嵌入式技術發(fā)展及產(chǎn)業(yè)鏈結構_趙定遠

1、嵌入式技術發(fā)展及產(chǎn)業(yè)鏈結構趙定遠(成都大學信息科學與技術學院,四川成都610106)摘要:嵌入式技術是目前發(fā)展最快的信息技術之一,也是國內軟件產(chǎn)業(yè)發(fā)展最快的領域之一,其對制造業(yè)的發(fā)展和傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的技術提升起到了很重要的作用.文章就國內在嵌入式技術領域的發(fā)展現(xiàn)狀、關鍵技術及行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈等相關問題進行了討論.關鍵詞:嵌入式;發(fā)展;產(chǎn)業(yè)鏈;結構中圖分類號:TP39文獻標識碼:A0引言嵌入式技術是近年來IT領域發(fā)展最快的方向之一,嵌入式軟件產(chǎn)業(yè)現(xiàn)已成為中國IT產(chǎn)業(yè)中的一個重要新興產(chǎn)業(yè)和增長點.國內強大的電子信息產(chǎn)品制造業(yè)和巨大的信息化市場為嵌入式產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了重要的機遇.目前,在3G、數(shù)字電視、網(wǎng)絡設備

2、領域,以及制造業(yè)與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)技術提升等行業(yè)的巨大智能化裝備市場需求下,嵌入式市場快速成長.1嵌入式產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀據(jù)有關統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,我國嵌入式產(chǎn)業(yè)自2000年以來,發(fā)展很快1-3.20002005年,我國嵌入式系統(tǒng)軟件年平均增速達38%以上,2005年完成嵌入式系統(tǒng)軟件收入535億元,比2004年增長35%,占全部軟件業(yè)務收入的13.7%.2005年我國軟件產(chǎn)品出口達35.9億美元,增長28.2%,其中嵌入式系統(tǒng)軟件出口28.7億美元,占全部軟件出口的79.9%,拉動我國軟件出口增長22.5個百分點.2006年全國軟件100強企業(yè)的前10名中,以嵌入式軟件產(chǎn)品為主的生產(chǎn)企業(yè)就占了6家,可以說,嵌

3、入式軟件企業(yè)在軟件行業(yè)中的比重越來越大.在2008年10月中國電子學會嵌入式系統(tǒng)專家委員會召開的工作委員會會議上,倪光南院士指出,中國電子信息產(chǎn)業(yè)2007年收入為5.6萬億元人民幣,同比增長18%,但是其利潤很低,原因之一就是對嵌入式系統(tǒng)關鍵技術的掌握上,不掌握嵌入式系統(tǒng)的關鍵技術,就不能形成產(chǎn)業(yè)鏈結構,就不能引領市場的發(fā)展.2007年嵌入式軟件的收入占到了軟件產(chǎn)業(yè)總收入的21%,占出口軟件總額的68%,可見嵌入式軟件的發(fā)展對中國軟件產(chǎn)業(yè)發(fā)展的影響越來越大.在制造業(yè)領域,嵌入式技術和軟件應用帶來的影響日益擴大,智能化裝備市場的巨大需求將制造業(yè)與嵌入式技術的發(fā)展緊密地連在一起,嵌入式技術也成為了

4、傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)技術改造和提升的一個重要支撐技術,此外,3G市場的開放與網(wǎng)絡技術的發(fā)展,信息家電與軍事電子應用也對嵌入式技術有著極大的需求,因此,以嵌入式技術為核心的電子信息產(chǎn)業(yè)結構調整和優(yōu)化升級是一件很重要的事情.2嵌入式產(chǎn)業(yè)發(fā)展關鍵技術4-72.1嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)(EOS,Embedded OperatingSystem)是嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的重要技術之一,EOS是一種系統(tǒng)軟件,EOS負責嵌入系統(tǒng)的全部軟、硬件資源的分配、調度,控制、協(xié)調并發(fā)活動,EOS具有可裁減性,能夠通過匹配相關模塊來滿足系統(tǒng)所要求的基本功能,使操作系統(tǒng)的內存占有率最低.國外的嵌入式操作系統(tǒng)發(fā)展較早,一般分為三類:一類

5、是實時OS,一類是非實時OS,還有一類是開源的Linux系統(tǒng),它既有實時OS,也有非實時OS.在各類嵌入式操作系統(tǒng)中,Microsoft WindowsCE是從整體上為有限資源的平臺設計的多線程、完整優(yōu)先權、多任務的操作系統(tǒng);VxWorks是目前嵌入式系統(tǒng)領域實時性最好的系統(tǒng);而pSOS屬于WIND RIVER公司的產(chǎn)品,這個系統(tǒng)是一個模塊化、高性能的實時操作系統(tǒng),專為嵌入式微處理器設計,提供一個完全多任務環(huán)境,在定制的硬件上提供高性能和高可靠性,開發(fā)者可以根據(jù)操作系統(tǒng)的功能和內存需求定制成不同應用場合所需的系統(tǒng),利用它來實現(xiàn)從簡單的單個獨立設備到復雜的、網(wǎng)絡化的多處理器系統(tǒng);QNX是一個實時

6、的、可擴充的操作系統(tǒng),它提供了一個很小的微內核以及一些可選的配合進程.3Com公司的PalmOS具有開放的操作系統(tǒng)應用程序接口(API),開發(fā)者可以根據(jù)需要自行開發(fā)所需要的應用程序;Micro-wave的OS-9是為微處理器的關鍵實時任務而設計的操作系統(tǒng),它提供了很好的安全性和容錯性,與其他的嵌入式系統(tǒng)相比,它的靈活性和可升級性非常突出;Lynx Real-time Systems的LynxOS是一個分布式、嵌入式、可規(guī)模擴展的實時操作系統(tǒng).國內嵌入式操作系統(tǒng)發(fā)展起步較晚,近年來具有完全自主知識產(chǎn)權的國產(chǎn)嵌入式操作系統(tǒng)取得了較大進展.例如,北京凱思昊鵬公司的Hopen嵌入式操作系統(tǒng)在手機、PD

7、A、網(wǎng)絡計算等產(chǎn)品中得到應用;北京科銀京成公司自主開發(fā)的DeltaOS也是國內具有代表性的嵌入式操作系統(tǒng),該系統(tǒng)包括嵌入式實時內核、TCP IP系統(tǒng)、文件系統(tǒng)等組件,其分別在IC卡終端、飛行導航終端、便攜式通訊終端以及軍工產(chǎn)品中得到應用;SMARTOS是由浙江大學嵌入式中心研制的嵌入式操作系統(tǒng),是一個可支持下一代SOC與多核芯片的實時多任務嵌入式操作系統(tǒng).此外,基于開源的Linux嵌入式操作系統(tǒng)發(fā)展也很快,國內具有代表性的產(chǎn)品有宇龍計算機通信科技(深圳)有限公司的Linous(領馳系統(tǒng)),主要用于智能手機產(chǎn)品,中興通訊的嵌入式Linux,北京大唐移動通信設備有限公司的用于其TD-SCDMA的L

8、inux系統(tǒng).另外,嵌入式Linux還在網(wǎng)絡計算機、PMP等領域得到普及應用.隨著嵌入式操作系統(tǒng)的應用領域不斷延伸,近年開始出現(xiàn)一批具有典型行業(yè)代表性的專用操作系統(tǒng),如山東神思電子公司推出了S-6嵌入式操作系統(tǒng),這種操作系統(tǒng)集成了豐富的I2C、PWM、ADC、UART、USB、MODEM等I O驅動及GSM、CDMA、PHS無線通信接口,主要應用于第二代智能卡身份證讀卡機、智能公話、IC卡讀卡器等信息終端行業(yè)應用.不同的操作系統(tǒng)在不同的應用領域活躍著,并沒有形成完全的壟斷,這就給我國嵌入式操作系統(tǒng)的發(fā)展提供了機遇.2.2嵌入式微處理器嵌入式微處理器是嵌入式系統(tǒng)的硬件核心,一般分為:嵌入式微處理

9、器(Embedded Microproces-sorUnit,EMPU),嵌入式微控制器(MicrocontrollerUnit,MCU),嵌入式DSP處理器(Embedded DigitalSignalProcessor,EDSP)和嵌入式片上系統(tǒng)(SystemOn Chip SoC).EMPU一般是指通用CPU,在應用中將微處理器裝配在專門設計的電路板上,只保留與嵌入式應用有關的母板功能,這樣可以減小系統(tǒng)體積和功耗.為了滿足嵌入式應用的特殊要求,嵌入式微處理器雖然在功能上和標準微處理器基本是一樣的,但嵌入式系統(tǒng)一般工作環(huán)境比較特殊,所以在工作溫度、抗電磁干擾、可靠性等方面一般都做了各種增強

10、,以滿足嵌入式系統(tǒng)的工作環(huán)境.MCU又稱單片機,MCU以微處理器內核為核心,芯片內部集成了存儲器、總線、總線控制器、定時器、計數(shù)器、WatchDog、IPO、串行口、脈寬調制輸出等各種必要功能和外設.單片機有各種系列,一般一個系列的單片機具有多種衍生產(chǎn)品,每種衍生產(chǎn)品的處理器內核都是一樣的,不同的是存儲器和外設的配置及封裝.這樣做可以使單片機最大限度地和應用需求相匹配,功能不多不少,從而減少功耗和成本.和嵌入式微處理器相比,微控制器的最大特點是單片化,體積大大減小,從而使功耗和成本下降、可靠性提高.EDSP處理器對系統(tǒng)結構和指令進行了特殊設計,使其適合于執(zhí)行DSP算法,編譯效率較高,指令執(zhí)行速

11、度也較高.目前,DSP應用正從在通用單片機中以普通指令實現(xiàn)DSP功能,過渡到采用嵌入式DSP處理器.隨著EDI的推廣和半導體工藝的迅速發(fā)展,在一個硅片上實現(xiàn)一個更為復雜的系統(tǒng)的時代已來臨,這就是System on Chip(SoC).各種通用處理器內核將作為SoC設計公司的標準庫,和許多其他嵌入式系統(tǒng)外設一樣,SoC已成為VLSI設計中一種標準的器件,用標準的VHDL等語言描述,存儲在器件庫中,用戶只需定義出其整個應用系統(tǒng),仿真通過后就可以將設計圖交給半導體工廠制作樣品.這樣,除個別無法集成的器件以外,整個嵌入式系統(tǒng)大部分均可集成到一塊或幾塊芯片中去,應用系統(tǒng)電路板將變得很簡潔,這對于減小應用

12、系統(tǒng)體積和降低功耗、提高系統(tǒng)可靠性非常有利.2.3嵌入式支撐軟件嵌入式支撐軟件,是指用于幫助和支持軟件開發(fā)的軟件,通常包括數(shù)據(jù)庫和開發(fā)工具,其中以數(shù)據(jù)庫最為重要.嵌入式數(shù)據(jù)庫技術已得到廣泛的應用,隨著移動通信技術的進步,人們對移動數(shù)據(jù)處理提出了更高的要求.嵌入式移動數(shù)據(jù)庫或簡稱為移動數(shù)據(jù)庫(EMDBS),是支持移動計算或某種特定計算模式的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng).數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)與操作系統(tǒng)及具體應用集成在一起,運行在各種智能型嵌入設備或移動設備上,其中,嵌入在移動設備上的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)由于涉及數(shù)據(jù)庫技術、分布式計算技術以及移動通訊技術等多個學科,目前已經(jīng)成為一個十分活躍的研究和應用領域.國際上主要的嵌入式移動數(shù)據(jù)

13、庫系統(tǒng)有Sybase、Ora-cle等,我國嵌入式移動數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)以東軟集團研究開發(fā)的嵌入式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)OpenBASE Mini為代表.由于我國在該領域起步較晚,目前在技術上還存在較大差距.2.4嵌入式應用軟件嵌入式應用軟件,是指針對特定應用領域,基于某一固定的硬件平臺,用來達到用戶預期目標的計算機軟件.由于用戶任務可能有時間和精度上的要求,因此有些嵌入式應用軟件需要特定嵌入式操作系統(tǒng)的支持.嵌入式應用軟件和普通應用軟件有一定的區(qū)別,它不僅要求其準確性、安全性和穩(wěn)定性等方面能夠滿足實際應用的需要,而且還要盡可能地進行優(yōu)化,以減少對系統(tǒng)資源的消耗,并降低硬件成本.目前,我國市場上已經(jīng)出現(xiàn)了各式各樣

14、的嵌入式應用軟件,包括瀏覽器、Email軟件、文字處理軟件、通訊軟件、多媒體軟件、個人信息處理軟件、智能人機交互軟件、各種行業(yè)應用軟件等.嵌入式系統(tǒng)中的應用軟件是最活躍的領域,每種應用軟件均有特定的應用背景,盡管規(guī)模較小,但專業(yè)性較強,所以嵌入式應用軟件不像操作系統(tǒng)和支撐軟件那樣受制于國外產(chǎn)品與技術壟斷,是我國嵌入式軟件的優(yōu)勢領域.3嵌入式產(chǎn)業(yè)鏈結構3,8,9嵌入式系統(tǒng)(Embedded Systems),是指以應用為中心,以計算技術為基礎,軟硬件可裁減以適應應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴格綜合性要求的專用計算機系統(tǒng),它是一個技術密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的基于硅片的知識

15、集成系統(tǒng).嵌入式系統(tǒng)無疑是當前最熱門、最有發(fā)展前途的IT應用領域之一.嵌入式產(chǎn)業(yè)可大體分為嵌入式技術產(chǎn)業(yè)和嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)及代工產(chǎn)業(yè),例如,IC代工業(yè)、PCB代工業(yè)等.嵌入式技術產(chǎn)業(yè)是各種嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品的技術基礎,其包括:嵌入式IC設計生產(chǎn)(含嵌入式微處理器和SoC設計),嵌入式操作系統(tǒng)(RTOS)及嵌入式軟件中間件行業(yè),MEMS技術和智能傳感器技術行業(yè),嵌入式IP咨詢服務和開發(fā)行業(yè)等(含EDA及開發(fā)工具業(yè)).嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)是建立在行業(yè)需求基礎上的基于系統(tǒng)結構設計、功能設計和工程設計的產(chǎn)業(yè).嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)分散于各個具體應用行業(yè),嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品是以該行業(yè)系統(tǒng)和標準為基礎,以適用的嵌入式技術為核心并

16、結合應用軟件和系統(tǒng)集成開發(fā)為特征.目前,我國嵌入式軟件產(chǎn)業(yè)也正面臨巨大市場所帶來的發(fā)展機遇,但就是這樣一個舉足輕重而又充滿生機的產(chǎn)業(yè),在有關專家、資深產(chǎn)業(yè)人士和相關企業(yè)家看來,仍然存在產(chǎn)業(yè)結構不合理、競爭力不強、專業(yè)化程度不高、產(chǎn)業(yè)鏈缺乏協(xié)作、產(chǎn)業(yè)標準尚未完善、政府扶植政策難以落實、企業(yè)規(guī)模偏小等問題,中國嵌入式軟件產(chǎn)業(yè)期待整體突破.盡管產(chǎn)業(yè)規(guī)模比較大,但我國嵌入式軟件產(chǎn)品主要依賴于終端制造廠商自產(chǎn)、自銷、自用,市場化、專業(yè)化和社會化程度較低,這必然會導致標準不規(guī)范、不統(tǒng)一,造成產(chǎn)品兼容性較差.目前,我國的嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)鏈上存在斷點,產(chǎn)業(yè)鏈上的產(chǎn)業(yè)協(xié)同不夠,這是制約產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關鍵問題之一.比如

17、,有的時候嵌入式軟件企業(yè)找不到上下游企業(yè),有了產(chǎn)品不知道賣給誰,想買產(chǎn)品也不知道向誰買,這很不利于整個產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展,尤其是在集成電路芯片、軟件和關鍵元器件等方面,基本上依賴于國外.要改變目前這種被動局面,一個重要的舉措就是發(fā)展嵌入式軟件,使原來生產(chǎn)的低附加值的設備變成智能化的高附加值的設備.從某種意義上來說,通用計算機行業(yè)的技術是壟斷的,而嵌入式系統(tǒng)則不同,它是一個分散的工業(yè),充滿了競爭、機遇與創(chuàng)新,沒有哪一個系列的處理器和操作系統(tǒng)能夠壟斷全部市場,即便在體系結構上存在著主流,但互不相同的應用領域決定了不可能由少數(shù)公司、少數(shù)產(chǎn)品壟斷全部市場的情況出現(xiàn).因此,嵌入式系統(tǒng)領域的產(chǎn)品和技術,必然是高

18、度分散的,這對各個行業(yè)的中小規(guī)模高技術公司而言,其創(chuàng)新余地很大.另外,現(xiàn)在國內嵌入式操作系統(tǒng)廠商普遍規(guī)模不大,難以與國際企業(yè)競爭.理想的發(fā)展模式應該是選擇以合作開發(fā)技術、共同發(fā)展用戶的方式,形成利益共同體,共同規(guī)劃產(chǎn)業(yè)鏈,提供完善的開發(fā)環(huán)境.但目前的情況是,作為嵌入式軟件廠商用戶的設備廠商,其產(chǎn)品創(chuàng)新和市場開拓能力不足,新產(chǎn)品策劃基本采取跟蹤國外同類產(chǎn)品的方式,無法對國內嵌入式軟件系統(tǒng)提出明確需求,這也導致國內嵌入式軟件廠商在本地化和標準化建設方面進展緩慢.同時,在嵌入式軟件廠商與自身上下游廠商合作的過程中,也出現(xiàn)了類似的問題.因此,在未來的嵌入式平臺合作方式的選擇方面,需要合作成員摸索一個以

19、市場導向為主,技術導向為輔的合作模式,開拓一個長期共贏的合作方式.4結語嵌入式軟件是軟件產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展的一個主要方向,是一個應用越來越廣,能夠帶來巨大經(jīng)濟效益和社會價值的技術手段.就目前的情況看,我國應該在關鍵技術和產(chǎn)業(yè)鏈結構方面投入更多的人力和資金,以國內市場為依托,以全球技術的發(fā)展和需求為導向,我國嵌入式軟件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將會更好、更快、更穩(wěn)健.參考文獻:1謝諾.嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀和展望J.無線電通信技術,2003(2):62-64.2石秀民,魏洪興.嵌入式系統(tǒng)原理與應用M.北京:北京航空航天大學出版社,2007.3邢濤,葉景樓,任永昌.嵌入式產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究J.技術經(jīng)濟,2005(11):18-

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