1、-作者xxxx-日期xxxx嵌入式技術發展及產業鏈結構_趙定遠【精品文檔】嵌入式技術發展及產業鏈結構趙定遠(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展最快的信息技術之一,也是國內軟件產業發展最快的領域之一,其對制造業的發展和傳統產業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展現狀、關鍵技術及行業產業鏈等相關問題進行了討論.關鍵詞:嵌入式;發展;產業鏈;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領域發展最快的方向之一,嵌入式軟件產業現已成為中國IT產業中的一個重要新興產業和增長點.國內強大的電子信息產品制造業和巨大的信息

2、化市場為嵌入式產業的發展提供了重要的機遇.目前,在3G、數字電視、網絡設備領域,以及制造業與傳統產業技術提升等行業的巨大智能化裝備市場需求下,嵌入式市場快速成長.1嵌入式產業的發展現狀據有關統計數據顯示,我國嵌入式產業自2000年以來,發展很快1-3.20002005年,我國嵌入式系統軟件年平均增速達38%以上,2005年完成嵌入式系統軟件收入535億元,比2004年增長35%,占全部軟件業務收入的13.7%.2005年我國軟件產品出口達億美元,增長28.2%,其中嵌入式系統軟件出口億美元,占全部軟件出口的79.9%,拉動我國軟件出口增長個百分點.2006年全國軟件100強企業的前10名中,以

3、嵌入式軟件產品為主的生產企業就占了6家,可以說,嵌入式軟件企業在軟件行業中的比重越來越大.在2008年10月中國電子學會嵌入式系統專家委員會召開的工作委員會會議上,倪光南院士指出,中國電子信息產業2007年收入為萬億元人民幣,同比增長18%,但是其利潤很低,原因之一就是對嵌入式系統關鍵技術的掌握上,不掌握嵌入式系統的關鍵技術,就不能形成產業鏈結構,就不能引領市場的發展.2007年嵌入式軟件的收入占到了軟件產業總收入的21%,占出口軟件總額的68%,可見嵌入式軟件的發展對中國軟件產業發展的影響越來越大.在制造業領域,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與嵌入式

4、技術的發展緊密地連在一起,嵌入式技術也成為了傳統產業技術改造和提升的一個重要支撐技術,此外,3G市場的開放與網絡技術的發展,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業結構調整和優化升級是一件很重要的事情.2嵌入式產業發展關鍵技術4-7嵌入式操作系統嵌入式操作系統(EOS,Embedded OperatingSystem)是嵌入式系統發展的重要技術之一,EOS是一種系統軟件,EOS負責嵌入系統的全部軟、硬件資源的分配、調度,控制、協調并發活動,EOS具有可裁減性,能夠通過匹配相關模塊來滿足系統所要求的基本功能,使操作系統的內存占有率最低.國外的嵌入

5、式操作系統發展較早,一般分為三類:一類是實時OS,一類是非實時OS,還有一類是開源的Linux系統,它既有實時OS,也有非實時OS.在各類嵌入式操作系統中,Microsoft WindowsCE是從整體上為有限資源的平臺設計的多線程、完整優先權、多任務的操作系統;VxWorks是目前嵌入式系統領域實時性最好的系統;而pSOS屬于WIND RIVER公司的產品,這個系統是一個模塊化、高性能的實時操作系統,專為嵌入式微處理器設計,提供一個完全多任務環境,在定制的硬件上提供高性能和高可靠性,開發者可以根據操作系統的功能和內存需求定制成不同應用場合所需的系統,利用它來實現從簡單的單個獨立設備到復雜的、

6、網絡化的多處理器系統;QNX是一個實時的、可擴充的操作系統,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應用程序接口(API),開發者可以根據需要自行開發所需要的應用程序;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,它提供了很好的安全性和容錯性,與其他的嵌入式系統相比,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、可規模擴展的實時操作系統.國內嵌入式操作系統發展起步較晚,近年來具有完全自主知識產權的國產嵌入式操作系統取得了較大進展.例如,北京凱思昊鵬公司

7、的Hopen嵌入式操作系統在手機、PDA、網絡計算等產品中得到應用;北京科銀京成公司自主開發的DeltaOS也是國內具有代表性的嵌入式操作系統,該系統包括嵌入式實時內核、TCP IP系統、文件系統等組件,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,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.此外,基于開源的Linux嵌入式操作系統發展也很快,國內具有代表性的產品有宇龍計算機通信科技(深圳)有限公司的Linous(領馳系統),主要用于智能手機產品,中興通訊的嵌入式Linux,北京大唐移動通信設

8、備有限公司的用于其TD-SCDMA的Linux系統.另外,嵌入式Linux還在網絡計算機、PMP等領域得到普及應用.隨著嵌入式操作系統的應用領域不斷延伸,近年開始出現一批具有典型行業代表性的專用操作系統,如山東神思電子公司推出了S-6嵌入式操作系統,這種操作系統集成了豐富的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應用.不同的操作系統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的發展提供了機遇.嵌入式微處理器嵌入式微處理器是嵌入式系統的

9、硬件核心,一般分為:嵌入式微處理器(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(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,但嵌入式系統一般工作環境比較特殊,所以在工作溫度、抗電磁干擾

10、、可靠性等方面一般都做了各種增強,以滿足嵌入式系統的工作環境.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品,每種衍生產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處理器對系統結構和指令進行了特殊設計,使其適合于執行DS

11、P算法,編譯效率較高,指令執行速度也較高.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展,在一個硅片上實現一個更為復雜的系統的時代已來臨,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,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,整個嵌入式系統大部分均可集成到一塊或幾塊芯片中去,應用系統電

12、路板將變得很簡潔,這對于減小應用系統體積和降低功耗、提高系統可靠性非常有利.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的軟件,通常包括數據庫和開發工具,其中以數據庫最為重要.嵌入式數據庫技術已得到廣泛的應用,隨著移動通信技術的進步,人們對移動數據處理提出了更高的要求.嵌入式移動數據庫或簡稱為移動數據庫(EMDBS),是支持移動計算或某種特定計算模式的數據庫管理系統.數據庫系統與操作系統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據庫系統由于涉及數據庫技術、分布式計算技術以及移動通訊技術等多個學科,目前已經成為一個十分活躍的研究和應用領域.

13、國際上主要的嵌入式移動數據庫系統有Sybase、Ora-cle等,我國嵌入式移動數據庫系統以東軟集團研究開發的嵌入式數據庫系統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.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的支持.嵌入式應用軟件和普通應用軟件有一定的區別,它不僅要求其準確性、安全性和穩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化,以減少對系統資源的消耗,并降低硬件成本.目前,我國市場

14、上已經出現了各式各樣的嵌入式應用軟件,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、各種行業應用軟件等.嵌入式系統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,盡管規模較小,但專業性較強,所以嵌入式應用軟件不像操作系統和支撐軟件那樣受制于國外產品與技術壟斷,是我國嵌入式軟件的優勢領域.3嵌入式產業鏈結構3,8,9嵌入式系統(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,它是一個技術密集、資金密集、高度分散、不斷

15、創新的基于硅片的知識集成系統.嵌入式系統無疑是當前最熱門、最有發展前途的IT應用領域之一.嵌入式產業可大體分為嵌入式技術產業和嵌入式系統產業及代工產業,例如,IC代工業、PCB代工業等.嵌入式技術產業是各種嵌入式系統產品的技術基礎,其包括:嵌入式IC設計生產(含嵌入式微處理器和SoC設計),嵌入式操作系統(RTOS)及嵌入式軟件中間件行業,MEMS技術和智能傳感器技術行業,嵌入式IP咨詢服務和開發行業等(含EDA及開發工具業).嵌入式系統產業是建立在行業需求基礎上的基于系統結構設計、功能設計和工程設計的產業.嵌入式系統產業分散于各個具體應用行業,嵌入式系統產品是以該行業系統和標準為基礎,以適用

16、的嵌入式技術為核心并結合應用軟件和系統集成開發為特征.目前,我國嵌入式軟件產業也正面臨巨大市場所帶來的發展機遇,但就是這樣一個舉足輕重而又充滿生機的產業,在有關專家、資深產業人士和相關企業家看來,仍然存在產業結構不合理、競爭力不強、專業化程度不高、產業鏈缺乏協作、產業標準尚未完善、政府扶植政策難以落實、企業規模偏小等問題,中國嵌入式軟件產業期待整體突破.盡管產業規模比較大,但我國嵌入式軟件產品主要依賴于終端制造廠商自產、自銷、自用,市場化、專業化和社會化程度較低,這必然會導致標準不規范、不統一,造成產品兼容性較差.目前,我國的嵌入式系統產業鏈上存在斷點,產業鏈上的產業協同不夠,這是制約產業發展

17、的關鍵問題之一.比如,有的時候嵌入式軟件企業找不到上下游企業,有了產品不知道賣給誰,想買產品也不知道向誰買,這很不利于整個產業健康發展,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展嵌入式軟件,使原來生產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,通用計算機行業的技術是壟斷的,而嵌入式系統則不同,它是一個分散的工業,充滿了競爭、機遇與創新,沒有哪一個系列的處理器和操作系統能夠壟斷全部市場,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公司、少數產品壟斷全部市場的情況出現.因此,嵌入式系統領域的

18、產品和技術,必然是高度分散的,這對各個行業的中小規模高技術公司而言,其創新余地很大.另外,現在國內嵌入式操作系統廠商普遍規模不大,難以與國際企業競爭.理想的發展模式應該是選擇以合作開發技術、共同發展用戶的方式,形成利益共同體,共同規劃產業鏈,提供完善的開發環境.但目前的情況是,作為嵌入式軟件廠商用戶的設備廠商,其產品創新和市場開拓能力不足,新產品策劃基本采取跟蹤國外同類產品的方式,無法對國內嵌入式軟件系統提出明確需求,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

19、要合作成員摸索一個以市場導向為主,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業未來發展的一個主要方向,是一個應用越來越廣,能夠帶來巨大經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業鏈結構方面投入更多的人力和資金,以國內市場為依托,以全球技術的發展和需求為導向,我國嵌入式軟件產業的發展將會更好、更快、更穩健.參考文獻:1謝諾.嵌入式系統的發展現狀和展望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.嵌入式產業發展研究J.技術經濟,20

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