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樊海方

1  引言

    嵌入式系統(tǒng)是指由微處理器芯片實現(xiàn)的小型專門化的計算機(jī)系統(tǒng)，由嵌入式處理器、相關(guān)支撐硬件、嵌入式操作系統(tǒng)及應(yīng)用軟件系統(tǒng)等組成，它是集軟硬件于一體的可獨立工作的“器件”。嵌入式微處理器具有高集成、高可靠、功能強(qiáng)、成本低的優(yōu)點。嵌入式最早應(yīng)用在軍事領(lǐng)域，后逐步進(jìn)入工業(yè)，現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應(yīng)用在人類生活的各個方面。嵌入式行業(yè)包括的內(nèi)容很廣，有基于單片機(jī)、DSP、MCU的低端嵌入式，也有基于PC架構(gòu)的高端產(chǎn)品。筆者在這里和大家討論的是基于PC架構(gòu)的高端嵌入式EIP（Embedded Intelligent Platform，嵌入式智能平臺）的應(yīng)用與發(fā)展趨勢。

2  概況

    后PC時代到來，人們開始越來越多地接觸到一個新的概念-嵌入式產(chǎn)品。手機(jī)、PDA、掌上電腦均屬于手持的嵌入式產(chǎn)品，VCD機(jī)、機(jī)頂盒等也屬于嵌入式產(chǎn)品，像車載GPS系統(tǒng)、數(shù)控機(jī)床、網(wǎng)絡(luò)冰箱等同樣都采用嵌入式系統(tǒng)。由于芯片技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在芯片除了性能更高以外，體積可以做的更小，功耗更低，從而適應(yīng)很多特殊場合的應(yīng)用。

    EIP，即嵌入式智能平臺，為研祥智能科技股份有限公司提出。EIP的定義為：以計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，以產(chǎn)品應(yīng)用為目標(biāo)，軟、硬件可裁剪，針對應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗等有嚴(yán)格要求的專用智能系統(tǒng)。廣義上的嵌入式智能平臺應(yīng)用范圍已深入到發(fā)展國民經(jīng)濟(jì)的各行各業(yè)，大到衛(wèi)星控制系統(tǒng)，小到一臺數(shù)字電視等均是通過嵌入式智能平臺來達(dá)到自動控制的。

    國家在嵌入式方面也相當(dāng)重視，嵌入式智能平臺行業(yè)的產(chǎn)業(yè)行政主管部門是國家信息產(chǎn)業(yè)部和各地的信息產(chǎn)業(yè)廳（局），其主要職責(zé)是產(chǎn)業(yè)政策的研究制定，通過政府行為推動信息產(chǎn)品的應(yīng)用和國家產(chǎn)業(yè)扶持基金的管理等。中國計算機(jī)學(xué)會是嵌入式智能平臺的行業(yè)內(nèi)部管理機(jī)構(gòu)，主要職責(zé)是對產(chǎn)業(yè)及市場進(jìn)行研究，對會員企業(yè)進(jìn)行自律管理以及代表會員企業(yè)向政府主管部門提出產(chǎn)業(yè)發(fā)展建議與意見等。中國科學(xué)技術(shù)信息研究所、美國國際數(shù)據(jù)集團(tuán)（IDG）、中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會組織的“嵌入式世界展覽暨研討會”今年已經(jīng)是第三屆，為推廣嵌入式技術(shù)及理念作出了重要貢獻(xiàn)。信息產(chǎn)業(yè)部電子信息產(chǎn)品管理司、中國信息產(chǎn)業(yè)商會、亞科希咨詢共同主辦的“中國嵌入式系統(tǒng)技術(shù)與應(yīng)用研討會暨產(chǎn)品展示會”也是國內(nèi)重要的嵌入式推廣活動。

    微軟在嵌入式方面扮演了先驅(qū)與引導(dǎo)者的角色，在此投入了巨資，2000年的時候大力推廣“維納斯計劃”，使得嵌入式深入人心。

3  技術(shù)進(jìn)步與產(chǎn)品應(yīng)用

    (1)嵌入式行業(yè)的現(xiàn)狀
    2002年，國際EIP產(chǎn)品市場總?cè)萘繛?50億美元，和2001年相比，增長了9%左右。詳細(xì)的發(fā)展情況參見圖1。

（數(shù)據(jù)來源：CCID 2002.12）

圖1  1998~2002年全球EIP產(chǎn)品市場發(fā)展規(guī)模及發(fā)展速度

    (2)硬件，嵌入式處理器
    提起嵌入式處理器，就不得不說到Intel。Intel目前在嵌入式CPU方面推出了多款產(chǎn)品，如Xscale、ARM等。與傳統(tǒng)X86相比，精簡指令集的ARM產(chǎn)品無論是在系統(tǒng)構(gòu)架、運(yùn)算速度、系統(tǒng)功耗、系統(tǒng)效用、應(yīng)用成本等方面都更能體現(xiàn)較明顯優(yōu)勢。嵌入式系統(tǒng)的核心部件是各種類型的嵌入式處理器。其中Intel StrongARM SA-1110處理器是一款32位高性能、低能耗的處理器，特別適合便攜無線多媒體設(shè)備。目前，StrongARM處理器最高主頻達(dá)到了206MHz，是當(dāng)前嵌入式處理器市場上處理速度比較快的處理器。

    目前在嵌入式處理器方面除了Intel，還有VIA、TI、Transmeta、方舟、龍芯、研祥智能等公司。國內(nèi)在嵌入式處理器以方舟為首，在NC、稅控、機(jī)頂盒、信息家電、手機(jī)等方面已經(jīng)有所突破。

    (3)軟件，嵌入式操作系統(tǒng)
    目前使用最多的為WIN CE及Linux。在智能手機(jī)、機(jī)頂盒、智能家電、彩票機(jī)、POS機(jī)等產(chǎn)品上已經(jīng)大量應(yīng)用。WIN CE由于微軟的市場知名度高，應(yīng)用軟件豐富，開發(fā)人員多等優(yōu)勢，仍然保持較高的市場份額；Linux以其源代碼開放、費(fèi)用低廉的優(yōu)勢，在業(yè)界得以快速普及。

    微軟利用自己強(qiáng)大的銷售渠道進(jìn)行WIN CE的推廣、培訓(xùn)，目前在市場取得不錯的成績。Linux的出現(xiàn)使大家打破微軟的壟斷成為可能，IBM、HP等巨頭投入重金進(jìn)行Linux 的研究，尤其是IBM在此方面去年已經(jīng)取得50億美金的收入。目前業(yè)界著名的Linux公司有RED hat、Turbolinux、紅旗、Redsonic等。國內(nèi)在Linux方面紅旗、中軟、小紅帽公司做的較好。

    紅旗公司的桌面系統(tǒng)、服務(wù)器方面在國內(nèi)信息化占有較大份額，2002年推出 Contro Linux是專為嵌入式EIP應(yīng)用的操作系統(tǒng)，秉承了開放的Linux的諸多優(yōu)秀性能，并經(jīng)過紅旗的精心優(yōu)化和裁減，從而更加適用于嵌入式設(shè)備，目前在彩票機(jī)、PDA、機(jī)頂盒、DVR、軍事儀表、路由器、瘦客戶機(jī)、醫(yī)療監(jiān)護(hù)儀等方面有廣泛而成功的應(yīng)用。

    (4)醫(yī)療行業(yè)應(yīng)用研祥EIP產(chǎn)品的實例
    隨著人們生活水平的不斷提高，人們對于自身健康的關(guān)注也提升到一個前所未有的高度。在今天，越來越多的高科技手段開始運(yùn)用到醫(yī)療儀器的設(shè)計當(dāng)中。心電圖、腦電圖等生理參數(shù)檢測設(shè)備，各類型的監(jiān)護(hù)儀器，超聲波、X射線成影設(shè)備，核磁共振儀器，以及各式各樣的物理治療儀都開始在各地醫(yī)院廣泛使用。

    從醫(yī)療儀器行業(yè)來看，除了新的傳感檢測技術(shù)不斷運(yùn)用推廣之外，對所采集信息的分析、存儲和顯示也提出了更高的目標(biāo)。這就要求現(xiàn)代的醫(yī)療儀器具備更強(qiáng)大的計算和存儲能力，更穩(wěn)定可靠的性能。另外，醫(yī)療儀器作為一個特殊的行業(yè)，又要求設(shè)備能夠達(dá)到更高級別的環(huán)保要求。如何進(jìn)一步的智能化、專業(yè)化、小型化，同時做到低功耗、零污染，將會是一個無止境的追求過程。

    “EVOC”針對以上特點，潛心研制了適合醫(yī)療儀器行業(yè)使用的一系列嵌入式智能平臺，具備小體積、高可靠性、低功耗和接口完備等特點，一經(jīng)推出就吸引了眾多醫(yī)療儀器供應(yīng)商的目光，并在不斷的使用中取得了驕人的成績。

    現(xiàn)在以多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀為例，介紹“EVOC”嵌入式職能平臺在醫(yī)療行業(yè)的應(yīng)用。參見圖2，系統(tǒng)一般由多臺監(jiān)護(hù)儀和一臺中央護(hù)士工作站組成，監(jiān)護(hù)儀采用“EVOC?04-1541CLDN型全功能嵌入式工業(yè)主板為核心操作平臺。該主板僅有手掌的一半大小，板上集成了超低功耗的NS GX 300MHz CPU處理芯片、SDRAM、CRT/LCD控制、10/100Mbps網(wǎng)絡(luò)接口、Compact Flash、IDE、FDD、兩串一并、二個USB、一個115Kbps IrDA紅外接口、1~255秒可編程看門狗定時器、PS2鍵盤和鼠標(biāo)，支持目前國內(nèi)醫(yī)療行業(yè)最通用的PC/104接口，系統(tǒng)通過該接口擴(kuò)展的用戶板完成包括血壓、血氧、體溫、呼吸等一系列傳感探測器的信號采集，進(jìn)行實時處理，最后結(jié)果可經(jīng)由多種形式輸出。目前該平臺支持高精度LCD和VGA兩種顯示模式，在板視頻最大分辨率可達(dá)1024?68，支持通用的熱敏打印接口，并可通過標(biāo)準(zhǔn)串口與中央護(hù)士工作站相互通訊。在平臺操作系統(tǒng)的選擇方面，給予了客戶更多的自由度，打破了傳統(tǒng)多參數(shù)儀僅支持單一DOS操作系統(tǒng)的局限，以提供更加靈活廣泛的應(yīng)用模式。

圖2  EIP在醫(yī)療行業(yè)應(yīng)用一例

    以上為僅為嵌入式在醫(yī)療行業(yè)應(yīng)用的一部分，其他應(yīng)用如：血液分析儀、CT、核磁共振儀等。

4  挑戰(zhàn)與趨勢

    (1)中國嵌入式行業(yè)發(fā)展中的問題與挑戰(zhàn)
    ①國外品牌先入為主，國內(nèi)技術(shù)發(fā)展緩慢；
    ②多為低端產(chǎn)品，高端欠缺；
    ③產(chǎn)品同質(zhì)化嚴(yán)重；
    ④設(shè)計人才缺乏；
    ⑤沒有產(chǎn)業(yè)化，產(chǎn)業(yè)鏈不完整。
    國內(nèi)與國外在嵌入式方面有很大差距，但是在部分項目上國內(nèi)的進(jìn)步非常快，還有快步趕上的機(jī)會。比如PDA、機(jī)頂盒、車載GPS、NC等。長城的NC、賽格的GPS等目前在國內(nèi)已經(jīng)占據(jù)一定市場。

    (2)嵌入式行業(yè)的發(fā)展趨勢
    ①  連接互聯(lián)網(wǎng)成為必然趨勢
    社會對智能設(shè)備的需求越來越多，嵌入式的應(yīng)用會涉及到生活的各個方面。這些智能設(shè)備必須能夠聯(lián)網(wǎng)才能發(fā)揮它的最大價值。所以網(wǎng)絡(luò)接口將是嵌入式產(chǎn)品必須具備的，且隨著技術(shù)的發(fā)展其中大部分將轉(zhuǎn)為無線方式。目前的802.11a、802.11b等無線傳輸方式，未來將會直接固化在芯片里或主板上。

    ②  軟件的開放性成為大勢所趨
    在軟件方面Linux的崛起代表了軟件開放的人心所向，尤其是在嵌入式方面Linux是非常理想的選擇，目前在NC、PDA方面有成功應(yīng)用。

    ③  SOC成為主流
    隨著對嵌入式設(shè)備要求越來越小，性能要求越來越高，SOC成為最佳選擇。

    ④  更注重人工智能，使產(chǎn)品更人性化，操作更方便
    近幾年隨著國外留學(xué)人員的回歸及國內(nèi)風(fēng)險投資的青睞，嵌入式行業(yè)在國內(nèi)的發(fā)展如火如荼，相信不久的將來，大家會用到更多更好出自中國人的嵌入式系統(tǒng)。