1.1 嵌入式產業概況

“嵌入式系統”一詞最早是指用于工業和交通設備內部的控制裝置，例如數控機床中的工業控制器（工控機）、飛行器的自主導航裝置，是一種完成專門功能的特殊計算機，其核心功能是控制，同時也具有一定的計算功能。隨著上世紀90年代末以來嵌入式處理器、嵌入式操作系統和嵌入式應用開發環境及開發工具的飛速發展，特別是與網絡通信技術、信號處理技術、多媒體技術等不同技術領域的相互融合，嵌入式技術已經成為一種集自動控制、網絡通信、信號處理、分布式計算、人機互動、智能感知等功能為一體的綜合性技術，其應用范圍越來越廣泛，從傳統的工業和設備控制逐步拓展到家用電器、通信設備、汽車電子、醫療衛生、個人娛樂、智能家居、樓宇控制、辦公自動化、商業設施、銀行終端等與人們日常工作、生活密切相關的很多領域。常見的嵌入式產品包括：

◆ 2G，3G手機

◆ WiFi路由器和AP（Access Point）

◆ 家用以太網路由器和交換機

◆ 智能電表、水表、氣表

◆ 商業POS機

◆ 數字電視機頂盒

◆ 高檔兒童玩具（如遙控汽車）

◆ 網絡下載播放器

◆ 手持多媒體娛樂產品（MP3，MP4等）

◆ 電子詞典

◆ 學習機

◆ 高檔液晶電視

◆ 藍光DVD和傳統DVD播放器

◆ 手持和車載導航儀

◆ 家庭機器人（如自動掃地機）

◆ 數碼相機

◆ 汽車娛樂裝置

◆ 汽車控制裝置（如ABS，EBD的控制系統）

◆ 高檔智能家電

◆ 家庭安防系統

◆ 銀行ATM機

◆ 銀行自助繳費終端

◆ 城市信息機

◆ 智能卡系統

◆ 中高端打印機

◆ 商用復印機

◆ 手持電腦（如PDA、Mini上網本等）

◆ 醫療設備（如B超、多普勒彩超等）

◆ 測試儀表（如數字存儲示波器、邏輯分析儀、頻譜分析儀、網絡分析儀、協議分析儀等）

◆ 工業機器人、機械手

如表1.1 所示是智能手機與臺式計算機的一個簡單對比。

從表中可以看出嵌入式系統和傳統計算機系統主要有如下區別。

◆ 系統資源嚴格受限。

◆ 體積、功耗嚴格受限。

◆ 功能實時性要求高。

◆ 具有高可靠性且免維護。

應該說這些區別來自于嵌入式產品的各種應用要求，也構成了嵌入式系統的基本特性。除此之外，嵌入式產品還有如下三個非常重要的特性。

◆ 具體應用及其應用環境紛繁復雜。

◆ 各種產品的具體功能千差萬別。

◆ 外設、總線和接口種類極其豐富。

正是這些因素，決定了相對于傳統計算機系統的產品開發和應用開發，嵌入式系統的軟硬件產品開發和應用開發更為復雜多變，技術要求更高、更全面。

在國內，嵌入式系統中常見的操作系統主要有以下幾種：

◆ Linux

◆ Symbian

◆ uC/OS II

◆ VxWorks

◆ Nucleus

◆ Palm OS

◆ Windows CE/Windows Mobile

◆ Windows XP Embedded/Windows Embedded

在上述嵌入式操作系統中，Linux是用途最廣、裝備產品最多的，特別是最近兩三年間，從智能手機和數字機頂盒到很多行業終端和工業控制設備，應用越來越普及。相比之下，其他操作系統的應用多集中在某個單一市場和單一類型的設備上。Symbian僅用于手機產品，而且只有諾基亞、索尼愛立信、三星等Symbian手機聯盟企業的產品才使用（并且不是全部產品都使用）。uC/OS II主要用于某些實時性要求較高的小型終端設備上。VxWorks主要用于某些實時性和可靠性要求很嚴格的大型裝備或設備的控制系統和部分通信設備板卡上。Nucleus主要用在那些采用中國臺灣地區聯發科（MTK）公司芯片的手機上，基本上都是中低端的非智能機。Palm OS在國內很少用到，部分進口PDA產品有使用的。Windows CE主要用于機頂盒等用戶操作界面不太復雜的裝置。Windows Mobile主要用于智能手機和PDA產品，日本、中國臺灣和大陸地區廠家的部分智能手機均采用該系統。Windows XP Embedded是微軟公司新近推出的嵌入式操作系統，主要用于銀行ATM機之類的所謂立式終端設備，目前尚未見到規模應用。

Android是什么？

Android不是一種新的操作系統，它是以Google公司為主的開放手機聯盟（Open Handset Alliance）提供的一個免費和開放的手機平臺，主要包括基于Linux的智能手機操作系統和基于Java的應用開發環境（SDK，Software Development Kit）。

在國內，嵌入式系統常用的CPU體系有：

◆ ARM

◆ PowerPC

◆ MIPS

◆ ColdFire（68K）

◆ Intel 8051

◆ Atmel AVR

在上述CPU體系中，ARM內核系列芯片是目前用途最廣、產品出貨量最大的。據不完全統計，配置有ARM內核的各種芯片最近幾年的年出貨量均在上億片，特別是在2008 年全球金融危機爆發的大背景下，基于ARM內核的芯片全球出貨量取得了超過95% 的增長，達到了2.6 億片。在手機市場中已牢固占據超過80% 的市場，在家庭路由器、數字電視機頂盒、手持多媒體娛樂產品、電子詞典和學習機、手持和車載導航裝置、汽車娛樂裝置、智能家電、銀行自助繳費終端、智能卡系統、PDA、小型醫療設備和小型測試儀表市場中也將逐漸占據主導地位。特別是隨著ARM平臺上網本的出現，傳統的筆記本電腦市場將很可能出現輕薄便攜筆記本電腦被ARM產品替代的趨勢。相比之下，PowerPC和MIPS主要用于網絡協議處理和某些工業控制場合，供貨廠家數量遠不及ARM芯片供貨廠家數量，特別是因為它不支持Windows CE等操作系統，所以產品應用非常有限。ColdFire（即原來摩托羅拉公司半導體部的68000 系列）用途更少、用量更小，其知識產權擁有者及核心供應商飛思卡爾公司在CPU市場的主打產品是ARM系列芯片和PowerPC系列芯片。Intel 8051 和各種51 系列芯片以及Atmel AVR芯片都屬于功能相對簡單的單片機產品，雖然用途也十分廣泛、芯片出貨量也很大，但其產品和應用開發難度低、技術含量低、軟件附加值低，而且基本上不支持操作系統，主要應對那些智能化要求比較低、控制功能單一的應用，產品的性價比無法與ARM系列芯片相提并論，不但不可能與ARM系列芯片進行競爭，而且現在和未來很長一段時間內還面臨ARM Cortex-M系列芯片的有力挑戰。

從產業發展的角度看，嵌入式產業最近幾年發生了一系列重大變化，集中表現在以下方面。

◆ 越來越多的半導體廠家涉足嵌入式芯片，從CPU到嵌入式系統專用的Mobile DDR，包括Intel（英特爾）、AMD、NXP（飛利浦半導體）、TI、三星電子、現代電子、VIA等全球半導體行業中位居前列的諸多巨頭。

◆ 越來越多的軟件廠家開始發力嵌入式軟件開發，不但大量的中小公司從事嵌入式Linux操作系統和驅動的開發，微軟這樣的行業巨無霸也連續推出多款嵌入式操作系統產品—Windows CE/Windows Mobile，Windows XP Embedded，Windows Embedded for Point of Service，Windows Vista for Embedded Systems。

◆ 越來越多的傳統家電廠家和計算機廠家將其產品重心逐步轉移到嵌入式產品系列上來，其典型代表就是依靠iPhone和iPod賺得盆滿缽盈的美國蘋果公司，而國內各大計算機賣場和家電賣場里也充斥著手持娛樂、電子導航、電子詞典、學習機、PDA等五花八門的嵌入式產品。

◆ 越來越多的傳統通信設備廠家開始進軍嵌入式產品及其開發領域，例如2008 年諾基亞全資控股的奇趣科技（Trolltech）一舉就顯示出其在嵌入式軟件開發領域欲與微軟一爭高下的雄心。

◆ Google以開源方式推出基于嵌入式Linux系統的Android嵌入式操作系統，吸引了大批品牌和山寨手機、上網本廠家進入嵌入式Linux產品領域。

綜觀全局，嵌入式產業正在進入持續快速發展的產業成長期。

關于一個產業發展趨勢的基本判別準則

◆ 這個產業所提供的產品和服務與人們日常的工作和生活是否越來越密切相關？出現在我們身邊的概率是不是越來越大？

◆ 這個產業里是不是大公司不少，中小公司也很多？有沒有出現很多夕陽產業那種小公司基本絕跡、大公司越來越少的現象？