我與單片機和嵌入式係統的20年
http://www.kadhoai.com.cn 2026-04-08 17:56:58 來源:《單片機與嵌入式係統應用》雜誌
中國單片機走過的 20 年,正是我從一個畢業不久的學生成長和進步的過程。回憶往事,許多的感受和經曆都一一浮現出來。業內專家學者對單片機 20 年的發展曆程有不同劃分,有認為 80 年代是普及推廣的階段, 90 年代是廣泛應用的階段, 21 世紀是嵌入式係統發展階段,還有認為 1985 - 2000 是單片機時代, 2000 以後是嵌入式係統時代,這些都是仁者見仁,智者見智都是準確和精辟的,過去的 20 年我們的確是走過了從單片機到嵌入式係統這個漫長和多姿多彩道路。對我而言,過去的 20 年更是伴隨我走過學習-成長-創業-發展道路。
Intel 領我步入單片機和嵌入式係統大門
2007 年是 Intel 嵌入式行業創新曆程的 30 周年, 1971Intel 發表 4040 -全世界第一微處理器,它雖然隻有 2300 個晶體管,但是稱的上是第一個可以商用的片上計算機。今天 Intel 已經是全世界最大的半導體公司,依靠 X86 芯片主宰者 PC 和服務器市場,我想許多人都不會忘記 Intel 的 8051 和 8086, 前者是 8 位單片機的重要核心芯片,後者是我們 PC 的基礎,也是它們把我帶入了單片機和嵌入式的世界。我是 84 年大學畢業參加工作分配到一家研究所工作,研究所的專業是計算機測量和控製,開始的時候還主要是基於小型機 PDP11 計算機, 86 年以後在我們所長-信息和計算機專家莊梓新的大力推動下,一個和 Intel 合作的引進微型計算機和單片機項目改變了我們現狀,全新的基於 8086 的微型計算機係統和 8051 單片機開發係統讓我們這些年輕人開了眼界,改變了我們對計算機認識;神秘和一點畏懼變成喜愛,我們可以自由的打開一台微機,對單片和單板的編程,燒入到 EPROM 裏麵,看到程序執行的結果,真是非常的興奮。 87 年我參加了在 Intel 香港公司的培訓更讓我全麵的了解了單片機和嵌入式微處理器的開發過程。課程安排的是非常實際和緊湊,體現了 Intel 一貫務實的作風。第一周是關於處理器結構,指令集,中斷,內存和 I/O 訪問,彙編和 8255 、 8251 等接口,試驗是安排使用 8086 和 8051 的開發係統彙編和 PL/M 語言編程( PL/M 是一個類似 C 的高級語音)。第二周是講授 intel 單片機和微型機的實時多任務操作係統 -iRMX ,它有支持 8086 , 286 ,和後來的 386 幾個版本, iRMX 雖然有支持 8051 的版本,但是因為當時 8051 資源的限製,實際使用的不多,用戶還是以 mcs51 宏彙編和 PL/M 51 作為開發語言, ICE51 在線仿真器作為 IDE 環境。需要強調的是,那個時候因為沒有片上仿真技術, ICE51 雖然功能是完善的,但是價格昂貴使得 8051 的開發變得相對困難的多了,許多的早期用戶不得不‘摸黑’設計單片機係統(就是直接把程序代碼燒入到 EPROM 執行)通過看 LED 和示波器確定程序的執行結果。相對起來因為有了 iRMX 和 86/310 係統( Intel 的基於 8086 單板的係統), 8086 開發就變得容易的多, iRMX 是一個可以稱為 unix 的實時化的完整操作係統,你在 86/310 係統上開發好的代碼可以從硬盤上直接啟動,通過使用 printf ()在 CRT 看到代碼執行的結果,最後你需要代碼在 8086 單板上執行,你可以借助 ICE86 仿真器或者 EPROM 燒入。 iRMX 不能稱為是一個嵌入式操作係統,這和 intel 當時的策略有很大的關係,因為 intel shixiwangyonghugengduogoumaitadexitongjihedanban,erbushixinpian。qishizaijishushangbaokuobizhezaineideyixiejishurenyuan,yijingshixianlezaiyidingdeyingjianpeizhitiaojianxiaba iRMX 移植到任何 8086 單板上,這是後話了。說真的,以今天 Intel 和 20 年前比較,那時 Intel 更像一個朝氣蓬勃的青年,才華橫溢,創造了許多好的產品和技術,比如 Multibus 和 bitbus 這兩個總線的技術和標準,一個是為單板機互連係統內部總線標準,主要是應用在以 X86 單板計算機係統裏。後者是一個分布式的工業總線標準, Intel 還設計了基於 51 的通訊控製器 8044 ( SIU ) , 它可以支持 bitbus 協議傳輸。應該說當年 Intel 項目對中國工業自動化,嵌入式係統和單片機發展的貢獻是巨大的。正是因為對 Intel 的敬仰和對培養自己多年的研究所工作多年的領導和同事的感情,研究生畢業後後還是先選擇了一直和我們研究所合作的 Intel 計算機北京公司的工作。
zhecixianggangpeixunbujinrangwoxuedaoquantaodedanpianjiheweijikaifaxitongkaifadezhishi,shijicaozuojingyan。hairangwojieshiletongqucanjiaxuexidebeihangjisuanjixikaifaxitongshiyanshizhurentianzijunjiaoshou,hetianjiaoshouxiangshi,cushiwozaijinianhoujuedingzhongxinhuidaoxuexiaokaishilejisuanjizhuanyeyanjiushengdexinshenghuo。
VRTX 讓我真正了解了嵌入式操作係統
學習的生活總是感覺時間很快, 90 nianzaicizouchuxuexiaodamenhou,wocaifaxianwaimianshehuizhengzaifashengfantianfudidebianhua,nashigaigedelangchaozhengxiongyongpengpai,zhishifenzifenfuzouchudamenhengxianghezuo,xiahaichuangye,haoshirenao。danpianjiheweichuliqiyeyoudangchude Intel 8051 和 8086 一枝獨秀,變成 Z80, 菲利普 XA , 6800/68000 還有 TI 和 ADI 的 DSP 百花齊放。除了大名鼎鼎的台灣地區 MICETEK 的單片機開發係統外,國內的單片機和微處理器開發係統也小有規模,當時小有名氣的是北工大 TP801 ,啟東電子廠 8051 和北京三環公司的 8086 仿真器。嵌入式軟件方麵的發展相對慢些,主要還是彙編語言和逐漸為大家接受的 C 語言,那個時候大家多數是在用 franklin C51, 後來逐漸被 keil51 替代,當然今天又開始轉到 IAR EW51 。
一次很偶然的機會,我參加一個技術研討會認識 VRTX 嵌入式操作係統和 Ready System 公司的創始人 Jim Ready 先生和他的銷售付總裁 Andre Kobel- 一個和藹,穩健和執著的瑞士人,這件事情改變我以後的生活。今天的一些資深的工程師可能會認識的嵌入式操作係統有 Vxwork, ,少數人可能聽說過有個 psos, VRTX 大家都不了解。其實 VRTX 幾乎是比它們更早一代的嵌入式操作係統(也稱為 RTOS ),第一商業版本的 VRTX1.0 早在 1981 就發表了,在整個 80 年 VRTX 在全世界戰領了多數的市場,有超過一百萬用戶產品,包括 AT&T , Motorola,Siemens 的通訊和手機產品,波音,麥道和空客的飛機控製裝置。 VRTX 是一個真正意義的嵌入式操作係統,也是一個實時操作係統, 91 年的 VRTX 它就可以支持 68K,X86,960,sparc 等 16 、 32 位的單片機和嵌入式微處理器,精細的模塊化設計,完整的開發環境 VRTXvelocity 和 rtscope 源代碼調試器和高級語言的編譯,還有麵向對象的設計工具 VRTXdesigner 。我被這個產品吸引了,當時我想這樣的軟件應該是未來中國單片機和嵌入式軟件開發的方向吧。
幾年以後,追隨時代的浪潮我也下海了,在摸索了一段時間之後很快我把麥克泰公司的方向放在嵌入式軟件上,那麼自然而然 VRTX 就是我最好的選擇。那個時候 Ready system 已經和另外一個美國公司合並產品線更豐富了,覆蓋了嵌入式軟件從編譯-調試-仿真-操作係統一整套工具,那時我們支持最多的單片機是高檔的 80186 , 386EX 和 motorola 的 683XX ,但是必須承認當時的市場還是非常的小,最初的階段從工程師到領導多對 C yuyankaifagongjuhefangzhenqishirenkede,danshidaoleqianrushicaozuoxitong,dajiazhishitingshuoguowaiyongdedehenduo,yinweiqinyankandaodeshao,huaiyihedanxindeguandianzhanlezhuliu,nashidedanpianjiheweichuliqidechulinengli,wangluo,cunchuhewaishegongnengdouwufahejintianbijiao,suoyiqianrushicaozuoxitongyingyongzainageniandaidezhongguohaishifengmaolinjiao,zhidao 97 年nian開kai始shi通tong訊xun產chan業ye蓬peng勃bo發fa展zhan,通tong訊xun設she備bei製zhi造zao商shang由you於yu對dui處chu理li能neng力li和he網wang絡luo的de要yao求qiu而er大da量liang采cai用yong嵌qian入ru式shi操cao作zuo係xi統tong催cui生sheng了le國guo內nei嵌qian入ru式shi軟ruan件jian的de快kuai速su發fa展zhan。記ji得de我wo第di一yi次ci訪fang問wen華hua為wei公gong司si觀guan看kan演yan示shi和he講jiang解jie的de一yi個ge項xiang目mu主zhu管guan現xian在zai已yi經jing公gong司si中zhong研yan的de老lao總zong了le,可ke見jian那na時shi通tong訊xun廠chang商shang對dui嵌qian入ru式shi操cao作zuo係xi統tong的de重zhong視shi。可ke以yi讓rang人ren值zhi得de記ji憶yi的de典dian型xing的de國guo內nei的de VRTX 應用是 GSM 基站, ISDN 終端, SDH 光傳輸和數字程控交換機設備,飛行控製裝置,計量和測試設備等等有近百種之多。
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VRTX 的市場推廣過程是艱辛和漫長的教育過程,那時多數用戶是第一次使用 RTOS ,renhedegainianhejingyandoumeiyou,womenzhihaozouhexuexiaohezuodeluxian,zheyerangworenshibaokuoqinghuadaxueshaobeibeilaoshihezuichuwomendehezuohuoban,chengdoudianzikejidaxuedexiongguangzejiaoshouheluoleilaoshi,xionglaoshidexiaozushiguoneizuizaoyanjiuqianrushicaozuoxitong,tamenbangzhuwomenwanchengle VRTX 培訓教材和十餘個試驗,組織了 VRTX 培訓班,安排專人研究一些技術難題,這些對於今天來看可能是很容易的事情,但是 10 年前,電子科大和麥克泰所作的一切都是開創性,參加我們學習班的某些學員今天已經成為大型企業主要領導了。借助了電子科大的 Intel 實驗室 , 我們拿到了一定數量的 386EX 評估板,我通過遊說 VRTX 美國總部,讓信產部電科院和電子科大成立嵌入式試驗室得到了 VRTX 的教育授權。今天滿眼看到書店的 ARM/Linux 教材,可惜的是,我們那本 VRTX 培訓教材沒有組織出版,隻有手裏 1 本留作紀念了。特別值得一體的是 386EX 這顆芯片,雖然它不是傳統意義的單片機,但是它推動 32 位 CPU 在嵌入式係統的應用。這顆芯片更像一個通用 ARM7 SoC ,非常容易構造一個小的單片係統,隻是 DRAM 的接口電路略微複雜了一點。 Intel 在 386EX 之後沒有新發展,將市場讓給了後來者 motorola, TI, 菲利普和再後麵的 ARM 。雖然 Intel 後來借助 xscale 再次進軍嵌入式係統而且取得了更輝煌的成就,但是去年 Intel 還是放棄了 xscale 無線和手持部分業務,再次回歸 X86 體係。和清華大學邵老師的合作起源於國內單片機新的發展,邵老師的試驗室是 motorola 單片機實驗室,那時 68XX(8 位 ),683XX(16 位 ) 和 68XXX(32 位 ) 早在北美和歐洲占領了大半市場,中國因為 Intel 先入市場還在起步期,得益清華的名氣,合作很順利得到 VRTX 美國方麵的支持,最新的 VRTX 開發係統 -Spetra 和 683XX/86XXX 開發軟件 XRAY 很快就在清華的試驗室運行起來了,當然這也引來不少國內希望使用 motorola 單片機的用戶的關注。這是一個很好的示範項目。和邵老師的認識也讓我以後結緣 jean labroose 先生,在加拿大蒙特利爾見麵後很快建立了他的 uc/os-II 和麥克泰的業務往來。
ARM 和開源軟件催生單片機和嵌入式係統標準化
自 91 年第一次參加 VRTX 研討會到公司銷售和服務這個產品結束的整個過程大約是 10 年,這 10 年也正好是中國單片機和嵌入式係統大發展的時代。在 2000 nianzhihou,shichang,jishuherenmendesiweiguanniandouzaifashengzhejudadebianhua。wojidezuichudeyoubeihangheliminjiaoshouzhaojidedanpianjilianyihuishizaibeihangchubanshedeyigexiaohuiyishikaideshijigerendexiaohui,dajiajiudanpianjilingyugezilejiedeqingkuanghetihuigoutonghejiaoliu,houlaicanjiaderenzhujianduole,helaoshikaishilielexietimurangdajiazhunbeifayanhetaolun,dao 2 - 3 年nian後hou因yin為wei參can加jia人ren太tai多duo了le,會hui議yi不bu多duo不bu以yi講jiang座zuo的de形xing式shi召zhao開kai了le。單dan片pian機ji聯lian誼yi會hui的de經jing曆li過guo程cheng也ye是shi國guo內nei單dan片pian機ji向xiang嵌qian入ru式shi係xi統tong演yan變bian的de過guo程cheng,人ren們men思si想xiang和he觀guan念nian的de變bian化hua催cui生sheng了le單dan片pian機ji向xiang更geng廣guang泛fan的de領ling域yu發fa展zhan,也ye影ying響xiang和he帶dai動dong了le更geng多duo的de人ren參can與yu和he關guan心xin。今jin天tian的de嵌qian入ru式shi軟ruan件jian已yi經jing是shi軟ruan件jian行xing業ye的de重zhong要yao部bu分fen,今jin天tian的de單dan片pian機ji和he嵌qian入ru式shi係xi統tong已yi經jing是shi計ji算suan機ji,電dian子zi技ji術shu,通tong訊xun技ji術shu等deng眾zhong多duo行xing業ye的de集ji合he體ti。
ARM hekaiyuanqianrushiruanjiandeweidanpianjiheqianrushixitongdefazhanqidaolezhongyaozuoyong。zaitamenzhiqian,bushimeiyouhaodedanpianji,bushimeiyouhaodeqianrushiruanjianhecaozuoxitong,danshimeiyouyigepingtaikeyibadanpianjishijiede‘八國聯軍’統一到一個體係結構裏麵,美國 8051 和 68XX , TI DSP , MSP430, 歐洲的 XA,AVR ,日本瑞薩和 NEC 的體係結構和開發工具多是各自為政,操作係統有 vrtx,vxwork,psos,nucleus, OSE , cmx 少擇要幾千美元,多則數萬美元。這樣的局麵直到 ARM 和開源嵌入式軟件出現後才有根本的改變。今天雖然上麵的單片機還活躍在我們生活中,但是更多的廠家在加快推出基於 ARM 核的單片機,包括了老牌的 Ateml ,NXP( 以前的菲利普 ) , ST, 飛思卡爾(以前的 motorola ), TI ,三星和 Intel 的 Xscale (今天的 matvel ),還有許許多多基於 ARM 的 SoC 芯片和基於 ARM 的 FPGA ,這些 SOC 往往是一些專用的單片機。除了 Intel 外上麵的廠家都保持和 ARM 緊密的合作和路線圖,即 ARM7-ARM9-Cortex-ARM11, 這樣的格局對於單片機的用戶是有益的,用戶將把他們的專注放在產品層麵創新。
Linux 是芬蘭的學生 Linus Torvalds 1991 年寫的一個操作係統,之後全世界數以萬計的人們為之貢獻自己的才能和知識, Linux 不僅在服務器上取得了巨大的成功,在桌麵係統逐漸成熟,更重要的是 Linux 被證明非常適合嵌入式係統。 Linux 是完全開放的,免費的,要求的隻是使用者的貢獻( GPL 的協議)。早期的 Linux 還主要是 X86 的移植代碼, ARM 體係越來越為開源社區更多的人士所接受, ARM 公司和其他眾多的 ARM 授權的芯片公司也積極資助開源社區和商業企業相關項目,這些使得 ARM Linux 更加成熟,有了 Linux/GNU 的支持的 ARM pingtai,yigexiangduiwanzhengdedanpianjikaifahuanjingjiuyoule,jiageshifeichangdedilian。zhegepingtaijiejuelechuantongdedanpianjikaifaxitongqueshaogaojiyuyanhecaozuoxitong,wangluohetuxingyingyongkaifahuanjingdewenti,badanpianjidekaifayinxiangleyigegaoqidian。baokuo ARM 中國,北航出版社,電子產品世界,單片機和嵌入式係統雜誌,博創公司,周立公公司,英培特和麥克泰 , 他們通過推廣 ARM 授權培訓,圖書,文章, ARM 教學板和入門級 ARM 開發係統為 ARM 單片機的普及鋪路搭橋。今天 ARM 單片機的書籍,開發板和 JTAG 仿真器可以和當年的 8051 開發係統相比擬和超越, ARM 和包括 Linux 在內的開源軟件把我們帶入了 32 位的單片機和嵌入式係統世界。也是因為 Linux 的緣故,讓我和 Jim ready 先生以及他新創立的 montavista 再次攜手,把商業的嵌入式實時 Linux 帶進中國,開始了麥克泰‘嵌入式 Linux 中國上路’的新的曆程。
Linux 是開源軟件的一個傑出典範,其他的開源和半開源軟件包括 ecos,uc/os-II (針對教育和非商業應用), QT(GPL 和商業授權 ) 和早期的 miniGUI , 他們對單片機和嵌入式係統的普及和推廣都也啟動了積極的作用。
展望未來
zhongguozouguoledanpianjicongwudaoyoudeshidai,womenyijingmaijinyigequanxindeqianrushixitongshijie。danpianjiheqianrushixitongshenshendezhirulewomenshenghuohegongzuodangzhong,zhanwangweilaiwomenjiangkandaodedanpianjishiyigexuanliduozihewucaibanlandeshijie,gongnengqiangda,pinzhongfanduo,danpianjijianghegezhongdianziqijian,wangluo,chuanganqijianjieherongrudaogezhongchanpinhezhuangzhilimian,danpianjiheqianrushixitongjianggengjiazhineng,jieneng,jingji,anquanhekekao。qianrushikaifaxitongheruanjianjianggengrongyishiyong,zujianhepingtaihua。zongzhiyidian,danpianjiheqianrushixitongjiangmaichushenmi,zhuanyezouxiangpujihedazhong,renmenyuelaiyuexiaita,yeyuelaiyuelibukaita。 (作者:何小慶)
經作者同意,轉載自《單片機與嵌入式係統應用》雜誌