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嵌入式系统现状及发展前景.doc

发布时间：2022-05-29 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.03M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    嵌入式系统现状及其发展前景 嵌入式系统无疑是当前最热门最有发展前途的 IT 应用领域之一。嵌入式系统用在一些特定 专用设备上，通常这些设备的硬件资源（如处理器、存储器等）非常有限，并且对成本很敏 感，有时对实时响应要求很高等。特别是随着消费家电的智能化，嵌入式更显重要。像我们 平常常见到的手机、PDA、电子字典、可视电话、VCD/DVD/MP3 Player、数字相机（DC）、数 字摄像机(DV)、U-Disk、机顶盒(Set Top Box)、高清电视(HDTV)、游戏机、智能玩具、交 换机、路由器、数控设备或仪表、汽车电子、家电控制系统、医疗仪器、航天航空设备等等 都是典型的嵌入式系统。 嵌入式系统是软硬结合的东西，搞嵌入式开发的人有两类。一类是学电子工程、 通信工程等偏硬件专业出身的人，他们主要是搞硬件设计，需要开发一些与硬件关系最密切 的最底层软件:BootLoader、Board SupportPackage(像 PC 的 BIOS 一样，往下驱动硬件， 往上支持操作系统），最初级的硬件驱动程序等。他们的优势是对硬件原理非常清楚，不足 是他们更擅长定义各种硬件接口，但对复杂软件系统往往力不从心（例如嵌入式操作系统原 理和复杂应用软件等）。另一类是学软件、计算机专业出身的人，主要从事嵌入式操作系统 和应用软件的开发。如果我们学软件的人对硬件原理和接口有较好的掌握，我们完全也可写 BSP 和硬件驱动程序。嵌入式硬件设计完后，各种功能就全靠软件来实现了，嵌入式设备的 增值很大程度上取决于嵌入式软件，这占了嵌入式系统的最主要工作（目前有很多公司将硬 件设计包给了专门的硬件公司，稍复杂的硬件都交给台湾或国外公司设计，国内的硬件设计 力量很弱，很多嵌入式公司自己只负责开发软件，因为公司都知道，嵌入式产品的差异很大 程度在软件上，在软件方面是最有“花头“可做的），所以我们搞软件的人完全不用担心我 们在嵌入式市场上的用武之地，越是智能设备越是复杂系统，软件越起关键作用，而且这是 目前的趋势。 从事嵌入式软件开发的好处是： （1）目前国内外这方面的人都很稀缺。一方面，是因为这一领域入门门槛较高，不仅要懂 较底层软件（例如操作系统级、驱动程序级软件），对软件专业水平要求较高（嵌入式系统 对软件设计的时间和空间效率要求较高），而且必须懂得硬件的工作原理，所以非专业 IT 人 员很难切入这一领域；另一方面，是因为这一领域较新，目前发展太快，很多软硬件技术出 现时间不长或正在出现（如 ARM 处理器、嵌入式操作系统、MPEG 技术、无线通信协议等）， 掌握这些新技术的人当然很找。嵌入式人才稀缺，身价自然就高，越有经验价格就越高。其 实嵌入式人才稀少,根本原因可能是大多数人无条件接触,这需要相应的嵌入式开发板和软 件,另外需要有经验的人进行指导开发流程。 （2）嵌入式领域人才的工作强度通常低一些（但收入不低）。搞企业应用软件的 IT 企业， 这个用户的系统搞完了，又得去搞下一个用户的，而且每个用户的需求和完成时间都得按客 户要求改变，往往疲于奔命，重复劳动。相比而言，搞嵌入式系统的公司，都有自己的产品 计划，按自己的节奏行事。所开发的产品通常是通用的，不会因客户的不同而修改。一个产 品型号开发完了，往往有较长一段空闲时间（或只是对软件进行一些小修补），有时间进行 充电和休整。另外，从事嵌入式软件的每个人工作范围相对狭窄，所涉及的专业技术范围就 是那些（ARM、RTOS、MPEG、802.11 等），时间长了这些东西会越搞越有经验，卖卖老本， 几句指导也够让那些初入道者琢磨半年的。若搞应用软件，可能下一个客户要换成一个完全 不同的软件开发平台，那就苦了。
    （3）哪天若想创业，搞自已的产品，那么嵌入式是一个不错的主意，这可不像应用软件那 样容易被盗版。土木学院有一个叫启明星的公司开发出一个好象叫“工程 e”的掌上 PDA（南 校区门口有广告），施工技术人员用该 PDA 可当场进行土木概预算和其它土木计算，据说销 路特好。我认识的某大学老师，他开发的饭馆用的点菜 PDA（WinCE 平台，可无线连网和上 网），据他说销路不错，饭馆点点 PDA 让客户点菜，多显派头档次。我记得00 级2+2 班当 年有一组同学在学 Windows 程序设计课程时用 VC++设计了一个功能很强的点菜系统做为课 程项目，当时真想建议他们将这个软件做成 PDA，估计会有些销路（上海火车站南广场的 Macdonald 便使用很漂亮的 PDA 给用户点食品，像摸像样的）。这些 PDA 的硬件设计一般都 是请其它公司给订做（这叫“贴牌”：OEM），都是通用的硬件，我们只管设计软件就变成自 己的产品了。 从事嵌入式软件开发的缺点是： （1）入门起点较高。所用到的技术往往都有一定难度，若软硬件基础不好，特别是操作系 统级软件功底不深，则可能不适于此行。 （2）这方面的企业数量要远少于企业计算类企业。特别是从事嵌入式的小企业数量较多（小 企业要搞自己的产品创业），知名大公司较少（搞嵌入式的大公司主要有 Intel、Motorola、 TI、Philip、Samsung、Sony、Futjtum、Bell-Alcatel、意法半导体、Microtek、研华、华 为、中兴通信、上广电等制造类企业）。这些企业的习惯思维方式是到电子、通信等偏硬专 业找人。由于我院以前毕业生以企业计算为主，所以我院与这些企业联系相对较少。我院正 积极努力，目前已与其中部分公司建立了联系，争取今后能有我院同学到这些企业中实习或 就业。 （3）有少数公司经常要硕士以上的人搞嵌入式，主要是基于嵌入式的难度。但大多数公司 也并无此要求，只要有经验即可。我院同学若学习嵌入式，显然应偏重于嵌入式软件，特别 是嵌入式操作系统方面，应是我们的强项。 对于搞嵌入式软件的人，最重要的技术显然是（实际上很多公司的招聘广告上就是这样写 的）： （1） 掌握主流嵌入式微处理器的结构与原理 （2） 必须掌握一个嵌入式操作系统 （3） 必须熟悉嵌入式软件开发流程并至少做过一个嵌入式软件项目。 嵌入式软件方面最重要的课程包括： （1）嵌入式微处理器结构与应用：这是一门嵌入式硬件基础课程，我院用这门课取代了传 统的“微机原理与接口”课程（目前国内已有少部分高校 IT 专业这样做了，因为讲 x86 微 机原理与接口很难找到实际用处，只为教学而已）。我们说过，嵌入式是软硬件结合的技术， 搞嵌入式软件的人应对 ARM 处理器工作原理和接口技术有充分了解，包括 ARM 的汇编指令 系统。若不了解处理器原理，怎么能控制硬件工作，怎么能写出节省内存又运行高速的最优 代码（嵌入式软件设计特别讲究时空效率），怎么能写出驱动程序（驱动程序都是与硬件打 交道的）？很多公司招聘嵌入式软件人员时都要求熟悉 ARM 处理器，将来若同学到公司中 从事嵌入式软件开发，公司都会给你一本该设备的硬件规格说明(xxxSpecification)，您必 须能看懂其中的内存分布和端口使用等最基本的说明（就像 x86 汇编一样），否则怎么设计 软件。有些同学觉得嵌入式处理器课程较枯燥，这主要是硬件课程都较抽象的原因，等我们 的嵌入式实验室10 月份建好后，您做了一些实验后就会觉得看得见摸得着。还有同学对 ARM 汇编不感兴趣，以为嵌入式开发用 C 语言就足够了。其实不应仅是将汇编语言当成一个程
    序设计语言，学汇编主要是为了掌握处理器工作原理的。一个不熟悉汇编语言的人，怎么能 在该处理器写出最优的 C 语言代码。在嵌入式开发的一 些关键部分，有时还必须写汇编，如 Bootloader 等（可能还包括 BSP）。特别是在对速度有 极高要求的场合（如 DSP 处理器的高速图像采集和图像解压缩），目前主要还要靠汇编写程 序（我看到过很多公司是这样做的）。当您在一个嵌入式公司工作时，在查看描述原理的手 册时，可能很多都是用汇编描述的（我就遇到过），这是因为很多硬件设计人员只会写或者 喜欢用汇编描述，此时您就必须看懂汇编程序，否则软硬件人员可能就无法交流。很多嵌入 式职位招聘时都要求熟悉汇编。 (2) 嵌入式操作系统类课程：除了 WinCE 的实时性稍差外，大多数嵌入式操作系统的实时 性都很强,所以也可称为实时操作系统 Real TimeOperatingSystem.从事嵌入式的人至少须 掌握一个嵌入式操作系统(当然掌握两个更好),这在嵌入式的所有技术中是最为关键的了。 目前最重要的 RTOS 主要包括： 第一类、传统的经典 RTOS：最主要的便是 Vxworks 操作系统，以及其 Tornado 开发平台。 Vxworks 因出现稍早，实时性很强（据说可在1ms 内响应外部事件请求），并且内核可极微 （据说最小可8K），可靠性较高等，所以在北美，Vxworks 占据了嵌入式系统的多半疆山。 特别是在通信设备等实时性要求较高的系统中，几乎非 Vxworks 莫属。Vxworks 的很多概 念和技术都和 Linux 很类似，主要是 C 语言开发。像 Bell-alcatel、Lucent、华为等通信 企业在开发产品时，Vxworks 用得很多。但 Vxworks 因价格很高，所以一些小公司或小产 品中往往用不起。目前很多公司都在往嵌入式 Linux 转（听说华为目前正在这样转）。但无 论如何，Vxworks 在一段长时间内仍是不可动摇的。与 Vxworks 类似的稍有名的实时操作 系统还有 pSOS、QNX、Nucleus 等 RTOS。 第二类、嵌入式 Linux 操作系统。Linux 的前途除作为服务器操作系统外，最成功的便是 在嵌入式领域的应用，原因当然是免费、开源、支持软件多、呼拥者众，这样嵌入式产品成 本会低。Linux 本身不是一个为嵌入式设计的操作系统，不是微内核的，并且实时性不强。 目前应用在嵌入式领域的 Linux 系统主要有两类：一类是专为嵌入式设计的已被裁减过的 Linux 系统，最常用的是 uClinux（不带 MMU 功能），目前占较大应用份额，可在 ARM7 上 跑；另一类是跑在 ARM9 上的，一般是将 Linux2.4.18 内核移植在其上，可使用更多的 Linux 功能（当然 uClinux 更可跑在 ARM9 上）。很多人预测，嵌入式 Linux 预计将占嵌入式操作 系统的50%以上份额，非常重要。缺点是熟悉 Linux 的人太少，开发难度稍大。另外，目前 我们能发现很多教材和很多大学都以 ucOS/II 为教学用实时操作系统，这主要是由于 ucOS/II 较简单，且开源，非常适合入门者学习实时操作系统原理，但由于 ucOS/II 功能 有限，实用用得较少，所以我院不将 其作为教学重点，要学习就应学直接实用的，比如 uClinux 就很实用。况且熟悉了 Linux 开 发，不仅在嵌入式领域有用，对开发 Linux 应用软件，对加深操作系统的认识也有帮助， 可谓一举多得。据我所知，目前 Intel、Philip 都在大搞 ARM+LINUX 的嵌入式开发，Fujitum 则是在自己的处理器上大搞 Linux 开发。目前在嵌入式 Linux 领域，以下几个方面的人特 别难找，一是能将 Linux 移植到某个新型号的开发版上；二是能写 Linux 驱动程序的人； 三是熟悉 Linux 内核裁减和优化的人。我院在该嵌入式 Linux 方面的课程系列是：本科生 操作系统必修课，然后是 Linux 程序设计选修课，最后是嵌入式 Linux 系统选修课。我院 在 Linux 方面目前已有较强力量，魏老师和张老师熟悉 Linux 开发，金老师和唐老师熟悉 Linux 系统管理。
    第三类、 WindowsCE 嵌入式操作系统。Microsoft 也看准了嵌入式的巨大市场，MS 永远是 最厉害的，WinCE 出来只有几年时间，但目前已占据了很大市场份额，特别是在 PDA、手机、 显示仪表等界面要求较高或者要求快速开发的场合，WinCE 目前已很流行（据说有一家卖工 控机的公司板子卖得太好，以至来不及为客户裁减 WinCE）。WinCE 目前主要为4.2 版 （.NET)，开发平台主要为 WinCE Platform Builder，有时也用 EVC 环境开发一些较上层的 应用，由于 WinCE 开发都是大家熟悉的 VC++环境，所以我院学过 Windows 程序设计课程的 同学都不会有多大难度，这也是 WinCE 容易被人们接受的原因，开发环境方便快速，微软 的强大技术支持，WinCE 开发难度远低于嵌入式 Linux。对于急于完成，不想拿嵌入式 Linux 冒险的开发场合，WinCE 是最合适了（找嵌入式 Linux 的人可没那么好找的），毕竟公司不 能像学生学习那样试试看，保证开发成功更重要。根据不同的侧重点 ，WinCE 还有两个特 殊版本，一个是 MS PocketPC 操作系统专用于 PDA 上（掌上电脑），另一个是 MS SmartPhone 操作系统用于智能手机上（带 PDA 功能的手机），两者也都属于 WinCE 平台。在 PDA 和手 机市场上，除 WinCE 外，著名的 PDA 嵌入式操作系统还有 PalmOS（因出现很早，很有名）、 Symbian 等，但在 WinCE 的强劲冲击下，Palm 和 Symbian 来日还能有多长？我院可能是全 国高校中唯一一家开设专门的“Windows CE 嵌入式操作系统“课程的学校，这主要是基于 以下原因：我院本身前面便有 Windows 程序设计课程，同学学过 VC++后再学 WinCE,非常方 便自然，通过学习 WinCE 同样也可了解嵌入式软件的一般开发过程，对 Linux 有惧怕心理 的同学也很合适。很显然，嵌入式 Linux 永远不可能替代 WinCE，而且将来谁占份额大还很 难讲，毕竟很多人更愿意接受 MS 的平台，就像各国政府都在大力推 LINUX 已好长时间，但 您能看到几个在 PC 机上真正使用 LINUX 的用户？据我观察,目前在嵌入式平台上,LINUX 是叫得最响,但还是 WinCE 实际用得更多.嵌入式 LINUX 可能更多地是一些有长远产品计划 的公司,为降低成本而进行长远考虑;二是微软亚洲研究院对我院 WinCE 课程的支持计划， 我们也很希望将来我院能有同学通过微软的面试去实习。WinCE 和多媒体(如 MPEG 技术)是 微软亚洲工程院目前做得较多的项目领域之一,他们很需要精通 WinCE 的人。 总结关于嵌入式操作系统类课程，若您觉得自己功底较深且能钻研下去，则可去学嵌入式 Linux；若您觉得自己 VC++功底较好且想短平快地学嵌入式开发，则我院的 WinCE 课程是最 好的选择。 (3) 嵌入式开发的其它相关软件课程 搞嵌入式若能熟悉嵌入式应用的一些主要领域，这样的人更受企业欢迎。主要的相关领域包 括： A、数字图像压缩技术：这是嵌入式最重要最热门的应用领域之一，主要是应掌握 MPEG 编解 码算法和技术，如 DVD、MP3、PDA、高精电视、机顶盒等都涉及 MPEG 高速解码问题。为此， 我院已预订了一位能开设数字图像处理课程的博士。 B、通信协议及编程技术：这包括传统的 TCP/IP 协议和热门的无线通信协议。首先，大多 数嵌入式设备都要连入局域网或 Internet，所以首先应掌握 TCP/IP 协议及其编程，这是需 首要掌握的基本技术；其次，无线通信是目前的大趋势，所以掌握无线通信协议及编程也是 是很重要的。无结通信协议包括无线局域网通信协议802.11 系列，Bluetooth，以及移动通 信（如 GPRS、GSM、CDMA 等）。 C、网络与信息安全技术：如加密技术，数字证书 CA 等。我院有这方面的选修课。 D、DSP 技术：DSP 是 Digital SignalProcess 数字信号处理的意思，DSP 处理器通过硬件 实现数字信号处理算法，如高速数据采集、压缩、解压缩、通信等。数字信号处理是电子、 通信等硬件专业的课程，对于搞软件的人若能了解一下最好。目前 DSP 人才较缺。如果有
    信号与系统、数字信号处理等课程基础，对于学习 MPEG 编解码原理会有很大帮助。 (4）嵌入式开发的相关硬件基础 对于软件工程专业的学生，从事嵌入式软件开发，像数字电路、计算机组成原理、嵌入式微 处理器结构等硬件课程是较重要的。另外，汇编语言、C/C++、数据结构和算法、特别是操 作系统等软件基础课也是十分重要的。我们的主要目地是能看懂硬件工作原理，但重点应是 在嵌入式软件，特别操作系统级软件，那将是我们的优势。我们的研究生里有些是学电子、 通信类专业过来的，有较好的模拟电路和单片机基础，学嵌入式非常合适。嵌入式本身就是 从单片机发展过来的，只是单片机不带 OS，而现在很多嵌入式应用越来越复杂，以至不得 不引入嵌入式操作系统。另外，为追求更高速的信号处理速度，现在在一些速度要求较高的 场合，有不少公司是将一些 DSP 算法，如 MPEG 压缩解压缩算法等用硬件来实现，这就涉及 到 HDL 数字电路设计技术及其 FPGA/IP 核实现技术，这方面的人目前市场上也很缺。题外 话 另外，能写驱动程序的人目前是非常紧缺的（驱动程序也可归于嵌入式范畴），包括桌面 Windows 中的 DDK 开发环境和 WDM 驱动程序。公司每时每刻都要推出新产品，每一个新产 品出来了，要能被操作系统所使用，是必须写驱动程序的。写驱动程序就必须掌握操作系统 (如 Windows 或 Linux)的内部工作原理，还涉及到少量硬件知识，难度较大，所以这方面的 人很难找。想成为高手的同学，也可从驱动程序方面获得突破。我可说一下自己的经历，三 年前我曾短暂地在一家公司写过 WinCE 驱动程序（正是因为知道这方面的人紧缺，所以才 要做这方面的事），尽管那以前从未做过驱动程序，应聘那个职位时正是看准了公司是很难 招聘到这方面的人，既然都找不到人，驱动还得有人做，这正是可能有机会切入这一领域的 大好机会。面试时大讲自己写过多少万行汇编程序，对计算机工作原理如何清楚，简历中又 写着我曾阅读完两本关于 Windows Driver Model 的两本英文原版书，写过几个小型的驱动 程序练习程序（其实根本没写过，我们的同学将来千万不要像我这样，早练就些过硬功夫， 就不至于沦落到我这等地步，就不用像我那样去“欺骗”公司了，我这是一个典型的反面教 材），居然一切都 PASS（当然最重要的是笔试和面试问题还说得过去），这只能说明这一领 域找人的困难程度。公司本就未指望找到搞过驱动的人，找个有相关基础的人就算不错了。 做了以后，发现也并不是怎样难的。其实搞驱动程序的工作是 很舒服的，搞完一个版本就会空一段时间，只有等公司新的芯片推出或新的 OS 出现后，才 需要再去开发新一版驱动，那时有将近一个月时间空闲着在等 WinCE .NET Beta 版推出， 准备将驱动程序升级到 CE .NET 上，现在在软件学院工作整日忙，无限怀念那段悠闲时光。 很巧合，最近本人无意中再次体会到了嵌入式的迷人之处。上周我那用了3 年的手机终于不 能 WORK 了。此次更新，除要求有手机常见功能外，最好有 MP3 功能（现在很多英语听力都 有 MP3 文件），最好有英汉词典，最好还能读 WORD 文档。最后选了个满足以上条件的最便 宜的手机 DOPOD 515（斩了我2.2K，但想想这也算自己对嵌入式事业的支持，这样便也想开 了），算得上最低档的智能手机了。回来一查，手机的 about 显示，本手机 Processor 是 ARM，其 OS 是 MS Smartphone（即 WinCE .NET 4.2），这么巧合，简直可做为 学习嵌入式课程的产品案例了（等我们的 WinCE 课程开得有声有色后，希望能从微软研究 院搞些 Smartphone 来开发开发）。有 OS 的手机果然了得，金山词霸、WORD、EXCEL、REGEDIT 等居然都有 smartphone 版的，PC 上的 MP3、DOC 等居然在 download 时都可被自动转换成 smartphone 格式，真是爽。完全可用 Windows CE 自己开发一些需要的程序 download 到自 己的手机上。现在市面销售 PDA 智能手机火爆，MS 总是财源滚滚。但我已发现国产的 ARM+LINUX 手机出现在市面上，价格只1.2K。在 GOOGLE 网上能搜索太多的关于嵌入式系统 的讨论了，我刚发现一个 http://www.embyte.com 非常不错，有很多有经验者谈自己的体
    会,投入到其中的论坛中，你会切身感到嵌入式学习的热潮。
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