嵌入式系统在我国的应用现状与发展趋势

嵌入式系统是指嵌入到对象体系中的专用计算机系统，它具有自己的特点和优势。本文介绍了嵌入式系统在我国的历史、应用现状和发展趋势。

由于网络和通信技术的发展，嵌入式系统在经历了几十年的发展历程后，又进入了一个新的历史发展阶段，即从普遍低端应用进入到一个高、低端并行发展，并且不断提升低端应用技术水平的时代，其标志就是32位嵌入式系统的发展。

网络、通信、多媒体、信息家电时代的到来，以及未来物联网（The Internet of things）和泛在计算（Ubiquitous Computing）的发展，为32位嵌入式系统的高端应用提供了空前巨大的发展空间，形成了巨大发展市场。据Forrester预计，2016年全球物联网产值可达6200亿美元的规模。2020年市场上将有500亿个联网装置。

目前，我国嵌入式系统的发展十分迅速，其发展正从嵌入式系统走向嵌入式产业，巨大的市场需求不断加速嵌入式系统的产业化进程。

一、嵌入式系统概述

现代计算机技术分为两大分支：通用计算机系统和嵌入式计算机技术。

通用计算机系统的技术要求是高速、海量的数值计算，技术发展方向是总线速度的无限提升，存储容量的无限扩大。由国防科大研制的天河二号通用计算机系统，以峰值计算速度每秒5.49亿亿次、持续计算速度每秒3.39亿亿次双精度浮点运算的优异性能，成为目前全球最快超级计算机。

超级通用计算机主要用来承担重大的科学研究、国防尖端技术和国民经济领域的大型计算课题及数据处理任务。如大范围天气预报、卫星照片整理、原子核物理的探索、制定国民经济的发展计划等。

而嵌入式计算机系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，对功能、可靠性、成本、体积、功耗等方面有特殊要求的专用计算机系统。

嵌入式计算机系统与通用计算机系统的本质区别在于系统应用不同。嵌入式系统是将一个计算机系统嵌入到对象系统中。这个对象可能是庞大的机器，也可能是小巧的手持设备，用户并不关心这个计算机系统的存在。嵌入式计算机系统的技术要求是对象的智能化控制能力，技术发展方向是与对象系统密切相关的嵌入性能、控制能力与控制的可靠性。

早期，人们勉为其难地将通用计算机系统进行改装，在大型设备实现嵌入式应用。然而，对于众多的对象系统（如家用电器、仪器仪表、工控单元……），无法嵌入通用计算机系统，况且嵌入式计算机系统与通用计算机系统的技术发展方向完全不同。这就形成了现代计算机技术发展的两大分支。

二、嵌入式系统发展现状

目前，我国嵌入式系统市场处于快速增长时期，我国政府充分认识到它的重要作用，在政策、资金等方面给予大力支持。2004年国家发改委、科技部、商务部联合颁布的《当前优先发展的高技术产业化重点领域指南》，把嵌入式产业作为国家发展的一个重要领域。

相关统计表明，2012年我国电子制造规模达5.45万亿元，位居世界第二；电视、程控交换机、笔记本电脑、显示器和智能手机等主要电子信息产品的产量居全球首位。

我国嵌入式系统的应用主要分布在电信、医疗、汽车、安全和消费类等行业。来自2010-2011年度的行业调查数据显示，目前嵌入式产品应用最多的三大领域是“消费电子、通信设备、工业控制”，所占比例分别是26% 、17%和13%，三大领域所占比例之和接近60%

1.信息家电

信息家电是融合了计算机技术、数字通信技术的消费电子产品，是3C （Computer，Communication and Consumer Electronic）融合的产物。

后PC时代，家用电器将向数字化和网络化发展，电视机、微波炉、数字电话等都将嵌入微处理器并通过家庭网关与Internet连接，构成家庭信息网络.届时，人们可以远程控制家里的电器设备，可以视频点播，实现交互式电视，还可以提供各种网上服务等。

信息家电是网络上的家电，而不是PC的外设。信息家电本身具有一定的智能，并支持某种统一的、标准的通信协议和控制协议，能够互相识别，而不必像计算机外设那样必须受PC控制。信息家电的出现将推动家庭网络市场的兴起，同时家庭网络市场的发展又反过来推动信息家电的普及和深入应用。

2005年6月，微软、索尼等17家国际企业推出的数字家庭标准，进一步为信息家电的发展扫清了技术屏障。不到一个月，以联想为首的5家中国企业也迅速结成“闪联”，希望能在信息家电市场大展身手。

信息家电的不断发展打开了嵌入式系统最大的一个市场，信息家电也为家用电器的更新换代创造了契机。据预测，进入21世纪，信息家电的市场份额将高达数万亿美元。面对如此巨大的市场，电脑和家电企业无不为之动心。世界著名的电脑和家电企业如IBM、夏普、微软、英特尔、康柏、苹果、松下、NEC、东芝等都大力开发研制自己的信息家电产品。我国的许多公司如海尔、联想、长虹、海信、TCL等也投入信息家电的开发工作。

目前信息家电在产品取向上有两种：一是在传统的家用电器之上应用信息技术，使之能够与网络连接。二是在传统的家用电器之外应用信息技术开发新的产品。而这些数字融合产品，都离不开嵌入式系统的支持，可以说，嵌入式系统是家庭信息网络、IT融合的重要技术基础。

2.移动计算设备

移动计算设备也是嵌入式系统的重要应用领域。移动计算设备包括PDA、手机、平板电脑、笔记本电脑等。

目前，PDA与传统手机实现融合，出现一个新的产品：智能手机。智能手机就是一台嵌入式系统。借助移动互联网的发展和全球制造成本的降低，这两年智能手机需求有了极大的提升。

2011年，智能手机出货量只占到全部手机的35%，2012年这一数字为46%。随着智能手机的价格逐渐降低，尤其是2012年，中国已经出现了多款性价比极高的智能手机，这直接刺激了大量用户放弃传统手机选择智能手机。

据市场数据跟踪公司IDC预测， 2013年全球智能手机出货量预计将占54%，这意味着智能手机出货量首次超过非智能手机。

同时，2013年全球平板电脑出货量也将超过台式个人电脑，2014年将超过笔记本电脑。IDC还推测，2013年平板电脑的出货量将比上年增加48.7%，达到1.9亿台，创下史上最高记录，而台式个人电脑将减少4.3%。

3.自动化与测控仪器仪表

我国的工业生产需要完成智能化、数字化改造，智能控制设备、智能仪表、自动控制等为嵌入式系统提供了巨大的市场。在金融业、电力系统和服务业，嵌入式也在发挥着越来越重要的作用。

测控仪器仪表遍及大中小企业，测控仪器仪表种类繁多，新型的测控仪器仪表无一不是嵌入式系统。水、电、煤气表的智能化、远程自动抄表。安全防火、防盗系统，其中嵌有的专用控制芯片代替传统的人工检查，并实现更高，更准确和更安全的性能。

在工控和仿真领域，几乎所有的计算机控制系统都采用嵌入式系统，象分布式控制系统（DCS）和现场总线控制系统（FCS）等大型复杂的控制系统，更离不开嵌入式系统的应用。目前已经有大量的8、16、32 位嵌入式系统在应用中，如工业过程控制、数字机床、电力系统、电网安全、电网设备监测、石油化工系统。

三、嵌入式系统发展趋势

可以预见，随着信息产业发展的第三次发展浪潮的到来，嵌入式系统会获得更为巨大的发展契机。所谓信息产业发展的第三次发展浪潮是指无处不在的泛在计算和物联网。

物联网是新一代信息技术的重要组成部分。顾名思义，“物联网就是物物相连的互联网”。这有两层意思：一是物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；二是其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。物联网就是“物物相连的互联网”。物联网通过智能感知、识别技术与普适计算、泛在网络的融合应用，被称为继通用计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。

目前，物联网已经成为我国国家发展战略，其受重视的程度不言而喻，2012年2月14日，中国的第一个物联网五年规划——《物联网“十二五”发展规划》由工信部颁布。同时，教育部工信部授权理工科高校开设物联网课程，为学生传授物联网相关知识。部分大学开始增设“物联网工程”专业并实现招生，为未来物联网的发展培养储备人才。

新的发展给嵌入式系统带来新的理念，2011年4月，Intel、微软、通用汽车、高通、飞思卡尔、ARM. TI和三星等公司在旧金山联合成立了“Smart技术世界”。Smart system（智能系统或智慧系统）的特点是：1、处理器不是我们以前用的最简单的8位处理器了，而是32位处理器或SOC等。2、内含高层次的嵌入式操作系统。3、有联网功能，彻底解决原先嵌入式系统的孤岛现象。

新的发展对嵌入式系统带来新的技术革命。第一，嵌人式设计要从面相对象到面相角色转变，物联网的计算是跟时间有关的。第二，需要软硬件协同设计技术。第三，需要嵌人式软件建模、自动分析和验证技术。

总之，由于我国对物联网发展的大力扶植和产业推动，必将会更快速地推动智能化电子应用领域的扩张，越来越多的嵌入式设备将会走进我们的生活，改变我们的生活，为我们展现更精彩的世界。

基金项目：邵阳市科技局2012年科研资助项目（J1215）

参考文献：

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[2]王莹.泛在计算时代的嵌入式系统 [J].电子产品世界，2013（2）：1-2.

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[4]张春毛，戴青云.嵌入式系统及其发展前景[J].石家庄职业技术学院学报，2006（4）.

[5]王田苗.嵌入式系统设计与实例开发[M].北京：清华大学出版社.2003

作者简介：

性别：男。民族：汉。籍贯：湖南、湘乡。学历学位：本科，学士。职称：研究员级高级工程师。研究方向：计算机应用。

（作者单位：邵阳学院；湖南 邵阳 422001）