《電子技術(shù)應(yīng)用》
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發(fā)展嵌入式計(jì)算機(jī)及其產(chǎn)業(yè)的思考

2009-06-10
作者:龔炳錚

  摘 要: 論述嵌入式計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)、分類、關(guān)鍵技術(shù)、應(yīng)用領(lǐng)域,在信息產(chǎn)業(yè)中的地位與作用,提出了發(fā)展嵌入式計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)的建議。
  關(guān)鍵詞: 嵌入式計(jì)算機(jī)


1 嵌入式計(jì)算機(jī)是數(shù)字化電子信息產(chǎn)品的核心
  嵌入式計(jì)算機(jī)(Embedded Computer)是指嵌入于各種設(shè)備及應(yīng)用產(chǎn)品內(nèi)部的計(jì)算機(jī)。它主要完成信號(hào)控制的功能,體積小,結(jié)構(gòu)緊湊,可作為一個(gè)部件埋藏于所控制的裝置中。它提供用戶接口、管理有關(guān)信息的輸入輸出、指導(dǎo)設(shè)備工作的計(jì)算功能,使設(shè)備及應(yīng)用產(chǎn)品具有較高性能和智能。
  嵌入式計(jì)算機(jī)由嵌入式硬件與嵌入式軟件組成。硬件以芯片、插座、模板、組件、控制器形式埋藏于設(shè)備內(nèi)部,軟件是實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)和各種專用的應(yīng)用軟件,一般裝在處理器的內(nèi)存中。嵌入式計(jì)算機(jī)源于60年代,最早出現(xiàn)在武器控制中,后來用于軍事指揮控制和通信系統(tǒng),現(xiàn)在廣泛用于民用機(jī)電一體化產(chǎn)品中。嵌入式計(jì)算機(jī)經(jīng)歷了基于芯片的嵌入式系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)總線的嵌入系統(tǒng)、嵌入式PC及高性能嵌入式計(jì)算機(jī)幾個(gè)發(fā)展的階段。它是計(jì)算機(jī)(Computer)通信(Communi cation)與控制(Control)“3C”的結(jié)合的產(chǎn)品,也是計(jì)算機(jī)、通信與消費(fèi)類(Consumer)“3C”結(jié)合的信息家電產(chǎn)品以及其它數(shù)字化電子信息產(chǎn)品的核心。
  嵌入式計(jì)算機(jī)主要用于訊號(hào)處理與控制,應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。微處理器與微控制器就是最普遍應(yīng)用的嵌入式計(jì)算機(jī),數(shù)量幾億到十幾億,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于個(gè)人計(jì)算機(jī)臺(tái)式機(jī),其應(yīng)用領(lǐng)域主要有三個(gè)方面:
  1、軍事國防領(lǐng)域:武器控制,從火炮控制高炮指揮儀到導(dǎo)彈控制(彈上計(jì)算機(jī)),從坦克、轟炸機(jī)、艦艇、雷達(dá)、電子對(duì)抗等軍事電子裝備到軍事通信及軍事指揮系統(tǒng)。
  2、民用電子裝備及機(jī)電一體化設(shè)備:各種測量儀器儀表;數(shù)控裝置、工業(yè)控制機(jī)、機(jī)器人等工業(yè)電子設(shè)備;機(jī)電一體化工程機(jī)械及農(nóng)業(yè)機(jī)械;汽車、機(jī)車、民航及船舶電子設(shè)備;辦公自動(dòng)化裝備;計(jì)算機(jī)外部設(shè)備;通訊控制器及通訊設(shè)備;商用收款機(jī)等商用電子設(shè)備;醫(yī)療電子設(shè)備等。
  3、家用電器及消費(fèi)類電子產(chǎn)品:數(shù)字電視機(jī)機(jī)頂盒、錄相機(jī)、VCD、DVD、手機(jī)、呼機(jī)、可視電話、掌上電腦、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)家庭網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、洗衣機(jī)、電冰箱、智能玩具、防火防盜設(shè)備等。
  二十一世紀(jì)是數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)的時(shí)代,計(jì)算機(jī)、通信、控制“3C”技術(shù)相互融合,投資類、消費(fèi)類電子產(chǎn)品隨著數(shù)字化技術(shù)與聯(lián)網(wǎng)的普及而走向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化。嵌入式計(jì)算機(jī)是實(shí)現(xiàn)電子產(chǎn)品數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的技術(shù)基礎(chǔ)。
2 嵌入式計(jì)算機(jī)分類及關(guān)健技術(shù)
2.1 嵌入式計(jì)算機(jī)分類
  嵌入式計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)可分成下列三類:
  1、 芯片級(jí)嵌入式計(jì)算機(jī),即微控制器
  單片機(jī),如Intel公司MCS48、 MCS51、96、98單片機(jī),MCS196、8×C196/KB、KC16位單片機(jī),EIAX86,Pentium嵌入式機(jī), Strong ARM RISC 32位嵌入式機(jī);Motorola 68HC05、08系列單片機(jī),如 MC68HC705P6變頻空調(diào),MC68HC108MP16專為馬達(dá)變頻調(diào)速的控制器,還有MC68302、68360、MPC850I、860I、8260、PowerQUICC系列的通訊控制器;MICROCHIP公司12位的單片機(jī)PIC12CXX、PIC16C5XX,14位單片機(jī)PIC16C55X系列及16位單片機(jī)PIC17CXX系列;SUN公司Micro Java,PicoJava系列;還有MIPS、PHILIP、AMD等公司系列產(chǎn)品。
  2、 模板級(jí)嵌入式計(jì)算機(jī)
  用8位、16位、32位微處理器組成的單板機(jī);各種總線(STD總線、Intel MultiBus、VME總線及PC總線)IntelX86,Motorola68K CPU板級(jí)產(chǎn)品組成的計(jì)算機(jī);我國DJS 0500、0600系列產(chǎn)品,及九十年代Compact PCI總線的計(jì)算機(jī),CPV5000 Pentium MMX單板機(jī),CPV5300 PentiumⅡ單板機(jī);MCP750 Power PC單板機(jī)及CPX2000系列插件式部件產(chǎn)品;SPARCengine UltraAXmp、AXi、CP1200、1400、1500板級(jí)產(chǎn)品。
  3、 系統(tǒng)級(jí)嵌入式計(jì)算機(jī)
  工業(yè)PC機(jī)與PC兼容的嵌入式PC,國內(nèi)外廣泛應(yīng)用的工業(yè)控制用PC兼容機(jī)產(chǎn)品。
  基于各種處理器和總線的計(jì)算機(jī)系統(tǒng):如CompactPCI總線,采用Pentium Ⅰ、Ⅱ處理器,PowerPC處理器,UltraSPARC、Java處理器的嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等。
2.2 關(guān)健技術(shù)
  1. 單片微處理器、微控制器的芯片技術(shù):
  復(fù)雜指令與簡易指令(CISC,RISC)微處理器技術(shù),半導(dǎo)體工藝技術(shù)(0.25微米,0.18微米,0.13微米)。
  2. 電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(EDA)技術(shù):電子元器件設(shè)計(jì)技術(shù),專用電路ASIC設(shè)計(jì)技術(shù),模板機(jī)箱整機(jī)系統(tǒng)CAD技術(shù)。
  3.嵌入式軟件技術(shù)
  嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng):如WinCE、pSOS,OS-9,LynxOS、VRTX、嵌入Linux等,我國自主開發(fā)的Hopen是運(yùn)行 在32位微處理器上的實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)。嵌入式應(yīng)用軟件,結(jié)合具體應(yīng)用領(lǐng)域的專用軟件。
  4.多媒體技術(shù):聲音、圖像、文字等各種媒體信息輸入、輸出、傳輸與處理技術(shù)。
  5.網(wǎng)絡(luò)技術(shù):嵌入式計(jì)算機(jī)將用于無線、有線、各種局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)及國際互聯(lián)網(wǎng)的環(huán)境。嵌入式產(chǎn)品網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù),通信接口技術(shù)。
  6.機(jī)電一體化技術(shù):將機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)高度結(jié)合,使物流、能流、信息流融入一體的現(xiàn)代工程技術(shù)。
3 嵌入式計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)是二十一世紀(jì)信息產(chǎn)業(yè)新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)
  嵌入式計(jì)算機(jī)市場是計(jì)算機(jī)市場的重要組成部分,芯片級(jí)嵌入式計(jì)算機(jī)數(shù)量將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于臺(tái)式機(jī),單板機(jī)微控制器產(chǎn)量達(dá)幾十億片,如1998年微控制器需求量估計(jì)為27億片。而目前臺(tái)式機(jī)銷量剛過1億臺(tái)。世界嵌入式系統(tǒng)硬件和軟件開發(fā)工具市場1996年約650億美元,目前將達(dá)1200億美元。據(jù)IDC估計(jì)1999年全球信息家電產(chǎn)品(包括聯(lián)網(wǎng)電視、掌上型聯(lián)網(wǎng)設(shè)備等)總銷售量將達(dá)1400萬臺(tái),到2002年將達(dá)5568萬臺(tái),嵌入式計(jì)算機(jī)也將用于通訊控制、汽車電子設(shè)備、機(jī)電一體化產(chǎn)品。
  國內(nèi)嵌入式計(jì)算機(jī)有巨大的市場。首先家用電器數(shù)字化,計(jì)算機(jī)通信與消費(fèi)類產(chǎn)品的結(jié)合,所謂3C產(chǎn)品需要量數(shù)以千萬臺(tái)計(jì)。洗衣機(jī)、電冰箱、微波爐、機(jī)頂盒VCD、DVD、家庭影院等每年所需要的芯片和嵌入式計(jì)算機(jī)幾千萬臺(tái)。其次工業(yè)控制、通訊控制、智能儀器、手持式移動(dòng)電話、掌上型電腦、汽車電子裝置、商用終端等對(duì)嵌入式計(jì)算機(jī)每年總需求量也要千百萬臺(tái);教育電腦、學(xué)習(xí)機(jī)、記字本年需求量亦在幾十萬臺(tái)至幾百萬臺(tái)。Motorola公司嵌入式計(jì)算機(jī)及數(shù)字DNA產(chǎn)品在我國1999年市場銷售額83.7億美元,2000年將達(dá)102.2億美元,預(yù)測2004年將達(dá)188.6億美元,平均年增長率為17.6%(見表1)。未來五年中,利用信息化電器實(shí)現(xiàn)上網(wǎng)的人數(shù)也有幾千萬。到2005年我國嵌入式計(jì)算機(jī)將創(chuàng)造2000~2500億元的效益,嵌入式計(jì)算機(jī)是信息產(chǎn)業(yè)新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。


  嵌入式計(jì)算機(jī)將向網(wǎng)絡(luò)化、智能化、規(guī)范化、集成化方向發(fā)展。隨著微處理器,半導(dǎo)體工藝技術(shù)的進(jìn)展,嵌入式計(jì)算機(jī)向高性能、低功耗、平臺(tái)源代碼公開化方向發(fā)展。無論家用、工業(yè)用、軍用都將更普及,在營造數(shù)字化中國的過程中將發(fā)揮不可替代的巨大推進(jìn)作用。
4 發(fā)展我國嵌入式計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)的建議
  1.國家信息產(chǎn)業(yè)部要把嵌入計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)作為信息產(chǎn)業(yè)的先導(dǎo)型產(chǎn)業(yè)和“十五”重中之重,重點(diǎn)發(fā)展。
  嵌入式計(jì)算機(jī)是21世紀(jì)信息產(chǎn)業(yè)新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。它能推動(dòng)信息產(chǎn)業(yè)的數(shù)字化(包括通信產(chǎn)業(yè)、家電產(chǎn)業(yè)的數(shù)字化),帶動(dòng)數(shù)字革命。必須加強(qiáng)領(lǐng)導(dǎo),制訂好“十五”嵌入式計(jì)算機(jī)發(fā)展規(guī)劃,把嵌入式計(jì)算機(jī)關(guān)鍵技術(shù)列入國家科技攻關(guān)計(jì)劃?;A(chǔ)元器件、軟件、整機(jī)分別列入相應(yīng)的電子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展規(guī)劃。
  2.以工業(yè)控制機(jī)、信息家電產(chǎn)品為目標(biāo),組織半導(dǎo)體芯片、元器件、微控制器、接口電路、組件、模板、嵌入式軟件及整機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)一條龍的研究開發(fā)、生產(chǎn)與技術(shù)服務(wù)。
  (1)工業(yè)控制機(jī)發(fā)展重點(diǎn):PCI總線、工業(yè)PC機(jī)、CompactPCI總線、現(xiàn)場總線控制機(jī)及其OEM產(chǎn)品??删幊炭刂破?PLC)、數(shù)控系統(tǒng)(CNC)、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS)、計(jì)算機(jī)集成生產(chǎn)制造系統(tǒng)(CIMS、CIPS)。
  (2)信息家電產(chǎn)品發(fā)展重點(diǎn):基于EPTOS的嵌入式軟件的掌上電腦、教育電腦、路由器、網(wǎng)絡(luò)終端、數(shù)字電視機(jī)、機(jī)頂盒、DVD、股票機(jī)等產(chǎn)品,推動(dòng)有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的信息電器產(chǎn)業(yè)發(fā)展。如3C聯(lián)盟女媧計(jì)劃,就是推廣基于HOPEN嵌入式OS的信息家電產(chǎn)品發(fā)展計(jì)劃。
  (3)整機(jī)帶動(dòng)元器件、半導(dǎo)體集成電路、軟件構(gòu)件發(fā)展;與Intel、Motorola、NEC、SUN等公司合作,研究開發(fā)基于X86、Pentium、PowerPC、68302、68360、Picojava的嵌入式產(chǎn)品,逐步發(fā)展我國基于自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)芯片的嵌入式產(chǎn)品。
  3.支持一批通信、計(jì)算機(jī)、家電產(chǎn)品企業(yè)集團(tuán)聯(lián)合開發(fā),支持中國數(shù)字化(3C產(chǎn)品)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟成員單位在沿海地區(qū)、中部、西部地區(qū)建設(shè)若干個(gè)“3C”產(chǎn)品研究開發(fā)與生產(chǎn)基地,盡快開發(fā)出有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的嵌入式計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用產(chǎn)品。
  4.開展嵌入式計(jì)算機(jī)電子商務(wù)試點(diǎn),建立條塊結(jié)合,產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的技術(shù)培訓(xùn),銷售服務(wù)及維修體系,建立一批嵌入式計(jì)算機(jī)專業(yè)網(wǎng)站,開展網(wǎng)上銷售、遠(yuǎn)程教育和提供信息服務(wù)。
參考文獻(xiàn)
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2 徐順成,劉宏坤等主編.2000年電子信息產(chǎn)業(yè)導(dǎo)向.北京:電子工業(yè)出版社.1998
3 99中國數(shù)字化3C產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研討會(huì)暨產(chǎn)品展示會(huì)議專輯.1999,12.北京

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