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嵌入式系統概況及發展前景

我個人的看法:

中短期內不會有很大的發展前景。未來可能會成為壹種主流。

網絡文學:

當我們滿懷期待和希望步入21世紀的時候,計算機技術也開始進入壹個被稱為後PC技術的時代。

在當今日益信息化的社會,計算機和網絡已經滲透到日常生活的每個角落。對於我們每個人來說,我們需要的不再只是壹臺放在辦公桌上處理文件、管理工作、控制生產的電腦“機器”;各種新型嵌入式系統設備在應用數量上已經遠遠超過了通用計算機。任何壹個普通人,從大到小,從mp3、PDA等小型數碼產品,到大型網絡電器、智能電器、車載電子設備,都可能擁有各種使用嵌入式技術的電子產品。在工業和服務領域,采用嵌入式技術的數字機床、智能工具、工業機器人和服務機器人將逐步改變傳統的工業和服務方式。

目前,嵌入式系統技術已經成為最熱門的技術之壹,吸引了大量優秀人才投入其中。但是,什麽是嵌入式系統,什麽樣的技術才能稱之為嵌入式技術,目前還在討論之中。嵌入式系統的定義在許多論壇社區引起了許多爭論。在這個問題上,我們可以分別從廣義和狹義來講:

廣義地說,可以認為所有帶有微處理器的專用軟硬件系統都可以稱為嵌入式系統。作為系統的核心,微處理器包括三種類型:MCU、DSP和MPU。於是有人幹脆說:“嵌入式系統是指計算機硬件系統中操作系統和功能軟件的集成。”也有人認為嵌入式系統是以應用為中心,以計算機技術為基礎,軟硬件量身定制,滿足應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴格要求的專用計算機系統。應該說後者從功能應用特性上給出了嵌入式系統更好的定義,對嵌入式概念的分析應該從應用切入。

狹義上,我們更強調的是那些使用嵌入式微處理器組成獨立系統,有自己的操作系統,具有某些特定功能的系統。這裏的微處理器指的是32位以上的微處理器。按照這個定義,典型的嵌入式系統有壹個使用x86的小型嵌入式工控主板,在各種自動化設備和數字機械產品中有非常廣闊的應用空間。另壹大類是由英特爾、摩托羅拉等專用芯片組成的小型系統,不僅在新興消費電子和通信儀器中獲得了巨大的發展和應用空間,而且有取代傳統工業計算機的趨勢。現在大家更清楚了,嵌入式技術的春天來了。難怪嵌入式系統成為目前最熱門的技術之壹。(下面我說的嵌入式系統指的是32位和64位微處理器的系統。)

嵌入式系統堪稱後PC時代和後網絡時代的新秀。與傳統的通用計算機和數碼產品相比,采用嵌入式技術的產品有其自身的特點:

1.由於嵌入式系統使用微處理器來實現相對單壹的功能和獨立的操作系統,所以往往不需要大量的外圍設備。所以在體積上,功耗有自己的優勢。相比之下,使用Windows CE的PDA僅通過內置電源就可以使用幾天,而任何筆記本都只能支持3小時左右。

2.嵌入式系統是計算機技術、半導體技術和電子技術與各行業具體應用相結合的產物,是壹門綜合性的技術學科。由於空間和各種資源的相對短缺,嵌入式系統的硬件和軟件必須進行高效率、量身定制和冗余的設計,力求在相同的矽片面積上實現更高的性能,從而在具體應用中的處理器選擇上更具競爭力。

3.嵌入式系統是軟件和硬件高度結合的產物。為了提高執行速度和系統可靠性,嵌入式系統中的軟件壹般固化在存儲芯片或單片機本身,而不是存儲在磁盤等載體中。隨著片上系統和板上系統的實現,pda等這類產品有了更加熟悉的操作界面和操作方式,比傳統的商務通信功能更加完善和實用。

4.為了適應嵌入式分布式處理結構和Internet上應用的要求,面向21世紀的嵌入式系統需要壹個或多個標準的網絡通信接口。根據外部聯網的要求,嵌入式設備必須配備通信接口,這需要TCP/IP協議套件軟件的支持。由於家用電器的關聯性(如防盜報警、光能控制、視頻設備與信息終端的信息交換)和實驗現場儀器的協調性,新壹代嵌入式設備還需要具備IEEE1394、USB、CAN、藍牙或IrDA等通信接口,還需要提供相應的通信組網協議軟件和物理層驅動軟件。為了支持應用軟件的特定編程模式,如Web或無線Web編程模式,還需要相應的瀏覽器,如HTML和WML。

5.由於嵌入式系統往往與具體應用有機結合,其升級也與具體產品同步,所以嵌入式系統產品壹旦進入市場,生命周期就很長。

雖然嵌入式系統這個術語是近幾年才流行起來的。但早在20世紀80年代,壹些國際IT組織和公司就開始開發商用嵌入式系統和專用操作系統。硬件方面,32位和64位微處理器是目前嵌入式系統的核心,它們的使用也是未來的壹大趨勢。為了搶占這個無限廣闊的市場,各大硬件廠商都在競相推出產品,包括英特爾、摩托羅拉、飛利浦、AMD等。不甘示弱,而且幾乎每個月都有新品出現。自11月以來,微芯片推出了具有數字信號處理能力的微控制器(DSC),Atmel也推出了面向消費者市場的可編程系統芯片(PsoC)。日益激烈的市場競爭也給嵌入式技術的發展帶來了無限生機。

軟件方面,目前各大軟件在全球平分秋色。VxWorks是嵌入式系統領域應用最廣泛、市場份額最高的系統。它支持多種處理器,但由於很多API是系統本身特有的,所以開發的兼容性受到很大影響。Os-9主要針對高科技產品設計,提高了安全性和容錯性,具有良好的升級能力和靈活性。Palm公司的操作系統Palm Os和微軟的Windows CE是PDA操作系統的兩大巨頭。由於Windows CE的模塊化設計,使其可以定制從PDA到特殊工業控制器的消費電子設備,加上微軟強大的技術力量,雖然目前Palm仍占據大部分市場份額,但有理由相信Win CE必將成為PDA系統軟件的霸主。由於國際PDA市場的快速增長,對基於Palm和Win CE的應用程序有很大的需求。這類軟件由於系統功能單壹,有專業化的趨勢。對手持設備的各種通信和管理軟件有很大的需求。同時開發環境完備,完全可以在pc上進行,通過軟件仿真調試,仿真通過後下載到機器中。而且由於可以使用大量的API函數和PC的SDK,開發過程是在現有成熟技術的基礎上進行的,相對簡單,吸引了大量的軟件開發者進入這壹領域。

未來幾年,隨著信息化、智能化和網絡化的發展,嵌入式系統技術也將獲得廣闊的發展空間。美國著名未來學家尼葛洛龐帝在1999年6月訪問中國時預言,嵌入式智能(計算機)工具將是四到五年內繼個人電腦和互聯網之後最偉大的發明。我國著名嵌入式系統專家沈旭邦於1998年6月在武漢11全國微型計算機學術交流會上發表了《計算機發展與技術》壹文,對未來10年基於嵌入式芯片的計算機產業進行了科學的闡述和展望。1999,世界電子產品產值已超過1200億美元,2000年達到1300億美元,預計2005年銷售額將達到1800億美元。

90年代,嵌入式技術得到充分發展,現在已經成為通信和消費類產品的發展方向。在通信領域,數字技術正在完全取代模擬技術。在廣播電視領域,美國已經開始從模擬電視向數字電視轉變,歐洲的DVB(數字電視廣播)技術已經在全球大部分國家普及。數字音頻廣播(DAB)也進入了商業試播階段。軟件、集成電路和新元件在工業發展中發揮著越來越重要的作用。以上所有產品都離不開嵌入式系統技術。前途不可估量的啟明星辰計劃生產機頂盒,核心技術是采用32位以上芯片級的嵌入式技術。在個人領域,嵌入式產品將主要被個人用作個人移動的數據處理和通信軟件。由於嵌入式設備具有天然的人機交互界面,以GUI屏幕為中心的多媒體界面給人以極大的親近感。手寫文字輸入、語音撥號上網、電子郵件、彩色圖形圖像等已初見成效。

目前,壹些先進的PDA已經實現了在顯示屏上書寫漢字和語音發布短信,其日常用途將日益廣泛。針對企業特定的解決方案,如物流管理、條碼掃描、移動信息采集等。,這個小小的手持嵌入式系統將會發揮巨大的作用。在自動控制領域,不僅可以用於ATM機、自動售貨機、工業控制等特殊設備,還可以與移動通信設備、GPS、娛樂等結合使用。嵌入式系統也可以發揮巨大的作用。最近,長虹推出了集網絡、控制、信息於壹體的ADSL產品。這種智能化和網絡化將是家電發展的新趨勢。可見,嵌入式系統技術的發展空間確實是廣闊的。

嵌入式系統是研究的熱點。敦促我們獻身於這壹廣泛的事業。同時我們也可以發現,由於嵌入式系統並不是突然出現的,所以對微處理器應用和硬件系統的研究有著悠久的發展歷史。因此,我們很容易從硬件和軟件兩方面獲取研發資料。

硬件方面,不僅有各大公司的微處理器芯片,還有各種學習和研發的配套開發包。目前的底層系統和硬件平臺經過幾年的研究已經比較成熟,實現各種功能的芯片也是五花八門。而且巨大的市場需求為我們提供了研發的資金和技術實力。軟件方面,也有不少成熟的軟件系統。國外商業化的嵌入式實時操作系統已經進入中國市場,如WindRiver、微軟、QNX和Nuclear。中國自主研發的嵌入式系統軟件產品,如CoreTek的嵌入式軟件開發平臺DeltaSystem,不僅包括DeltaCore嵌入式實時操作系統,還包括LamdaTools交叉開發工具套件、測試工具和應用組件。此外,中科院也推出了Hopen嵌入式操作系統(雖然還不夠完善)。同時因為是研究熱點,我們在網上可以找到各種免費資源,從各大廠商的開發文檔到各種驅動、程序源代碼,甚至很多廠商都提供了微處理器的樣片。這無疑是我們從事該領域研發的壹個寶庫。對於軟件設計來說,入門或者進壹步開發相對容易。這使得很多新手能夠相對較快地進入研究狀態,有利於發揮大家的積極創造力。

嵌入式系統是後PC時代的支柱。我們有理由相信,未來的電子技術是嵌入式系統技術的天下。

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