摘 要： 論述嵌入式計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)、分類、關(guān)鍵技術(shù)、應(yīng)用領(lǐng)域，在信息產(chǎn)業(yè)中的地位與作用，提出了發(fā)展嵌入式計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)的建議。
關(guān)鍵詞： 嵌入式計(jì)算機(jī)
1 嵌入式計(jì)算機(jī)是數(shù)字化電子信息產(chǎn)品的核心
嵌入式計(jì)算機(jī)(Embedded Computer)是指嵌入于各種設(shè)備及應(yīng)用產(chǎn)品內(nèi)部的計(jì)算機(jī)。它主要完成信號(hào)控制的功能，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，可作為一個(gè)部件埋藏于所控制的裝置中。它提供用戶接口、管理有關(guān)信息的輸入輸出、指導(dǎo)設(shè)備工作的計(jì)算功能，使設(shè)備及應(yīng)用產(chǎn)品具有較高性能和智能。
嵌入式計(jì)算機(jī)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(shè)備內(nèi)部，軟件是實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)和各種專用的應(yīng)用軟件，一般裝在處理器的內(nèi)存中。嵌入式計(jì)算機(jī)源于60年代，最早出現(xiàn)在武器控制中，后來用于軍事指揮控制和通信系統(tǒng)，現(xiàn)在廣泛用于民用機(jī)電一體化產(chǎn)品中。嵌入式計(jì)算機(jī)經(jīng)歷了基于芯片的嵌入式系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)總線的嵌入系統(tǒng)、嵌入式PC及高性能嵌入式計(jì)算機(jī)幾個(gè)發(fā)展的階段。它是計(jì)算機(jī)(Computer)通信(Communi cation)與控制(Control)“3C”的結(jié)合的產(chǎn)品，也是計(jì)算機(jī)、通信與消費(fèi)類(Consumer)“3C”結(jié)合的信息家電產(chǎn)品以及其它數(shù)字化電子信息產(chǎn)品的核心。
嵌入式計(jì)算機(jī)主要用于訊號(hào)處理與控制，應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。微處理器與微控制器就是最普遍應(yīng)用的嵌入式計(jì)算機(jī)，數(shù)量幾億到十幾億，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于個(gè)人計(jì)算機(jī)臺(tái)式機(jī)，其應(yīng)用領(lǐng)域主要有三個(gè)方面：
1、軍事國(guó)防領(lǐng)域：武器控制，從火炮控制高炮指揮儀到導(dǎo)彈控制(彈上計(jì)算機(jī))，從坦克、轟炸機(jī)、艦艇、雷達(dá)、電子對(duì)抗等軍事電子裝備到軍事通信及軍事指揮系統(tǒng)。
2、民用電子裝備及機(jī)電一體化設(shè)備：各種測(cè)量?jī)x器儀表；數(shù)控裝置、工業(yè)控制機(jī)、機(jī)器人等工業(yè)電子設(shè)備；機(jī)電一體化工程機(jī)械及農(nóng)業(yè)機(jī)械；汽車、機(jī)車、民航及船舶電子設(shè)備；辦公自動(dòng)化裝備；計(jì)算機(jī)外部設(shè)備；通訊控制器及通訊設(shè)備；商用收款機(jī)等商用電子設(shè)備；醫(yī)療電子設(shè)備等。
3、家用電器及消費(fèi)類電子產(chǎn)品：數(shù)字電視機(jī)機(jī)頂盒、錄相機(jī)、VCD、DVD、手機(jī)、呼機(jī)、可視電話、掌上電腦、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)家庭網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、洗衣機(jī)、電冰箱、智能玩具、防火防盜設(shè)備等。
二十一世紀(jì)是數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)的時(shí)代，計(jì)算機(jī)、通信、控制“3C”技術(shù)相互融合，投資類、消費(fèi)類電子產(chǎn)品隨著數(shù)字化技術(shù)與聯(lián)網(wǎng)的普及而走向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化。嵌入式計(jì)算機(jī)是實(shí)現(xiàn)電子產(chǎn)品數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的技術(shù)基礎(chǔ)。
2 嵌入式計(jì)算機(jī)分類及關(guān)健技術(shù)
2.1 嵌入式計(jì)算機(jī)分類
嵌入式計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)可分成下列三類：
1、 芯片級(jí)嵌入式計(jì)算機(jī)，即微控制器
單片機(jī)，如Intel公司MCS48、 MCS51、96、98單片機(jī)，MCS196、8×C196/KB、KC16位單片機(jī)，EIAX86,Pentium嵌入式機(jī)， Strong ARM RISC 32位嵌入式機(jī)；Motorola 68HC05、08系列單片機(jī)，如 MC68HC705P6變頻空調(diào)，MC68HC108MP16專為馬達(dá)變頻調(diào)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(jī)PIC12CXX、PIC16C5XX，14位單片機(jī)PIC16C55X系列及16位單片機(jī)PIC17CXX系列；SUN公司Micro Java，PicoJava系列；還有MIPS、PHILIP、AMD等公司系列產(chǎn)品。
2、 模板級(jí)嵌入式計(jì)算機(jī)
用8位、16位、32位微處理器組成的單板機(jī)；各種總線(STD總線、Intel MultiBus、VME總線及PC總線)IntelX86，Motorola68K CPU板級(jí)產(chǎn)品組成的計(jì)算機(jī)；我國(guó)DJS 0500、0600系列產(chǎn)品，及九十年代Compact PCI總線的計(jì)算機(jī)，CPV5000 Pentium MMX單板機(jī)，CPV5300 PentiumⅡ單板機(jī)；MCP750 Power PC單板機(jī)及CPX2000系列插件式部件產(chǎn)品；SPARCengine UltraAXmp、AXi、CP1200、1400、1500板級(jí)產(chǎn)品。
3、 系統(tǒng)級(jí)嵌入式計(jì)算機(jī)
工業(yè)PC機(jī)與PC兼容的嵌入式PC，國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用的工業(yè)控制用PC兼容機(jī)產(chǎn)品。
基于各種處理器和總線的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：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(jì)算機(jī)系統(tǒng)等。
2.2 關(guān)健技術(shù)
1. 單片微處理器、微控制器的芯片技術(shù)：
復(fù)雜指令與簡(jiǎn)易指令(CISC，RISC)微處理器技術(shù)，半導(dǎo)體工藝技術(shù)(0.25微米,0.18微米,0.13微米)。
2. 電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(EDA)技術(shù)：電子元器件設(shè)計(jì)技術(shù)，專用電路ASIC設(shè)計(jì)技術(shù)，模板機(jī)箱整機(jī)系統(tǒng)CAD技術(shù)。
3.嵌入式軟件技術(shù)
嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)：如WinCE、pSOS，OS－9，LynxOS、VRTX、嵌入Linux等，我國(guó)自主開發(fā)的Hopen是運(yùn)行 在32位微處理器上的實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)。嵌入式應(yīng)用軟件，結(jié)合具體應(yīng)用領(lǐng)域的專用軟件。
4.多媒體技術(shù)：聲音、圖像、文字等各種媒體信息輸入、輸出、傳輸與處理技術(shù)。
5.網(wǎng)絡(luò)技術(shù)：嵌入式計(jì)算機(jī)將用于無(wú)線、有線、各種局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)及國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)的環(huán)境。嵌入式產(chǎn)品網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)，通信接口技術(shù)。
6.機(jī)電一體化技術(shù)：將機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)高度結(jié)合，使物流、能流、信息流融入一體的現(xiàn)代工程技術(shù)。
3 嵌入式計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)是二十一世紀(jì)信息產(chǎn)業(yè)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)
嵌入式計(jì)算機(jī)市場(chǎng)是計(jì)算機(jī)市場(chǎng)的重要組成部分，芯片級(jí)嵌入式計(jì)算機(jī)數(shù)量將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于臺(tái)式機(jī)，單板機(jī)微控制器產(chǎn)量達(dá)幾十億片，如1998年微控制器需求量估計(jì)為27億片。而目前臺(tái)式機(jī)銷量剛過1億臺(tái)。世界嵌入式系統(tǒng)硬件和軟件開發(fā)工具市場(chǎng)1996年約650億美元，目前將達(dá)1200億美元。據(jù)IDC估計(jì)1999年全球信息家電產(chǎn)品(包括聯(lián)網(wǎng)電視、掌上型聯(lián)網(wǎng)設(shè)備等)總銷售量將達(dá)1400萬(wàn)臺(tái)，到2002年將達(dá)5568萬(wàn)臺(tái)，嵌入式計(jì)算機(jī)也將用于通訊控制、汽車電子設(shè)備、機(jī)電一體化產(chǎn)品。
國(guó)內(nèi)嵌入式計(jì)算機(jī)有巨大的市場(chǎng)。首先家用電器數(shù)字化，計(jì)算機(jī)通信與消費(fèi)類產(chǎn)品的結(jié)合，所謂3C產(chǎn)品需要量數(shù)以千萬(wàn)臺(tái)計(jì)。洗衣機(jī)、電冰箱、微波爐、機(jī)頂盒VCD、DVD、家庭影院等每年所需要的芯片和嵌入式計(jì)算機(jī)幾千萬(wàn)臺(tái)。其次工業(yè)控制、通訊控制、智能儀器、手持式移動(dòng)電話、掌上型電腦、汽車電子裝置、商用終端等對(duì)嵌入式計(jì)算機(jī)每年總需求量也要千百萬(wàn)臺(tái)；教育電腦、學(xué)習(xí)機(jī)、記字本年需求量亦在幾十萬(wàn)臺(tái)至幾百萬(wàn)臺(tái)。Motorola公司嵌入式計(jì)算機(jī)及數(shù)字DNA產(chǎn)品在我國(guó)1999年市場(chǎng)銷售額83.7億美元,2000年將達(dá)102.2億美元，預(yù)測(cè)2004年將達(dá)188.6億美元,平均年增長(zhǎng)率為17.6%(見表1)。未來五年中，利用信息化電器實(shí)現(xiàn)上網(wǎng)的人數(shù)也有幾千萬(wàn)。到2005年我國(guó)嵌入式計(jì)算機(jī)將創(chuàng)造2000～2500億元的效益，嵌入式計(jì)算機(jī)是信息產(chǎn)業(yè)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。
嵌入式計(jì)算機(jī)將向網(wǎng)絡(luò)化、智能化、規(guī)范化、集成化方向發(fā)展。隨著微處理器，半導(dǎo)體工藝技術(shù)的進(jìn)展，嵌入式計(jì)算機(jī)向高性能、低功耗、平臺(tái)源代碼公開化方向發(fā)展。無(wú)論家用、工業(yè)用、軍用都將更普及，在營(yíng)造數(shù)字化中國(guó)的過程中將發(fā)揮不可替代的巨大推進(jìn)作用。
4 發(fā)展我國(guó)嵌入式計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)的建議
1.國(guó)家信息產(chǎn)業(yè)部要把嵌入計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)作為信息產(chǎn)業(yè)的先導(dǎo)型產(chǎn)業(yè)和“十五”重中之重，重點(diǎn)發(fā)展。
嵌入式計(jì)算機(jī)是21世紀(jì)信息產(chǎn)業(yè)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。它能推動(dòng)信息產(chǎn)業(yè)的數(shù)字化(包括通信產(chǎn)業(yè)、家電產(chǎn)業(yè)的數(shù)字化)，帶動(dòng)數(shù)字革命。必須加強(qiáng)領(lǐng)導(dǎo)，制訂好“十五”嵌入式計(jì)算機(jī)發(fā)展規(guī)劃，把嵌入式計(jì)算機(jī)關(guān)鍵技術(shù)列入國(guó)家科技攻關(guān)計(jì)劃。基礎(chǔ)元器件、軟件、整機(jī)分別列入相應(yīng)的電子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展規(guī)劃。
2.以工業(yè)控制機(jī)、信息家電產(chǎn)品為目標(biāo)，組織半導(dǎo)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(jī)應(yīng)用系統(tǒng)一條龍的研究開發(fā)、生產(chǎn)與技術(shù)服務(wù)。
(1)工業(yè)控制機(jī)發(fā)展重點(diǎn)：PCI總線、工業(yè)PC機(jī)、CompactPCI總線、現(xiàn)場(chǎng)總線控制機(jī)及其OEM產(chǎn)品。可編程控制器(PLC)、數(shù)控系統(tǒng)(CNC)、現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)(FCS)、計(jì)算機(jī)集成生產(chǎn)制造系統(tǒng)(CIMS、CIPS)。
(2)信息家電產(chǎn)品發(fā)展重點(diǎn)：基于EPTOS的嵌入式軟件的掌上電腦、教育電腦、路由器、網(wǎng)絡(luò)終端、數(shù)字電視機(jī)、機(jī)頂盒、DVD、股票機(jī)等產(chǎn)品，推動(dòng)有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的信息電器產(chǎn)業(yè)發(fā)展。如3C聯(lián)盟女媧計(jì)劃，就是推廣基于HOPEN嵌入式OS的信息家電產(chǎn)品發(fā)展計(jì)劃。
(3)整機(jī)帶動(dòng)元器件、半導(dǎo)體集成電路、軟件構(gòu)件發(fā)展；與Intel、Motorola、NEC、SUN等公司合作，研究開發(fā)基于X86、Pentium、PowerPC、68302、68360、Picojava的嵌入式產(chǎn)品，逐步發(fā)展我國(guó)基于自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)芯片的嵌入式產(chǎn)品。
3.支持一批通信、計(jì)算機(jī)、家電產(chǎn)品企業(yè)集團(tuán)聯(lián)合開發(fā)，支持中國(guó)數(shù)字化(3C產(chǎn)品)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟成員單位在沿海地區(qū)、中部、西部地區(qū)建設(shè)若干個(gè)“3C”產(chǎn)品研究開發(fā)與生產(chǎn)基地，盡快開發(fā)出有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的嵌入式計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用產(chǎn)品。
4.開展嵌入式計(jì)算機(jī)電子商務(wù)試點(diǎn)，建立條塊結(jié)合，產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的技術(shù)培訓(xùn)，銷售服務(wù)及維修體系，建立一批嵌入式計(jì)算機(jī)專業(yè)網(wǎng)站，開展網(wǎng)上銷售、遠(yuǎn)程教育和提供信息服務(wù)。
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