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嵌入式系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 中華工控網(wǎng)

一、嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀隨著信息化，智能化，網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)技術(shù)也將獲得廣闊的發(fā)展空間。美國著名未來學(xué)家尼葛洛龐帝99年1月訪華時(shí)預(yù)言，4～5年后嵌入式智能（電腦) 工具將是PC和因特網(wǎng)之后最偉大的發(fā)明。我國著名嵌入式系統(tǒng)專家沈緒榜院士98年11月在武漢全國第11次微機(jī)學(xué)術(shù)交流會(huì)上發(fā)表的《計(jì)算機(jī)的發(fā)展與技術(shù)》一文中，對(duì)未來10年以嵌入式芯片為基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)工業(yè)進(jìn)行了科學(xué)的闡述和展望。1999年世界電子產(chǎn)品產(chǎn)值已超過12000億美元，2000年達(dá)到13000億美元，預(yù)計(jì)2005年，銷售額將達(dá)18000億美元。　　進(jìn)入20世紀(jì)90年代，嵌入式技術(shù)全面展開，目前已成為通信和消費(fèi)類產(chǎn)品的共同發(fā)展方向。在通信領(lǐng)域，數(shù)字技術(shù)正在全面取代模擬技術(shù)。在廣播電視領(lǐng)域，美國已開始由模擬電視向數(shù)字電視轉(zhuǎn)變，歐洲的DVB（數(shù)字電視廣播）技術(shù)已在全球大多數(shù)國家推廣。數(shù)字音頻廣播（DAB）也已進(jìn)入商品化試播階段。而軟件、集成電路和新型元器件在產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的作用日益重要。所有上述產(chǎn)品中，都離不開嵌入式系統(tǒng)技術(shù)。象前途無可計(jì)量的維納斯計(jì)劃生產(chǎn)機(jī)頂盒，核心技術(shù)就是采用32位以上芯片級(jí)的嵌入式技術(shù)。在個(gè)人領(lǐng)域中，嵌入式產(chǎn)品將主要是個(gè)人商用，作為個(gè)人移動(dòng)的數(shù)據(jù)處理和通訊軟件。由于嵌入式設(shè)備具有自然的人機(jī)交互界面，GUI屏幕為中心的多媒體界面給人很大的親和力。手寫文字輸入、語音撥號(hào)上網(wǎng)、收發(fā)電子郵件以及彩色圖形、圖像已取得初步成效。　　目前一些先進(jìn)的PDA在顯示屏幕上已實(shí)現(xiàn)漢字寫入、短消息語音發(fā)布，日用范圍也將日益廣闊。對(duì)于企業(yè)專用解決方案，如物流管理、條碼掃描、移動(dòng)信息采集等，這種小型手持嵌入式系統(tǒng)將發(fā)揮巨大的作用。自動(dòng)控制領(lǐng)域，不僅可以用于ATM機(jī)，自動(dòng)售貨機(jī)，工業(yè)控制等專用設(shè)備，和移動(dòng)通訊設(shè)備結(jié)合、GPS、娛樂相結(jié)合，嵌入式系統(tǒng)同樣可以發(fā)揮巨大的作用。近期長虹推出的ADSL產(chǎn)品，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)，控制，信息，這種智能化，網(wǎng)絡(luò)化將是家電發(fā)展的新趨勢(shì)。　　硬件方面，不僅有各大公司的微處理器芯片，還有用于學(xué)習(xí)和研發(fā)的各種配套開發(fā)包。目前低層系統(tǒng)和硬件平臺(tái)經(jīng)過若干年的研究，已經(jīng)相對(duì)比較成熟，實(shí)現(xiàn)各種功能的芯片應(yīng)有盡有。而且巨大的市場(chǎng)需求給我們提供了學(xué)習(xí)研發(fā)的資金和技術(shù)力量。　　從軟件方面講，也有相當(dāng)部分的成熟軟件系統(tǒng)。國外商品化的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，已進(jìn)入我國市場(chǎng)的有WindRiver、Microsoft、QNX和Nuclear等產(chǎn)品。我國自主開發(fā)的嵌入式系統(tǒng)軟件產(chǎn)品如科銀(CoreTek)公司的嵌入式軟件開發(fā)平臺(tái)DeltaSystem，中科院推出的Hopen嵌入式操作系統(tǒng)（雖然還不夠完善）。同時(shí)由于是研究熱點(diǎn)，所以我們可以在網(wǎng)上找到各種各樣的免費(fèi)資源，從各大廠商的開發(fā)文檔，到各種驅(qū)動(dòng)，程序源代碼，甚至很多廠商還提供微處理器的樣片。這對(duì)于我們從事這方面的研發(fā)，無疑是個(gè)資源寶庫。對(duì)于軟件設(shè)計(jì)來說，不管是上手還是進(jìn)一步開發(fā)，都相對(duì)來說比較容易。這就使得很多生手能夠比較快的進(jìn)入研究狀態(tài)，利于發(fā)揮大家的積極創(chuàng)造性。　　今天嵌入式系統(tǒng)帶來的工業(yè)年產(chǎn)值已超過了1萬億美元，1997年來自美國嵌入式系統(tǒng)大會(huì)(Embedded System Conference)的報(bào)告指出，未來5年僅基于嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的全數(shù)字電視產(chǎn)品，就將在美國產(chǎn)生一個(gè)每年1500億美元的新市場(chǎng)。美國汽車大王福特公司的高級(jí)經(jīng)理也曾宣稱，“福特出售的‘計(jì)算能力’已超過了IBM”，由此可以想見嵌入式計(jì)算機(jī)工業(yè)的規(guī)模和廣度。1998年11月在美國加州舉行的嵌入式系統(tǒng)大會(huì)上，基于RTOS的Embedded Internet成為一個(gè)技術(shù)新熱點(diǎn)。在國內(nèi)，“維納斯計(jì)劃”和“女鍋計(jì)劃”一度鬧得沸沸揚(yáng)揚(yáng)，機(jī)頂盒、信息加電這兩年更成了IT熱點(diǎn)，而實(shí)際上這些都是嵌入式系統(tǒng)在特定環(huán)境下的一個(gè)特定應(yīng)用。據(jù)調(diào)查，目前國際上已有兩百多種嵌入式操作系統(tǒng)，而各種各樣的開發(fā)工具、應(yīng)用于嵌入式開發(fā)的儀器設(shè)備更是不可勝數(shù)。在國內(nèi)，雖然嵌入式應(yīng)用、開發(fā)很廣，但該領(lǐng)域卻幾乎還是空白，只有三兩家公司和極少數(shù)人員在從事這方面工作。由此可見，嵌入式系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的空間真是無比廣大。　　二、未來嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) 　　信息時(shí)代，數(shù)字時(shí)代使得嵌入式產(chǎn)品獲得了巨大的發(fā)展契機(jī)，為嵌入式市場(chǎng)展現(xiàn)了美好的前景，同時(shí)也對(duì)嵌入式生產(chǎn)廠商提出了新的挑戰(zhàn)，從中我們可以看出未來嵌入式系統(tǒng)的幾大發(fā)展趨勢(shì)：　　 1．嵌入式開發(fā)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，因此要求嵌入式系統(tǒng)廠商不僅要提供嵌入式軟硬件系統(tǒng)本身，同時(shí)還需要提供強(qiáng)大的硬件開發(fā)工具和軟件包支持。　　目前很多廠商已經(jīng)充分考慮到這一點(diǎn)，在主推系統(tǒng)的同時(shí)，將開發(fā)環(huán)境也作為重點(diǎn)推廣。比如三星在推廣Arm7，Arm9芯片的同時(shí)還提供開發(fā)板和版及支持包（BSP），而WindowCE在主推系統(tǒng)時(shí)也提供Embedded VC＋＋作為開發(fā)工具，還有Vxworks的Tonado開發(fā)環(huán)境，DeltaOS的Limda編譯環(huán)境等等都是這一趨勢(shì)的典型體現(xiàn)。當(dāng)然，這也是市場(chǎng)競爭的結(jié)果。　　 2．網(wǎng)絡(luò)化、信息化的要求隨著因特網(wǎng)技術(shù)的成熟、帶寬的提高日益提高，使得以往單一功能的設(shè)備如電話、手機(jī)、冰箱、微波爐等功能不再單一，結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。　　這就要求芯片設(shè)計(jì)廠商在芯片上集成更多的功能，為了滿足應(yīng)用功能的升級(jí)，設(shè)計(jì)師們一方面采用更強(qiáng)大的嵌入式處理器如32位、64位RISC芯片或信號(hào)處理器DSP增強(qiáng)處理能力，同時(shí)增加功能接口，如USB，擴(kuò)展總線類型，如CAN BUS，加強(qiáng)對(duì)多媒體、圖形等的處理，逐步實(shí)施片上系統(tǒng)（SOC）的概念。軟件方面采用實(shí)時(shí)多任務(wù)編程技術(shù)和交叉開發(fā)工具技術(shù)來控制功能復(fù)雜性，簡化應(yīng)用程序設(shè)計(jì)、保障軟件質(zhì)量和縮短開發(fā)周期。如HP 　　 3．網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)成為必然趨勢(shì)。　　未來的嵌入式設(shè)備為了適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的要求，必然要求硬件上提供各種網(wǎng)絡(luò)通信接口。傳統(tǒng)的單片機(jī)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)支持不足，而新一代的嵌入式處理器已經(jīng)開始內(nèi)嵌網(wǎng)絡(luò)接口，除了支持TCP／IP協(xié)議，還有的支持IEEE1394、USB、CAN、Bluetooth或IrDA通信接口中的一種或者幾種，同時(shí)也需要提供相應(yīng)的通信組網(wǎng)協(xié)議軟件和物理層驅(qū)動(dòng)軟件。軟件方面系統(tǒng)系統(tǒng)內(nèi)核支持網(wǎng)絡(luò)模塊，甚至可以在設(shè)備上嵌入Web瀏覽器，真正實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地用各種設(shè)備上網(wǎng)。　　 4．精簡系統(tǒng)內(nèi)核、算法，降低功耗和軟硬件成本。　　未來的嵌入式產(chǎn)品是軟硬件緊密結(jié)合的設(shè)備，為了減低功耗和成本，需要設(shè)計(jì)者盡量精簡系統(tǒng)內(nèi)核，只保留和系統(tǒng)功能緊密相關(guān)的軟硬件，利用最低的資源實(shí)現(xiàn)最適當(dāng)?shù)墓δ埽@就要求設(shè)計(jì)者選用最佳的編程模型和不斷改進(jìn)算法，優(yōu)化編譯器性能。因此，既要軟件人員有豐富的硬件知識(shí)，又需要發(fā)展先進(jìn)嵌入式軟件技術(shù)，如Java、Web和WAP等。　　 5．提供友好的多媒體人機(jī)界面　　嵌入式設(shè)備能與用戶親密接觸，最重要的因素就是它能提供非常友好的用戶界面。圖像界面，靈活的控制方式，使得人們感覺嵌入式設(shè)備就象是一個(gè)熟悉的老朋友。這方面的要求使得嵌入式軟件設(shè)計(jì)者要在圖形界面，多媒體技術(shù)上痛下苦功。手寫文字輸入、語音撥號(hào)上網(wǎng)、收發(fā)電子郵件以及彩色圖形、圖像都會(huì)使使用者獲得自由的感受。目前一些先進(jìn)的PDA在顯示屏幕上已實(shí)現(xiàn)漢字寫入、短消息語音發(fā)布，但一般的嵌入式設(shè)備距離這個(gè)要求還有很長的路要走。

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