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樊海方

1  引言

    嵌入式系統是指由微處理器芯片實現的小型專門化的計算機系統，由嵌入式處理器、相關支撐硬件、嵌入式操作系統及應用軟件系統等組成，它是集軟硬件于一體的可獨立工作的“器件”。嵌入式微處理器具有高集成、高可靠、功能強、成本低的優點。嵌入式最早應用在軍事領域，后逐步進入工業，現在已經廣泛應用在人類生活的各個方面。嵌入式行業包括的內容很廣，有基于單片機、DSP、MCU的低端嵌入式，也有基于PC架構的高端產品。筆者在這里和大家討論的是基于PC架構的高端嵌入式EIP（Embedded Intelligent Platform，嵌入式智能平臺）的應用與發展趨勢。

2  概況

    后PC時代到來，人們開始越來越多地接觸到一個新的概念-嵌入式產品。手機、PDA、掌上電腦均屬于手持的嵌入式產品，VCD機、機頂盒等也屬于嵌入式產品，像車載GPS系統、數控機床、網絡冰箱等同樣都采用嵌入式系統。由于芯片技術的發展，現在芯片除了性能更高以外，體積可以做的更小，功耗更低，從而適應很多特殊場合的應用。

    EIP，即嵌入式智能平臺，為研祥智能科技股份有限公司提出。EIP的定義為：以計算機技術為基礎，以產品應用為目標，軟、硬件可裁剪，針對應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗等有嚴格要求的專用智能系統。廣義上的嵌入式智能平臺應用范圍已深入到發展國民經濟的各行各業，大到衛星控制系統，小到一臺數字電視等均是通過嵌入式智能平臺來達到自動控制的。

    國家在嵌入式方面也相當重視，嵌入式智能平臺行業的產業行政主管部門是國家信息產業部和各地的信息產業廳（局），其主要職責是產業政策的研究制定，通過政府行為推動信息產品的應用和國家產業扶持基金的管理等。中國計算機學會是嵌入式智能平臺的行業內部管理機構，主要職責是對產業及市場進行研究，對會員企業進行自律管理以及代表會員企業向政府主管部門提出產業發展建議與意見等。中國科學技術信息研究所、美國國際數據集團（IDG）、中國半導體行業協會組織的“嵌入式世界展覽暨研討會”今年已經是第三屆，為推廣嵌入式技術及理念作出了重要貢獻。信息產業部電子信息產品管理司、中國信息產業商會、亞科希咨詢共同主辦的“中國嵌入式系統技術與應用研討會暨產品展示會”也是國內重要的嵌入式推廣活動。

    微軟在嵌入式方面扮演了先驅與引導者的角色，在此投入了巨資，2000年的時候大力推廣“維納斯計劃”，使得嵌入式深入人心。

3  技術進步與產品應用

    (1)嵌入式行業的現狀
    2002年，國際EIP產品市場總容量為350億美元，和2001年相比，增長了9%左右。詳細的發展情況參見圖1。

（數據來源：CCID 2002.12）

圖1  1998~2002年全球EIP產品市場發展規模及發展速度

    (2)硬件，嵌入式處理器
    提起嵌入式處理器，就不得不說到Intel。Intel目前在嵌入式CPU方面推出了多款產品，如Xscale、ARM等。與傳統X86相比，精簡指令集的ARM產品無論是在系統構架、運算速度、系統功耗、系統效用、應用成本等方面都更能體現較明顯優勢。嵌入式系統的核心部件是各種類型的嵌入式處理器。其中Intel StrongARM SA-1110處理器是一款32位高性能、低能耗的處理器，特別適合便攜無線多媒體設備。目前，StrongARM處理器最高主頻達到了206MHz，是當前嵌入式處理器市場上處理速度比較快的處理器。

    目前在嵌入式處理器方面除了Intel，還有VIA、TI、Transmeta、方舟、龍芯、研祥智能等公司。國內在嵌入式處理器以方舟為首，在NC、稅控、機頂盒、信息家電、手機等方面已經有所突破。

    (3)軟件，嵌入式操作系統
    目前使用最多的為WIN CE及Linux。在智能手機、機頂盒、智能家電、彩票機、POS機等產品上已經大量應用。WIN CE由于微軟的市場知名度高，應用軟件豐富，開發人員多等優勢，仍然保持較高的市場份額；Linux以其源代碼開放、費用低廉的優勢，在業界得以快速普及。

    微軟利用自己強大的銷售渠道進行WIN CE的推廣、培訓，目前在市場取得不錯的成績。Linux的出現使大家打破微軟的壟斷成為可能，IBM、HP等巨頭投入重金進行Linux 的研究，尤其是IBM在此方面去年已經取得50億美金的收入。目前業界著名的Linux公司有RED hat、Turbolinux、紅旗、Redsonic等。國內在Linux方面紅旗、中軟、小紅帽公司做的較好。

    紅旗公司的桌面系統、服務器方面在國內信息化占有較大份額，2002年推出 Contro Linux是專為嵌入式EIP應用的操作系統，秉承了開放的Linux的諸多優秀性能，并經過紅旗的精心優化和裁減，從而更加適用于嵌入式設備，目前在彩票機、PDA、機頂盒、DVR、軍事儀表、路由器、瘦客戶機、醫療監護儀等方面有廣泛而成功的應用。

    (4)醫療行業應用研祥EIP產品的實例
    隨著人們生活水平的不斷提高，人們對于自身健康的關注也提升到一個前所未有的高度。在今天，越來越多的高科技手段開始運用到醫療儀器的設計當中。心電圖、腦電圖等生理參數檢測設備，各類型的監護儀器，超聲波、X射線成影設備，核磁共振儀器，以及各式各樣的物理治療儀都開始在各地醫院廣泛使用。

    從醫療儀器行業來看，除了新的傳感檢測技術不斷運用推廣之外，對所采集信息的分析、存儲和顯示也提出了更高的目標。這就要求現代的醫療儀器具備更強大的計算和存儲能力，更穩定可靠的性能。另外，醫療儀器作為一個特殊的行業，又要求設備能夠達到更高級別的環保要求。如何進一步的智能化、專業化、小型化，同時做到低功耗、零污染，將會是一個無止境的追求過程。

    “EVOC”針對以上特點，潛心研制了適合醫療儀器行業使用的一系列嵌入式智能平臺，具備小體積、高可靠性、低功耗和接口完備等特點，一經推出就吸引了眾多醫療儀器供應商的目光，并在不斷的使用中取得了驕人的成績。

    現在以多參數監護儀為例，介紹“EVOC”嵌入式職能平臺在醫療行業的應用。參見圖2，系統一般由多臺監護儀和一臺中央護士工作站組成，監護儀采用“EVOC?04-1541CLDN型全功能嵌入式工業主板為核心操作平臺。該主板僅有手掌的一半大小，板上集成了超低功耗的NS GX 300MHz CPU處理芯片、SDRAM、CRT/LCD控制、10/100Mbps網絡接口、Compact Flash、IDE、FDD、兩串一并、二個USB、一個115Kbps IrDA紅外接口、1~255秒可編程看門狗定時器、PS2鍵盤和鼠標，支持目前國內醫療行業最通用的PC/104接口，系統通過該接口擴展的用戶板完成包括血壓、血氧、體溫、呼吸等一系列傳感探測器的信號采集，進行實時處理，最后結果可經由多種形式輸出。目前該平臺支持高精度LCD和VGA兩種顯示模式，在板視頻最大分辨率可達1024?68，支持通用的熱敏打印接口，并可通過標準串口與中央護士工作站相互通訊。在平臺操作系統的選擇方面，給予了客戶更多的自由度，打破了傳統多參數儀僅支持單一DOS操作系統的局限，以提供更加靈活廣泛的應用模式。

圖2  EIP在醫療行業應用一例

    以上為僅為嵌入式在醫療行業應用的一部分，其他應用如：血液分析儀、CT、核磁共振儀等。

4  挑戰與趨勢

    (1)中國嵌入式行業發展中的問題與挑戰
    ①國外品牌先入為主，國內技術發展緩慢；
    ②多為低端產品，高端欠缺；
    ③產品同質化嚴重；
    ④設計人才缺乏；
    ⑤沒有產業化，產業鏈不完整。
    國內與國外在嵌入式方面有很大差距，但是在部分項目上國內的進步非常快，還有快步趕上的機會。比如PDA、機頂盒、車載GPS、NC等。長城的NC、賽格的GPS等目前在國內已經占據一定市場。

    (2)嵌入式行業的發展趨勢
    ①  連接互聯網成為必然趨勢
    社會對智能設備的需求越來越多，嵌入式的應用會涉及到生活的各個方面。這些智能設備必須能夠聯網才能發揮它的最大價值。所以網絡接口將是嵌入式產品必須具備的，且隨著技術的發展其中大部分將轉為無線方式。目前的802.11a、802.11b等無線傳輸方式，未來將會直接固化在芯片里或主板上。

    ②  軟件的開放性成為大勢所趨
    在軟件方面Linux的崛起代表了軟件開放的人心所向，尤其是在嵌入式方面Linux是非常理想的選擇，目前在NC、PDA方面有成功應用。

    ③  SOC成為主流
    隨著對嵌入式設備要求越來越小，性能要求越來越高，SOC成為最佳選擇。

    ④  更注重人工智能，使產品更人性化，操作更方便
    近幾年隨著國外留學人員的回歸及國內風險投資的青睞，嵌入式行業在國內的發展如火如荼，相信不久的將來，大家會用到更多更好出自中國人的嵌入式系統。