嵌入式技術的現狀和發(fā)展前景

1、15級四班馬令劍Z2015019學院：信息工程學院淺談我國嵌入式技術的現狀與發(fā)展班級:姓名:學號:淺談我國嵌入式技術的現狀與發(fā)展當我們這些曾經稚嫩的孩子滿懷憧憬與希望跨入 21世紀大門的時候，計算 機技術也開始進入一個如火如荼的時代！ 就像我們這一代青少年一樣，生長的茁 壯而有力，計算機也在迅速的發(fā)展著。在現在日益信息化的社會中，計算機和網絡已經全面滲透到日常生活的每一 個角落。對于我們每個人，需要的已經不再僅僅是那種放在桌上處理文檔，進行工作管理和生產控制的計算機機器；各種各樣的新型嵌入式系統(tǒng)設備在應用數量 上已經遠遠超過通用計算機，任何一個普通人可能擁有從大到小的各種使用嵌入 式技術的電子

2、產品，小到 mp3手機等微型數字化產品，大到網絡家電，智能家 電，車載電子設備。而在工業(yè)和服務領域中，使用嵌入式技術的數字機床，智能 工具，工業(yè)機器人，服務機器人也將逐漸改變傳統(tǒng)的工業(yè)和服務方式。嵌入式 技術是將計算機作為一個信息處理部件，嵌入到應用系統(tǒng)中的一種技術，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、高度自動化和響應速度快等特點，因而進入21世紀后其應用越來越廣泛。計算機應用的普及、互聯網技術的實用以及納米微電子技術的突破， 正有力推動著21世紀工業(yè)生產、商業(yè)活動、科學實驗和家庭生活等領域自 動化和信息化進程。全過程自動化產品制造、大范圍

3、電子商務活動、高度 協(xié)同科學實驗以及現代化家庭起居，為嵌入式產品造就了嶄新而巨大的商 機。除了溝通信息高速公路的交換機、路由器和Modem構建CIMS所需的DCSft機器人以及規(guī)模較大的家用汽車電子系統(tǒng)。最有量產效益和時代特征的嵌入式產品應數因特網上的信息家電（Internet Appliances）,如Web可視電話、Web游戲機、Web PDA俗稱電子商務、商務通 ）、WARfe話手機、 以及多媒體產品，如 STB（電視機頂盒）、DVD播放機、電子閱讀機。（一）、在嵌入式技術的現狀方面以信息家電為代表的互聯網時代嵌入式產品，不僅為嵌入式市場展現了美好 前景，注入了新的生命；同時也對嵌入式系

4、統(tǒng)技術，特別是軟件技術提出新的挑 戰(zhàn)。這主要包括：支持日趨增長的功能密度、靈活的網絡聯接、輕便的移動應用 和多媒體的信息處理，止匕外，當然還需對付更加激烈的市場競爭。1 .入式應用軟件的開發(fā)需要強大的開發(fā)工具和操作系統(tǒng)的支持隨著因特網技術的成熟、帶寬的提高，ICP和ASP在網上提供的信息內容日 趨豐富、應用項目多種多樣。像電話手機、電話座機及電冰箱、微波爐等嵌入式 電子設備的功能不再單一，電氣結構也更為復雜。為了滿足應用功能的升級，設 計師們一方面采用更強大的嵌入式處理器如32位、64位RISC芯片或信號處理器DSm曾強處理能力；同時還采用實時多任務編程技術和交叉開發(fā)工具技術來控 制功能復雜性

5、，簡化應用程序設計、保障軟件質量和縮短開發(fā)周期。目前，國外商品化的嵌入式實時操作系統(tǒng)，已進入我國市場的，如 WindRiver,、Microsoft、QNXf口 Nuclear等產品。我國自主開發(fā)的嵌入式系統(tǒng) 軟件產品如科銀（CoreTek）公司的嵌入式軟件開發(fā)平臺DeltaSystem,它不僅包括DeltaCore嵌入式實時操作系統(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 .上網成為必然趨勢為適應嵌入式分布處理結構和應用上網需求，面向21世紀的嵌入式系統(tǒng)要求配備標準的一種或多種網絡通信接口。針對外部聯網要求，

6、嵌入設備必需配有通信接口，相應需要TCP/IP協(xié)議簇軟件支持；由于家用電器相互關聯（如防盜報 警，燈光能源控制，影視設備和信息終端交換信息 ）及實驗現場儀器的協(xié)調工作 等要求，新一代嵌入式設備還需具備 IEEE1394 USB CAN Bluetooth 或 卜DA 通信接口，同時也需要提供相應的通信組網協(xié)議軟件和物理層驅動軟件。為了支持應用軟件的特定編程模式，如We展無線We斕程模式，還需要相應的瀏覽器， 如 HTML WML?。3 .支持小型電子設備實現小尺寸、微功耗和低成本為滿足這種特性，要求嵌入式產品設計者相應降低處理器的性能，限制內存容量和復用接口芯片。這就相應提高了對嵌入式軟件設計

7、技術要求。如，選用最佳的編程模型和不斷改進算法，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驗，更需要發(fā)展先進嵌入式軟件技術，如 Java、We僑口 WAP 等。4 .提供精巧的多媒體人機界面嵌入式設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，自然的人機交互界面，如司機操縱高度自動化的汽車主要還是通過習 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，收發(fā)電子郵件以及彩色圖形、圖像已 取得初步成效。目前一些先進的PDAS顯示屏幕上已實現漢字寫入，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，網絡化的發(fā) 展，嵌入式系統(tǒng)技術也將獲得廣闊的發(fā)展空間。進入20世紀90年代，嵌入式技術全面展開，目前已成為通信和消費類產品 的共同發(fā)展方向。在通信領域，數字技術正在全面取代模擬技術。 在廣播電視領 域，美國已開始由模擬電視向數字電視轉變，歐洲的DVB（數字電視廣播）技術已在全球大多數國家推廣。數字音頻廣播（DAB也已進入商品化試播階段。而 軟件、集成電路和新型元器件在產業(yè)發(fā)展中的作用日益重要。所有上述產品中， 都離不開嵌入式系統(tǒng)技術。前途無可計量的維納斯計劃生產機頂盒，核心技術就 是采用32位以上芯片級的嵌入式技術。在個人領域中，嵌入式產品將主要是個 人商用，

9、作為個人移動的數據處理和通訊軟件。 由于嵌入式設備具有自然的人機 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、收發(fā)電子郵件以及彩色圖形、圖像已取得初步成效。目前一些先進的PDA在顯示屏幕上已實現漢字寫入、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。自動控制領域，不僅可以用于ATM機，自動售貨機，工業(yè)控制等專用設備，和移動通訊設備結合、GPS娛樂相結合，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， 結合網絡，控制，信息，這種智能化，網絡化

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，還有用于學習和研發(fā)的各 種配套開發(fā)包。目前低層系統(tǒng)和硬件平臺經過若干年的研究， 已經相對比較成熟， 實現各種功能的芯片應有盡有。而且巨大的市場需求給我們提供了學習研發(fā)的資 金和技術力量。從軟件方面講，也有相當部分的成熟軟件系統(tǒng)。國外商品化的嵌入式實 時操作系統(tǒng)，已進入我國市場的有 WindRiver、Microsoft、QNXf口 Nuclear等產品。我國自主開發(fā)的嵌入式系統(tǒng)軟件產品如科銀（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）。同時由于是研究熱

11、點，所以我們可以在網上找到各種各樣的免費資源，從 各大廠商的開發(fā)文檔，到各種驅動，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)，無疑是個資源寶庫。對于軟件設計來說， 不管是上手還是進一步開發(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)年產值已超過了1萬億美元，1997年來自美國嵌入式系統(tǒng)大會（EmbeddedSystem Conference）的報告指出，未來5年僅基 于嵌入式計算機系統(tǒng)的全數字電視產品，就將在美國產生一個每年1500億美元的新市場。美國汽車大王福特公司的高級經理也曾宣稱，“福

12、特出售的計算能力已超過了舊M',由此可以想見嵌入式計算機工業(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)大會上，基于RTOS勺Embedded Internet成為一個技術新熱點。在國內，“維納斯計劃”和“女鍋計劃” 一度鬧得沸沸揚揚， 機頂盒、信息加電這兩年更成了 IT熱點，而實際上這些都是嵌入式系統(tǒng)在特定 環(huán)境下的一個特定應用。據調查，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、應用于嵌入式開發(fā)的儀器設備更是不可勝數。在國內，雖然嵌入式應用、開發(fā)很廣，但該領域卻幾乎還是空白，只有三兩家公司和極少數 人員在從事這方面工作。由此可見，嵌入式系統(tǒng)技術發(fā)展的空間

13、真是無比廣大。（二）、在嵌入式技術以后的發(fā)展方面信息時代，數字時代使得嵌入式產品獲得了巨大的發(fā)展契機，為嵌入式 市場展現了美好的前景，同時也對嵌入式生產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，同時還需要提供強大的硬件開發(fā)工具和軟件包支 持。目前很多廠商已經充分考慮到這一點，在主推系統(tǒng)的同時，將開發(fā)環(huán) 境也作為重點推廣。比如三星在推廣Arm7, Arm9芯片的同時還提供開發(fā)板及支持包（BSP3）,而 WindowCE在主推系統(tǒng)時也提供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。當然，這也是市場競爭的結果。2 .網絡化、信息化的要求隨著因特網技術的成熟、帶寬的提高日益提高，使得以往單一功能的設備如電話、手機、冰箱、微波爐等功能不再單 一，結構更加復雜。這就要求芯片設計廠商在芯片上集成更多的功能，為了滿足應用功能 的升級，設計師們一方面采用更強大的嵌入式處理器如32位、64位RISC芯片或信號處理器 DSP增強處理能力，同時增加功能接口，如USB擴展總線類型，如CANBUS加強對多媒體、圖形等的處理，逐步實施片上系統(tǒng)（SOC 的概念。軟件方面采用實時多任務編程技術和交叉開發(fā)工具

15、技術來控制功 能復雜性，簡化應用程序設計、保障軟件質量和縮短開發(fā)周期。如HP3 .網絡互聯成為必然趨勢。未來的嵌入式設備為了適應網絡發(fā)展的要求，必然要求硬件上提供各 種網絡通信接口。傳統(tǒng)的單片機對于網絡支持不足，而新一代的嵌入式處 理器已經開始內嵌網絡接口，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，同時也需要提 供相應的通信組網協(xié)議軟件和物理層驅動軟件。軟件方面系統(tǒng)內核支持網 絡模塊，甚至可以在設備上嵌入Web瀏覽器，真正實現隨時隨地用各種設備上網。4 .精簡系統(tǒng)內核、算法，降低功耗和軟硬件成本。未來的嵌入式產品

16、是軟硬件緊密結合的設備，為了減低功耗和成本， 需要設計者盡量精簡系統(tǒng)內核，只保留和系統(tǒng)功能緊密相關的軟硬件，利 用最低的資源實現最適當的功能，這就要求設計者選用最佳的編程模型和 不斷改進算法，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)展先進嵌入式軟件技術，如Java、Webffi WAP。5 .提供友好的多媒體人機界面嵌入式設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備就象 是一個熟悉的老朋友。這方面的要求使得嵌入式軟件設計者要在圖形界面， 多媒體技術上痛下苦功。手寫文字輸入、語音撥號上網、收發(fā)電子郵件以

17、 及彩色圖形、圖像都會使使用者獲得自由的感受。目前一些先進的PDA在顯示屏幕上已實現漢字寫入、短消息語音發(fā)布，但一般的嵌入式設備距離 這個要求還有很長的路要走。5.1 P構件庫技術正在造就一個新興的軟件行業(yè)嵌入式系統(tǒng)實現的最高形式是單一芯片系統(tǒng)（SOC, System On Chip）,而SOC的核技術是IP核（即知識產權核 Intellectual Property Kernels）構件。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。硬件提供商以數據軟件庫的形式，將其久經驗證的處理器邏 輯和芯片版圖數據，供EDA工具調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內核軟件或其它功能軟件，如通信協(xié)議軟件，FAX功能軟件等構件標準 API方式和IP核構件形式供IDE 和EDA工具調用制成 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商紛紛把成熟的RTO汕核和功能擴展件，以軟件IP核構件形式出售，如 Microtec 的VRTXoc for ARM 就是典 型例子。正在興起的IP構件軟件技術正為一大批高智小型軟件公司提供發(fā) 展機遇。7.J2ME技術將對嵌入式軟件的發(fā)展產生深遠影響眾所周知”一次編程，到處使用"JAVA軟件概念原本就是針對網上嵌入式小設備提

19、出的。幾經周折，目前SUN司已才t出了 J2ME（JAVA2 Platform Micro Edition）針對信息家電的JAVA版本，其技術日趨成熟，開始投入使用。SUN公司JAVA虛擬機（JVM）技術的有序開放，使得 JAVA軟件真正實現 跨平臺運行，即JAVA應用小程序能夠在帶有 JVM的任何硬軟件系統(tǒng)上執(zhí)行。 這對實現瘦身上網的信息家電等網絡設備十分有利。這一技術動向勢必對 嵌入式設備特別是上網設備軟件編程技術產生重大影響，更值得業(yè)界人事 關注。嵌入式應用對于家用信息網絡的前景也是非常樂觀的，家用電器將向 數字化和網絡化發(fā)展，電視機、微波爐、數字電話等都將嵌入式微處理機 并通過家庭網關與Internet 連接，構成家庭信息網絡。屆時，人們可以遠 程控制家里的電器設備，可以實現遠程醫(yī)療、遠程教育，可以視頻點播， 實現管子的才有用，否則只會去的相反的效果。比如，如果加入敵人的轉 動速度作為比較樣本，則會比較有用，但是加入敵人的能量作為比較信息， 則大部分情況都不會有用。還有，只是比較了一個單位時間的樣本（