嵌入式系统发展报告

2007-08-30 11:03:29 来源：与非网

关键字： 嵌入式系统 RTOS MCU

引言

        当今嵌入式世界已经进入大融合的时代，其特点是：

• 通信、计算、消费产品融合-趋向没有独立的3C；只有融合的3C即信息产品IA。
• 数字模拟融合，微机电融合，电路板硅片融合，硬软件设计融合--趋向SOC和SiP。
• 嵌入式整机的开发工作也从传统的硬件为主变为软件为主。
• 激烈的市场竞争和技术进步呼唤着产品开发平台，特别是SOC开发平台的出现。

        但是在嵌入式世界里另一个有意思的现象是优秀的系统结构设计有超长的生命周期。如Intel公司1980年发明的8位嵌入式MCU 8051直到25年后的今天仍然是全世界普遍流行的产品，（每年有超过几亿片的交货量）又如infieon公司（原西门子半导体）90年代初发布的c166系列16位RISC嵌入式微控制器，仍是当今汽车发动机的主流控制芯片（每年约有几千万的交货量。）Microchip公司也于2004年宣布售出第30亿颗PICmicro单片机。

        20世纪90年代后期以ARM系列32位嵌入式处理器为代表的嵌入式技术，在移动消费类产品上得到了广泛的应用。全世界大约有40家半导体公司购买了ARM Core IP核。

        3G手机、数字电视、流媒体行业的需求促进了多核嵌入式处理器技术的发展，特别是32位处理器与DSP核的融合，形成的嵌入式多媒体SOC技术，代表着前沿嵌入式技术的发展方向之一。

        2004年基于FPGA的嵌入式系统EDA平台Nexar 2004的推出标志着用软核IP设计客户专用SOC已开始进入到广泛普及的阶段。FPGA在全球开始大规模应用。

        嵌入式系统（Embedded Systems）是以应用为中心，以计算技术为基础，软件硬件可剪裁的适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格综合性要求的专用计算机系统。它是一个技术密集，资金密集，高度分散，不断创新的基于硅片的知识集成系统。今天的嵌入式系统已普遍应用于国防电子、数字家庭、工业自动化、汽车电子、医学科技、消费电子、无线通讯、电力系统等国民经济的主要行业。随着嵌入式技术的发展，嵌入式系统将更广泛地应用于人类生活的方方面面。如：基于嵌入式INTERNET网络的地球电子皮肤，可以嵌入到牙齿上的手机都在研发之中。著名嵌入式系统专家沈绪榜院士认为“计算机是认识世界的工具，而嵌入式系统则是改造世界的产物。”

        时至今日，嵌入式产业可大体分为嵌入式技术产业和嵌入式系统产业及代工产业（如：IC代工业，PCB电装代工业）。

        嵌入式技术产业是各种嵌入式系统产品的技术基础，包括，嵌入式IC设计产业（含嵌入式微处理器和SOC设计）、嵌入式操作系统(RTOS)及嵌入式软件中间件行业，MEMS技术和智能传感器技术行业、嵌入式IP咨询服务和开发行业等。（含EDA及开发工具业）

        嵌入式系统产业是建立在行业需求基础上的基于系统结构设计、功能设计和工程设计的产业。嵌入式系统产业分散于各个具体应用行业，嵌入式系统产品是以该行业系统和标准为基础，以适用的嵌入式技术为核心并结合应用软件和系统集成开发为特征。

        嵌入式技术与嵌入式系统是两个层面上的问题，嵌入式系统产业解决做什么的问题，而嵌入式技术产业解决的是怎么做（才更好）的问题。嵌入式产业链，则是解决在哪做，找谁做的问题。嵌入式硬件核心技术往往与半导体技术的发展紧密相连，从“许氏循环”及“牧本浪潮”的总结和预测中可以看出，一种半导体技术的发明与在嵌入式系统中规模化应用大约有10年的滞后。（参见第10章第5节）

        2004年我国嵌入式系统应用产品经济总量估计超过10000亿元，其中嵌入式处理器芯片约为120亿元。2004我国嵌入式微处理器销售总量大约为13亿片。（与中国人口相当）

        据WSTS预测，2005年全球MCU市场将达125亿美元，而DSP市场将达84亿美元。其中发展较快的是嵌入式DSP市场，它已无处不在，市场规模已接近通用DSP的两倍，且增长速度强劲。通用DSP的主要市场在于通信应用，而嵌入式DSP应用则更广泛，包括DVD播放器、机顶盒、音视频接收设备、MP3播放器、数码相机和汽车电子等。

嵌入式软件的发展趋势

        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（数字化）产品的普遍需求渗透到各行各业，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。 

        嵌入式软件业发展迅速，已成为软件行业的重要分支，嵌入式软件因为是包含于硬件之中的特殊产品形态，准确的划分和统计是比较困难的，下面仅提供赛迪顾问2004年2月对部分嵌入式系统软件产品市场的分析数据，2003年全球嵌入式软件规模为346亿美元，中国市场规模约为188亿人民币，（2004年为255亿）预计2006年中国嵌入式软件规模可突破400亿。（2003～2006年均复合增长率将达30%）

        随着SOC技术的出现，嵌入式产业将会再度发生专业化分工和观念的改变。IP构件库技术正在造就一个新兴的嵌入式软件技术行业。以人为中心的普适计算技术正推动着新一轮的信息技术革命。嵌入式软件作为系统的灵魂在很大程度上决定着产品的成败。市场对嵌入式软件的安全性、可靠性、可维护性和生命周期都提出了更加严格的要求。

        近十年来嵌入式操作系统（RTOS）得到了飞速发展，各种流行的微处理器（MCU）8位/16位/32位/DSP均可以很容易得到多种RTOS的源码支持，8位/16位MCU以面向硬实时控制为主（专业化公司有美国CMX，WindRiver、等，自由软件有ucos/2及OSEK标准等）；32位以面向手机和信息处理和多媒体处理为主，在这些方面Linux正逐渐成为嵌入式OS的主流，J2ME技术也将对嵌入式软件的发展产生深远影响。 

        嵌入式RTOS不仅需要具有微型化高实时性等基本特征，还将向高可靠性、自适应性、支持多CPU核、构件组件化方向发展。

        作为改造世界的产物嵌入式系统，在发展中技术将不断发展进化完善，但不会走向单一和垄断。（像PC工业中，CPU和操作系统那样）

        客观世界对嵌入式智能化装置轻、薄、短、小、微、低功耗、高可靠性的无止境要求，使得近千种嵌入式微处理体系结构和近百种实时多任务操作系统并存于世，就像生物世界中，物种多样性并组成生态链长期共存那样，嵌入式技术将与时俱进，不断创新。