2011年，谷歌Android和蘋果iOS的“戰(zhàn)役”，毫無疑問仍然在智能手機(jī)和平板電腦領(lǐng)域中繼續(xù)。但更多的較量，將在嵌入式領(lǐng)域出現(xiàn)。
使用閃存的企業(yè)與日俱增，并行編程工具大行其道。此外，原本是云計(jì)算要求的虛擬化，也正不斷向小型嵌入式平臺(tái)演進(jìn)。云通信越來越多，它將在今年更容易被實(shí)現(xiàn)。前景廣闊的新興技術(shù)如此之多，下面我們將對(duì)此一一進(jìn)行詳述。
虛擬化
在云計(jì)算環(huán)境中，處處都有虛擬機(jī)。今年，致力于將嵌入式網(wǎng)絡(luò)設(shè)備用于企業(yè)服務(wù)器的開發(fā)人員，在提供如Eurotech公司云設(shè)備等完整解決方案方面，可能會(huì)有更多的選擇（例如在Java 環(huán)境下運(yùn)行的嵌入式云終端）。借助云，開發(fā)人員可按照所支持的遠(yuǎn)程設(shè)備要求，測(cè)試并部署服務(wù)器端資源，但是這要求開發(fā)人員熟悉這種技術(shù)。
考慮到向多核和集群的發(fā)展，服務(wù)器虛擬化被視為是理所當(dāng)然的。由于并非只有通信應(yīng)用需要高可靠性，因此許多廣泛用于高可用性系統(tǒng)（如MontaVista公司的Carrier Grade Edition 6.0）的工具，將會(huì)在通信應(yīng)用之外的領(lǐng)域找到用武之地。像裸金屬虛擬化這樣的新功能可使更廣泛的平臺(tái)從中受益。
虛擬化甚至將在單芯片、模塊或單板環(huán)境中更普及，在這種環(huán)境中，兩到三個(gè)虛擬機(jī)將為融合新代碼的舊應(yīng)用提供應(yīng)用隔離或支持。此時(shí)，虛擬化技術(shù)將應(yīng)用在64位平臺(tái)上，但是今年32位平臺(tái)將更多地采用虛擬化技術(shù)。
實(shí)現(xiàn)更高智能的軟件工具
功率調(diào)試有可能在今年年底前成為目標(biāo)應(yīng)用。IAR Systems等公司已開始在他們的調(diào)試器中引入該功能。IAR公司的Embedded Workbench（圖1），可將功率的使用對(duì)應(yīng)到代碼行。
功率確實(shí)只是設(shè)計(jì)的一個(gè)方面，它游離于傳統(tǒng)代碼區(qū)之外，因此在未來，開發(fā)人員更容易獲得邏輯分析儀形式的信息作為調(diào)試器功能集的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)部分。
你正在使用靜態(tài)和動(dòng)態(tài)源代碼分析工具嗎？今年可能是搶占先機(jī)的一個(gè)好時(shí)機(jī)。只有借助這些改進(jìn)的開發(fā)工具，才能實(shí)現(xiàn)交付更快和錯(cuò)誤更少的目標(biāo)。
開發(fā)人員是一如既往地聰明。但是隨著應(yīng)用復(fù)雜性與日俱增以及安全性等其他標(biāo)準(zhǔn)的引入，在設(shè)計(jì)和開發(fā)過程中防止錯(cuò)誤或找出錯(cuò)誤顯得愈發(fā)關(guān)鍵。
蘋果的iOS、谷歌的Android以及英特爾和諾基亞的MeeGo，將繼續(xù)在智能手機(jī)、平板電腦等各式平臺(tái)混戰(zhàn)，這將為大范圍的開發(fā)人員提供各種目標(biāo)平臺(tái)。嵌入式開發(fā)人員更感興趣的，是借助這些平臺(tái)擴(kuò)展使用iPad和Droid等設(shè)備作為控制面板的其他應(yīng)用硬件和軟件。
開發(fā)人員將很難對(duì)大量iPad備選方案或iPad本身的價(jià)格和選擇方案進(jìn)行匹配。期待有更多的產(chǎn)品整合到支持智能手機(jī)的Web服務(wù)器和支持應(yīng)用中。
去年推出了相當(dāng)多帶高級(jí)軟件仿真支持的多核設(shè)計(jì)，這使開發(fā)人員能夠在交付芯片之前展開工作。這一趨勢(shì)在今年甚至將更加普遍，這是因?yàn)殚_發(fā)人員特別喜歡曝光系統(tǒng)內(nèi)部，而這在真實(shí)的硬件中是不可能實(shí)現(xiàn)的。
多核編程
處理多核平臺(tái)的技術(shù)就像這些平臺(tái)本身一樣多種多樣。單芯片、對(duì)稱多處理（SMP）多核最容易用現(xiàn)有工具處理，這些工具一般可以分區(qū)（特別是與虛擬化結(jié)合使用時(shí)）。在這些情況下，內(nèi)核數(shù)目多是一種優(yōu)勢(shì)。
多核處理器集群將核的個(gè)數(shù)擴(kuò)展到上千個(gè)的級(jí)別。OpenMP、MPI和OpenCL紛紛開始投入使用。這些工具已從學(xué)術(shù)界走向商業(yè)領(lǐng)域，而且這種趨勢(shì)將在今年加速發(fā)展。并行編程平臺(tái)目前瞄準(zhǔn)Linux和Windows，而英特爾的Intel Parallel Studio XE和Cluster Studio，只是一些開發(fā)人員將來能夠使用的新工具。
學(xué)生們經(jīng)常攀比超級(jí)電腦并不足為奇，而它們的價(jià)格確實(shí)比過去更為實(shí)惠，特別是當(dāng)圖形處理單元（GPU）被集成后。
近期最大的不同，是能夠充分發(fā)揮GPU中上百個(gè)內(nèi)核優(yōu)勢(shì)的商業(yè)應(yīng)用數(shù)量。在許多系統(tǒng)中，多個(gè)GPU與一個(gè)CPU匹配。機(jī)架式GPU系統(tǒng)已作為NVidia、Supermicro、Appro和AMBX Servers等供應(yīng)商的標(biāo)準(zhǔn)配置提供。
開發(fā)人員將需要采用用于SeaMicro公司的SM10000等平臺(tái)的并行編程工具。SM10000整合了512個(gè)1.6GHz Z530 Atom處理器和1 Tbyte DRAM。
Tilera公司的Tile-GX100（圖2）在單個(gè)芯片中整合了100個(gè)超長(zhǎng)指令字（VLIW）、64位內(nèi)核。mPIPE線速數(shù)據(jù)包處理系統(tǒng)充當(dāng)多達(dá)32 Gb以太網(wǎng)端口的前端。開發(fā)人員可對(duì)SMP區(qū)域進(jìn)行分區(qū)，甚至通過零開銷Linux支持運(yùn)行單個(gè)內(nèi)核。
一些開發(fā)人員正使用NI的LabVIEW等圖形編程環(huán)境和MathWorks的MATLAB等面向矩陣的工具，作為并行處理的備選方案。除多核平臺(tái)外，這兩種工具還支持GPU。
安全應(yīng)用
考慮到多數(shù)嵌入式開發(fā)環(huán)境中的安全實(shí)踐有限，假冒行為有可能驅(qū)使開發(fā)人員進(jìn)行不僅僅是安全性的考量。如今，固件、加密通信鏈路和認(rèn)證機(jī)制很容易獲得，但是協(xié)調(diào)使用往往比底層應(yīng)用更復(fù)雜。這里的挑戰(zhàn)在于獲得長(zhǎng)期的回報(bào)。
另一方面，防假冒措施往往更獨(dú)立，并且更容易獲得可確認(rèn)的回報(bào)。硬件措施正越來越普遍，盡管在這一點(diǎn)上硬件措施的成本似乎很高。
隨著針對(duì)軍事環(huán)境的安全隔離內(nèi)核和管理程序的工作進(jìn)入商業(yè)產(chǎn)品中，用虛擬化和分區(qū)操作系統(tǒng)隔離應(yīng)用將在嵌入式領(lǐng)域中越來越普遍。商業(yè)市場(chǎng)并非必需ARINC 5653支持和DO-178B認(rèn)證，但是需要這些架構(gòu)所提供的功能和可靠性。
2011年，谷歌Android和蘋果iOS的“戰(zhàn)役”，毫無疑問仍然在智能手機(jī)和平板電腦領(lǐng)域中繼續(xù)。但更多的較量，將在嵌入式領(lǐng)域出現(xiàn)。
使用閃存的企業(yè)與日俱增，并行編程工具大行其道。此外，原本是云計(jì)算要求的虛擬化，也正不斷向小型嵌入式平臺(tái)演進(jìn)。云通信越來越多，它將在今年更容易被實(shí)現(xiàn)。前景廣闊的新興技術(shù)如此之多，下面我們將對(duì)此一一進(jìn)行詳述。
虛擬化
在云計(jì)算環(huán)境中，處處都有虛擬機(jī)。今年，致力于將嵌入式網(wǎng)絡(luò)設(shè)備用于企業(yè)服務(wù)器的開發(fā)人員，在提供如Eurotech公司云設(shè)備等完整解決方案方面，可能會(huì)有更多的選擇（例如在Java 環(huán)境下運(yùn)行的嵌入式云終端）。借助云，開發(fā)人員可按照所支持的遠(yuǎn)程設(shè)備要求，測(cè)試并部署服務(wù)器端資源，但是這要求開發(fā)人員熟悉這種技術(shù)。
考慮到向多核和集群的發(fā)展，服務(wù)器虛擬化被視為是理所當(dāng)然的。由于并非只有通信應(yīng)用需要高可靠性，因此許多廣泛用于高可用性系統(tǒng)（如MontaVista公司的Carrier Grade Edition 6.0）的工具，將會(huì)在通信應(yīng)用之外的領(lǐng)域找到用武之地。像裸金屬虛擬化這樣的新功能可使更廣泛的平臺(tái)從中受益。
虛擬化甚至將在單芯片、模塊或單板環(huán)境中更普及，在這種環(huán)境中，兩到三個(gè)虛擬機(jī)將為融合新代碼的舊應(yīng)用提供應(yīng)用隔離或支持。此時(shí)，虛擬化技術(shù)將應(yīng)用在64位平臺(tái)上，但是今年32位平臺(tái)將更多地采用虛擬化技術(shù)。
實(shí)現(xiàn)更高智能的軟件工具
功率調(diào)試有可能在今年年底前成為目標(biāo)應(yīng)用。IAR Systems等公司已開始在他們的調(diào)試器中引入該功能。IAR公司的Embedded Workbench（圖1），可將功率的使用對(duì)應(yīng)到代碼行。
功率確實(shí)只是設(shè)計(jì)的一個(gè)方面，它游離于傳統(tǒng)代碼區(qū)之外，因此在未來，開發(fā)人員更容易獲得邏輯分析儀形式的信息作為調(diào)試器功能集的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)部分。
你正在使用靜態(tài)和動(dòng)態(tài)源代碼分析工具嗎？今年可能是搶占先機(jī)的一個(gè)好時(shí)機(jī)。只有借助這些改進(jìn)的開發(fā)工具，才能實(shí)現(xiàn)交付更快和錯(cuò)誤更少的目標(biāo)。
開發(fā)人員是一如既往地聰明。但是隨著應(yīng)用復(fù)雜性與日俱增以及安全性等其他標(biāo)準(zhǔn)的引入，在設(shè)計(jì)和開發(fā)過程中防止錯(cuò)誤或找出錯(cuò)誤顯得愈發(fā)關(guān)鍵。
蘋果的iOS、谷歌的Android以及英特爾和諾基亞的MeeGo，將繼續(xù)在智能手機(jī)、平板電腦等各式平臺(tái)混戰(zhàn)，這將為大范圍的開發(fā)人員提供各種目標(biāo)平臺(tái)。嵌入式開發(fā)人員更感興趣的，是借助這些平臺(tái)擴(kuò)展使用iPad和Droid等設(shè)備作為控制面板的其他應(yīng)用硬件和軟件。
開發(fā)人員將很難對(duì)大量iPad備選方案或iPad本身的價(jià)格和選擇方案進(jìn)行匹配。期待有更多的產(chǎn)品整合到支持智能手機(jī)的Web服務(wù)器和支持應(yīng)用中。
去年推出了相當(dāng)多帶高級(jí)軟件仿真支持的多核設(shè)計(jì)，這使開發(fā)人員能夠在交付芯片之前展開工作。這一趨勢(shì)在今年甚至將更加普遍，這是因?yàn)殚_發(fā)人員特別喜歡曝光系統(tǒng)內(nèi)部，而這在真實(shí)的硬件中是不可能實(shí)現(xiàn)的。
多核編程
處理多核平臺(tái)的技術(shù)就像這些平臺(tái)本身一樣多種多樣。單芯片、對(duì)稱多處理（SMP）多核最容易用現(xiàn)有工具處理，這些工具一般可以分區(qū)（特別是與虛擬化結(jié)合使用時(shí)）。在這些情況下，內(nèi)核數(shù)目多是一種優(yōu)勢(shì)。
多核處理器集群將核的個(gè)數(shù)擴(kuò)展到上千個(gè)的級(jí)別。OpenMP、MPI和OpenCL紛紛開始投入使用。這些工具已從學(xué)術(shù)界走向商業(yè)領(lǐng)域，而且這種趨勢(shì)將在今年加速發(fā)展。并行編程平臺(tái)目前瞄準(zhǔn)Linux和Windows，而英特爾的Intel Parallel Studio XE和Cluster Studio，只是一些開發(fā)人員將來能夠使用的新工具。
學(xué)生們經(jīng)常攀比超級(jí)電腦并不足為奇，而它們的價(jià)格確實(shí)比過去更為實(shí)惠，特別是當(dāng)圖形處理單元（GPU）被集成后。
近期最大的不同，是能夠充分發(fā)揮GPU中上百個(gè)內(nèi)核優(yōu)勢(shì)的商業(yè)應(yīng)用數(shù)量。在許多系統(tǒng)中，多個(gè)GPU與一個(gè)CPU匹配。機(jī)架式GPU系統(tǒng)已作為NVidia、Supermicro、Appro和AMBX Servers等供應(yīng)商的標(biāo)準(zhǔn)配置提供。
開發(fā)人員將需要采用用于SeaMicro公司的SM10000等平臺(tái)的并行編程工具。SM10000整合了512個(gè)1.6GHz Z530 Atom處理器和1 Tbyte DRAM。
Tilera公司的Tile-GX100（圖2）在單個(gè)芯片中整合了100個(gè)超長(zhǎng)指令字（VLIW）、64位內(nèi)核。mPIPE線速數(shù)據(jù)包處理系統(tǒng)充當(dāng)多達(dá)32 Gb以太網(wǎng)端口的前端。開發(fā)人員可對(duì)SMP區(qū)域進(jìn)行分區(qū)，甚至通過零開銷Linux支持運(yùn)行單個(gè)內(nèi)核。
一些開發(fā)人員正使用NI的LabVIEW等圖形編程環(huán)境和MathWorks的MATLAB等面向矩陣的工具，作為并行處理的備選方案。除多核平臺(tái)外，這兩種工具還支持GPU。
安全應(yīng)用
考慮到多數(shù)嵌入式開發(fā)環(huán)境中的安全實(shí)踐有限，假冒行為有可能驅(qū)使開發(fā)人員進(jìn)行不僅僅是安全性的考量。如今，固件、加密通信鏈路和認(rèn)證機(jī)制很容易獲得，但是協(xié)調(diào)使用往往比底層應(yīng)用更復(fù)雜。這里的挑戰(zhàn)在于獲得長(zhǎng)期的回報(bào)。
另一方面，防假冒措施往往更獨(dú)立，并且更容易獲得可確認(rèn)的回報(bào)。硬件措施正越來越普遍，盡管在這一點(diǎn)上硬件措施的成本似乎很高。
隨著針對(duì)軍事環(huán)境的安全隔離內(nèi)核和管理程序的工作進(jìn)入商業(yè)產(chǎn)品中，用虛擬化和分區(qū)操作系統(tǒng)隔離應(yīng)用將在嵌入式領(lǐng)域中越來越普遍。商業(yè)市場(chǎng)并非必需ARINC 5653支持和DO-178B認(rèn)證，但是需要這些架構(gòu)所提供的功能和可靠性。
精選編程語(yǔ)言
C和C++將一直是較大范圍內(nèi)嵌入式編程語(yǔ)言的默認(rèn)選擇，但是Python、Microsoft的C#甚至Java等其他編程語(yǔ)言的使用有望出現(xiàn)增長(zhǎng)。NI的LabVIEW等圖形編程系統(tǒng)和MathWorks 的MATLAB和Simulink等開發(fā)工具，有可能會(huì)吸引更多擁躉。
由于嵌入式平臺(tái)的內(nèi)存量和性能級(jí)別正在提升，因此C語(yǔ)言的替代語(yǔ)言更有可能非常簡(jiǎn)單。設(shè)計(jì)人員通?？梢越柚渌幊坦ぞ呃枚嗪撕痛蠹旱母咝?yōu)勢(shì)。
徘徊不前的機(jī)器人
新平臺(tái)的試驗(yàn)正在機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行。許多機(jī)器人研究和支持軟件仍然專有，但是更多開源平臺(tái)和工具正使得開發(fā)人員能夠更輕松地了解機(jī)器人。
成功的商業(yè)機(jī)器人并非僅限于智能吸塵器。無人機(jī)（UAV）和其他無人駕駛飛行器正在大量交付。盡管技術(shù)的改進(jìn)很有可能打造更安全的飛行器，但是在工業(yè)領(lǐng)域中使用無人機(jī)的挑戰(zhàn)，更多地表現(xiàn)在聯(lián)邦航空局（FAA）規(guī)則的限制上，而不是技術(shù)上。
更快的電路板，更快的系統(tǒng)
2010年，OpenVPX架構(gòu)對(duì)軍事和航空電子設(shè)計(jì)產(chǎn)生了巨大的影響，從目前來看，這種影響在2011年將更加深遠(yuǎn)。該架構(gòu)可提高VPX外形規(guī)格在新設(shè)計(jì)中的使用率。
微型軍用標(biāo)準(zhǔn)屬于VITA-73、VITA-74和VITA-75等VITA之列。VITA-73（圖3）基于PCI Systems的2.5英寸硬盤驅(qū)動(dòng)器外形規(guī)格。VITA-74基于nano-ETXexpress外形規(guī)格，而VITA-75則是較小的VPX外形規(guī)格。
這些小尺寸板標(biāo)準(zhǔn)采用高速串行接口。開發(fā)人員甚至能以更小的外形尺寸在這些系統(tǒng)中整合相當(dāng)高的計(jì)算能力。更小的系統(tǒng)往往能與傳感器和控制元件靠得更近，并且能夠在微型UAV等小型平臺(tái)上運(yùn)行。
期待PC/104 Consortium的PCI/104-Express和PCIe/104，以及微型化技術(shù)推廣聯(lián)盟（SFF-SIG）的SUMIT板獲得更多進(jìn)展。Ampro Adlink公司的ReadyBoard 850（圖4），將EPIC標(biāo)準(zhǔn)與SUMIT PCI Express堆棧整合在一起。
許多可堆疊應(yīng)用對(duì)PCI Express的需求并不大，因?yàn)樯踔潦桥f式的ISA總線也已經(jīng)足夠了。同時(shí)，大量PC/104板已使得設(shè)計(jì)變得簡(jiǎn)單。但是隨著需要處理視頻的應(yīng)用要求更高的性能，這種局面正在發(fā)生變化。在這種情況下，PCI Express發(fā)揮了重要作用。
在IBase Technology的ET830 Nano ETX COM Express模塊（圖5）中，我們可以看到對(duì)PCI Express板和模塊的需求，該模塊在55×84mm2的標(biāo)準(zhǔn)外形規(guī)格中，整合了一個(gè)1.6GHz Z530 Atom系統(tǒng)。Nano ETX COM Express外形規(guī)格僅為較大的COM Express模塊的39%。較大型的模塊仍然會(huì)流行，但是將提供更高的性能支持，而這些小型模塊則滿足低端需求。
存儲(chǔ)狀態(tài)
閃存仍主導(dǎo)微控制器的片上存儲(chǔ)領(lǐng)域。此外，閃存正成為MP3播放器和相機(jī)等移動(dòng)設(shè)備之外的領(lǐng)域中采用驅(qū)動(dòng)器或外部閃存的嵌入式系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)。
SanDisk公司的iSSD（圖6）是一款片上SATA II閃存驅(qū)動(dòng)器。球柵陣列（BGA）封裝可達(dá)到64GB容量。它是在母板上焊接閃存的代表性趨勢(shì)。Viking Modular Solutions公司的SATADIMM也有一個(gè)SATA II接口，但是插入DDR3 240引腳雙列直插內(nèi)存模塊（DIMM）插座來汲取功率。它通過SATA線纜與控制器相連。
LSI公司的WarpDrive SLP-300和Fusion-IO公司的ioDrive Duo（圖7），被設(shè)計(jì)成插入PCI Express插槽以直接訪問閃存，從而使其比傳統(tǒng)固態(tài)驅(qū)動(dòng)器（SSD）更高效。今年可能是MRAM和相變存儲(chǔ)器（PCM）等其他技術(shù)開始逐漸普及到這些設(shè)備和SSD的時(shí)機(jī)。
觸摸顯示屏和視頻
雖然消費(fèi)者對(duì)3D不夠熱情，但3D顯示仍是高清電視（HDTV）的口號(hào)。越來越多的3D藍(lán)光電影和在線3D內(nèi)容很有可能在今年改變一些“觀點(diǎn)”，這意味著該技術(shù)將被用于其他用途。這些成本相對(duì)低廉的大型3D演示系統(tǒng)可能用于醫(yī)療成像和工業(yè)成像等應(yīng)用中。
與3D相比，今年觸摸屏和多點(diǎn)觸摸支持對(duì)嵌入式設(shè)計(jì)人員而言將變得更重要。成功的關(guān)鍵是軟件支持，特別是對(duì)大尺寸顯示屏的軟件支持。多點(diǎn)觸摸可能需要進(jìn)行一些應(yīng)用重新設(shè)計(jì)，從而充分發(fā)揮附加輸入的優(yōu)勢(shì)，而且對(duì)手勢(shì)的支持同樣充滿挑戰(zhàn)。
期待攝像頭更加普及。攝像頭將在不久的將來成為所有汽車的標(biāo)準(zhǔn)配置，它是今年交付的多數(shù)汽車的可選配置。在許多情況下，一輛汽車的攝像頭數(shù)量可能會(huì)達(dá)到兩位數(shù)。請(qǐng)忽略機(jī)器人上用來翻轉(zhuǎn)攝像頭的伺服系統(tǒng)。低成本攝像頭使多攝像頭系統(tǒng)的價(jià)格變得更實(shí)惠。
向高清攝像機(jī)發(fā)展還將對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬、處理要求和壓縮算法產(chǎn)生影響。其他嵌入式應(yīng)用將能發(fā)揮數(shù)碼相機(jī)、網(wǎng)絡(luò)攝像頭、攝像機(jī)以及汽車應(yīng)用的影響。
今年，嵌入式和系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員將有相當(dāng)多的新選擇方案可供考慮，范圍涵蓋并行編程工具、閃存和3D顯示。新產(chǎn)品的大量涌現(xiàn)非常值得關(guān)注。