统的智能化，例如各种带有智能逻辑的消费类产品，生物信息识别终端，带有加解密算法的键盘，ADSL接入、实时语音压解系统，虚拟现实显示等。这类智能化算法一般都是运算量较大，特别是向量运算、指针线性寻址等较多，而这些正是DSP处理器的长处所在。

（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。

SOC可以分为通用和专用两类。通用系列包括Infineon(Siemens)的TriCore，Motorola的M-Core，某些ARM系列器件，Echelon和Motorola联合研制的Neuron芯片等。专用SOC一般专用于某个或某类系统中，不为一般用户所知。一个有代表性的产品是Philips的Smart XA，它将XA单片机内核和支持超过2048位复杂RSA算法的CCU单元制作在一块硅片上，形成一个可加载JAVA或C语言的专用的SOC，可用于公众网如Internet安全方面。

2．嵌入式操作系统

凡接触过电脑的绝大多数人比较熟悉从DOS到Windows XP的Microsoft桌面操作系统系列，专业用户也非常了解Windows NT、Unix和Linux等服务器操作系统，而嵌入式操作系统似乎在人们的言谈之间被冷淡了许多。实际上，人们身边无处不在的、分布更加广泛的嵌入式系统也越来越需要操作系统的驻足，而且随着这些嵌入式系统的发展，对其操作系统也提出了新的要求。

多年以来，嵌入式系统一直被广泛应用于各种设备当中，大到车、船和卫星，小到家用电器。大部分的嵌入式系统并不需要操作系统。首先是因为没有必要，例如洗衣机和微波炉等等，它们的功能有限，这样的系统只需要一道控制程序管好几个按键、指示灯和数码管就可以了。其次是因为条件不允许。它们采用4位或8位的微处理器，有的内存少得不到1KB，根本没有操作系统生存的空间。即使要完成一些比较复杂的任务，也只能依靠程序员的技巧去精雕细琢，以弥补硬件条件的不足。
 
随着硬件的发展，嵌入式系统的应用领域日益扩大，提供的应用功能也越来越复杂，当初的控制程序被随之逐步加入了许多功能，而这些功能有很多是可以由操作系统来提供的。这很自然地会让人联想到应该为嵌入式系统做一个嵌入式操作系统。由此可见，嵌入式操作系统是由于工程实践的需要而诞生的。而嵌入式操作系统所使用的技术，基本上是从台式计算机操作系统下推而来的。由于应用的需要和硬件条件的限制，嵌入式操作系统一般都注重占用空间小和效率高等特点。

3．控制程序

尽管嵌入式操作系统有功能丰富和稳定性好等优点，但大部分的嵌入式系统仍然继续采用控制程序而没有采用操作系统。之所以产生这种现象，除了功能需求和硬件方面的限制因素以外，还主要有如下两条原因。

首先，有不少嵌入式系统的控制程序是逐步发展起来的，每一步改动都比较小。这种在原有系统上打补丁的代价，要小于改用操作系统所需付出的代价，从而使工程人员很难下决心换用嵌入式操作系统。另外，即使是一个从头开始的项目，也会由于用户已经熟悉了老的手段和工具，再加上经常还受到时间和经费的限制等原因，要换一个全新的嵌入式操作系统确实是一件需要慎重考虑的事情。

其次，虽然控制程序在开发成本和可靠性等方面都有缺点，但它最大的好处之一就是没有那些商业化嵌入式操作系统中许多用不着的功能。虽然到目前为止，几乎每一个嵌入式操作系统都号称可以根据应用的需要进行剪裁，可是大多都是静态剪裁，也就是用不同的模块编译链接成不同的系统。这种剪裁使嵌入式操作系统的稳定性大打折扣，因为每一种裁剪的结果都可以看成是一个全新的系统，它的可靠性还需要实践的检验。

以信息家电为代表的嵌入式产品不仅为嵌入式市场注入了新的活力，也对嵌入式系统技术提出了新的挑战。未来，嵌入式系统将不断与Internet、ASP、WAP以及纳米技术相结合，以满足小型电子设备小尺寸、微功耗和低成本的发展趋势。

嵌入式系统的发展很大程度上取决于MCU技术，目前MCU大多集成了ADC、DAC和其它一些模拟单元，如何将这些模拟单元和MCU融为一体，构成一个SOC，将成为嵌入式工程师的开发重点。