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樊海方

1  引言

    嵌入式系统是指由微处理器芯片实现的小型专门化的计算机系统，由嵌入式处理器、相关支撑硬件、嵌入式操作系统及应用软件系统等组成，它是集软硬件于一体的可独立工作的“器件”。嵌入式微处理器具有高集成、高可靠、功能强、成本低的优点。嵌入式最早应用在军事领域，后逐步进入工业，现在已经广泛应用在人类生活的各个方面。嵌入式行业包括的内容很广，有基于单片机、DSP、MCU的低端嵌入式，也有基于PC架构的高端产品。笔者在这里和大家讨论的是基于PC架构的高端嵌入式EIP（Embedded Intelligent Platform，嵌入式智能平台）的应用与发展趋势。

2  概况

    后PC时代到来，人们开始越来越多地接触到一个新的概念-嵌入式产品。手机、PDA、掌上电脑均属于手持的嵌入式产品，VCD机、机顶盒等也属于嵌入式产品，像车载GPS系统、数控机床、网络冰箱等同样都采用嵌入式系统。由于芯片技术的发展，现在芯片除了性能更高以外，体积可以做的更小，功耗更低，从而适应很多特殊场合的应用。

    EIP，即嵌入式智能平台，为研祥智能科技股份有限公司提出。EIP的定义为：以计算机技术为基础，以产品应用为目标，软、硬件可裁剪，针对应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等有严格要求的专用智能系统。广义上的嵌入式智能平台应用范围已深入到发展国民经济的各行各业，大到卫星控制系统，小到一台数字电视等均是通过嵌入式智能平台来达到自动控制的。

    国家在嵌入式方面也相当重视，嵌入式智能平台行业的产业行政主管部门是国家信息产业部和各地的信息产业厅（局），其主要职责是产业政策的研究制定，通过政府行为推动信息产品的应用和国家产业扶持基金的管理等。中国计算机学会是嵌入式智能平台的行业内部管理机构，主要职责是对产业及市场进行研究，对会员企业进行自律管理以及代表会员企业向政府主管部门提出产业发展建议与意见等。中国科学技术信息研究所、美国国际数据集团（IDG）、中国半导体行业协会组织的“嵌入式世界展览暨研讨会”今年已经是第三届，为推广嵌入式技术及理念作出了重要贡献。信息产业部电子信息产品管理司、中国信息产业商会、亚科希咨询共同主办的“中国嵌入式系统技术与应用研讨会暨产品展示会”也是国内重要的嵌入式推广活动。

    微软在嵌入式方面扮演了先驱与引导者的角色，在此投入了巨资，2000年的时候大力推广“维纳斯计划”，使得嵌入式深入人心。

3  技术进步与产品应用

    (1)嵌入式行业的现状
    2002年，国际EIP产品市场总容量为350亿美元，和2001年相比，增长了9%左右。详细的发展情况参见图1。

（数据来源：CCID 2002.12）

图1  1998~2002年全球EIP产品市场发展规模及发展速度

    (2)硬件，嵌入式处理器
    提起嵌入式处理器，就不得不说到Intel。Intel目前在嵌入式CPU方面推出了多款产品，如Xscale、ARM等。与传统X86相比，精简指令集的ARM产品无论是在系统构架、运算速度、系统功耗、系统效用、应用成本等方面都更能体现较明显优势。嵌入式系统的核心部件是各种类型的嵌入式处理器。其中Intel StrongARM SA-1110处理器是一款32位高性能、低能耗的处理器，特别适合便携无线多媒体设备。目前，StrongARM处理器最高主频达到了206MHz，是当前嵌入式处理器市场上处理速度比较快的处理器。

    目前在嵌入式处理器方面除了Intel，还有VIA、TI、Transmeta、方舟、龙芯、研祥智能等公司。国内在嵌入式处理器以方舟为首，在NC、税控、机顶盒、信息家电、手机等方面已经有所突破。

    (3)软件，嵌入式操作系统
    目前使用最多的为WIN CE及Linux。在智能手机、机顶盒、智能家电、彩票机、POS机等产品上已经大量应用。WIN CE由于微软的市场知名度高，应用软件丰富，开发人员多等优势，仍然保持较高的市场份额；Linux以其源代码开放、费用低廉的优势，在业界得以快速普及。

    微软利用自己强大的销售渠道进行WIN CE的推广、培训，目前在市场取得不错的成绩。Linux的出现使大家打破微软的垄断成为可能，IBM、HP等巨头投入重金进行Linux 的研究，尤其是IBM在此方面去年已经取得50亿美金的收入。目前业界著名的Linux公司有RED hat、Turbolinux、红旗、Redsonic等。国内在Linux方面红旗、中软、小红帽公司做的较好。

    红旗公司的桌面系统、服务器方面在国内信息化占有较大份额，2002年推出 Contro Linux是专为嵌入式EIP应用的操作系统，秉承了开放的Linux的诸多优秀性能，并经过红旗的精心优化和裁减，从而更加适用于嵌入式设备，目前在彩票机、PDA、机顶盒、DVR、军事仪表、路由器、瘦客户机、医疗监护仪等方面有广泛而成功的应用。

    (4)医疗行业应用研祥EIP产品的实例
    随着人们生活水平的不断提高，人们对于自身健康的关注也提升到一个前所未有的高度。在今天，越来越多的高科技手段开始运用到医疗仪器的设计当中。心电图、脑电图等生理参数检测设备，各类型的监护仪器，超声波、X射线成影设备，核磁共振仪器，以及各式各样的物理治疗仪都开始在各地医院广泛使用。

    从医疗仪器行业来看，除了新的传感检测技术不断运用推广之外，对所采集信息的分析、存储和显示也提出了更高的目标。这就要求现代的医疗仪器具备更强大的计算和存储能力，更稳定可靠的性能。另外，医疗仪器作为一个特殊的行业，又要求设备能够达到更高级别的环保要求。如何进一步的智能化、专业化、小型化，同时做到低功耗、零污染，将会是一个无止境的追求过程。

    “EVOC”针对以上特点，潜心研制了适合医疗仪器行业使用的一系列嵌入式智能平台，具备小体积、高可靠性、低功耗和接口完备等特点，一经推出就吸引了众多医疗仪器供应商的目光，并在不断的使用中取得了骄人的成绩。

    现在以多参数监护仪为例，介绍“EVOC”嵌入式职能平台在医疗行业的应用。参见图2，系统一般由多台监护仪和一台中央护士工作站组成，监护仪采用“EVOC?04-1541CLDN型全功能嵌入式工业主板为核心操作平台。该主板仅有手掌的一半大小，板上集成了超低功耗的NS GX 300MHz CPU处理芯片、SDRAM、CRT/LCD控制、10/100Mbps网络接口、Compact Flash、IDE、FDD、两串一并、二个USB、一个115Kbps IrDA红外接口、1~255秒可编程看门狗定时器、PS2键盘和鼠标，支持目前国内医疗行业最通用的PC/104接口，系统通过该接口扩展的用户板完成包括血压、血氧、体温、呼吸等一系列传感探测器的信号采集，进行实时处理，最后结果可经由多种形式输出。目前该平台支持高精度LCD和VGA两种显示模式，在板视频最大分辨率可达1024?68，支持通用的热敏打印接口，并可通过标准串口与中央护士工作站相互通讯。在平台操作系统的选择方面，给予了客户更多的自由度，打破了传统多参数仪仅支持单一DOS操作系统的局限，以提供更加灵活广泛的应用模式。

图2  EIP在医疗行业应用一例

    以上为仅为嵌入式在医疗行业应用的一部分，其他应用如：血液分析仪、CT、核磁共振仪等。

4  挑战与趋势

    (1)中国嵌入式行业发展中的问题与挑战
    ①国外品牌先入为主，国内技术发展缓慢；
    ②多为低端产品，高端欠缺；
    ③产品同质化严重；
    ④设计人才缺乏；
    ⑤没有产业化，产业链不完整。
    国内与国外在嵌入式方面有很大差距，但是在部分项目上国内的进步非常快，还有快步赶上的机会。比如PDA、机顶盒、车载GPS、NC等。长城的NC、赛格的GPS等目前在国内已经占据一定市场。

    (2)嵌入式行业的发展趋势
    ①  连接互联网成为必然趋势
    社会对智能设备的需求越来越多，嵌入式的应用会涉及到生活的各个方面。这些智能设备必须能够联网才能发挥它的最大价值。所以网络接口将是嵌入式产品必须具备的，且随着技术的发展其中大部分将转为无线方式。目前的802.11a、802.11b等无线传输方式，未来将会直接固化在芯片里或主板上。

    ②  软件的开放性成为大势所趋
    在软件方面Linux的崛起代表了软件开放的人心所向，尤其是在嵌入式方面Linux是非常理想的选择，目前在NC、PDA方面有成功应用。

    ③  SOC成为主流
    随着对嵌入式设备要求越来越小，性能要求越来越高，SOC成为最佳选择。

    ④  更注重人工智能，使产品更人性化，操作更方便
    近几年随着国外留学人员的回归及国内风险投资的青睐，嵌入式行业在国内的发展如火如荼，相信不久的将来，大家会用到更多更好出自中国人的嵌入式系统。