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      成長擋不住—嵌入式軟件的源頭、應用及發展

      更新時間: 2006-06-01 15:03:05來源: 粵嵌教育瀏覽量:801

        *誕生之路

        (一)嵌入式系統發展

        嵌入式軟件是嵌入式系統的重要組成部分,所以,談嵌入式軟件的應用及發展自然就不能不提及嵌入式系統。

        嵌入式系統核心理念就是把計算機系統嵌入到特定對象體系中,實現智能化控制。

        如今,嵌入式系統包括硬件和軟件兩部分。硬件包括微處理器、存儲器及外設器件和I/O端口、圖形控制器等;軟件部分包括操作系統軟件(OS)、支撐軟件、數據庫和應用程序嵌入式系統按形態依次可分為設備級(工控機)、板級(單板、模塊)、芯片級(MCU、SoC)。其中,芯片技術含量也是越來越高,尤其是SOC(芯片上系統)更是跟半導體技術發展息息相關。每當半導體制程技術前進一步(如:從90nm到65nm),同等尺寸的SOC能夠實現性能和功能都會有很大提升。

        嵌入式系統雖然起源于微型計算機系統,但由于其特定的應用定位,面向眾多特定對象系統,因此有別于通用計算機系統。

        發展初期,人們勉為其難地將通用計算機系統進行改裝,在大型設備中實現嵌入式應用。然而,面對眾多的對象系統(如:家用電器、手機、工控單元、MP3)特等需求,有的出于體積、可靠性等原因根本無法嵌入通用計算機系統,有的即使能嵌入,成本、專業性應用也無法滿足需求,況且嵌入式系統與通用計算機系統的技術發展方向完全不同因此,嵌入性、專業性、系統性的特點決定了嵌入式系統的發展方向,嵌入式系統必須走獨立發展道路。

        (二)軟件導入

        嵌入式系統的獨立道路就是芯片化道路,終發展成將計算機做在一個芯片上,從而開創了嵌入式系統獨立發展的單片機時代,軟件導入也從而成為一種必然的思路。

        究其原因,是因為單片機終是依靠程序來實現功能應用的,程序是可以修改的。

        通過不同的程序實現不同的功能,尤其是特殊的獨特的一些功能,這是其他器件需要費很大力氣才能做到的,有些則是花大力氣也很難做到的,這正好是軟件可以做的事情。

        由于嵌入式系統通常是面向特定應用的,嵌入式CPU與通用型的不同就是嵌入式CPU大多工作在為特定用戶群設計的系統中,它通常都具有低功耗、體積小、集成度高等特點。所以,這需要在設計時盡量把通用CPU中許多由板卡完成的任務集成在芯片內部,從而有利于嵌入式系統設計趨于小型化。

        另外,考慮到嵌入式系統的硬件必須爭在同樣的硅片面積上實現更高的性能。因此,不可能像PC機那樣,無限提供更高速度、大內存,有時更需考慮成本因素。所以,軟件也必須高效率地設計,量體裁衣、去除冗余,這樣才能在具體應用中對處理器的選擇更具有競爭力。

        此外,由于單片機對成本是敏感的,所以目前占統治地位的軟件還是匯編語言,它是除了二進制機器碼以上的語言了,就是單片機通常沒有家用計算機那樣的CPU,也沒有像硬盤那樣的海量存儲設備。一個可視化語言編寫的小程序里面即使只有一個按鈕,也會達到幾十K。對于PC的硬盤來講沒什么,可是對于單片機來講是不能接受的。單片機在硬件資源方面的利用率必須很高才行,所以匯編雖然原始卻還是在大量使用。

        類似道理,如果把巨型計算機上的操作系統和應用軟件拿到普通PC上來運行,普通PC的也是承受不了的。

        鑒于嵌入式系統具有許多不同于普通PC的特點和要求,軟件的植入就成為嵌入式系統發展的必然要求。特別是隨著終端設備功能的增多和豐富,系統的復雜程度加大,越來越需要嵌入式軟件在整個系統中發揮核心的管理作用。

        *看得見的成長


        嵌入式軟件產業發展迅猛,已成為軟件體系的重要組成部分。

        嵌入式系統產品正不斷滲透各個行業,嵌入式軟件作為包含在這些硬件產品中的特殊軟件形態,其產業增幅不斷加大,而且在整個軟件產業的比重日趨提高。

        2003年中國嵌入式軟件市場規模達到190億元人民幣,2005年則為308.5億元,預計到2006年,嵌入式軟件市場規模將達到432.5億元。

        通信、數字電視、汽車、信息家電等行業的巨大智能化裝備需求拉動了嵌入式軟件及系統的發展。

        與傳統的通用計算機系統不同,嵌入式系統面向特定應用領域,根據應用需求定制開發,并隨著智能化產品的普遍需求滲透到各行各業。

        隨著硬件技術的不斷革新,硬件平臺的處理能力不斷增強,硬件成本不斷下降,嵌入式軟件已成為產品的數字化改造、智能化增值的關鍵性、帶動性技術。

        到2008年,嵌入式軟件產品將達到78億美元的市場規模。


        *未來趨勢

        嵌入式軟件的主要應用領域有手機、網絡及通訊設備、信息家電、汽車電子、工業控制、MP3、DC、DV等。在未來幾年內,嵌入式軟件的發展趨勢如下:

        (一)手機市場勢頭迅猛

        手機是嵌入式軟件的應用領域,占一半以上份額,尤其是3G的即將啟動,智能手機的迅猛發展都為嵌入式軟件提供了巨大的市場機會。

        據統計,2005年智能手機銷售量達到527萬臺,并將在隨后3年內保持50%以上的平均增長率,預計2008年會達到1764萬臺。未來5年內,中國智能手機占整個手機市場的份額將會從目前的6%多一點迅速提升到20%左右。

        作為保障智能手機功能順利實現的支撐性軟件、數據庫軟件、嵌入式操作系統和應用軟件,市場前景十分廣闊。

        其中,支撐性軟件主要有協議棧軟件、驅動程序等,協議棧是手機軟件復雜的部分,它的復雜性在于它和基帶及應用處理芯片的設計密切相關。通常情況下,只有具備芯片設計能力的企業才可能開發協議棧。

        嵌入式移動數據庫技術目前已經從研究領域向廣泛的應用領域發展,各種嵌入式移動數據庫產品紛紛涌現,尤其是對移動數據處理和管理需求的不斷提高,特別要滿足備份恢復、復制與同步、安全性和系統快速啟動等的要求。而智能手機的嵌入式操作系統主要有Symbian、Windows Mobile、Linux、Palm等。2005年他們在中國市場的份額見圖3。

        其中,Symbian由于有諾基亞、索尼愛立信等大手機廠商的支持,份額不會有太大波動;Windows Mobile由于脫胎于PC界面,且與PC軟件兼容性好,隨著軟件更加完善和微軟的大力推廣,市場份額會逐漸擴大。

        而Linux基于成本優勢,獲得了摩托羅拉的青睞,并且芯片廠商德州儀器等也支持該操作系統,因此,份額不會有太大波動。Palm操作系統由于初是為PDA所設計開發,因此,拓展性不強,會逐漸萎縮。

        因此,預測2008年中國Symbian、Windows Mobile、Linux、Palm的市場份額依次為39%、23%、35%、2%,其他操作系統占1%。

        ,智能手機的很多常用功能通過嵌入式應用軟件來實現,如:日程管理、多媒體、手寫識別、詞典、計算器等。并且很多新的功能拓展不僅需要新的硬件系統支撐,也需要相應應用軟件來幫助終實現。如:GPS功能、DMB功能。

        智能手機嵌入式應用軟件的未來發展空間很廣闊,但也面臨免費資源和盜版的威脅,如何解決知識產權問題將是智能手機嵌入式應用軟件面臨的關鍵性問題。

        (二)網絡通信增長減緩

        嵌入式軟件在路由器、交換機等網絡通訊設備領域應用增長趨緩,但仍不可或缺。

        嵌入式軟件在路由器、交換機等網絡通訊設備領域的應用主要有:路由器嵌入式協議軟件、交換機嵌入式協議軟件、網絡防火墻設備嵌入式協議軟件、路由器與交換機設備嵌入式Web網管應用軟件等等。

        尤其是在網絡安全重要性日益凸顯的今天,嵌入式安全防范軟件的地位日益重要。

        (三)信息家電市場規模擴大

        數字電視、IPTV電視及機頂盒將是信息家電領域中嵌入式軟件的主要應用領域。

        隨著各項標準進程加快,廠商的積極參與,市場規模將呈現高速發展,同時由于數字電視信息量成倍增加,在圖像壓縮、數字傳輸、數字接受、數字顯示等方面順利實現不僅需要大量的硬件支持,嵌入式軟件的功用也不可替代,有時作用更加凸顯,如:中間件和CA系統。

        (四)汽車電子空間廣闊

        隨著中國汽車市場的持續升溫,消費者對汽車安全性、穩定性以及娛樂性等方面提出越來越高的要求,推動了汽車電子快速發展,也為汽車電子嵌入式軟件提供了廣闊的發展空間。

        以車載信息娛樂系統為例,它正由簡單的車載音響系統轉變為豐富多彩的多媒體娛樂中心,這對圖像處理芯片和嵌入式軟件提出新的更高要求的同時,也帶來新的市場機會。

        汽車電子其他新的應用市場快速啟動和發展也給汽車電子嵌入式軟件帶來了巨大發展機會。如:GPS導航、車載藍牙免提等。

        (五)工業控制領域持續增長

        在中國工業控制領域,與國民生產、醫療、航天、交通相關的嵌入式應用將繼續快速增長。工業控制儀表、稅控收款機、核磁共振儀、飛機電子系統、交通控制系統等諸多領域對嵌入式應用都有增長性的需求。

        伴隨著半導體制程技術進步,特征尺寸縮小,集成度的提高,更加復雜的系統和功能將能通過SOC實現,SOC將發揮更大功用,它的發展將再次推進嵌入式軟件與硬件系統進一步的融合,基于IP構件庫的設計技術將成為嵌入式系統設計的主流,IP構件庫技術將造就一個新興的軟件行業。

        在此趨勢下,嵌入式技術將飛速發展,快速向各種行業的深入滲透,在手機、網絡及通訊設備、信息家電、汽車電子、工業控制、MP3、DC、DV等許多領域發揮更大功用,嵌入式軟件的市場前景將無限風光。

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