淺談嵌入式系統的應用及發展趨勢

杜麗穎

隨著微電子技術的飛速發展,CPU已經變成低成本器件。在可能的情況下,各種機電設備已經或者正在嵌入CPU構成的嵌入式系統。據Virginia Tech公司報告,嵌入式系統中所使用的CPU數量已經超過通用PC中CPU數量的30倍。

現在系統研究的重點已從通用系統轉向專用系統,以及從一般性能轉向可靠性、可用性、安全性、自主性、可擴展性、功能性、靈活性、成本、體積、功耗及可管理性上。

InStat/MDR曾預測在2001—2006年期間,32位向控制器(MCU)的復合年增長率可達22.6%。而全球32位MCU市場在2003年的增長幅度實際已走過30%,在2004年預計將達到38%。增長的驅動因素主要有兩個方面。

一方面因為像數碼相機、MP3播放機、PDA、游戲機和移動電話手機等手持設備以及各種信息家電等有更高性能要求的多媒體和通信設備的推出。在這些應用中,龐大的多媒體數據必然需要更大的存儲空間,目前許多32位微控制器都可以使用 SDRAM,因此可極大地降低使用更大容量數據存儲器的成本;而8位微控制器一般只能使用成本較高的SRAM作為數據在座器。此外除了處理應用控制功能之外,需支持互聯網接入的應用在MCU運行TCP/IP或其他通信協議的情況下,要求系統建立在RTOS上就必然成為一種現實需求。另外,有越來越多的像電視機、汽車音響及電子玩具等傳統應用也與時俱進地提出數字化和“硬件軟化”的要求,它們對計算性能的要求及存儲器容量的需求都超出絕大多數8位微控制器能提供的范圍。

另一方面由于IT技術發展的推動,32位ARM體系結構已經成為一種事實上的標準,隨著高端32位CPU價格的不斷下降和開發環境的成熟,促使32位嵌入式處理器日益擠壓原先由8位微控制器主導的應用空間。隨著ARM處理器在全球范圍的流行, 32位的RISC嵌入式處理器已經開始成為高中端嵌入式應用和設計的主流。

一、單片機及嵌入式系統的發展過程

電子數字計算機誕生于1946年,在其后漫長的歷史進程中,計算機始終是供養在特殊的機房中,實現數值計算的大型昂貴設備。直到20世紀70年代,微處理器的出現,計算機才出現了歷史性的變化。以微處理器為核心的微型計算機以其小型、價廉、高可靠性特點,迅速走出機房;基于高速數值解算能力的微型機,表現出的智能化水平引起了控制專業人士的興趣,要求將微型機嵌入到一個對象體系中,實現對象體系的智能化控制。

單板機和嵌入式電腦平臺系統,20多年來在中國的各個行業得到了廣泛的應用,但技術較為落后(8位機)不能滿足社會發展的需要。而32位單板機和嵌入式電腦平臺系統具有:處理速度快(260MHz主頻);接口豐富(串口、并口、RJ45口、USB口等);內存容量大(64MBRAM、64MBROM、外接硬盤等)等優點。

二、國內外相關行業現狀和發展趨勢

主要適用與消費類電子產品(移動手持設備、PDA、游戲機、音頻播放器、數字機頂盒)、汽車電器(GPS定位系統、防盜系統、機動車行使記錄系統)、通訊產品(PDA手機、MP4播放器)、網絡產品、醫用電子產品(心電儀、脈象儀、監護儀)、工業控制領域(傳統的8位/16位微控制器升級換代)等多個領域,并會在將來取得更加廣泛的應用。

上面提到的幾個領域都需要這個產品,而且需求量還會不斷增加。特別是振興東北老工業基地的政策,必將帶動投資熱,設備改造熱等都給我們的產品帶來收入。我們的產品目前處于壽命周期的成長階段,所以我們的產品會不段開發新用途,不斷發展。

日本嵌入軟件開發規模約為2萬億日元(約合人民幣1 538億元),技術人員約為15萬人──這就是目前日本嵌入軟件產業的現狀。

在技術人員數量方面,對于日本約89 000家嵌入系統相關企業總計約480萬名員工,把調查得出的嵌入軟件技術人員人數分布結果,根據企業規模加以應用,推算出日本的嵌入軟件技術人員約有15萬人。此外還發現,以前的嵌入軟件產品中,源代碼行數平均約為49.5萬,新開發的源代碼行數平均約為17.7萬。委托外部開發的企業超過8成,購買使用嵌入軟件的軟件部件的企業有6成左右。

2004年,日本嵌入式軟件開發規模約為1 538億元人民幣,技術人員約為15萬人。隨著嵌入式軟件的高速發展,日本嵌入式軟件人才急劇短缺,開始將業務向中國轉移。專家預測,到2010年,日本將要轉移到大連的開發量為2萬人,年產值達到40億元。

InStat/MDR曾預測在2001—2006年期間,32位向控制器(MCU)的復合年增長率可達22.6%。而全球32位MCU市場在2003年的增長幅度實際已走過30%,在2004年預計將達到38%。

三、32位嵌入式單片計算機的主要性能

采用韓國三星公司生產的S3C2410X微處理器為核心,開發的單板機具有如下特點:

1.處理速度快(主頻能達到260MHz);

2.接口豐富(串口、并口、RJ45口、USB口等);

3.內存容量大(64MBRAM、64MBROM、可外接硬盤光驅等);

4.方便用戶的二次開發和使用;

5.進行了嚴格的電磁,溫度,高壓脈沖,老化,灰塵等測試,性能穩定;

6.應用領域廣,適用與消費類電子產品、汽車電器、通訊產品、網絡產品等多個領域,并會在將來取得更加廣泛的應用;

7.不但在匯編軟件方面開發豐富的軟件供用戶選擇,而且要在高級語言方面有所突破。使用的開發程序設計語言不再是開始效率很低的匯編語言,而越來越多地使用開發效率很高的高級語言。C語言已成為主流通用開發語言。我們的軟件還可以在Linux系統、WindowsCE系統上運行。這給二次開發企業提供了極大的方便。

為了在嵌入軟件領域盡快達到國際先進水平,國家863專家委員會于2002年確定由中興通訊牽頭,聯合中科院計算所、浙江大學共同承擔國家“面向通訊領域的嵌入軟件開發平臺”項目,通過研究與產業相結合的方式,盡快掌握嵌入軟件領域的關鍵技術,提高我國在軟件領域的競爭力。該項目入選國家863計劃信息技術領域軟件重大專項課題。

日前,為推動和引導嵌入式軟件產業的健康發展,迅速提升產業的整體競爭力,中國軟件行業協會日前正式成立了嵌入式系統分會,是國家鼓勵發展的項目。綜上所述,根據嵌入技術的不斷發展和進步,軟件和硬件系統必將分開發展,互相促進。同時生產企業為了提高工作效率,加快新產品的開發速度,必將與專業軟件公司合作。這些都給嵌入軟件業的發展帶來機遇。

(編輯/永安)