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成长挡不住—嵌入式软件的源头、应用及发展

更新时间: 2006-06-01 15:03:05来源: 粤嵌教育浏览量:817

  *诞生之路

  (一)嵌入式系统发展

  嵌入式软件是嵌入式系统的重要组成部分,所以,谈嵌入式软件的应用及发展自然就不能不提及嵌入式系统。

  嵌入式系统核心理念就是把计算机系统嵌入到特定对象体系中,实现智能化控制。

  如今,嵌入式系统包括硬件和软件两部分。硬件包括微处理器、存储器及外设器件和I/O端口、图形控制器等;软件部分包括操作系统软件(OS)、支撑软件、数据库和应用程序嵌入式系统按形态依次可分为设备级(工控机)、板级(单板、模块)、芯片级(MCU、SoC)。其中,芯片技术含量也是越来越高,尤其是SOC(芯片上系统)更是跟半导体技术发展息息相关。每当半导体制程技术前进一步(如:从90nm到65nm),同等尺寸的SOC能够实现性能和功能都会有很大提升。

  嵌入式系统虽然起源于微型计算机系统,但由于其特定的应用定位,面向众多特定对象系统,因此有别于通用计算机系统。

  发展初期,人们勉为其难地将通用计算机系统进行改装,在大型设备中实现嵌入式应用。然而,面对众多的对象系统(如:家用电器、手机、工控单元、MP3)特等需求,有的出于体积、可靠性等原因根本无法嵌入通用计算机系统,有的即使能嵌入,成本、专业性应用也无法满足需求,况且嵌入式系统与通用计算机系统的技术发展方向完全不同因此,嵌入性、专业性、系统性的特点决定了嵌入式系统的发展方向,嵌入式系统必须走独立发展道路。

  (二)软件导入

  嵌入式系统的独立道路就是芯片化道路,终发展成将计算机做在一个芯片上,从而开创了嵌入式系统独立发展的单片机时代,软件导入也从而成为一种必然的思路。

  究其原因,是因为单片机终是依靠程序来实现功能应用的,程序是可以修改的。

  通过不同的程序实现不同的功能,尤其是特殊的独特的一些功能,这是其他器件需要费很大力气才能做到的,有些则是花大力气也很难做到的,这正好是软件可以做的事情。

  由于嵌入式系统通常是面向特定应用的,嵌入式CPU与通用型的不同就是嵌入式CPU大多工作在为特定用户群设计的系统中,它通常都具有低功耗、体积小、集成度高等特点。所以,这需要在设计时尽量把通用CPU中许多由板卡完成的任务集成在芯片内部,从而有利于嵌入式系统设计趋于小型化。

  另外,考虑到嵌入式系统的硬件必须争在同样的硅片面积上实现更高的性能。因此,不可能像PC机那样,无限提供更高速度、大内存,有时更需考虑成本因素。所以,软件也必须高效率地设计,量体裁衣、去除冗余,这样才能在具体应用中对处理器的选择更具有竞争力。

  此外,由于单片机对成本是敏感的,所以目前占统治地位的软件还是汇编语言,它是除了二进制机器码以上的语言了,就是单片机通常没有家用计算机那样的CPU,也没有像硬盘那样的海量存储设备。一个可视化语言编写的小程序里面即使只有一个按钮,也会达到几十K。对于PC的硬盘来讲没什么,可是对于单片机来讲是不能接受的。单片机在硬件资源方面的利用率必须很高才行,所以汇编虽然原始却还是在大量使用。

  类似道理,如果把巨型计算机上的操作系统和应用软件拿到普通PC上来运行,普通PC的也是承受不了的。

  鉴于嵌入式系统具有许多不同于普通PC的特点和要求,软件的植入就成为嵌入式系统发展的必然要求。特别是随着终端设备功能的增多和丰富,系统的复杂程度加大,越来越需要嵌入式软件在整个系统中发挥核心的管理作用。

  *看得见的成长


  嵌入式软件产业发展迅猛,已成为软件体系的重要组成部分。

  嵌入式系统产品正不断渗透各个行业,嵌入式软件作为包含在这些硬件产品中的特殊软件形态,其产业增幅不断加大,而且在整个软件产业的比重日趋提高。

  2003年中国嵌入式软件市场规模达到190亿元人民币,2005年则为308.5亿元,预计到2006年,嵌入式软件市场规模将达到432.5亿元。

  通信、数字电视、汽车、信息家电等行业的巨大智能化装备需求拉动了嵌入式软件及系统的发展。

  与传统的通用计算机系统不同,嵌入式系统面向特定应用领域,根据应用需求定制开发,并随着智能化产品的普遍需求渗透到各行各业。

  随着硬件技术的不断革新,硬件平台的处理能力不断增强,硬件成本不断下降,嵌入式软件已成为产品的数字化改造、智能化增值的关键性、带动性技术。

  到2008年,嵌入式软件产品将达到78亿美元的市场规模。


  *未来趋势

  嵌入式软件的主要应用领域有手机、网络及通讯设备、信息家电、汽车电子、工业控制、MP3、DC、DV等。在未来几年内,嵌入式软件的发展趋势如下:

  (一)手机市场势头迅猛

  手机是嵌入式软件的应用领域,占一半以上份额,尤其是3G的即将启动,智能手机的迅猛发展都为嵌入式软件提供了巨大的市场机会。

  据统计,2005年智能手机销售量达到527万台,并将在随后3年内保持50%以上的平均增长率,预计2008年会达到1764万台。未来5年内,中国智能手机占整个手机市场的份额将会从目前的6%多一点迅速提升到20%左右。

  作为保障智能手机功能顺利实现的支撑性软件、数据库软件、嵌入式操作系统和应用软件,市场前景十分广阔。

  其中,支撑性软件主要有协议栈软件、驱动程序等,协议栈是手机软件复杂的部分,它的复杂性在于它和基带及应用处理芯片的设计密切相关。通常情况下,只有具备芯片设计能力的企业才可能开发协议栈。

  嵌入式移动数据库技术目前已经从研究领域向广泛的应用领域发展,各种嵌入式移动数据库产品纷纷涌现,尤其是对移动数据处理和管理需求的不断提高,特别要满足备份恢复、复制与同步、安全性和系统快速启动等的要求。而智能手机的嵌入式操作系统主要有Symbian、Windows Mobile、Linux、Palm等。2005年他们在中国市场的份额见图3。

  其中,Symbian由于有诺基亚、索尼爱立信等大手机厂商的支持,份额不会有太大波动;Windows Mobile由于脱胎于PC界面,且与PC软件兼容性好,随着软件更加完善和微软的大力推广,市场份额会逐渐扩大。

  而Linux基于成本优势,获得了摩托罗拉的青睐,并且芯片厂商德州仪器等也支持该操作系统,因此,份额不会有太大波动。Palm操作系统由于初是为PDA所设计开发,因此,拓展性不强,会逐渐萎缩。

  因此,预测2008年中国Symbian、Windows Mobile、Linux、Palm的市场份额依次为39%、23%、35%、2%,其他操作系统占1%。

  ,智能手机的很多常用功能通过嵌入式应用软件来实现,如:日程管理、多媒体、手写识别、词典、计算器等。并且很多新的功能拓展不仅需要新的硬件系统支撑,也需要相应应用软件来帮助终实现。如:GPS功能、DMB功能。

  智能手机嵌入式应用软件的未来发展空间很广阔,但也面临免费资源和盗版的威胁,如何解决知识产权问题将是智能手机嵌入式应用软件面临的关键性问题。

  (二)网络通信增长减缓

  嵌入式软件在路由器、交换机等网络通讯设备领域应用增长趋缓,但仍不可或缺。

  嵌入式软件在路由器、交换机等网络通讯设备领域的应用主要有:路由器嵌入式协议软件、交换机嵌入式协议软件、网络防火墙设备嵌入式协议软件、路由器与交换机设备嵌入式Web网管应用软件等等。

  尤其是在网络安全重要性日益凸显的今天,嵌入式安全防范软件的地位日益重要。

  (三)信息家电市场规模扩大

  数字电视、IPTV电视及机顶盒将是信息家电领域中嵌入式软件的主要应用领域。

  随着各项标准进程加快,厂商的积极参与,市场规模将呈现高速发展,同时由于数字电视信息量成倍增加,在图像压缩、数字传输、数字接受、数字显示等方面顺利实现不仅需要大量的硬件支持,嵌入式软件的功用也不可替代,有时作用更加凸显,如:中间件和CA系统。

  (四)汽车电子空间广阔

  随着中国汽车市场的持续升温,消费者对汽车安全性、稳定性以及娱乐性等方面提出越来越高的要求,推动了汽车电子快速发展,也为汽车电子嵌入式软件提供了广阔的发展空间。

  以车载信息娱乐系统为例,它正由简单的车载音响系统转变为丰富多彩的多媒体娱乐中心,这对图像处理芯片和嵌入式软件提出新的更高要求的同时,也带来新的市场机会。

  汽车电子其他新的应用市场快速启动和发展也给汽车电子嵌入式软件带来了巨大发展机会。如:GPS导航、车载蓝牙免提等。

  (五)工业控制领域持续增长

  在中国工业控制领域,与国民生产、医疗、航天、交通相关的嵌入式应用将继续快速增长。工业控制仪表、税控收款机、核磁共振仪、飞机电子系统、交通控制系统等诸多领域对嵌入式应用都有增长性的需求。

  伴随着半导体制程技术进步,特征尺寸缩小,集成度的提高,更加复杂的系统和功能将能通过SOC实现,SOC将发挥更大功用,它的发展将再次推进嵌入式软件与硬件系统进一步的融合,基于IP构件库的设计技术将成为嵌入式系统设计的主流,IP构件库技术将造就一个新兴的软件行业。

  在此趋势下,嵌入式技术将飞速发展,快速向各种行业的深入渗透,在手机、网络及通讯设备、信息家电、汽车电子、工业控制、MP3、DC、DV等许多领域发挥更大功用,嵌入式软件的市场前景将无限风光。

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