1.1 嵌入式产业概况

“嵌入式系统”一词最早是指用于工业和交通设备内部的控制装置，例如数控机床中的工业控制器（工控机）、飞行器的自主导航装置，是一种完成专门功能的特殊计算机，其核心功能是控制，同时也具有一定的计算功能。随着上世纪90年代末以来嵌入式处理器、嵌入式操作系统和嵌入式应用开发环境及开发工具的飞速发展，特别是与网络通信技术、信号处理技术、多媒体技术等不同技术领域的相互融合，嵌入式技术已经成为一种集自动控制、网络通信、信号处理、分布式计算、人机互动、智能感知等功能为一体的综合性技术，其应用范围越来越广泛，从传统的工业和设备控制逐步拓展到家用电器、通信设备、汽车电子、医疗卫生、个人娱乐、智能家居、楼宇控制、办公自动化、商业设施、银行终端等与人们日常工作、生活密切相关的很多领域。常见的嵌入式产品包括：

◆ 2G，3G手机

◆ WiFi路由器和AP（Access Point）

◆ 家用以太网路由器和交换机

◆ 智能电表、水表、气表

◆ 商业POS机

◆ 数字电视机顶盒

◆ 高档儿童玩具（如遥控汽车）

◆ 网络下载播放器

◆ 手持多媒体娱乐产品（MP3，MP4等）

◆ 电子词典

◆ 学习机

◆ 高档液晶电视

◆ 蓝光DVD和传统DVD播放器

◆ 手持和车载导航仪

◆ 家庭机器人（如自动扫地机）

◆ 数码相机

◆ 汽车娱乐装置

◆ 汽车控制装置（如ABS，EBD的控制系统）

◆ 高档智能家电

◆ 家庭安防系统

◆ 银行ATM机

◆ 银行自助缴费终端

◆ 城市信息机

◆ 智能卡系统

◆ 中高端打印机

◆ 商用复印机

◆ 手持电脑（如PDA、Mini上网本等）

◆ 医疗设备（如B超、多普勒彩超等）

◆ 测试仪表（如数字存储示波器、逻辑分析仪、频谱分析仪、网络分析仪、协议分析仪等）

◆ 工业机器人、机械手

如表1.1 所示是智能手机与台式计算机的一个简单对比。

从表中可以看出嵌入式系统和传统计算机系统主要有如下区别。

◆ 系统资源严格受限。

◆ 体积、功耗严格受限。

◆ 功能实时性要求高。

◆ 具有高可靠性且免维护。

应该说这些区别来自于嵌入式产品的各种应用要求，也构成了嵌入式系统的基本特性。除此之外，嵌入式产品还有如下三个非常重要的特性。

◆ 具体应用及其应用环境纷繁复杂。

◆ 各种产品的具体功能千差万别。

◆ 外设、总线和接口种类极其丰富。

正是这些因素，决定了相对于传统计算机系统的产品开发和应用开发，嵌入式系统的软硬件产品开发和应用开发更为复杂多变，技术要求更高、更全面。

在国内，嵌入式系统中常见的操作系统主要有以下几种：

◆ 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统中，Linux是用途最广、装备产品最多的，特别是最近两三年间，从智能手机和数字机顶盒到很多行业终端和工业控制设备，应用越来越普及。相比之下，其他操作系统的应用多集中在某个单一市场和单一类型的设备上。Symbian仅用于手机产品，而且只有诺基亚、索尼爱立信、三星等Symbian手机联盟企业的产品才使用（并且不是全部产品都使用）。uC/OS II主要用于某些实时性要求较高的小型终端设备上。VxWorks主要用于某些实时性和可靠性要求很严格的大型装备或设备的控制系统和部分通信设备板卡上。Nucleus主要用在那些采用中国台湾地区联发科（MTK）公司芯片的手机上，基本上都是中低端的非智能机。Palm OS在国内很少用到，部分进口PDA产品有使用的。Windows CE主要用于机顶盒等用户操作界面不太复杂的装置。Windows Mobile主要用于智能手机和PDA产品，日本、中国台湾和大陆地区厂家的部分智能手机均采用该系统。Windows XP Embedded是微软公司新近推出的嵌入式操作系统，主要用于银行ATM机之类的所谓立式终端设备，目前尚未见到规模应用。

Android是什么？

Android不是一种新的操作系统，它是以Google公司为主的开放手机联盟（Open Handset Alliance）提供的一个免费和开放的手机平台，主要包括基于Linux的智能手机操作系统和基于Java的应用开发环境（SDK，Software Development Kit）。

在国内，嵌入式系统常用的CPU体系有：

◆ ARM

◆ PowerPC

◆ MIPS

◆ ColdFire（68K）

◆ Intel 8051

◆ Atmel AVR

在上述CPU体系中，ARM内核系列芯片是目前用途最广、产品出货量最大的。据不完全统计，配置有ARM内核的各种芯片最近几年的年出货量均在上亿片，特别是在2008 年全球金融危机爆发的大背景下，基于ARM内核的芯片全球出货量取得了超过95% 的增长，达到了2.6 亿片。在手机市场中已牢固占据超过80% 的市场，在家庭路由器、数字电视机顶盒、手持多媒体娱乐产品、电子词典和学习机、手持和车载导航装置、汽车娱乐装置、智能家电、银行自助缴费终端、智能卡系统、PDA、小型医疗设备和小型测试仪表市场中也将逐渐占据主导地位。特别是随着ARM平台上网本的出现，传统的笔记本电脑市场将很可能出现轻薄便携笔记本电脑被ARM产品替代的趋势。相比之下，PowerPC和MIPS主要用于网络协议处理和某些工业控制场合，供货厂家数量远不及ARM芯片供货厂家数量，特别是因为它不支持Windows CE等操作系统，所以产品应用非常有限。ColdFire（即原来摩托罗拉公司半导体部的68000 系列）用途更少、用量更小，其知识产权拥有者及核心供应商飞思卡尔公司在CPU市场的主打产品是ARM系列芯片和PowerPC系列芯片。Intel 8051 和各种51 系列芯片以及Atmel AVR芯片都属于功能相对简单的单片机产品，虽然用途也十分广泛、芯片出货量也很大，但其产品和应用开发难度低、技术含量低、软件附加值低，而且基本上不支持操作系统，主要应对那些智能化要求比较低、控制功能单一的应用，产品的性价比无法与ARM系列芯片相提并论，不但不可能与ARM系列芯片进行竞争，而且现在和未来很长一段时间内还面临ARM Cortex-M系列芯片的有力挑战。

从产业发展的角度看，嵌入式产业最近几年发生了一系列重大变化，集中表现在以下方面。

◆ 越来越多的半导体厂家涉足嵌入式芯片，从CPU到嵌入式系统专用的Mobile DDR，包括Intel（英特尔）、AMD、NXP（飞利浦半导体）、TI、三星电子、现代电子、VIA等全球半导体行业中位居前列的诸多巨头。

◆ 越来越多的软件厂家开始发力嵌入式软件开发，不但大量的中小公司从事嵌入式Linux操作系统和驱动的开发，微软这样的行业巨无霸也连续推出多款嵌入式操作系统产品—Windows CE/Windows Mobile，Windows XP Embedded，Windows Embedded for Point of Service，Windows Vista for Embedded Systems。

◆ 越来越多的传统家电厂家和计算机厂家将其产品重心逐步转移到嵌入式产品系列上来，其典型代表就是依靠iPhone和iPod赚得盆满钵盈的美国苹果公司，而国内各大计算机卖场和家电卖场里也充斥着手持娱乐、电子导航、电子词典、学习机、PDA等五花八门的嵌入式产品。

◆ 越来越多的传统通信设备厂家开始进军嵌入式产品及其开发领域，例如2008 年诺基亚全资控股的奇趣科技（Trolltech）一举就显示出其在嵌入式软件开发领域欲与微软一争高下的雄心。

◆ Google以开源方式推出基于嵌入式Linux系统的Android嵌入式操作系统，吸引了大批品牌和山寨手机、上网本厂家进入嵌入式Linux产品领域。

综观全局，嵌入式产业正在进入持续快速发展的产业成长期。

关于一个产业发展趋势的基本判别准则

◆ 这个产业所提供的产品和服务与人们日常的工作和生活是否越来越密切相关？出现在我们身边的概率是不是越来越大？

◆ 这个产业里是不是大公司不少，中小公司也很多？有没有出现很多夕阳产业那种小公司基本绝迹、大公司越来越少的现象？