《电子技术应用》
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发展嵌入式计算机及其产业的思考

2009-06-10
作者:龚炳铮

  摘 要: 论述嵌入式计算机的特点、分类、关键技术、应用领域,在信息产业中的地位与作用,提出了发展嵌入式计算机产业的建议。
  关键词: 嵌入式计算机


1 嵌入式计算机是数字化电子信息产品的核心
  嵌入式计算机(Embedded Computer)是指嵌入于各种设备及应用产品内部的计算机。它主要完成信号控制的功能,体积小,结构紧凑,可作为一个部件埋藏于所控制的装置中。它提供用户接口、管理有关信息的输入输出、指导设备工作的计算功能,使设备及应用产品具有较高性能和智能。
  嵌入式计算机由嵌入式硬件与嵌入式软件组成。硬件以芯片、插座、模板、组件、控制器形式埋藏于设备内部,软件是实时多任务操作系统和各种专用的应用软件,一般装在处理器的内存中。嵌入式计算机源于60年代,最早出现在武器控制中,后来用于军事指挥控制和通信系统,现在广泛用于民用机电一体化产品中。嵌入式计算机经历了基于芯片的嵌入式系统、标准总线的嵌入系统、嵌入式PC及高性能嵌入式计算机几个发展的阶段。它是计算机(Computer)通信(Communi cation)与控制(Control)“3C”的结合的产品,也是计算机、通信与消费类(Consumer)“3C”结合的信息家电产品以及其它数字化电子信息产品的核心。
  嵌入式计算机主要用于讯号处理与控制,应用领域十分广泛。微处理器与微控制器就是最普遍应用的嵌入式计算机,数量几亿到十几亿,远远大于个人计算机台式机,其应用领域主要有三个方面:
  1、军事国防领域:武器控制,从火炮控制高炮指挥仪到导弹控制(弹上计算机),从坦克、轰炸机、舰艇、雷达、电子对抗等军事电子装备到军事通信及军事指挥系统。
  2、民用电子装备及机电一体化设备:各种测量仪器仪表;数控装置、工业控制机、机器人等工业电子设备;机电一体化工程机械及农业机械;汽车、机车、民航及船舶电子设备;办公自动化装备;计算机外部设备;通讯控制器及通讯设备;商用收款机等商用电子设备;医疗电子设备等。
  3、家用电器及消费类电子产品:数字电视机机顶盒、录相机、VCD、DVD、手机、呼机、可视电话、掌上电脑、个人数字助理(PDA)家庭网络设备、洗衣机、电冰箱、智能玩具、防火防盗设备等。
  二十一世纪是数字化网络的时代,计算机、通信、控制“3C”技术相互融合,投资类、消费类电子产品随着数字化技术与联网的普及而走向数字化、网络化。嵌入式计算机是实现电子产品数字化、网络化的技术基础。
2 嵌入式计算机分类及关健技术
2.1 嵌入式计算机分类
  嵌入式计算机结构可分成下列三类:
  1、 芯片级嵌入式计算机,即微控制器
  单片机,如Intel公司MCS48、 MCS51、96、98单片机,MCS196、8×C196/KB、KC16位单片机,EIAX86,Pentium嵌入式机, Strong ARM RISC 32位嵌入式机;Motorola 68HC05、08系列单片机,如 MC68HC705P6变频空调,MC68HC108MP16专为马达变频调速的控制器,还有MC68302、68360、MPC850I、860I、8260、PowerQUICC系列的通讯控制器;MICROCHIP公司12位的单片机PIC12CXX、PIC16C5XX,14位单片机PIC16C55X系列及16位单片机PIC17CXX系列;SUN公司Micro Java,PicoJava系列;还有MIPS、PHILIP、AMD等公司系列产品。
  2、 模板级嵌入式计算机
  用8位、16位、32位微处理器组成的单板机;各种总线(STD总线、Intel MultiBus、VME总线及PC总线)IntelX86,Motorola68K CPU板级产品组成的计算机;我国DJS 0500、0600系列产品,及九十年代Compact PCI总线的计算机,CPV5000 Pentium MMX单板机,CPV5300 PentiumⅡ单板机;MCP750 Power PC单板机及CPX2000系列插件式部件产品;SPARCengine UltraAXmp、AXi、CP1200、1400、1500板级产品。
  3、 系统级嵌入式计算机
  工业PC机与PC兼容的嵌入式PC,国内外广泛应用的工业控制用PC兼容机产品。
  基于各种处理器和总线的计算机系统:如CompactPCI总线,采用Pentium Ⅰ、Ⅱ处理器,PowerPC处理器,UltraSPARC、Java处理器的嵌入式计算机系统等。
2.2 关健技术
  1. 单片微处理器、微控制器的芯片技术:
  复杂指令与简易指令(CISC,RISC)微处理器技术,半导体工艺技术(0.25微米,0.18微米,0.13微米)。
  2. 电子设计自动化(EDA)技术:电子元器件设计技术,专用电路ASIC设计技术,模板机箱整机系统CAD技术。
  3.嵌入式软件技术
  嵌入式实时操作系统:如WinCE、pSOS,OS-9,LynxOS、VRTX、嵌入Linux等,我国自主开发的Hopen是运行 在32位微处理器上的实时多任务操作系统。嵌入式应用软件,结合具体应用领域的专用软件。
  4.多媒体技术:声音、图像、文字等各种媒体信息输入、输出、传输与处理技术。
  5.网络技术:嵌入式计算机将用于无线、有线、各种局域网、广域网及国际互联网的环境。嵌入式产品网络接入技术,通信接口技术。
  6.机电一体化技术:将机械技术、微电子技术高度结合,使物流、能流、信息流融入一体的现代工程技术。
3 嵌入式计算机产业是二十一世纪信息产业新的经济增长点
  嵌入式计算机市场是计算机市场的重要组成部分,芯片级嵌入式计算机数量将远远大于台式机,单板机微控制器产量达几十亿片,如1998年微控制器需求量估计为27亿片。而目前台式机销量刚过1亿台。世界嵌入式系统硬件和软件开发工具市场1996年约650亿美元,目前将达1200亿美元。据IDC估计1999年全球信息家电产品(包括联网电视、掌上型联网设备等)总销售量将达1400万台,到2002年将达5568万台,嵌入式计算机也将用于通讯控制、汽车电子设备、机电一体化产品。
  国内嵌入式计算机有巨大的市场。首先家用电器数字化,计算机通信与消费类产品的结合,所谓3C产品需要量数以千万台计。洗衣机、电冰箱、微波炉、机顶盒VCD、DVD、家庭影院等每年所需要的芯片和嵌入式计算机几千万台。其次工业控制、通讯控制、智能仪器、手持式移动电话、掌上型电脑、汽车电子装置、商用终端等对嵌入式计算机每年总需求量也要千百万台;教育电脑、学习机、记字本年需求量亦在几十万台至几百万台。Motorola公司嵌入式计算机及数字DNA产品在我国1999年市场销售额83.7亿美元,2000年将达102.2亿美元,预测2004年将达188.6亿美元,平均年增长率为17.6%(见表1)。未来五年中,利用信息化电器实现上网的人数也有几千万。到2005年我国嵌入式计算机将创造2000~2500亿元的效益,嵌入式计算机是信息产业新的经济增长点。


  嵌入式计算机将向网络化、智能化、规范化、集成化方向发展。随着微处理器,半导体工艺技术的进展,嵌入式计算机向高性能、低功耗、平台源代码公开化方向发展。无论家用、工业用、军用都将更普及,在营造数字化中国的过程中将发挥不可替代的巨大推进作用。
4 发展我国嵌入式计算机产业的建议
  1.国家信息产业部要把嵌入计算机产业作为信息产业的先导型产业和“十五”重中之重,重点发展。
  嵌入式计算机是21世纪信息产业新的经济增长点。它能推动信息产业的数字化(包括通信产业、家电产业的数字化),带动数字革命。必须加强领导,制订好“十五”嵌入式计算机发展规划,把嵌入式计算机关键技术列入国家科技攻关计划。基础元器件、软件、整机分别列入相应的电子信息产业的发展规划。
  2.以工业控制机、信息家电产品为目标,组织半导体芯片、元器件、微控制器、接口电路、组件、模板、嵌入式软件及整机应用系统一条龙的研究开发、生产与技术服务。
  (1)工业控制机发展重点:PCI总线、工业PC机、CompactPCI总线、现场总线控制机及其OEM产品。可编程控制器(PLC)、数控系统(CNC)、现场总线控制系统(FCS)、计算机集成生产制造系统(CIMS、CIPS)。
  (2)信息家电产品发展重点:基于EPTOS的嵌入式软件的掌上电脑、教育电脑、路由器、网络终端、数字电视机、机顶盒、DVD、股票机等产品,推动有自主知识产权的信息电器产业发展。如3C联盟女娲计划,就是推广基于HOPEN嵌入式OS的信息家电产品发展计划。
  (3)整机带动元器件、半导体集成电路、软件构件发展;与Intel、Motorola、NEC、SUN等公司合作,研究开发基于X86、Pentium、PowerPC、68302、68360、Picojava的嵌入式产品,逐步发展我国基于自主知识产权芯片的嵌入式产品。
  3.支持一批通信、计算机、家电产品企业集团联合开发,支持中国数字化(3C产品)产业联盟成员单位在沿海地区、中部、西部地区建设若干个“3C”产品研究开发与生产基地,尽快开发出有自主知识产权的嵌入式计算机及其应用产品。
  4.开展嵌入式计算机电子商务试点,建立条块结合,产学研结合的技术培训,销售服务及维修体系,建立一批嵌入式计算机专业网站,开展网上销售、远程教育和提供信息服务。
参考文献
1 程 荷,武 航译.Intel公司 Embedded microprocessors嵌入式微处理器数据及应用手册.北京:电子工业出版社.1996
2 徐顺成,刘宏坤等主编.2000年电子信息产业导向.北京:电子工业出版社.1998
3 99中国数字化3C产业发展战略研讨会暨产品展示会议专辑.1999,12.北京

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