杜麗穎

隨著微電子技術(shù)的飛速發(fā)展,CPU已經(jīng)變成低成本器件。在可能的情況下,各種機(jī)電設(shè)備已經(jīng)或者正在嵌入CPU構(gòu)成的嵌入式系統(tǒng)。據(jù)Virginia Tech公司報(bào)告,嵌入式系統(tǒng)中所使用的CPU數(shù)量已經(jīng)超過通用PC中CPU數(shù)量的30倍。

現(xiàn)在系統(tǒng)研究的重點(diǎn)已從通用系統(tǒng)轉(zhuǎn)向?qū)Ｓ孟到y(tǒng),以及從一般性能轉(zhuǎn)向可靠性、可用性、安全性、自主性、可擴(kuò)展性、功能性、靈活性、成本、體積、功耗及可管理性上。

InStat/MDR曾預(yù)測在2001—2006年期間,32位向控制器(MCU)的復(fù)合年增長率可達(dá)22.6%。而全球32位MCU市場在2003年的增長幅度實(shí)際已走過30%,在2004年預(yù)計(jì)將達(dá)到38%。增長的驅(qū)動(dòng)因素主要有兩個(gè)方面。

一方面因?yàn)橄駭?shù)碼相機(jī)、MP3播放機(jī)、PDA、游戲機(jī)和移動(dòng)電話手機(jī)等手持設(shè)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(shè)備的推出。在這些應(yīng)用中,龐大的多媒體數(shù)據(jù)必然需要更大的存儲(chǔ)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(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(shù)據(jù)在座器。此外除了處理應(yīng)用控制功能之外,需支持互聯(lián)網(wǎng)接入的應(yīng)用在MCU運(yùn)行TCP/IP或其他通信協(xié)議的情況下,要求系統(tǒng)建立在RTOS上就必然成為一種現(xiàn)實(shí)需求。另外,有越來越多的像電視機(jī)、汽車音響及電子玩具等傳統(tǒng)應(yīng)用也與時(shí)俱進(jìn)地提出數(shù)字化和“硬件軟化”的要求,它們對(duì)計(jì)算性能的要求及存儲(chǔ)器容量的需求都超出絕大多數(shù)8位微控制器能提供的范圍。

另一方面由于IT技術(shù)發(fā)展的推動(dòng),32位ARM體系結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為一種事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn),隨著高端32位CPU價(jià)格的不斷下降和開發(fā)環(huán)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(dǎo)的應(yīng)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(jīng)開始成為高中端嵌入式應(yīng)用和設(shè)計(jì)的主流。

一、單片機(jī)及嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展過程

電子數(shù)字計(jì)算機(jī)誕生于1946年,在其后漫長的歷史進(jìn)程中,計(jì)算機(jī)始終是供養(yǎng)在特殊的機(jī)房中,實(shí)現(xiàn)數(shù)值計(jì)算的大型昂貴設(shè)備。直到20世紀(jì)70年代,微處理器的出現(xiàn),計(jì)算機(jī)才出現(xiàn)了歷史性的變化。以微處理器為核心的微型計(jì)算機(jī)以其小型、價(jià)廉、高可靠性特點(diǎn),迅速走出機(jī)房;基于高速數(shù)值解算能力的微型機(jī),表現(xiàn)出的智能化水平引起了控制專業(yè)人士的興趣,要求將微型機(jī)嵌入到一個(gè)對(duì)象體系中,實(shí)現(xiàn)對(duì)象體系的智能化控制。

單板機(jī)和嵌入式電腦平臺(tái)系統(tǒng),20多年來在中國的各個(gè)行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用,但技術(shù)較為落后(8位機(jī))不能滿足社會(huì)發(fā)展的需要。而32位單板機(jī)和嵌入式電腦平臺(tái)系統(tǒng)具有:處理速度快(260MHz主頻);接口豐富(串口、并口、RJ45口、USB口等);內(nèi)存容量大(64MBRAM、64MBROM、外接硬盤等)等優(yōu)點(diǎn)。

二、國內(nèi)外相關(guān)行業(yè)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

主要適用與消費(fèi)類電子產(chǎn)品(移動(dòng)手持設(shè)備、PDA、游戲機(jī)、音頻播放器、數(shù)字機(jī)頂盒)、汽車電器(GPS定位系統(tǒng)、防盜系統(tǒng)、機(jī)動(dòng)車行使記錄系統(tǒng))、通訊產(chǎn)品(PDA手機(jī)、MP4播放器)、網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品、醫(yī)用電子產(chǎn)品(心電儀、脈象儀、監(jiān)護(hù)儀)、工業(yè)控制領(lǐng)域(傳統(tǒng)的8位/16位微控制器升級(jí)換代)等多個(gè)領(lǐng)域,并會(huì)在將來取得更加廣泛的應(yīng)用。

上面提到的幾個(gè)領(lǐng)域都需要這個(gè)產(chǎn)品,而且需求量還會(huì)不斷增加。特別是振興東北老工業(yè)基地的政策,必將帶動(dòng)投資熱,設(shè)備改造熱等都給我們的產(chǎn)品帶來收入。我們的產(chǎn)品目前處于壽命周期的成長階段,所以我們的產(chǎn)品會(huì)不段開發(fā)新用途,不斷發(fā)展。

日本嵌入軟件開發(fā)規(guī)模約為2萬億日元(約合人民幣1 538億元),技術(shù)人員約為15萬人──這就是目前日本嵌入軟件產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀。

在技術(shù)人員數(shù)量方面,對(duì)于日本約89 000家嵌入系統(tǒng)相關(guān)企業(yè)總計(jì)約480萬名員工,把調(diào)查得出的嵌入軟件技術(shù)人員人數(shù)分布結(jié)果,根據(jù)企業(yè)規(guī)模加以應(yīng)用,推算出日本的嵌入軟件技術(shù)人員約有15萬人。此外還發(fā)現(xiàn),以前的嵌入軟件產(chǎn)品中,源代碼行數(shù)平均約為49.5萬,新開發(fā)的源代碼行數(shù)平均約為17.7萬。委托外部開發(fā)的企業(yè)超過8成,購買使用嵌入軟件的軟件部件的企業(yè)有6成左右。

2004年,日本嵌入式軟件開發(fā)規(guī)模約為1 538億元人民幣,技術(shù)人員約為15萬人。隨著嵌入式軟件的高速發(fā)展,日本嵌入式軟件人才急劇短缺,開始將業(yè)務(wù)向中國轉(zhuǎn)移。專家預(yù)測,到2010年,日本將要轉(zhuǎn)移到大連的開發(fā)量為2萬人,年產(chǎn)值達(dá)到40億元。

InStat/MDR曾預(yù)測在2001—2006年期間,32位向控制器(MCU)的復(fù)合年增長率可達(dá)22.6%。而全球32位MCU市場在2003年的增長幅度實(shí)際已走過30%,在2004年預(yù)計(jì)將達(dá)到38%。

三、32位嵌入式單片計(jì)算機(jī)的主要性能

采用韓國三星公司生產(chǎn)的S3C2410X微處理器為核心,開發(fā)的單板機(jī)具有如下特點(diǎn):

1.處理速度快(主頻能達(dá)到260MHz);

2.接口豐富(串口、并口、RJ45口、USB口等);

3.內(nèi)存容量大(64MBRAM、64MBROM、可外接硬盤光驅(qū)等);

4.方便用戶的二次開發(fā)和使用;

5.進(jìn)行了嚴(yán)格的電磁,溫度,高壓脈沖,老化,灰塵等測試,性能穩(wěn)定;

6.應(yīng)用領(lǐng)域廣,適用與消費(fèi)類電子產(chǎn)品、汽車電器、通訊產(chǎn)品、網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品等多個(gè)領(lǐng)域,并會(huì)在將來取得更加廣泛的應(yīng)用;

7.不但在匯編軟件方面開發(fā)豐富的軟件供用戶選擇,而且要在高級(jí)語言方面有所突破。使用的開發(fā)程序設(shè)計(jì)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(fā)效率很高的高級(jí)語言。C語言已成為主流通用開發(fā)語言。我們的軟件還可以在Linux系統(tǒng)、WindowsCE系統(tǒng)上運(yùn)行。這給二次開發(fā)企業(yè)提供了極大的方便。

為了在嵌入軟件領(lǐng)域盡快達(dá)到國際先進(jìn)水平,國家863專家委員會(huì)于2002年確定由中興通訊牽頭,聯(lián)合中科院計(jì)算所、浙江大學(xué)共同承擔(dān)國家“面向通訊領(lǐng)域的嵌入軟件開發(fā)平臺(tái)”項(xiàng)目,通過研究與產(chǎn)業(yè)相結(jié)合的方式,盡快掌握嵌入軟件領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù),提高我國在軟件領(lǐng)域的競爭力。該項(xiàng)目入選國家863計(jì)劃信息技術(shù)領(lǐng)域軟件重大專項(xiàng)課題。

日前,為推動(dòng)和引導(dǎo)嵌入式軟件產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展,迅速提升產(chǎn)業(yè)的整體競爭力,中國軟件行業(yè)協(xié)會(huì)日前正式成立了嵌入式系統(tǒng)分會(huì),是國家鼓勵(lì)發(fā)展的項(xiàng)目。綜上所述,根據(jù)嵌入技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步,軟件和硬件系統(tǒng)必將分開發(fā)展,互相促進(jìn)。同時(shí)生產(chǎn)企業(yè)為了提高工作效率,加快新產(chǎn)品的開發(fā)速度,必將與專業(yè)軟件公司合作。這些都給嵌入軟件業(yè)的發(fā)展帶來機(jī)遇。

(編輯/永安)