嵌入式工业系统设计要求更低的功率、更高的性能和更低的成本，常常还要求原有总线和新兴标准通信协议之间相互兼容，因此，该领域的设计人员面临的挑战越来越大。

随着新特性和新功能的推出周期越来越短，开发人员还必须妥善处理某些生产设备生命周期极长的问题。另外，许多工业设计开发中一直采用的嵌入式微处理器的性能已达极限或逐渐被制造商淘汰。对此，带有集成设计环境的新一代微处理器也许是一种解决方案，可缩小传统要求与新兴商机之间的差距。

传统的软件密集型工业嵌入式设计方案把实现系统性能的重担完全放在设计人员身上，这样一来就需要很长的软件开发和调试周期。相反地，一个集成式的设计环境能够利用芯片内的多个硬件资源来处理众多复杂问题，故可缩短设计时间，降低成本，也免除了编写和调试上千行代码的麻烦。更重要的是，这种方案让设计人员能够把更多的精力集中于创建能提高附加值和差异化的软件和功能上，从而赢得竞争优势。

性能和功能

工业应用比消费应用的内在挑战更多，因为前者必须工作在非常严格的时间限制内，需要高度的确定性预测能力，而且一般被深度嵌入在生产线系统内，其环境常常十分恶劣。生产线对操作步骤的顺序和同步性能要求非常严格，因此嵌入式控制器必须具有稳定的实时性能。例如，可编程逻辑控制器(PLC)必须读取一组输入数据，执行所需分析，并触发适当的输出?D?D所有步骤都要在一个可预测性很强且固定的时间帧内完成。

工业自动化控制器不仅需要在目标系统中提供确定的实时性能，还必须与周围的生产环境及各种通信网络相兼容。许多嵌入式工业应用都采用Modbus、Profibus 或 CAN等现场总线进行构建，这些经过专门优化的总线可在实时控制机器操作方面提供确定性性能。

不过，在机器之间和生产网络方面越来越倾向于使用通信标准，比如以太网。

确定性现场总线和标准网络之间存在固有差异，因此利用传统微处理器来集成这些完全不同的通信协议特别困难。此外，如果每一个接口都需要不同的元件，那么支持众多通信接口的要求会导致库存和物流成本的增加。

大多数微处理器都必须花费大量的时间来处理有关任务切换和管理的工作。而且，商用微处理器无法区分实时与安全关键任务之间以及用户应用代码与用户接口任务之间的差别。所以，不借助额外的软件(如实时操作系统)，要确保实时与安全关键任务的确定性低延迟处理几乎是不可能的。虽然如此，但对于RTOS如何管理任务切换和代码执行优先权，设计人员的控制也相当少。

图：传统MCU对比多上下文硬件。

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