《電子技術應用》
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發展嵌入式計算機及其產業的思考

2009-06-10
作者:龔炳錚

  摘 要: 論述嵌入式計算機的特點、分類、關鍵技術、應用領域,在信息產業中的地位與作用,提出了發展嵌入式計算機產業的建議。
  關鍵詞: 嵌入式計算機


1 嵌入式計算機是數字化電子信息產品的核心
  嵌入式計算機(Embedded Computer)是指嵌入于各種設備及應用產品內部的計算機。它主要完成信號控制的功能,體積小,結構緊湊,可作為一個部件埋藏于所控制的裝置中。它提供用戶接口、管理有關信息的輸入輸出、指導設備工作的計算功能,使設備及應用產品具有較高性能和智能。
  嵌入式計算機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備內部,軟件是實時多任務操作系統和各種專用的應用軟件,一般裝在處理器的內存中。嵌入式計算機源于60年代,最早出現在武器控制中,后來用于軍事指揮控制和通信系統,現在廣泛用于民用機電一體化產品中。嵌入式計算機經歷了基于芯片的嵌入式系統、標準總線的嵌入系統、嵌入式PC及高性能嵌入式計算機幾個發展的階段。它是計算機(Computer)通信(Communi cation)與控制(Control)“3C”的結合的產品,也是計算機、通信與消費類(Consumer)“3C”結合的信息家電產品以及其它數字化電子信息產品的核心。
  嵌入式計算機主要用于訊號處理與控制,應用領域十分廣泛。微處理器與微控制器就是最普遍應用的嵌入式計算機,數量幾億到十幾億,遠遠大于個人計算機臺式機,其應用領域主要有三個方面:
  1、軍事國防領域:武器控制,從火炮控制高炮指揮儀到導彈控制(彈上計算機),從坦克、轟炸機、艦艇、雷達、電子對抗等軍事電子裝備到軍事通信及軍事指揮系統。
  2、民用電子裝備及機電一體化設備:各種測量儀器儀表;數控裝置、工業控制機、機器人等工業電子設備;機電一體化工程機械及農業機械;汽車、機車、民航及船舶電子設備;辦公自動化裝備;計算機外部設備;通訊控制器及通訊設備;商用收款機等商用電子設備;醫療電子設備等。
  3、家用電器及消費類電子產品:數字電視機機頂盒、錄相機、VCD、DVD、手機、呼機、可視電話、掌上電腦、個人數字助理(PDA)家庭網絡設備、洗衣機、電冰箱、智能玩具、防火防盜設備等。
  二十一世紀是數字化網絡的時代,計算機、通信、控制“3C”技術相互融合,投資類、消費類電子產品隨著數字化技術與聯網的普及而走向數字化、網絡化。嵌入式計算機是實現電子產品數字化、網絡化的技術基礎。
2 嵌入式計算機分類及關健技術
2.1 嵌入式計算機分類
  嵌入式計算機結構可分成下列三類:
  1、 芯片級嵌入式計算機,即微控制器
  單片機,如Intel公司MCS48、 MCS51、96、98單片機,MCS196、8×C196/KB、KC16位單片機,EIAX86,Pentium嵌入式機, Strong ARM RISC 32位嵌入式機;Motorola 68HC05、08系列單片機,如 MC68HC705P6變頻空調,MC68HC108MP16專為馬達變頻調速的控制器,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PIC12CXX、PIC16C5XX,14位單片機PIC16C55X系列及16位單片機PIC17CXX系列;SUN公司Micro Java,PicoJava系列;還有MIPS、PHILIP、AMD等公司系列產品。
  2、 模板級嵌入式計算機
  用8位、16位、32位微處理器組成的單板機;各種總線(STD總線、Intel MultiBus、VME總線及PC總線)IntelX86,Motorola68K CPU板級產品組成的計算機;我國DJS 0500、0600系列產品,及九十年代Compact PCI總線的計算機,CPV5000 Pentium MMX單板機,CPV5300 PentiumⅡ單板機;MCP750 Power PC單板機及CPX2000系列插件式部件產品;SPARCengine UltraAXmp、AXi、CP1200、1400、1500板級產品。
  3、 系統級嵌入式計算機
  工業PC機與PC兼容的嵌入式PC,國內外廣泛應用的工業控制用PC兼容機產品。
  基于各種處理器和總線的計算機系統:如CompactPCI總線,采用Pentium Ⅰ、Ⅱ處理器,PowerPC處理器,UltraSPARC、Java處理器的嵌入式計算機系統等。
2.2 關健技術
  1. 單片微處理器、微控制器的芯片技術:
  復雜指令與簡易指令(CISC,RISC)微處理器技術,半導體工藝技術(0.25微米,0.18微米,0.13微米)。
  2. 電子設計自動化(EDA)技術:電子元器件設計技術,專用電路ASIC設計技術,模板機箱整機系統CAD技術。
  3.嵌入式軟件技術
  嵌入式實時操作系統:如WinCE、pSOS,OS-9,LynxOS、VRTX、嵌入Linux等,我國自主開發的Hopen是運行 在32位微處理器上的實時多任務操作系統。嵌入式應用軟件,結合具體應用領域的專用軟件。
  4.多媒體技術:聲音、圖像、文字等各種媒體信息輸入、輸出、傳輸與處理技術。
  5.網絡技術:嵌入式計算機將用于無線、有線、各種局域網、廣域網及國際互聯網的環境。嵌入式產品網絡接入技術,通信接口技術。
  6.機電一體化技術:將機械技術、微電子技術高度結合,使物流、能流、信息流融入一體的現代工程技術。
3 嵌入式計算機產業是二十一世紀信息產業新的經濟增長點
  嵌入式計算機市場是計算機市場的重要組成部分,芯片級嵌入式計算機數量將遠遠大于臺式機,單板機微控制器產量達幾十億片,如1998年微控制器需求量估計為27億片。而目前臺式機銷量剛過1億臺。世界嵌入式系統硬件和軟件開發工具市場1996年約650億美元,目前將達1200億美元。據IDC估計1999年全球信息家電產品(包括聯網電視、掌上型聯網設備等)總銷售量將達1400萬臺,到2002年將達5568萬臺,嵌入式計算機也將用于通訊控制、汽車電子設備、機電一體化產品。
  國內嵌入式計算機有巨大的市場。首先家用電器數字化,計算機通信與消費類產品的結合,所謂3C產品需要量數以千萬臺計。洗衣機、電冰箱、微波爐、機頂盒VCD、DVD、家庭影院等每年所需要的芯片和嵌入式計算機幾千萬臺。其次工業控制、通訊控制、智能儀器、手持式移動電話、掌上型電腦、汽車電子裝置、商用終端等對嵌入式計算機每年總需求量也要千百萬臺;教育電腦、學習機、記字本年需求量亦在幾十萬臺至幾百萬臺。Motorola公司嵌入式計算機及數字DNA產品在我國1999年市場銷售額83.7億美元,2000年將達102.2億美元,預測2004年將達188.6億美元,平均年增長率為17.6%(見表1)。未來五年中,利用信息化電器實現上網的人數也有幾千萬。到2005年我國嵌入式計算機將創造2000~2500億元的效益,嵌入式計算機是信息產業新的經濟增長點。


  嵌入式計算機將向網絡化、智能化、規范化、集成化方向發展。隨著微處理器,半導體工藝技術的進展,嵌入式計算機向高性能、低功耗、平臺源代碼公開化方向發展。無論家用、工業用、軍用都將更普及,在營造數字化中國的過程中將發揮不可替代的巨大推進作用。
4 發展我國嵌入式計算機產業的建議
  1.國家信息產業部要把嵌入計算機產業作為信息產業的先導型產業和“十五”重中之重,重點發展。
  嵌入式計算機是21世紀信息產業新的經濟增長點。它能推動信息產業的數字化(包括通信產業、家電產業的數字化),帶動數字革命。必須加強領導,制訂好“十五”嵌入式計算機發展規劃,把嵌入式計算機關鍵技術列入國家科技攻關計劃。基礎元器件、軟件、整機分別列入相應的電子信息產業的發展規劃。
  2.以工業控制機、信息家電產品為目標,組織半導體芯片、元器件、微控制器、接口電路、組件、模板、嵌入式軟件及整機應用系統一條龍的研究開發、生產與技術服務。
  (1)工業控制機發展重點:PCI總線、工業PC機、CompactPCI總線、現場總線控制機及其OEM產品。可編程控制器(PLC)、數控系統(CNC)、現場總線控制系統(FCS)、計算機集成生產制造系統(CIMS、CIPS)。
  (2)信息家電產品發展重點:基于EPTOS的嵌入式軟件的掌上電腦、教育電腦、路由器、網絡終端、數字電視機、機頂盒、DVD、股票機等產品,推動有自主知識產權的信息電器產業發展。如3C聯盟女媧計劃,就是推廣基于HOPEN嵌入式OS的信息家電產品發展計劃。
  (3)整機帶動元器件、半導體集成電路、軟件構件發展;與Intel、Motorola、NEC、SUN等公司合作,研究開發基于X86、Pentium、PowerPC、68302、68360、Picojava的嵌入式產品,逐步發展我國基于自主知識產權芯片的嵌入式產品。
  3.支持一批通信、計算機、家電產品企業集團聯合開發,支持中國數字化(3C產品)產業聯盟成員單位在沿海地區、中部、西部地區建設若干個“3C”產品研究開發與生產基地,盡快開發出有自主知識產權的嵌入式計算機及其應用產品。
  4.開展嵌入式計算機電子商務試點,建立條塊結合,產學研結合的技術培訓,銷售服務及維修體系,建立一批嵌入式計算機專業網站,開展網上銷售、遠程教育和提供信息服務。
參考文獻
1 程 荷,武 航譯.Intel公司 Embedded microprocessors嵌入式微處理器數據及應用手冊.北京:電子工業出版社.1996
2 徐順成,劉宏坤等主編.2000年電子信息產業導向.北京:電子工業出版社.1998
3 99中國數字化3C產業發展戰略研討會暨產品展示會議專輯.1999,12.北京

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