浅谈嵌入式系统的应用及发展趋势

杜丽颖

随着微电子技术的飞速发展,CPU已经变成低成本器件。在可能的情况下,各种机电设备已经或者正在嵌入CPU构成的嵌入式系统。据Virginia Tech公司报告,嵌入式系统中所使用的CPU数量已经超过通用PC中CPU数量的30倍。

现在系统研究的重点已从通用系统转向专用系统,以及从一般性能转向可靠性、可用性、安全性、自主性、可扩展性、功能性、灵活性、成本、体积、功耗及可管理性上。

InStat/MDR曾预测在2001—2006年期间,32位向控制器(MCU)的复合年增长率可达22.6%。而全球32位MCU市场在2003年的增长幅度实际已走过30%,在2004年预计将达到38%。增长的驱动因素主要有两个方面。

一方面因为像数码相机、MP3播放机、PDA、游戏机和移动电话手机等手持设备以及各种信息家电等有更高性能要求的多媒体和通信设备的推出。在这些应用中,庞大的多媒体数据必然需要更大的存储空间,目前许多32位微控制器都可以使用 SDRAM,因此可极大地降低使用更大容量数据存储器的成本;而8位微控制器一般只能使用成本较高的SRAM作为数据在座器。此外除了处理应用控制功能之外,需支持互联网接入的应用在MCU运行TCP/IP或其他通信协议的情况下,要求系统建立在RTOS上就必然成为一种现实需求。另外,有越来越多的像电视机、汽车音响及电子玩具等传统应用也与时俱进地提出数字化和“硬件软化”的要求,它们对计算性能的要求及存储器容量的需求都超出绝大多数8位微控制器能提供的范围。

另一方面由于IT技术发展的推动,32位ARM体系结构已经成为一种事实上的标准,随着高端32位CPU价格的不断下降和开发环境的成熟,促使32位嵌入式处理器日益挤压原先由8位微控制器主导的应用空间。随着ARM处理器在全球范围的流行, 32位的RISC嵌入式处理器已经开始成为高中端嵌入式应用和设计的主流。

一、单片机及嵌入式系统的发展过程

电子数字计算机诞生于1946年,在其后漫长的历史进程中,计算机始终是供养在特殊的机房中,实现数值计算的大型昂贵设备。直到20世纪70年代,微处理器的出现,计算机才出现了历史性的变化。以微处理器为核心的微型计算机以其小型、价廉、高可靠性特点,迅速走出机房;基于高速数值解算能力的微型机,表现出的智能化水平引起了控制专业人士的兴趣,要求将微型机嵌入到一个对象体系中,实现对象体系的智能化控制。

单板机和嵌入式电脑平台系统,20多年来在中国的各个行业得到了广泛的应用,但技术较为落后(8位机)不能满足社会发展的需要。而32位单板机和嵌入式电脑平台系统具有:处理速度快(260MHz主频);接口丰富(串口、并口、RJ45口、USB口等);内存容量大(64MBRAM、64MBROM、外接硬盘等)等优点。

二、国内外相关行业现状和发展趋势

主要适用与消费类电子产品(移动手持设备、PDA、游戏机、音频播放器、数字机顶盒)、汽车电器(GPS定位系统、防盗系统、机动车行使记录系统)、通讯产品(PDA手机、MP4播放器)、网络产品、医用电子产品(心电仪、脉象仪、监护仪)、工业控制领域(传统的8位/16位微控制器升级换代)等多个领域,并会在将来取得更加广泛的应用。

上面提到的几个领域都需要这个产品,而且需求量还会不断增加。特别是振兴东北老工业基地的政策,必将带动投资热,设备改造热等都给我们的产品带来收入。我们的产品目前处于寿命周期的成长阶段,所以我们的产品会不段开发新用途,不断发展。

日本嵌入软件开发规模约为2万亿日元(约合人民币1 538亿元),技术人员约为15万人──这就是目前日本嵌入软件产业的现状。

在技术人员数量方面,对于日本约89 000家嵌入系统相关企业总计约480万名员工,把调查得出的嵌入软件技术人员人数分布结果,根据企业规模加以应用,推算出日本的嵌入软件技术人员约有15万人。此外还发现,以前的嵌入软件产品中,源代码行数平均约为49.5万,新开发的源代码行数平均约为17.7万。委托外部开发的企业超过8成,购买使用嵌入软件的软件部件的企业有6成左右。

2004年,日本嵌入式软件开发规模约为1 538亿元人民币,技术人员约为15万人。随着嵌入式软件的高速发展,日本嵌入式软件人才急剧短缺,开始将业务向中国转移。专家预测,到2010年,日本将要转移到大连的开发量为2万人,年产值达到40亿元。

InStat/MDR曾预测在2001—2006年期间,32位向控制器(MCU)的复合年增长率可达22.6%。而全球32位MCU市场在2003年的增长幅度实际已走过30%,在2004年预计将达到38%。

三、32位嵌入式单片计算机的主要性能

采用韩国三星公司生产的S3C2410X微处理器为核心,开发的单板机具有如下特点:

1.处理速度快(主频能达到260MHz);

2.接口丰富(串口、并口、RJ45口、USB口等);

3.内存容量大(64MBRAM、64MBROM、可外接硬盘光驱等);

4.方便用户的二次开发和使用;

5.进行了严格的电磁,温度,高压脉冲,老化,灰尘等测试,性能稳定;

6.应用领域广,适用与消费类电子产品、汽车电器、通讯产品、网络产品等多个领域,并会在将来取得更加广泛的应用;

7.不但在汇编软件方面开发丰富的软件供用户选择,而且要在高级语言方面有所突破。使用的开发程序设计语言不再是开始效率很低的汇编语言,而越来越多地使用开发效率很高的高级语言。C语言已成为主流通用开发语言。我们的软件还可以在Linux系统、WindowsCE系统上运行。这给二次开发企业提供了极大的方便。

为了在嵌入软件领域尽快达到国际先进水平,国家863专家委员会于2002年确定由中兴通讯牵头,联合中科院计算所、浙江大学共同承担国家“面向通讯领域的嵌入软件开发平台”项目,通过研究与产业相结合的方式,尽快掌握嵌入软件领域的关键技术,提高我国在软件领域的竞争力。该项目入选国家863计划信息技术领域软件重大专项课题。

日前,为推动和引导嵌入式软件产业的健康发展,迅速提升产业的整体竞争力,中国软件行业协会日前正式成立了嵌入式系统分会,是国家鼓励发展的项目。综上所述,根据嵌入技术的不断发展和进步,软件和硬件系统必将分开发展,互相促进。同时生产企业为了提高工作效率,加快新产品的开发速度,必将与专业软件公司合作。这些都给嵌入软件业的发展带来机遇。

(编辑/永安)