嵌入式技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展前景

1、15級四班馬令劍Z2015019學(xué)院：信息工程學(xué)院淺談我國嵌入式技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展班級:姓名:學(xué)號:淺談我國嵌入式技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展當(dāng)我們這些曾經(jīng)稚嫩的孩子滿懷憧憬與希望跨入 21世紀(jì)大門的時(shí)候，計(jì)算 機(jī)技術(shù)也開始進(jìn)入一個(gè)如火如荼的時(shí)代！ 就像我們這一代青少年一樣，生長的茁 壯而有力，計(jì)算機(jī)也在迅速的發(fā)展著。在現(xiàn)在日益信息化的社會(huì)中，計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)全面滲透到日常生活的每一 個(gè)角落。對于我們每個(gè)人，需要的已經(jīng)不再僅僅是那種放在桌上處理文檔，進(jìn)行工作管理和生產(chǎn)控制的計(jì)算機(jī)機(jī)器；各種各樣的新型嵌入式系統(tǒng)設(shè)備在應(yīng)用數(shù)量 上已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過通用計(jì)算機(jī)，任何一個(gè)普通人可能擁有從大到小的各種使用嵌入 式技術(shù)的電子

2、產(chǎn)品，小到 mp3手機(jī)等微型數(shù)字化產(chǎn)品，大到網(wǎng)絡(luò)家電，智能家 電，車載電子設(shè)備。而在工業(yè)和服務(wù)領(lǐng)域中，使用嵌入式技術(shù)的數(shù)字機(jī)床，智能 工具，工業(yè)機(jī)器人，服務(wù)機(jī)器人也將逐漸改變傳統(tǒng)的工業(yè)和服務(wù)方式。嵌入式 技術(shù)是將計(jì)算機(jī)作為一個(gè)信息處理部件，嵌入到應(yīng)用系統(tǒng)中的一種技術(shù)，也就是說，它將軟件固化集成到硬件系統(tǒng)中，將硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)一體化。嵌入式具有軟件代碼小、高度自動(dòng)化和響應(yīng)速度快等特點(diǎn)，因而進(jìn)入21世紀(jì)后其應(yīng)用越來越廣泛。計(jì)算機(jī)應(yīng)用的普及、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的實(shí)用以及納米微電子技術(shù)的突破， 正有力推動(dòng)著21世紀(jì)工業(yè)生產(chǎn)、商業(yè)活動(dòng)、科學(xué)實(shí)驗(yàn)和家庭生活等領(lǐng)域自 動(dòng)化和信息化進(jìn)程。全過程自動(dòng)化產(chǎn)品制造、大范圍

3、電子商務(wù)活動(dòng)、高度 協(xié)同科學(xué)實(shí)驗(yàn)以及現(xiàn)代化家庭起居，為嵌入式產(chǎn)品造就了嶄新而巨大的商 機(jī)。除了溝通信息高速公路的交換機(jī)、路由器和Modem構(gòu)建CIMS所需的DCSft機(jī)器人以及規(guī)模較大的家用汽車電子系統(tǒng)。最有量產(chǎn)效益和時(shí)代特征的嵌入式產(chǎn)品應(yīng)數(shù)因特網(wǎng)上的信息家電（Internet Appliances）,如Web可視電話、Web游戲機(jī)、Web PDA俗稱電子商務(wù)、商務(wù)通 ）、WARfe話手機(jī)、 以及多媒體產(chǎn)品，如 STB（電視機(jī)頂盒）、DVD播放機(jī)、電子閱讀機(jī)。（一）、在嵌入式技術(shù)的現(xiàn)狀方面以信息家電為代表的互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代嵌入式產(chǎn)品，不僅為嵌入式市場展現(xiàn)了美好 前景，注入了新的生命；同時(shí)也對嵌入式系

4、統(tǒng)技術(shù)，特別是軟件技術(shù)提出新的挑 戰(zhàn)。這主要包括：支持日趨增長的功能密度、靈活的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接、輕便的移動(dòng)應(yīng)用 和多媒體的信息處理，止匕外，當(dāng)然還需對付更加激烈的市場競爭。1 .入式應(yīng)用軟件的開發(fā)需要強(qiáng)大的開發(fā)工具和操作系統(tǒng)的支持隨著因特網(wǎng)技術(shù)的成熟、帶寬的提高，ICP和ASP在網(wǎng)上提供的信息內(nèi)容日 趨豐富、應(yīng)用項(xiàng)目多種多樣。像電話手機(jī)、電話座機(jī)及電冰箱、微波爐等嵌入式 電子設(shè)備的功能不再單一，電氣結(jié)構(gòu)也更為復(fù)雜。為了滿足應(yīng)用功能的升級，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芯片或信號處理器DSm曾強(qiáng)處理能力；同時(shí)還采用實(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

5、，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。目前，國外商品化的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，已進(jìn)入我國市場的，如 WindRiver,、Microsoft、QNXf口 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DeltaSystem,它不僅包括DeltaCore嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，而且還包括LamdaTools交叉開發(fā)工具套件， 測試工具，應(yīng)用組件等；此外，中科院也推出了 Hopen嵌入式操作系統(tǒng)。2 .上網(wǎng)成為必然趨勢為適應(yīng)嵌入式分布處理結(jié)構(gòu)和應(yīng)用上網(wǎng)需求，面向21世紀(jì)的嵌入式系統(tǒng)要求配備標(biāo)準(zhǔn)的一種或多種網(wǎng)絡(luò)通信接口。針對外部聯(lián)網(wǎng)要求，

6、嵌入設(shè)備必需配有通信接口，相應(yīng)需要TCP/IP協(xié)議簇軟件支持；由于家用電器相互關(guān)聯(lián)（如防盜報(bào) 警，燈光能源控制，影視設(shè)備和信息終端交換信息 ）及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場儀器的協(xié)調(diào)工作 等要求，新一代嵌入式設(shè)備還需具備 IEEE1394 USB CAN Bluetooth 或 卜DA 通信接口，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。為了支持應(yīng)用軟件的特定編程模式，如We展無線We斕程模式，還需要相應(yīng)的瀏覽器， 如 HTML WML?。3 .支持小型電子設(shè)備實(shí)現(xiàn)小尺寸、微功耗和低成本為滿足這種特性，要求嵌入式產(chǎn)品設(shè)計(jì)者相應(yīng)降低處理器的性能，限制內(nèi)存容量和復(fù)用接口芯片。這就相應(yīng)提高了對嵌入式軟件設(shè)計(jì)

7、技術(shù)要求。如，選用最佳的編程模型和不斷改進(jìn)算法，采用 Java編程模式，優(yōu)化編譯器性能。因此既 要軟件人員有豐富經(jīng)驗(yàn)，更需要發(fā)展先進(jìn)嵌入式軟件技術(shù)，如 Java、We僑口 WAP 等。4 .提供精巧的多媒體人機(jī)界面嵌入式設(shè)備之所以為億萬用戶樂于接受，重要因素之一是它們與使用者之間的親和力，自然的人機(jī)交互界面，如司機(jī)操縱高度自動(dòng)化的汽車主要還是通過習(xí) 慣的方向盤、腳踏板和操縱桿。人們與信息終端交互要求以 GUI屏幕為中心的多 媒體界面。手寫文字輸入、語音撥號上網(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PDAS顯示屏幕上已實(shí)現(xiàn)漢字寫入，短消息語音 發(fā)布，但離掌式語言同聲翻譯

8、還有很大距離。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。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)。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，

9、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ADSLT品， 結(jié)合網(wǎng)絡(luò)，控制，信息，這種智能化，網(wǎng)絡(luò)化

10、將是家電發(fā)展的新趨勢。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)和硬件平臺經(jīng)過若干年的研究， 已經(jīng)相對比較成熟， 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)入我國市場的有 WindRiver、Microsoft、QNXf口 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

11、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。這對于我們從事這方面的研發(fā)，無疑是個(gè)資源寶庫。對于軟件設(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)（EmbeddedSystem 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。美國汽車大王福特公司的高級經(jīng)理也曾宣稱，“福

12、特出售的計(jì)算能力已超過了舊M',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勺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

13、真是無比廣大。（二）、在嵌入式技術(shù)以后的發(fā)展方面信息時(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 市場展現(xiàn)了美好的前景，同時(shí)也對嵌入式生產(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：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)板及支持包（BSP3）,而 WindowCE在主推系統(tǒng)時(shí)也提供Embedded VC+作為開發(fā)工具，還有 Vxw

14、orks的Tonado開發(fā)環(huán)境，DeltaOS的Limda編譯環(huán)境等等都是這一趨勢的典型體現(xiàn)。當(dāng)然，這也是市場競爭的結(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，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CANBUS加強(qiáng)對多媒體、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

15、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HP3 .網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)成為必然趨勢。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 或卜DA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)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

16、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?，這就要求設(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， 又需要發(fā)展先進(jìn)嵌入式軟件技術(shù)，如Java、Webffi WAP。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、語音撥號上網(wǎng)、收發(fā)電子郵件以

17、 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。5.1 P構(gòu)件庫技術(shù)正在造就一個(gè)新興的軟件行業(yè)嵌入式系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的最高形式是單一芯片系統(tǒng)（SOC, System On Chip）,而SOC的核技術(shù)是IP核（即知識產(chǎn)權(quán)核 Intellectual Property Kernels）構(gòu)件。IP核有硬件核、軟件核和固件核，硬件核主要指8/16/32/64 位MPU核或DSP核。硬件提供商以數(shù)據(jù)軟件庫的形式，將其久經(jīng)驗(yàn)證的處理器邏 輯和芯片版圖數(shù)據(jù)，供EDA工具調(diào)用在芯片上直接配置MPU/DS電

18、能單元；而軟件核則是軟件提供商將SOCff需的RTOS內(nèi)核軟件或其它功能軟件，如通信協(xié)議軟件，F(xiàn)AX功能軟件等構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn) API方式和IP核構(gòu)件形式供IDE 和EDA工具調(diào)用制成 FLASH或ROM執(zhí)行代碼單元，加速SOC嵌入式系統(tǒng)定制或開發(fā)。目前一些嵌入式軟件供應(yīng)商紛紛把成熟的RTO汕核和功能擴(kuò)展件，以軟件IP核構(gòu)件形式出售，如 Microtec 的VRTXoc for ARM 就是典 型例子。正在興起的IP構(gòu)件軟件技術(shù)正為一大批高智小型軟件公司提供發(fā) 展機(jī)遇。7.J2ME技術(shù)將對嵌入式軟件的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響眾所周知”一次編程，到處使用"JAVA軟件概念原本就是針對網(wǎng)上嵌入式小設(shè)備提

19、出的。幾經(jīng)周折，目前SUN司已才t出了 J2ME（JAVA2 Platform Micro Edition）針對信息家電的JAVA版本，其技術(shù)日趨成熟，開始投入使用。SUN公司JAVA虛擬機(jī)（JVM）技術(shù)的有序開放，使得 JAVA軟件真正實(shí)現(xiàn) 跨平臺運(yùn)行，即JAVA應(yīng)用小程序能夠在帶有 JVM的任何硬軟件系統(tǒng)上執(zhí)行。 這對實(shí)現(xiàn)瘦身上網(wǎng)的信息家電等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備十分有利。這一技術(shù)動(dòng)向勢必對 嵌入式設(shè)備特別是上網(wǎng)設(shè)備軟件編程技術(shù)產(chǎn)生重大影響，更值得業(yè)界人事 關(guān)注。嵌入式應(yīng)用對于家用信息網(wǎng)絡(luò)的前景也是非常樂觀的，家用電器將向 數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，電視機(jī)、微波爐、數(shù)字電話等都將嵌入式微處理機(jī) 并通過家庭網(wǎng)關(guān)與Internet 連接，構(gòu)成家庭信息網(wǎng)絡(luò)。屆時(shí)，人們可以遠(yuǎn) 程控制家里的電器設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程醫(yī)療、遠(yuǎn)程教育，可以視頻點(diǎn)播， 實(shí)現(xiàn)管子的才有用，否則只會(huì)去的相反的效果。比如，如果加入敵人的轉(zhuǎn) 動(dòng)速度作為比較樣本，則會(huì)比較有用，但是加入敵人的能量作為比較信息， 則大部分情況都不會(huì)有用。還有，只是比較了一個(gè)單位時(shí)間的樣本（