嵌入式软件产业发展迅猛,已成为软件体系的重要组成部分。嵌入式系统产品正不断渗透至各个行业,其作为包含在这些硬件产品中的特殊软件形态,产业增幅不断加大,而且在整个软件产业中的比重日趋提高。 2003年全球嵌入式软件市场规模达到346亿美元, 2003年中国市场规模达到188亿元。
新一轮汽车、通信、信息电器、医疗、军事等行业的巨大的智能化装备需求拉动了嵌入式软件及系统的发展。同传统的通用计算机系统不同,嵌入式系统面向特定应用领域,根据应用需求定制开发,并随着智能化产品的普遍需求渗透到各行各业。随着硬件技术的不断革新,硬件平台的处理能力不断增强,硬件成本不断下降,嵌入式软件已成为产品的数字化改造、智能化增值的关键性、带动性技术。
目前的因特网技术只连接了5%左右的计算装置,大量的嵌入式设备急需网络连接来提升其服务能力和应用价值。同时,以人为中心的普适计算技术正推动新一轮信息技术的革命。计算无所不在,嵌入式设备将以各种形态分布在人类的生存环境中,提供更加人性化、自然化的服务。互联网的“深度”联网和普通计算机“纵向”普及所带来的计算挑战,将推动嵌入式软件技术向“纵深”发展,催生了新型嵌入式软件技术。
近十年来,嵌入式操作系统得到飞速的发展:微处理器从8位到64位;从支持单一品种的CPU芯片到支持多品种的CPU;从单一内核到除了内核外还提供其他功能模块,如文件系统、TCP/IP网络系统、窗口图形系统等;并形成了包括嵌入式操作系统、中间平台软件在内的嵌入式软件体系。硬件技术的进步,推动了嵌入式系统软件向运行速度更快、支持功能更强、应用开发更便捷的方向不断发展。
随着嵌入式系统应用的不断深入和产业化程度的不断提升,新的应用环境和产业化需求对嵌入式系统软件提出了更加严格的要求。在新需求的推动下,嵌入式操作系统内核不仅需要具有微型化、高实时性等基本特征,还将向高可信性、自适应性、构件组件化方向发展。支撑开发环境将更加集成化、自动化、人性化,系统软件对无线通信和能源管理的功能支持也将日益重要。总的来讲,嵌入式系统的发展趋势有如下几个特点。
随着因特网技术的成熟、带宽的提高,ICP和ASP在网上提供的信息内容日趋丰富,应用项目多种多样,像电话手机、电话座机及电冰箱、微波炉等嵌入式电子设备的功能不再单一,电气结构也更为复杂。为了满足应用功能的升级,设计师们一方面采用更强大的嵌入式处理器,如32位、64位RISC芯片或信号处理器DSP增强处理能力,同时还采用实时多任务编程技术和交叉开发工具技术来控制功能复杂性,以简化应用程序设计、保障软件质量和缩短开发周期。
目前,国外商品化的嵌入式实时操作系统已进入我国市场的有WindRiver、Microsoft、QNX 和Nuclear等产品。我国自主开发的嵌入式系统软件产品,如科银(CoreTek)公司的嵌入式软件开发平台DeltaSystem,它不仅包括DeltaCore嵌入式实时操作系统,而且还包括LamdaTools交叉开发工具套件、测试工具、应用组件等。此外,中科院也推出了Hopen嵌入式操作系统。
为适应嵌入式分布处理结构和应用上网需求,面向21世纪的嵌入式系统要求配备标准的一种或多种网络通信接口。针对外部联网要求,嵌入设备必须配有通信接口,相应地需要TCP/IP协议栈等软件支持。由于家用电器相互关联(如防盗报警、灯光能源控制、影视设备和信息终端交换信息)及实验现场仪器的协调工作等要求,新一代嵌入式设备还需具备IEEE1394、USB、CAN、Bluetooth或IrDA通信接口,同时也需要提供相应的通信组网协议软件和物理层驱动软件。为了支持应用软件的特定编程模式,如Web或无线Web编程模式,还需要相应的浏览器,如HTML、WML等。
为满足这种特性,要求嵌入式产品设计者相应降低处理器的性能,限制内存容量和复用接口芯片,这就相应提高了对嵌入式软件设计的技术要求。例如,选用最佳的编程模型和不断改进算法,采用Java编程模式,优化编译器性能。因此,既需要软件人员有丰富的经验,更需要发展先进的嵌入式软件技术,如Java、Web和WAP等。
嵌入式设备之所以为亿万用户乐于接受,重要因素之一是它们与使用者之间的亲和力,以及自然的人机交互界面,如司机操纵高度自动化的汽车主要还是通过习惯的方向盘、脚踏板和操纵杆。人们与信息终端交互要求以GUI屏幕为中心的多媒体界面。手写文字输入、语音拨号上网、收发电子邮件及彩色图形、图像已取得初步成效。目前一些先进的PDA在显示屏幕上已实现了汉字写入、短消息语音发布,但离掌式语言同声翻译还有很大的距离。