新时代嵌入式设计挑战：产品更新快 软件更重要

嵌入式系统时代交替时间缩短，并讲求更强大的软件功能，让设计者面临很大的挑战。研华

前言：据英国电机工程师协会的定义，「嵌入式系统为控制、监视或辅助设备、机器或甚至工厂运作的装置」。由此定义可以看出过去嵌入式系统浓厚的仪器控制特性，也因此发展速度缓慢，产品生命周期长，不过在嵌入式系统大举进入消费性电子等领域后，产品更新速度加快，因此软硬件设计也面临前所未有的挑战。

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嵌入式系统为一种电脑软件与硬件的综合体，特别强调「量身定做」的原则，基于某一种特殊用途上，针对这项用途开发出独特性的整合系统，即客制化(Customized)系统。根据统计，大部分的嵌入式系统应用在通讯、工业、医疗、军工航太与其他(消费性电子、车用)等领域。

虽然定制化的需求让嵌入式系统的终端千变万化，但是一些基本的嵌入式系统特性一直没有改变，即系统资源有限且省电、因此与之配合的嵌入式操作系统必须占用系统资源少、实时回应要求严格、统可靠性要求高、与具有可配置性等，但是嵌入式系统的成长力道，由过去的工业控制逐渐转向消费性电子与车用电子等领域后，嵌入式系统也必须能够运作复杂的演算法，对应越来越复杂的使用者界面、系统越来越强调实时性，甚至强化多工性能、制造成本更要低，甚至还必须越来越省电。

在种种背道而驰的趋势下，嵌入式系统的开发，已经与过去大不相同，例如在嵌入式产品时代交替上，已经将先前3~5年一个循环的情况缩短到2~3年。而面对不断发展软？硬件技术，以及越来越多样化应用，透过新一代操作系统推出，也可能会有机会创造出不一样产业应用型态，对于嵌入式产业整体发展，也不啻为是好事一桩，但在此趋势下，开发者必须完全掌握系统整合能力、程序语言能力、可视度设计能力、硬件界面设计能力甚至掌握市场应用导向等，挑战比过去大的多。

新时代嵌入式系统挑战大 研究指2008年半数专案不到位

根据Tech Insights的嵌入式系统设计报告(Embedded Systems Design reports)所进行的「2008年嵌入式市场研究报告」(Embedded designers on tighter schedules, juggling multiple projects in 2008)指出，嵌入式系统开发人员在2008年面临了许多新专案开发的压力，因此50%以上的开发专案没有如期完成。

研究指出相较于自2005年以来的统计，2008年新开发专案的比例创新高，新开发专案占全部专案的46%，另54%为产品升级和改进专案。不过许多改进专案也几乎等于新开发，因其中81%采用了新软件创造新功能，升级专案亦有55%为改采新处理器，39%采用了新系统逻辑。软件的开发重要性似乎有凌驾硬件的趋势，调查中有62%的人员参与了软件或韧体的编写及除错。

调查中也能反映出嵌入式产品越来越重视处理性能与网络特性的趋势，74%开发专案为处理器核心性能表现，特别重视实时回应能力。网络技术的开发比例达61%。其中47%为研发耐用性，30%包括了电池设计、无线通讯或两者都有。无线开发专案中，Wi-Fi过半达51%，蓝牙27%居次，蜂巢式(cellular)与ZigBee皆为21%。

人员配置也显示了嵌入式设计专案的规模越来越大。一个设计团队平均规模已由2007年的13.6人增加到了2008年的15.2人。在职务分配上，连续两年的统计，软件工程师都夺下冠军，2008年平均每设计团队有8.1位软件工程师，硬件工程师仅4.3人，韧体工程师2.8人，后两者相加还不到前者，也再次发现嵌入式系统的发展趋势，软件重要性凌驾硬件。

研究报告指出，人员规模扩大，却没有使得专案更能够如期完成，甚至专案开发时间越来越长。2007年完成一个专案约为12.6个月，2008年的专安完成平均时间却拖长到13.1个月，且2008年专案平均延后时间为4.4个月，创下2006年以来新高，且仅41%的专案为如期完成，4%的专案提前完成，高达53%的专案延期完成。因此报告也指出，有51%的开发人员表示最关心开发专案能否按期完成，除错问题占38%居次，解决程序码复杂度和维持预算成本的关心比例相近，分别为26%与24%。

软件程序语言方面，57%的受访者使用C语言、29%为C++、约5%的受访对象则使用Java、UML以及LabView。针对程序设计，前期专案软件程序码的再利用占所有设计的89%。操作系统方面，有70%的专案必须使用操作系统；定制OS占的比率持续增加，相对商用OS则缓慢减少，嵌入式Linux操作系统的使用人数也有减少的趋势。报告指出现在工程师们最重要的开发工具是编译器和除错器，但开发专案的趋势已经逐渐转向除错工具和软件整合。

嵌入式发展持续 各领域厂商加入混战

嵌入式系统持续发展，许多统计都显示市场规模将持续扩大，例如网络装置、通讯装置、消费性电子、数码家庭、监控设备、车用电子等领域，例如根据IDC的研究报告，2015年含有嵌入式装置的联网设备将达150亿台。诸如此类的庞大商机，吸引众多厂商加入混战。

所谓的混战，即是许多IT产业的厂商或技术界限，在嵌入式领域被打破。例如以嵌入式系统应用而言，现场可编程闸阵列(FPGA)与处理器、微控制器之间一直是既竞争又合作的关系，特别是各家PLD供应商祭出内建乘法器与软式中央处理器核心等整合功能后，FPGA和处理器/微控制器便不若以往壁垒分明。近年来更有几家PLD供应商开始主推具备混合信号功能的FPGA与复杂可编程逻辑元件(CPLD)，让两者间的差异日益模糊。

而例如由于Android平台的开放性，在数码家庭IP市场占有优势的MIPS，发表了Android机顶盒、蓝光播放机、数码电视和VoIP方案等数码家庭装置的完整平台，但也与许多客户包括Chips & Media、Discretix、Tensilica、Vivante及其他领先半导体IP业者密切合作，希望能够提供Android完整解决方案，一般认为即想借此机会进军移动设备市场，挑战ARM的替位。相对的，ARM也大规模进军数码家庭市场，首度以CORTEX A9拿下NXP的数码机顶盒订单。

在x86市场呼风唤雨的Intel，也尝试以多款SoC化的解决方案，例如预计明年发布的下一代Jasper Forest芯片，则将整合从x1到x16的PCI Express 2.0，因为整合PCIe有利开发更灵活的I/O应用，不必再局限于传统的南北桥架构，设计师可以用FPGA，打造出更多功能的新一代IA应用。AMD则利用掌握显示技术之便，强化需要3D应用的嵌入式解决方案。

在商用嵌入式操作系统上，Android的出现相当重要，特别是针对发展发展可携式、消费性设备的厂商。因此Microsoft则利用颇受好评的Windows 7，开发代号为Quebec的Windows Embedded Standard 2011，希望能延续Windows 7获得的好评，回应已经存在已久的Embedded Linux威胁与新兴Android的强力挑战。