經(jīng)過20多年的發(fā)展，單片機(jī)品種不斷增多，功能不斷增強(qiáng)，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，開發(fā)時間（Time to Market）要求越來越短。為了節(jié)省時間，嵌入式微處理器在16位和32位應(yīng)用場合得到使用，大量的微機(jī)程序可直接引用。

　　在軟件開發(fā)上，由匯編語言編程、高級語言C語言編程，轉(zhuǎn)向在實(shí)時操作系統(tǒng)（Real Time Operating System，簡稱RTOS）之上編程。

　　在硬件設(shè)計(jì)上，由使用分立元件和微機(jī)接口芯片轉(zhuǎn)向更加集成化的設(shè)計(jì)模式——CPU+PLD+AD/DA。

　　CPU即 MCU或MPU， PLD即可編程邏輯器件。模數(shù)混合的集成電路很難設(shè)計(jì)生產(chǎn)，現(xiàn)階段AD/DA即模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器等模擬電路還采用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。PLD芯片可以在系統(tǒng)編程ISP（In System Programming），硬件已經(jīng)軟化，隨時可以進(jìn)行修改。

　　1999年全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽和許多產(chǎn)品的硬件設(shè)計(jì)已采用這種設(shè)計(jì)模式。為進(jìn)一步縮短開發(fā)時間、加強(qiáng)管理，平臺觀念已逐步引入到產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)過程中。從隨意性開發(fā)轉(zhuǎn)向平臺開發(fā)模式是嵌入式應(yīng)用軟硬件設(shè)計(jì)開發(fā)的發(fā)展趨勢。

　　軟件開發(fā)

　　單片機(jī)生產(chǎn)廠家不斷增多，單片機(jī)品種層出不窮。單片機(jī)廣泛選擇是當(dāng)今產(chǎn)品開發(fā)的一個重要環(huán)節(jié)。每個單片機(jī)系列的指令系統(tǒng)不同，與指令系統(tǒng)對應(yīng)的匯編助記符就不同。匯編語言的不兼容性使得在一種單片機(jī)上編制的程序，在另一種單片機(jī)上不能運(yùn)行，單片機(jī)重新選型后程序必須重新編制。匯編語言的難記、難讀及易搞混，每個匯編程序員深有同感。自己編制的程序過一段時間修改時，往往要重讀很大部分，經(jīng)過長時間回憶才能找到問題所在。修改別人留下的匯編源程序，若程序的注釋說明不詳細(xì)、程序的思路不清晰、子程序使用不夠多的話，還不如自己重新編制。

　　用C語言編程是單片機(jī)軟件開發(fā)的必然趨勢。C語言是一種編譯型程序設(shè)計(jì)語言，它兼顧了多種高級語言的特點(diǎn)，并具備匯編語言的功能。 C語言有功能豐富的庫函數(shù)、運(yùn)算速度快、編譯效率高、可移植性好，而且可以直接實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)硬件的控制。C語言是一種結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語言，支持當(dāng)前程序設(shè)計(jì)中廣泛采用的由頂向下結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)技術(shù)。

　　采用C語言也不必對單片機(jī)和硬件接口的結(jié)構(gòu)有很深入的了解，編譯器可以自動完成變量存儲單元的分配，編程者專注于應(yīng)用軟件部分的設(shè)計(jì)即可，這樣大大加快了軟件的開發(fā)速度。采用C語言可以很容易地進(jìn)行單片機(jī)的程序移植工作，有利于產(chǎn)品中單片機(jī)的重新選型。

　　采用C語言，可針對單片機(jī)常用的接口芯片編制通用的驅(qū)動函數(shù)，針對常用的功能模塊、算法等編制相應(yīng)的函數(shù)。這些函數(shù)經(jīng)過歸納整理可形成專家?guī)旌瘮?shù)，供廣大的單片機(jī)愛好者使用、完善，這樣可大大提高國內(nèi)單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)水平。C語言可讀性的特點(diǎn)，更容易使大家借鑒前人的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，提高自己的軟件設(shè)計(jì)水平。

　　對于C語言生成代碼的時空效率，一般來講，程序代碼長度增加20%，程序執(zhí)行速度約減慢20%。這在片內(nèi)程序存儲器不斷擴(kuò)大、晶振頻率不斷提高的今天，已不是主要考慮的問題。

　　況且，這是和優(yōu)秀的匯編程序員編制代碼的比較。當(dāng)然，非常注重代碼效率的場合可以是以C語言為主，匯編語言為輔。匯編語言掌握到只要可以讀懂程序，在時間要求比較嚴(yán)格的模塊中進(jìn)行程序的優(yōu)化即可。在可移植性方面，單片機(jī)C語言都符合ANSI C標(biāo)準(zhǔn)，差別主要是有關(guān)片內(nèi)資源的不同配置及使用，這可以通過采用不同的頭文件，經(jīng)過少量的加工就可以實(shí)現(xiàn)。

　　隨著國內(nèi)單片機(jī)開發(fā)工具研制水平的提高，現(xiàn)在的單片機(jī)仿真器普遍支持C語言程序調(diào)試，為單片機(jī)編程使用C語言提供了便利的條件。單片機(jī)的C語言相對微機(jī)的C語言要好學(xué)得多，它沒有微機(jī) C語言有關(guān)文件的使用，也不必掌握標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出設(shè)備有關(guān)的格式要求。

　　北京航空航天大學(xué)出版社出版的《單片機(jī)的C語言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)》（修訂版）教材是專為沒有C基礎(chǔ)的人編寫的，大量的實(shí)例可引導(dǎo)大家進(jìn)入單片機(jī)C時代。嵌入式微處理器是以C、C++甚至JAVA語言進(jìn)行編程的，并普遍采用RTOS。

　　在嵌入式應(yīng)用中使用RTOS是由于嵌入式應(yīng)用一般是計(jì)算機(jī)實(shí)時系統(tǒng)，有兩個重要特性：實(shí)時性和可靠性。實(shí)時性標(biāo)準(zhǔn)常用“系統(tǒng)響應(yīng)時間”來衡量，即當(dāng)一外部事件發(fā)生，系統(tǒng)能在多少時間內(nèi)響應(yīng)事件。RTOS分強(qiáng)實(shí)時和弱實(shí)時兩種。強(qiáng)實(shí)時RTOS用于對時間要求比較嚴(yán)格的場合。可靠性標(biāo)準(zhǔn)常用系統(tǒng)平均無故障運(yùn)行時間，即平均的故障間隔時間MTBF來衡量。

　　操作系統(tǒng)（OS）是一組計(jì)算機(jī)程序的集合，用來有效地控制和管理計(jì)算機(jī)的硬件和軟件資源，即合理地對資源進(jìn)行調(diào)度，并為用戶提供方便的應(yīng)用接口。它為應(yīng)用支持軟件提供運(yùn)行環(huán)境，即對程序開發(fā)者提供功能強(qiáng)、使用方便的開發(fā)環(huán)境。OS的前身就是監(jiān)控程序，類似于單片機(jī)仿真器的監(jiān)控程序。

　　RTOS是多任務(wù)的，每個用戶的應(yīng)用程序可以設(shè)計(jì)成多個不同的任務(wù)，這些任務(wù)可以并發(fā)執(zhí)行，提高系統(tǒng)的吞吐量，更有效地利用系統(tǒng)資源。常用的任務(wù)調(diào)度算法為：優(yōu)先級加輪詢、非搶占式優(yōu)先級調(diào)度、按優(yōu)先級搶占的調(diào)度算法。任務(wù)間通信與同步機(jī)制為：郵箱、隊(duì)列、信號量、事件標(biāo)志。劃分任務(wù)時，任務(wù)之間的通信要盡可能少，這樣可以簡化設(shè)計(jì)。

　　基于任務(wù)的設(shè)計(jì)可擴(kuò)展、可管理、可大大提高系統(tǒng)的可靠性。RTOS提供給用戶的是各種系統(tǒng)調(diào)用。中斷、時間基準(zhǔn)及定時的管理都由RTOS完成。采用RTOS編程可大幅度縮短程序的開發(fā)時間。RTOS一般都可裁剪、移植，適用于多種硬件環(huán)境，可以和應(yīng)用程序一起固化到應(yīng)用系統(tǒng)中。

　　隨著后PC時代的來臨，微軟維納斯計(jì)劃推出Windows CE，我國女媧計(jì)劃推出自主版權(quán)的Hopen實(shí)時多任務(wù)操作系統(tǒng)。 “3C”結(jié)合的信息家電問世，RTOS引起國內(nèi)業(yè)界的極大關(guān)注。國內(nèi)已引入pSOS、 VRTX、VxWorks、QNX、Nucleus等RTOS以及 CMX和RTXC小型適合單片機(jī)的帶源代碼的RTOS。

　　免費(fèi)公開內(nèi)核的RTLinux和 μCOS也是使用的熱點(diǎn)。清華大學(xué)出版社出版了《工業(yè)控制計(jì)算機(jī)實(shí)時操作系統(tǒng)》。國際上很有名的有關(guān)μCOS的專著《Micro C/OS-ii The Real Time Kernel》不久將在國內(nèi)翻譯出版。 RTOS會更加深入人心，嵌入式應(yīng)用軟件開發(fā)由匯編、C向 RTOS發(fā)展。

　　硬件設(shè)計(jì)

　　單片機(jī)，即一個芯片就是一個計(jì)算機(jī)，代表著計(jì)算機(jī)小型化的理想。隨著超大規(guī)模高速集成電路 VHSIC（Very High Speed Integrated Circuit）的發(fā)展，專用集成電路 ASIC（Application Special Integrated Circuit）設(shè)計(jì)已使片上系統(tǒng) SOC（System On a Chip）的設(shè)計(jì)與制造正在或已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)。

　　單片機(jī)和SOC是硬件設(shè)計(jì)高度集成化的產(chǎn)物。高度集成可以增加系統(tǒng)的可靠性、縮小體積并降低成本。集成電路產(chǎn)品的集成度，目前仍然保持每18個月增長一倍的發(fā)展速度（摩爾定律），而產(chǎn)品的生命周期卻日趨縮短，因此，迫切要求提高ASIC芯片的設(shè)計(jì)速度。其中最重要的是盡可能重復(fù)運(yùn)用已有的設(shè)計(jì)成果，采用具有知識產(chǎn)權(quán)的功能單元塊，即IP核（Intelligence Property Core）。

　　因此，必須重視IP核的開發(fā)和重用。在設(shè)計(jì)方法上運(yùn)用電子設(shè)計(jì)自動化（EDA）工具，使用 VHDL和 Verilog硬件描述語言HDL（Hardware Description Language）進(jìn)行硬件的設(shè)計(jì)。VHDL支持行為級描述，并有IEEE 87和IEEE 93標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)效率明顯高于Verilog，更加受歡迎。從集成電路的觀點(diǎn)看，單片機(jī)是IP核，常用接口芯片 8255、8250、8279等也有類似功能的IP核。8051單片機(jī)得到Philips、Atmel等眾多廠商的支持也得益于其IP核的互換和轉(zhuǎn)讓。內(nèi)含CPU的可編程邏輯器件已列入集成電路生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)計(jì)劃。模數(shù)混合的集成電路還存在設(shè)計(jì)制造難度。