近十年是我國嵌入式系統(tǒng)事業(yè)快速發(fā)展的十年,嵌入式軟件技術得到飛速發(fā)展。微處理器從8位到16位、32位甚至64位;從支持單一品種的CPU芯片到支持多種品種的;從單一內核到除了內核外還提供其他功能模塊如文件系統(tǒng)、TCP/IP網絡系統(tǒng)、窗口圖形系統(tǒng)等;并形成包括嵌入式操作系統(tǒng)、中間件在內的嵌入式軟件體系。嵌入式逐漸告別電子技術領域單槍匹馬的單片機時代,邁入微電子學科、計算機學科、通信學科、電子技術學科等多學科交叉融合的嵌入式系統(tǒng)時代。
嵌入式系統(tǒng)應用領域非常廣泛
嵌入式系統(tǒng)的應用已涉及到生產、工作、生活各個方面。從家用電子電器產品中的冰箱、洗衣機、電視、微波爐到MP3、DVD;從轎車控制到火車、飛機的安全防范;從手機電話到PDA;從醫(yī)院的B 超、CT 到核磁共振器;從機械加工中心到生產線上的機器人、機械手;從航天飛機、載人飛船,到水下核潛艇,到處都有嵌入式系統(tǒng)和嵌入式技術的應用。可以說嵌入式技術無所不在,嵌入式技術和設備的應用在我國國民經濟和國防建設的各個方面存在著廣泛的應用,有著巨大的市場??梢哉f它是信息技術的一個新的發(fā)展,是信息產業(yè)的一個新的亮點,也成為當前最熱門的技術之一。
目前我國對嵌入式系統(tǒng)設計人才需求較大的行業(yè)被調查者主要從事消費電子、汽車電子、醫(yī)療電子、信息家電、通信通訊、手持設備、工業(yè)控制、安防監(jiān)控等領域產品的設計開發(fā)。消費類電子產品開發(fā)是當前最熱門,從業(yè)工程師最多的行業(yè),占到62%,其次是53%在通信通訊領域,46%在工業(yè)控制領域。如下圖所示。
嵌入式系統(tǒng)人才需求供不應求
嵌入式人才需求目前仍然是供不應求,接近80%參與調查的工程師都表示,自己公司目前都急缺嵌入式開發(fā)方面的人才,如此巨大的人才缺口,表明了在嵌入式技術高速發(fā)展的今天,專業(yè)的嵌入式開發(fā)人才已成為整個行業(yè)發(fā)展的一個瓶頸,如何培養(yǎng)適合企業(yè)需求的嵌入式開發(fā)人才也成為整個行業(yè)急需解決的問題。目前對嵌入式系統(tǒng)設計人才需求較大的行業(yè)有消費電子、通信設備、工業(yè)控制等等,具體需求請見下圖。
嵌入式軟件開發(fā)平臺眾多,Linux遙遙領先
2016年,在嵌入式產品研發(fā)的軟件開發(fā)平臺的選擇上,嵌入式Linux以55%的市場份額遙遙領先于其他嵌入式開發(fā)軟件平臺,比去年增長13個百分比,這已經是連續(xù)4年比例增長。由此可見,Linux憑借其得天獨厚的優(yōu)勢和廣泛的應用領域,已然成為眾多嵌入式企業(yè)研發(fā)團隊的首選。而作為移動互聯(lián)網的重要切入點,智能手機操作系統(tǒng)平臺也吸引了越來越多的開發(fā)者加入,Android智能手機操作系統(tǒng)平臺以絕對的優(yōu)勢(19%)成為手機操作系統(tǒng)平臺首選,比去年增加3個百分點。對比去年的調研數據iOS操作系統(tǒng)在過去的一年中比例有所下降,大部分的原因是在過去的一年中,Android系統(tǒng)的應用除了在手機上,更多的在其他的智能終端上,應用領域越來越廣泛。
嵌入式開發(fā)語言多樣,C語言仍占主導
有2015-2016年度的調查統(tǒng)計數據顯示,C語言仍是在嵌入式產品研發(fā)的軟件開發(fā)語言的使用過程中最普遍使用的語言,其市場份額繼續(xù)保持領先(82%),這一統(tǒng)計結果再一次表明,無論是在傳統(tǒng)的工業(yè)控制領域、通信領域還是迅猛發(fā)展的消費電子、安防控制、信息家電等領域,C語言均是嵌入式開發(fā)語言的首選。對比去年的調研數據,Objective-C的使用比例有所下降,究其原因不難看出,Android智能手機的大量生產和推廣推動了Java語言的廣泛使用,成為在嵌入式領域內最受歡迎的高級語言,而iOS智能手機操作系統(tǒng)的開發(fā)雖一定程度上拓展了Objective-C語言的開發(fā)人群,但是由于iOS系統(tǒng)所應用范圍的局限性,造成了總體比例降低。另外,C++所占比例為9%,位列第二,匯編語言占2%。跟去年相比降低了1個百分點。
嵌入式系統(tǒng)發(fā)展趨勢
(1)嵌入式處理器內嵌網絡接口,軟件內核支持網絡模塊。未來的嵌入式設備為了適應網絡互聯(lián)的要求,必然要求硬件上提供各種網絡通信接口。傳統(tǒng)的單片機對于網絡支持不足,而新一代的嵌入式處理器已經開始內嵌網絡接口,除了支持TCP/IP協(xié)議,還有的支持IEEE1394、USB、CAN、Bluetooth、RFID或IrDA通信接口中的一種或者幾種,同時也需要提供相應的通信組網協(xié)議軟件和物理層驅動軟件。軟件方面,系統(tǒng)內核支持網絡模塊,以實現嵌入式設備隨時隨地以各種方式聯(lián)入互聯(lián)網。
(2)開源依然是主流。根據業(yè)內報告Android在嵌入式OS市場份額只要9.4%,到2010年已經增加到19.2%,Android一躍成為除了內部開發(fā)的以外最主要的嵌入式OS。Android在嵌入式市場日漸紅火有兩個原因:第一廣泛的硬件平臺和設備支持,比如Audio、Bluetooth、Camera、GPS、GUIRadio、WiFi等,包括高通、TI、飛思卡爾等半導體公司都投入大量資源開發(fā)基于本公司芯片Android系統(tǒng),相比傳統(tǒng)的嵌入式OS(包括嵌入式Linux)開發(fā),用戶在硬件層的工作量大大減少。第二Android的生態(tài)環(huán)境日趨完善。市場上已經有大量軟件支持Android軟硬件系統(tǒng)和第三方機構,這樣基于Android的嵌入式系統(tǒng)產品開發(fā)的時間將大大縮短,因為豐富的第三方資源,未來系統(tǒng)功能的增加也相對的容易。
(3)開發(fā)環(huán)境也做重點推廣。嵌入式開發(fā)是一項系統(tǒng)工程,因此要求嵌入式系統(tǒng)廠商不僅要提供嵌入式軟硬件系統(tǒng)本身,同時還需要提供強大的硬件開發(fā)工具和軟件包支持,以方便用戶以最低的成本、最短的時間推出自己的產品。
目前很多廠商已經充分考慮到這一點,在主推系統(tǒng)的同時,將開發(fā)環(huán)境也作為重點推廣。比如三星在推廣Arm7,Arm9芯片的同時還提供開發(fā)板和板級支持包(BSP),而WindowCE在主推系統(tǒng)時也提供Embedded VC++作為開發(fā)工具,還有Vxworks的Tonado開發(fā)環(huán)境,DeltaOS的Limda編譯環(huán)境等等都是這一趨勢的典型體現。當然,這也是市場競爭的結果。
(4)網絡化、信息化的要求。隨著互聯(lián)網技術的成熟、帶寬的提高日益提高,使得以往單一功能的設備如電話、手機、冰箱、微波爐等功能不再單一,結構更加復雜。
這就要求芯片設計廠商在芯片上集成更多的功能,為了滿足應用功能的升級,設計師們一方面采用更強大的嵌入式處理器如32位、64位芯片或信號處理器DSP增強處理能力,同時增加功能接口,如USB,擴展總線類型,如CAN總線,加強對多媒體、圖形等的處理,逐步實施片上系統(tǒng)(SoC,就是把所需功能都集中在一個芯片上)的概念。軟件方面采用實時多任務編程技術和交叉開發(fā)工具技術來控制功能復雜性,簡化應用程序設計、保障軟件質量和縮短開發(fā)周期。
嵌入式系統(tǒng)發(fā)展前景
嵌入式系統(tǒng)產業(yè)伴隨著國家產業(yè)發(fā)展從通信、消費電子轉戰(zhàn)到汽車電子、智能安防、工業(yè)控制和北斗導航,今天嵌入式系統(tǒng)已經無處不在,在應用數量上已遠超通用計算機。據相關機構統(tǒng)計,到2015年,全球智能系統(tǒng)的設備量達到150億之巨。在中國,嵌入式系統(tǒng)產業(yè)規(guī)模持續(xù)增長,相關統(tǒng)計表明2012年我國電子制造規(guī)模達5.45萬億元,位居世界第二;電視、程控交換機、筆記本電腦、顯示器和手機等主要電子信息產品的產量居全球首位。到今天嵌入式系統(tǒng)帶來的僅工業(yè)年產值已超過了1萬億美元。
從行業(yè)市場大環(huán)境來看,隨著物聯(lián)網、云計算等新興領域日益成為信息產業(yè)的主旋律,作為這些產業(yè)應用技術中最核心部分的嵌入式系統(tǒng),更是受到普遍的關注。在中國,嵌入式市場規(guī)模已超過500多億元,預計未來三年中國嵌入式軟件產業(yè)仍將有高達40%左右的年增長率。誘人的市場使得全球IT巨頭紛紛進軍嵌入式市場,國家政策也對嵌入式軟件行業(yè)實行“增值稅優(yōu)惠”的政策傾斜。
總結
信息時代、數字時代使得嵌入式產品獲得了巨大的發(fā)展契機,為嵌入式市場展現了美好的前景,同時也對嵌入式生產廠商提出了新的挑戰(zhàn)。嵌入式技術是物聯(lián)網產業(yè)、工業(yè)4.0和智能化發(fā)展的重要基礎,嵌入式技術也在互聯(lián)和智能的大潮中演進和發(fā)展,嵌入式技術已經滲透到集成電路、通信、軟件和云計算等技術領域。關注嵌入式技術發(fā)展,在新產品和系統(tǒng)設計采用嵌入式新技術,既可以推動創(chuàng)新和產品升級換代,也利于中國企業(yè)從制造到創(chuàng)造,從工業(yè)化到智能化的蛻變。