經(jīng)過20多年的發(fā)展，單片機品種不斷增多，功能不斷增強，應用范圍不斷擴大，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位應用場合得到使用，大量的微機程序可直接引用。

　　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)向在實時操作系統(tǒng)（Real Time Operating System，簡稱RTOS）之上編程。

　　在硬件設計上，由使用分立元件和微機接口芯片轉(zhuǎn)向更加集成化的設計模式——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計生產(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)的設計方法。PLD芯片可以在系統(tǒng)編程ISP（In System Programming），硬件已經(jīng)軟化，隨時可以進行修改。

　　1999年全國大學生電子設計競賽和許多產(chǎn)品的硬件設計已采用這種設計模式。為進一步縮短開發(fā)時間、加強管理，平臺觀念已逐步引入到產(chǎn)品的設計開發(fā)過程中。從隨意性開發(fā)轉(zhuǎn)向平臺開發(fā)模式是嵌入式應用軟硬件設計開發(fā)的發(fā)展趨勢。

　　軟件開發(fā)

　　單片機生產(chǎn)廠家不斷增多，單片機品種層出不窮。單片機廣泛選擇是當今產(chǎn)品開發(fā)的一個重要環(huán)節(jié)。每個單片機系列的指令系統(tǒng)不同，與指令系統(tǒng)對應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上編制的程序，在另一種單片機上不能運行，單片機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、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語言編程是單片機軟件開發(fā)的必然趨勢。C語言是一種編譯型程序設計語言，它兼顧了多種高級語言的特點，并具備匯編語言的功能。 C語言有功能豐富的庫函數(shù)、運算速度快、編譯效率高、可移植性好，而且可以直接實現(xiàn)對系統(tǒng)硬件的控制。C語言是一種結構化程序設計語言，支持當前程序設計中廣泛采用的由頂向下結構化程序設計技術。

　　采用C語言也不必對單片機和硬件接口的結構有很深入的了解，編譯器可以自動完成變量存儲單元的分配，編程者專注于應用軟件部分的設計即可，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行單片機的程序移植工作，有利于產(chǎn)品中單片機的重新選型。

　　采用C語言，可針對單片機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)，供廣大的單片機愛好者使用、完善，這樣可大大提高國內(nèi)單片機軟件設計水平。C語言可讀性的特點，更容易使大家借鑒前人的開發(fā)經(jīng)驗，提高自己的軟件設計水平。

　　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，在時間要求比較嚴格的模塊中進行程序的優(yōu)化即可。在可移植性方面，單片機C語言都符合ANSI C標準，差別主要是有關片內(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現(xiàn)。

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

　　北京航空航天大學出版社出版的《單片機的C語言應用程序設計》（修訂版）教材是專為沒有C基礎的人編寫的，大量的實例可引導大家進入單片機C時代。嵌入式微處理器是以C、C++甚至JAVA語言進行編程的，并普遍采用RTOS。

　　在嵌入式應用中使用RTOS是由于嵌入式應用一般是計算機實時系統(tǒng)，有兩個重要特性：實時性和可靠性。實時性標準常用“系統(tǒng)響應時間”來衡量，即當一外部事件發(fā)生，系統(tǒng)能在多少時間內(nèi)響應事件。RTOS分強實時和弱實時兩種。強實時RTOS用于對時間要求比較嚴格的場合?？煽啃詷藴食Ｓ孟到y(tǒng)平均無故障運行時間，即平均的故障間隔時間MTBF來衡量。

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

　　RTOS是多任務的，每個用戶的應用程序可以設計成多個不同的任務，這些任務可以并發(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。任務間通信與同步機制為：郵箱、隊列、信號量、事件標志。劃分任務時，任務之間的通信要盡可能少，這樣可以簡化設計。

　　基于任務的設計可擴展、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，可以和應用程序一起固化到應用系統(tǒng)中。

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

　　免費公開內(nèi)核的RTLinux和 μCOS也是使用的熱點。清華大學出版社出版了《工業(yè)控制計算機實時操作系統(tǒng)》。國際上很有名的有關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，嵌入式應用軟件開發(fā)由匯編、C向 RTOS發(fā)展。

　　硬件設計

　　單片機，即一個芯片就是一個計算機，代表著計算機小型化的理想。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）設計已使片上系統(tǒng) SOC（System On a Chip）的設計與制造正在或已經(jīng)成為現(xiàn)實。

　　單片機和SOC是硬件設計高度集成化的產(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芯片的設計速度。其中最重要的是盡可能重復運用已有的設計成果，采用具有知識產(chǎn)權的功能單元塊，即IP核（Intelligence Property Core）。

　　因此，必須重視IP核的開發(fā)和重用。在設計方法上運用電子設計自動化（EDA）工具，使用 VHDL和 Verilog硬件描述語言HDL（Hardware Description Language）進行硬件的設計。VHDL支持行為級描述，并有IEEE 87和IEEE 93標準，設計效率明顯高于Verilog，更加受歡迎。從集成電路的觀點看，單片機是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)計劃。模數(shù)混合的集成電路還存在設計制造難度。