电子经理世界：嵌入式系统亲密接触

　　本刊记者 孙俊杰

　　嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础、软硬件均可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。

　　嵌入式系统包括嵌入式硬件、操作系统、软件以及嵌入式系统开发工具等。在嵌入

式操作系统中，经常会面临实时多任务操作系统、硬件平台原理细节、复杂的行业标准及繁杂的用户界面等各项跨行业的难题，为了解决上述问题，中间件技术应运而生，并成为许多嵌入式应用的开放式业务平台。同时，因应网络时代的到来，嵌入式浏览器等亦成热门应用。

　　嵌入式硬件

　　近几年来，我国嵌入式应用发展迅猛，对嵌入式硬件的需求量急剧增加。2004年嵌入式微处理器销售总量约为10.2亿片，其中4位MCU占2.6亿片、8位约占6.6亿片，32位MPU占0.75亿片。赛迪顾问的统计表明，2004年我国嵌入式系统应用产品经济总量估计超过10,000亿元，其中嵌入式处理器芯片约为120亿元。2004年我国嵌入式微处理器销售总量大约为13亿片。随着嵌入式应用在DVD播放器、机顶盒、音视频接收设备、MP3播放器、

　　嵌入式系统硬件的核心部件是各种类型的嵌入式处理器。从架构上讲，ARM架构、Intel的8051、Microchip的PIC和ZiLOG的Z80是嵌入式处理器的主流架构。而在8位、16位和32位处理器中，各主流厂商又有不同的侧重点，比如在8位CPU上，Intel、Microchip和ZiLOG的市场地位稳固，在32位CPU上，ARM、X-Scale和MIPS架构为业界所广泛采用。

　　据不完全统计，目前全世界嵌入式处理器的品种总量已经超过1000多种，流行体系结构有30几个系列。但与全球PC市场不同的是，没有一种微处理器和微处理器公司可以主导嵌入式系统。对上市的CPU供应商，如Intel、Freescale，他们名气在外，还有一些小的公司，如QED(Santa Clara，CA)虽然名气不大，但也生产很优秀的微处理器。而ARM与MIPS是只设计但并不生产CPU的公司，他们把生产权授予世界各地的半导体制造商。

　　作为全球推出第一款微处理器的厂商，英特尔主要提供芯片、主板、系统、软件、网络和通信等方面的设备与服务，这些构成了计算机架构和互联网的必需“要素”。Intel X-Scale微体系架构是基于ARMv5TE体系架构的解决方案，它对ARM体系结构进行了增强。就在不久前，英特尔宣布为嵌入式解决方案(如工业控制、测试与设备与医学成像系统等)

　　无生产厂的处理器授权公司对嵌入式应用的影响显然也很强大，ARM和MIPS就是明显的例子。

　　ARM(Advanced RISC Machines)是近年来在嵌入式系统极有影响力的微处理器IP核提供商，其设计了大量高性能、廉价、耗能低的RISC处理器。随着嵌入式系统处理器的不断发展，典型的32位RISC芯片——ARM处理器，不论是在PDA、STB、DVD等消费类电子产品中，还是在GPS、航空、勘探、测量等军方产品中都得到了广泛的应用，而Intel、NS、Atmel、Philips、NEC、Cirrus Logic等公司都有相应的产品。他们把更多的功能集成在ARM芯片中，使其成为了高集成度、低功耗的典型代表。

　　作为ARM的竞争厂商，MIPS公司是一家设计制造高性能和嵌入式32位和64位处理器的厂商。从1997年开始，MIPS公司的战略发生变化，把重点放在嵌入式系统。1999年，MIPS公司发布MIPS32和MIPS64架构标准，为未来MIPS处理器的开发奠定了基础。如今，MIPS在数字机顶盒、视频游戏机、彩色激光打印机及交换机等领域排名第一。

　　除了处理器，嵌入式硬件还包括一些主板和元器件等产品，如研华和研祥的嵌入式主板。

　　嵌入式软件

　　嵌入式软件包括嵌入式操作系统、嵌入式应用软件等，21世纪，在全球新一轮汽车、通信、信息电器、医疗、军事等行业的巨大智能化装备市场需求下，全球嵌入式软件及系统产业得到了快速发展。赛迪顾问的研究表明，2004年全球嵌入式软件的销售规模已经达到了395亿美元，而嵌入式系统产品的产值已达到2000亿美元，预计全球嵌入式系统产品潜在的市场将超过10000亿美元。

　　同时，以手机等为代表的互联网时代嵌入式产品，不仅为嵌入式市场展现了美好前景，也对嵌入式系统技术，特别是软件技术提出新的挑战，主要包括：嵌入式图形界面、灵活的网络连接和超出系统平台的整合等，此外，当然还需对付更加激烈的市场竞争。

　　嵌入式操作系统

　　嵌入式操作系统是嵌入式系统的灵魂，它并不是一个新生的事物，从20世纪八十年代起，就有一些国际公司开始进行商用嵌入式系统和专用操作系统的研发。市场上有很多著名的商业化嵌入式操作系统，如VxWorks、Palm OS、Symbian和Windows CE等。而正是由于这些系统的商业化，使其价格昂贵且由于源代码不公开导致了诸如对设备的支持、应用软件的移植等一系列问题，并使另一种源代码开放的嵌入式操作系统——Linux，在嵌入式领域异军突起，成为极有潜力的嵌入式操作系统。

　　风河VxWorks是非常出色的设备软件操作系统平台，适用于从手持电子设备到大型网络设施的各种设备。2005年底，风河系统宣布对该操作系统进行全面升级。VDC公司嵌入式系统软件事业部主管Chris Lanfear认为，风河最新的VxWorks 6。2实时操作系统平台基于可靠的系统架构而构建，适应各种设备产品设计的快速变化，同时也满足设备制造商对系统安全性、可靠性的要求。

　　Palm OS操作系统由Palm公司自行开发，并授权给Handspring、索尼和高通等设备厂家。Palm OS在PDA市场占有主导地位。

　　Symbian是一个标准化的开放式平台，任何人都可以为支持Symbian的设备开发软件。与微软产品不同的是，Symbian将移动设备的通用技术，也就是操作系统的内核，与图形用户界面技术分开，能很好的适应不同的平台，也可以使厂商制作出更加友好的操作界面，这也是用户能见到不同样子的symbian系统的主要原因。它可以支持GPRS、

　　Windows CE是微软开发的一个嵌入式操作系统，专门用于手持设备和信息家电。它最大的特点是发展掌上型Windows系统，有文件兼容性高、功能多样化的特点。由于该系统可以看作是Windows 95的简化版，与Windows 95非常相似，尤其是在GUI(即图形用户接口)方面，因此，熟悉Windows 95 的用户掌握Windows CE比较容易。

　　Linux是一套免费使用和自由传播的类Unix操作系统，是一个基于POSIX和UNIX的多用户、多任务、支持多线程和多CPU的操作系统。Linux继承了Unix以网络为核心的设计思想，是一个性能稳定的多用户网络操作系统。它以高效性和灵活性著称。但是，由于Linux是全球各地的成千上万的程序员设计和实现的，因此开发散乱也是它的一大弱点。

　　嵌入式软件的热点应用

　　●网络浏览器业务看好

　　有一句网络词，叫“孤独的手机是可耻的”，足以说明手机网络的流行势不可挡。比尔·盖茨曾说，“我很难想到有任何一个软件能用超过640k的内存”，当然他说的是PC机。而在2004年，很多手机的内存都已超过640k。还是比尔·盖茨，曾对互联网行业评价说，“Internet不过是个玩意儿”！今天看来，都是笑谈。因为，手机联网已经如火如荼。因为，手机中的嵌入式软件——网络浏览器作为浏览互联网的必备软件已经发展得红红火火。

　　作为手机浏览器提供商，爱可信(ACCESS)的NF浏览器早在1999年就有了支持cHMTL(Compact HTML)的浏览器CNF作为移动终端的规范，并被用于NTT DoCoMo推出的闻名全球的i-mode服务中。NF系列嵌入式浏览器是率先应用于3G网络的嵌入式浏览器。根据爱可信截止到2005年12月的统计，NF浏览器已应用于800多种产品，包括移动电话、机顶盒、互联网电话、咨询终端及企业网终端等。迄今为止，NF浏览器已被全球90多家主流的互联网设备制造商采用，安装在2.35亿多台设备中。

　　据爱可信中国销售及市场副总裁李可意介绍，爱可信一直坚持的一个技术理念是“让手机适应互联网”。李可意指出，NF浏览器可以使开放网络上的所有内容在手机终端上表现出来，而内容是支持软件产品不断更新、吸引用户眼球的关键因素。从这方面讲，这个理念和WAP是完全不同的。WAP是另一种手机浏览器上网的途径，但是在这种浏览网站业务中，手机上的网站是专门为手机量身定做的。他说，能够提供手机WAP网站的站点较少，更重要的是，这种网站上的内容有限。而爱可信NF手机浏览器能够兼容互联网WEB网页，在手机上可以直接登陆互联网的站点，并自动调整网页的格式，使得网页内容能够在较小的设备上显示，并保持原来页面的风格。

　　与同类产品相比，爱可信产品突出的优势在于能够及时与运营商制定的规范保持一致，并根据客户需求对浏览器程序量身订制。李可意指出：“去年9月，爱可信收购了曾在PDA中占统治地位的Palm Source，这充分说明我们要做真正的国际化公司的决心。在中、高端手机中，随着带宽瓶颈的克服和智能手机的推广，爱可信NF浏览器的市场需求将更为广泛。”

　　●Linux平台标准化呈现新商机

　　随着中国3G市场的打开，智能手机市场是未来嵌入式应用最大的市场，而高端手机中的操作系统更为提供商们所瞩目。因为高端手机虽然市场份额小，但利润空间大。“我们正在努力推动Linux操作平台的标准化。”李可意透露。

　　目前智能手机中使用的操作系统主要有三种：Symbian、Windows Mobile和Linux。李可意指出，现在Windows Mobile市场占有率为约5.5%，Linux为34%，其余的为Symbian的市场。尽管Symbian只有诺基亚在用，但由于诺基亚手机品牌的市场占有率比较高，也使Symbian具有很高的市占率。Linux之所以居于Symbian之下，原因在于Linux的标准不规范。事实上，全球开发和维护Linux的队伍最庞大，这是Linux未来具有市场的最好说明。“因此，我们认为把Linux的很多方面统一起来，形成标准的规范，能够使客户在开发和维护Linux上变得容易或可以付出较少的努力，就能更快地形成产品，并能够保证对每个客户的公正性。”李可意表示，“无论是从Linux的性价比还是灵活性等方面，都会使Linux的市场份额上升。”

　　在全球，Linux具有形形色色的开发者和产品，做这种标准化的工作显然并不容易。但是李可意认为，有三个方面的因素能够推动这个目标的达成。一是运营商方面。为了让手机厂商更快地生产出手机产品，运营商必须制定标准的规范。在手机产业中，成功的运营商都会制定出能够适应它的业务需求的产品规范。对Linux平台这样一个庞大的市场，运营商同样希望有一个标准化的Linux平台出现；二是芯片厂商。他们希望自己的芯片上面能够运行各种操作系统和各种应用，但芯片厂商不希望只有一家平台厂商垄断操作平台，而Linux比较便宜，而且比较适合运营商的需求，有标准化的Linux平台会有利于更多的用户使用他们的芯片产品。三是政府方面。一方面是对操作系统本身，我们不希望一种操作系统在移动终端上垄断市场，另一方面由于中国的3G、TD-SCDMA将在2006第三季度步入商用，Linux将有机会大有作为。

　　“生活中不是缺少美，而是缺少发现的眼睛。其实市场也一样，市场中并不缺少机会，只要我们善于发现市场的需求。”李可意笑说。

　　●嵌入式中间件含苞待放

　　近几年来，资源消耗少、运行速度快、易于进行二次开发的嵌入式中间件技术已经开始大量应用于手机、机顶盒、可视电话等嵌入式设备之中。而嵌入式图形中间件是已经被广泛采用的一类嵌入式中间件。

　　中间件属于可复用软件的范畴，是一类独立的系统软件或服务程序，是介于操作系统和应用程序之间的一个软件层。基于中间件的应用程序可以较为容易地运行于各种操作系统和硬件平台之上，从而将应用程序的开发变得更加简捷、使产品的开放性和可移植性更强。赛迪顾问关于中国中间件市场分析与预测的报告指出，2006〜2010年，中国中间件软件市场将以18.6%的年均复合增长率增长，市场规模将从2005年的8.75亿元增长到2010年的20.52亿元。

　　北京飞漫软件技术有限公司首席执行官及首席架构师魏永明指出，采用嵌入式图形中间件可以使得客户，如手机设计公司省去在图形开发方面的工作，从而把更多的精力投入到产品特色功能设计之中，降低产品开发成本、缩短产品上市周期，并且可以极大限度地确保产品开发的成功。

　　飞漫软件是专注于嵌入式图形中间件研发的公司，“作为核心产品，MiniGUI为各种嵌入式产品(如手机)提供完善的图形、窗口环境支持。基于这个图形系统，设计公司可以简单、快速地开发出自己的特色应用和终端产品。”

　　据魏永明介绍，MiniGUI具有四大优点：一是跨操作系统。MiniGUI最早是基于Linux的，现在它已经发展成为支持多操作系统的嵌入式图形中间件，支持Linux/uClinux、VxWorks、pSOS、Nucleus等各种流行操作系统；第二是灵活性好，MiniGUI具有良好的设计架构，可以非常灵活地进行扩展或裁剪；三是功能与体积具有良好的平衡，既可满足用户对软件功能的需求，有能符合设备对软件大小的限制；四是可执行多任务，像个人电脑一样，MiniGUI支持上网和听音乐的同时进行。他说，中国大约70%的3G手机厂商在采用飞漫软件提供的MiniGUI方案。同时，很多跨国企业如Intel、AMD、联想等也已经采用了MiniGUI来开发他们产品的关键功能。“我们在2005年开始进军国际市场，已经在韩国建立渠道、用户群体已经扩展到西欧和北美等地发达地区。”

　　对于嵌入式软件的前景，魏永明指出，“目前我国大多数风险投资集中在互联网行业，而急待发展的民族软件产业并没有真正得到关注。如果这一局面能有所改观的话，相信中国的民族软件产业也会象印度一样进入一个良性循怀的发展轨道。”他说，中国市场是世界上最大的移动通讯市场和智能手机市场，拥有近4亿的手机用户，嵌入式图形中间件存在丰富商机。