关键词:嵌入式；调研；岗位；人才
中图分类号：G712文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)09-2121-03
An Investigation and Analysis of the Posts (Group) for Embedded Applications and Technical
LI Pan，LI Rong-hui
(Jiyuan Vocational and Technical College, Jiyuan 459000, China)
Abstract: The rapid development of embedded technology to promote the demand for skilled personnel in the embedded industry, after in-depth research and analysis in the embedded industry, we believe that the vocational students have a broad jobs in the field of embedded, they can sell the products、support the work of design and testing,and so forth.
Key words：embedded；research；jobs；talent
嵌入式技术成为当前微电子技术与计算机技术中的一个重要分支。单片机的出现标志着嵌入式系统开始独立发展。20世纪70年代，嵌入式微机系统在控制方面的应用开始。20世纪80年代，嵌入式操作系统的出现，使得开发周期缩短，成本降低，效率提高促使嵌入式系统有了更为广阔的应用空间。20世纪90年代，实时多任务操作系统的出现，实时内核逐步发展为实时多任务操作系统，并作为一种软件平台逐步成为目前国际嵌入式系统的主流。嵌入式系统与技术是一个分散的工业，她充满竞争、机遇、创新和挑战。[1]
1嵌入式应用相关企业调研情况
1.1调研单位
深圳市旋极历通科技有限公司、北京博创科技、盛博科技嵌入式计算机有限公司等多家大、中、小型嵌入式相关企业。
1.2调研方式
面谈、电话沟通、网络通信等多种方式。
1.3调研内容
嵌入式应用相关企业的岗位设置、工作任务和开发流程情况。
1.4调研结论
通过调研，得知各企业虽然规模大小不同、产品类型不同，研发结构不同，岗位设置不同，但研发工程师和测试工程师必不可少。
一个嵌入式系统的开发过程主要包括需求分析方案设计项目计划原理图设计PCB设计程序设计整体联调单元测试系统测试小批量试产资料受控项目评审项目总结等相关过程。大、中型嵌入式应用企业的岗位任务划分比较细致，研发工程师包括软件研发工程师和硬件研发工程师。软件工程师主要负责按照项目计划进行嵌入式软件模块化设计，使用编程语言在系统平台上进行应用开发，编写完整、规范的软件设计文档；硬件工程师主要负责外壳的设计、电路原理图设计、PCB设计、底层驱动开发等；测试工程师的任务包括功能测试、环境试验、EMC测试、兼容性测试等。
2嵌入式应用相关岗位（群）设置情况
2.1基于生产过程的岗位（群）分析
根据嵌入式产品生产流程分析所需典型工作岗位，如图1所示。
图1嵌入式产品生产典型工作岗位示意图
2.2高职类嵌入式应用开发岗位
高职教育的特点是突出学生的实践能力和专门技能的教育训练。高职教育主要是为当前社会所急需的领域培养专门人才，也就是要培养实用型、技能型人才。这也就确定了高职学生毕业后工作岗位将主要定位在嵌入式技术的应用层。[2]
嵌入式系统生产开发过程中，适合高职生的典型工作岗位如表1所示。
表1高职生典型工作岗位
2.3典型岗位描述
下面以嵌入式系统生产开发过程中嵌入式产品销售工程师与技术支持工程师岗位为例，描述适合高职生的典型工作岗位能力需求分析，如表2、表3所示。
表2嵌入式产品销售工程师岗位分析表
表3嵌入式技术支持工程师岗位分析表
高等学校应该积极探索嵌入式应用方向的教学工作，开发适应市场、适合学生的嵌入式技术课程，为学生在嵌入式应用领域就业打下基础。尤其是高职院校更应该抢占就业市场，培养更多的技术型人才，以便满足嵌入式领域对大量技术性人才的需求。由以上分析可知，高职学生可以胜任嵌入式产业中的产品销售、技术支持、软硬件辅助设计与测试、系统功能测试和电路原理图PCB辅助设计等工作岗位，高职学在嵌入式领域有广阔的就业岗位。[3]
参考文献:
[1]丁辉，姚庆文.高职开设嵌入式应用技术专业的思考[J].河北软件职业技术学院学报，2009(2).
上游发展现状
从20世纪70年代开始，半导体工艺设备和ICCAD设备成为一个独立的产业；到了80年代，工艺设备生产能力相当强大，而且费用也十分昂贵，从而与设计环节分开，成为两个独立的产业；到了90年代，测试也成为独立产业分离出去。
IC产业最近一次分工始于20世纪90年代末，目前仍在进行中，这就是IC设计产业中的系统设计和IP设计的分工，形成了Chipless设计方式。它对IC产业的影响将不亚于80年代Fabless(芯片设计)与Foundry(芯片制造)的分工。
IP核(知识产权核)是指用于产品应用专用集成电路(ASIC)或者可编辑逻辑器件(FPGA)的逻辑块或数据块。将一些在数字电路中常用但比较复杂的功能块，如FIR滤波器，SDRAM控制器和PCI接口等设计成可修改参数的模块，让其他用户可以直接调用这些模块，这样就大大减轻了工程师的负担，避免重复劳动。随着CPLD/FPGA的规模越来越大，设计越来越复杂，使用IP核是一个发展趋势。目前自主开发和经营II核的主要公司有ARM、Amphion、De Soc、MIPS Techoloes和Rambus等。以ARM公司为例，1985年ARM公司设计开发出第一块拥有自主知识产权的RISC处理器IP模块，1990年首次将其IP专利权转让给Apple公司。目前全球共有IBM、TI、Philips、NEC和Sony等多家公司采用其IP核开发自己的产品。
我国对IP产业非常重视，2002年成立了“信息产业部集成电路IP核标准工作组(IPCG)”，负责制定我国的IP核技术标准，后来又成立了“信息产业部软件与集成电路促进中心(CSIP)”和“上海硅知识产权交易中心(SSIPEX)”，为IP标准的应用和推广奠定了基础。2004年8月，由CSIP筹建的国家IP核库建成，并开始正式向IC/SOC设计商、制造商提供服务。2005年8月，“中国硅知识产权产业联盟”(简称中国IP联盟)在北京正式成立。联盟由CSIP、中芯国际、中星微电子、神州龙芯、苏州国芯、大唐微电子、智芯科技和海信等多家单位发起。首批加盟的企事业单位有51家，包括国内各地IC设计企业、科研机构、国内外硅知识产权(IP核)提供商、世界著名EDA工具提供商以及IC制造企业。
下游发展现状
嵌入式应用系统在中国具有巨大的发展潜力和市场需求，信息家电产品年需求量几亿台，每一类数字化家电产品都有千万台市场需求量，工业控制用嵌入式系统有上百万台需求量，商用嵌入式系统需求量几百万台，同时出口的嵌入式应用产品特别是通信设备逐步增长，在全球市场占有一席之地。2006年中国嵌入式计算机创造了数千亿元的效益，国内外的市场为中国嵌入式系统产业提供了大有作为的广阔天地。
嵌入式应用系统已在国防、国民经济及社会生活等领域普及应用，深入到企业、军队、办公室、实验室以及个人家庭等各种场所。中国嵌入式系统市场上的主要应用领域为家庭通用、企业通用领域以及与人们生活紧密相关的物业，安防、电信、商业，金融、交通和媒体出版等应用领域。另外，在工业、军事和医疗等领域，嵌入式应用也开始逐渐增多。嵌入式软件产业链发展现状
中国嵌入式软件产值2006年已经达到1461.6亿元，占整个软件产业的比重超过20％，
锁定六大目标市场
如AMD所强调的，现在整个计算市场正在向环绕计算应用进行转型，环绕计算包含很多设备、终端，这些设备的特点就是适用最自然的人机交互界面，去实现一些人机用户界面友好互动的功能。
同时新的设备或者终端会产生，去实现非常智能的互动，比如说智能电视、机顶盒，以及数字标牌等，都属于新型的支持环绕计算的新型设备。
正是看到了新兴市场的巨大潜力，AMD将其嵌入式解决方案锁定六大市场，“第一是室内外的游戏机，第二是数字标牌，第三是医疗成像，第四是工业控制与自动化，第五是瘦客户机，第六是通信基础设施。这六大市场跟AMD的价值观，差异化和IP产权完全保持一致。”Kamal说道。未来64位的ARM和x86两个架构将会成为嵌入式市场的主流，Kamal表示，AMD正在开发创新性的嵌入式的平台，现在AMD是同时提供64位ARM和x86产品线的公司。
一直以来，在图形和游戏领域AMD芯片都具备领先的优势，Kamal强调，特别是在需要图形、需要视觉化的市场，AMD要成为产业的领袖。“而且，我们也不仅仅有在图形方面的优势，我们也计划把GPU作为一个并行计算引擎，通过我们的HSA架构去加快它的计算。”Kamal说道。
嵌入式新品迭出
Kamal强调，AMD是全球唯一一家能同时提供64位ARM和x86产品线的公司，在未来64位ARM和x86两个架构将成为嵌入式市场的主流，基于强大的技术，AMD会利用在产业、行业的领导力，将图形显示以及CPU的技术结合起来，向用户提供非常强健、可靠的应用。
在产品方面，AMD有着完善的处理器产品线，包括CPU、GPU、APU，并计划在今年64位面向数据中心的ARM处理器，这让AMD能够应对更加广泛的市场需求，AMD在嵌入式市场有着明确而持续的产品路线图。
之前，AMD了Radeon E8860 GPU，今年AMD还将陆续多款面向不同市场的嵌入式产品。Radeon E8860 GPU（代号为“Adelaar” )是业界首款基于次世代图形架构(Graphics Core Next，GCN)的独立显卡――在相同功率范围内，AMD E8860 GPU的性能是上一代的两倍多，可为嵌入式游戏机、数字标牌、医疗成像和商业航空航天等嵌入式应用提供3D和4K图形。
与上一代产品相比，Radeon E8860 GPU单精度浮点性能提高了33%，达到768 GFLOPS，这使得AMD E8860 GPU也能够应对最复杂的并行应用程序，比如地形和气象绘图，面部和手势识别，以及生物识别和DNA分析等。
5月20日，AMD又了新品“Bald Eagle”（秃鹰）系列，“Bald Eagle”同时包含APU和CPU，具有2至4核的“压路机”核心，是基于AMD的G系列架构，是首款支持HSA特性的嵌入式产品。该产品非常适合高性能应用，如工厂自动化控制，同时也非常适用于大型的HMI显示和电子标识牌等。
之后，AMD在6月4日也了针对嵌入式应用的全新X86 AMD嵌入式G系列系统级芯片“Steppe Eagle”（草原鹰）和中央处理器（CPU）解决方案“Crowned Eagle”（冠鹰雕）。全新G系列处理器实现了对AMD G系列系统级芯片和CPU全线产品的针脚兼容，从而使包括通信与网络基础设施/工业控制与自动化（IC&A）、瘦客户机、游戏机以及数字标牌在内的嵌入式应用的可扩展性得到提升。
AMD全球嵌入式解决方案部门副总裁兼总经理Scott Aylor表示：“AMD嵌入式G系列系统级芯片产品是AMD有史以来使用范围最广的嵌入式解决方案。此次推出的全新产品也将带来更强大的性能、体验和生态体系支持。新的系统级芯片和CPU将为嵌入式设计工程师提供市场上最出色的低功耗图形与计算性能，同时针脚兼容和安全产品组合等特性将使他们在软件和板卡上的投资得到最大的回报。”
嵌入式系统应用：工程师的世界
这次调查通过电子产品世界网站(省略)和“嵌入式技术和应用论坛上海和深圳站”两种方式发放调查问卷，在2008年8月22日～10月31日期间，我们总共收集了627份有效回函。从整体看，开发、设计工程师和项目经理占88％，他们是本刊的主流读者，也是嵌入式系统应用的主力军。从地域分布看，以北京(35％)、上海(26％)、深圳(33％)为中心的三大电子设计地域基本保持平衡，以成都为中心的西南地域(6％)正在崛起，成为电子设计和嵌入式应用的新热点。
MCU和MPU：ARM领先、FPGA崛起、百花齐放
在以微控制器(MCU)和微处理器(MPU)为核心的嵌入式系统中，ARMSoC的各种MCU／MPU占了半壁江山(图1)。ARM在嵌入式系统市场的领先地位，还可用从开发工具的调查结果上得到印证，图4显示ARM和Keil(ARM的子公司)的市场份额加起来有77％，比其他工具使用率要高得多。
值得注意的是，在处理器架构选择的调查中发现，基于CPU核的FPGA嵌入式应用大大增加，达到13％，这也说明，由于嵌入式系统应用的复杂性、安全性正在增加，产品的更新和设计周期缩短等要求，使得FPGA的优势得以体现，应用领域越来越宽广(见图1)。
具体MCU／MPU芯片厂家产品调查结果呈现百花齐放的态势，图2超过100个读者投票的处理器(第一梯队)只有Atmel8051、TI 320DSP和SAMSUNG(三星)ARM，超过80个投票的第二梯队有TI 430，Microchip 8bitPIC和NXPLPCARM。虽然已经剔除了22种投票数少于20个的MCU／MPU种类，但是余下的18个种类的确难分胜负。这也再次验证了嵌入式系统多样性的现状没有改变，即使ARM SoC已经统治了主流的32bitMCU市场，但是分到8家ARM授权半导体公司后，结果是在被分化，除了三星外，其他厂家并无特殊表现，这个现象值得深思。比较2007年的数据，前6名的名单中，Intel X86落榜，NXP LPCARM进入，三星的名次从2007年第6上升到2008年第2名(见图2)。
开发工具和操作系统的选择：注重价格和大众化
关于嵌入式开发工具、操作系统、语言和测试工具，调查结果显示工程师对于开发软件和工具的了解和使用已趋成熟，开源的嵌入式Linux、gC／OS-II和微软WinCE三种嵌入式操作系统占了近90％的市场份额，其中Linux仍然位居榜首。gC／OS-II紧跟其后，这表示了中国市场对于开源软件的认可和对于价格敏感，gC／OS-II和WinCE因为使用简单和大众熟悉受到特别青睐，而价格昂贵的商用RTOS产品VxWork、QNX则得票较少(见图3)。在开发工具方面，ARM公司(含其子公司Keil)占了77％的市场份额，独立工具厂商IAR保住了10％的份额，飞思卡尔的CodeWarror只有6％的市场，这和该公司在MCU／MPU市场份额基本匹配，7％其他选择主要来自日系MCU厂家，他们的用户多数是使用自己的开发工具(见图4)。
C语言的使用率继续增加，较2007年的60％，2008年达到了70％，汇编语言则从31％下降到18％。见图5。
泰克和安捷伦两大巨头依然把持着传统测试工具的市场，值得注意的是NI在经过大力宣传后，正在树立在嵌入式系统的影响和地位，此次调查获得了10％的投票，也说明了面向模型的设计方法和工具在嵌入式系统中正在得到广泛的关注(见图6)。
选择半导体厂家：习惯第一，服务至上
读者选择半导体公司的时候，近半数人选择是：过去曾经使用过这家公司的产品。这样的结果说明嵌入式系统的产品研发和生命周期比较长，设计者在考虑新的设计时要更多地考虑过去的经验、产品的更新换代和配套研发费用支出。使用过去已经使用过的芯片和工具有助于帮助企业降低风险、缩短研发时间和降低额外的工具支出。这个现象也让我们联想起许多半导体公司近年来纷纷推出32-16-8bit兼容的MCU产品，意在希望用户在升级32bit MCU的时候，外设和寄存器尽量和以前8-16 bit保持兼容。另外非常值得注意的是读者技术服务的要求(总体回复是25％)，在上海和深圳论坛的问卷反馈中，这个选择基本和“过去使用过这家公司的产品”反馈保持接近。这说明了虽然产品和价格是决定性因素，但是辅助于更加周到的技术服务，设计方案等软因素也能够打动设计人员的心(见图7)。
金融海啸：催生电子创新
美国金融海啸造成的实体经济形势恶化已经影响到包括中国在内的全球地域，电子和信息产业也难独善其身，电子和信息产业历来有在竞争中生存和创新的基因，谁将在严寒中生存下来，谁将创新出新的技术和产品，谁一定会在春暖花开时收获丰硕果实。但现实毕竟是残酷的，如何在金融海啸中把握电子创新的要点，克服困难，设计和生产出有竞争性的电子产品是大家特别关心的题目，嵌入式系统是电子产品的灵魂也是电子创新的引擎。2008年嵌入式应用调查中，本刊增加了两个全新的项目：“未来嵌入式应用的难度”和“您认为电子产品创新的方法”。
差异化产品设计的读者选择获得接近5成的投票，反映出目前电子产品同质化现象非常严重，寻求蓝海是电子设计和嵌入式应用创新的出路。除了降低成本增加功能外，采用先进的半导体器件、嵌入式软件、设计工具和生产方式进行创新的观点也得到了许多读者的认可。产品外观和uI(人机界面)的重要性在本次调查没有特殊的表现(3％)，略和业界的普遍观点有点出入，本刊明年将继续关注(见图8)。
人们对嵌入式进行了各种各样的定义，例如“嵌入式设备就是一类想要不成为计算机的计算机。”这听起来很幽默，但是不能完全对嵌入式特性进行很好的表述。其实，嵌入式设备是一个计算平台，但是一个差异化的计算平台，有两大特性：一是不能直接被感受到；另外是拥有预先设定(predetermined)功能。
预先设定指把它有限的能力用在一个主要的应用上去。很多人认为嵌入式芯片的能力是有限的，因此觉得嵌入式是一种落后的技术。其实嵌入式是一类很新、有能力的平台，像基础设施中用了很多嵌入式产品。嵌入式只是预定了一定的功能，导致了其功能具有局限性。
嵌入式的最高境界就是智能机器人。
摩尔定律与长生命周期的关系
嵌入式应用跟PC是不同的，PC推出来非常快，但两年以后就过时了；嵌入式产品推出时较慢，生命周期很长。因此，英特尔嵌入式部门要保证其嵌入式产品有七八年的长生命周期。嵌入式部门从公司最新的产品线中挑出几款来支持其长时间的生命周期；另外，英特尔跟制造厂商签署协议，确保制造厂商也给这些芯片长时间的生命周期支持。
除此之外，英特尔嵌入式部门还根据特定市场的要求，推出姊妹集团产品所不能覆盖的产品。例如英特尔去年秋的EP80579(研发代码Tolapai)系统芯片(SoC)，在处理器中集成了I/O控制器和内存控制器等功能。
嵌入式的驱动力：全新计算时代
国际电信联盟(ITU)2005年提出了互联网分成四个发展阶段：第一阶段是大型机、主机互联；第二阶段是台式机、笔记本与互联网相联；第三阶段是这几年的一个新现象：手机也联上互联网；第四个阶段是所有设备都可以联网。
未来，人们的洗衣机、干洗机、冰箱、微波炉等等都能够连上互联网，可以充分地利用互联网的优势，带来全新的体验：首先会更加节能：其次对我们日常的烦琐生活模式会带来难以想象的改善。ITU总结道：这将进入到一个“全新计算时代”。
今天，家电生产商在产品中集成了比以往任何时候更为丰富的用户可选功能、更好的用户界面以及更高的安全性。同时，家电生产商也在寻求通过在线校准等方法来提高产品的可制造性。而目前在线校准仍然采用非常耗费时间的机械调整方法。当今的嵌入式控制器能够为设计人员提供更为灵活的解决方案，帮助他们满足这些不断增加的要求。
因此，对于嵌入式半导体企业来说，家电市场正在飞速增长。此外，最近嵌入式微控制器(单片机)在系统级集成方面取得很大进展，从而使嵌入式微控制器解决方案的总体系统成本降到了能够与机械或简单模拟电路设计可比，甚至更为经济的程度。
传统家电设计
传统上家电行业是机械控制方式的天下。例如，洗衣机中的循环定时器或者基本家电控制系统中的基本简单模拟电路是整个系统的核心。
此类传统机械和简单模拟设计存在的问题是每个设计只针对一种应用，限制了硬件设计的可重用性。此外，此类传统系统的功能通常很有限，用户界面比较原始，经常是使用不方便。再加上生产线上烦琐费时的机械校准要求，保证家电可靠性以及精度的总体成本变得很高。当今的家电设计工程师不仅要平衡易用性、总体系统成本、安全性和耐用性，同时还必须保证设计出的产品能够在激烈的竞争中脱颖而出。特别是，现在的消费者对于家电的要求是功能丰富，并且节能。结合多年的机械和模拟电路设计经验以及目前成本和功能上可行的低成本易用嵌入式微控制器，设计工程师可以满足所有这些要求。
本文主要探讨了一些基于最新嵌入式微控制器的数字解决方案，为家电设计工程师的产品设计提供更多选择。首先，我们简要讨论一下什么是嵌入式控制以及嵌入式控制行业的发展趋势。接着，我们讨论嵌入式微控制器技术能够为家电带来的新功能。这些新功能包括改进基本的家电控制功能，更高的灵活性以及更友好的用户界面。最后，本文还将讨论如何在家电设计中将电子控制和机械部分完美结合起来，同时还将讨论与新的环境因素相关的挑战，以及家电设计的最新热点一网络和连接。
嵌入式控制技术
嵌入式控制是指利用嵌入在设备中的计算机(控制器)实现对洗衣机、热水器、烤箱或其它家电设备的控制。嵌入式微控制器与桌面计算机系统中的微处理器类似，是嵌入式系统中的主要计算部件。不同之处是其拥有更多的输入和输出，可以用来“感知”外部世界的信息并做出“响应”。
目前存在多种类型的嵌入式微控制器，从最基本的4位器件直到增强型64位器件。而其中一些8位混合信号微控制器的内建外设和成本优势使其非常适用于众多嵌入式控制系统和新的家电设计。
嵌入式控制发展趋势
嵌入式控制器市场中的一个持续趋势是为工程师提供综合嵌入式设计解决方案，帮助他们降低总体系统成本并改善可制造性。对于目前的众多家电设计来说，功能丰富的8位嵌入式微控制器具有很高的成本效率。混合信号微控制器设计总体系统成本的降低以及功能的进步使得许多传统的外部简单模拟器件已经被整合到嵌入式微控制器中。这种集成使系统设计师可更好地组合利用数字控制器功能，以及模拟或机械器件。
这些新的综合混合信号嵌入式控制器是传统纯数字处理器的进步发展。此类新器件中集成的板上模拟外设包括比较器、运算放大器、模拟数字转换器、参考电压源、脉宽调制器以及众多通信外设。而所有这些都置于软件的控制之下。
基本控制
通常，当提起微控制器中，首先想到的都是系统级控制、定时、数学计算器、数据存储以及通信接口。微控制器的所有这些功能为家电设计人员提供了几乎无限的新工具资源，从而可以改善家电产品的易用性和灵活性，同时还可以增强基本功能并满足日益苛刻的安全要求。
这些嵌入式控制器支持增加定时事件，如当电费最低的时候打开洗碗机，或者利用先进的马达驱动控制算法对家电的电动马达进行动态电源管理。因此，许多家电的基本控制也已经达到一个新的水平。
用户界面
嵌入式控制器可帮助设计工程师为家电消费者设计出更先进更易用的界面。现在的家电设计工程师需要面对大量的用户输入和反馈器件，它们提供实时的状态更新，传递复杂的用户选项或者为用户提供危险警告。发光二极管(LED)已经被用于众多家电设计中，但现在设计工程师走得更远了一步，可以利用液晶显示屏或七段LED显示来显示用户友好的数码和字母文本。
这些显示技术，配合数字键盘甚至触摸屏等输入设备使用户界面更直观，更易于使用，同时还可以支持更复杂的任务。嵌入式微控制器甚至还可以利用警报音来获得用户有安全问题或输入不正确，或者利用语音命令来完成输入。
机械电子技术
机械电子技术是传统机械和新出现的嵌入式微控制器数字控制技术的融合。通过将传统的机械子系统转换为基于数字和模拟的系统，机械电子技术为设计带来了电子智能。与传统机械或简单模拟设计相比，机械电子系统可以更精确的进行控制和监测。
同时，管理部门的要求和消费者的期望推动了在电子技术在白色家电和厨房设备中的应用。电子学技术能够以比机械方式高得多的精度和准确度测量和控制水温、时间、浑浊度以及压力。嵌入式微控制器输出激励控制继电器、读取开关值、激励电路并监控系统故障，完成这些功能所需要的组件重量远远低于机械方式。
结合传统机械系统的优点以及嵌入式微控制器的控制能力，设计人员可以满足要求苛刻的家电行业的需求，同时还可以增强产品功能和性能，使设计出的产品能够从竞争产品中脱颖而出。
环境因素
除了消费者需要功能更丰富的家电以外，政府管理要求、环境以及节约成本等因素也推动家电向更为节能的方向发展。这些要求有望使未来的家电更安全、更安静、更节能和节水。
嵌入式微控制器可以监控家电设备的能源使用情况、噪声水平、耗水情况以及其它影响环境的因素。现在，通过低成本嵌入式微控制器，家电设计工程师也可以分享到数字信号调理以及基于数学算法的控制系统(如功率因数校正和变频算法)的进步。低成本嵌入式微控制器可以提供更可靠的设计和更智能的故障恢复性能，因此工程师可以设计出更安全的家电设备(如烤箱或烤炉)。
连接功能
连接功能是指家电设备的远程通信能力，可以是接收故障排除诊断信息、改变家电设备设置，或者是集中控制能源使用情况。
计算机的存在提供了两大主要优点：通信和数据存储。通过提供多种通信能力，嵌入式控制技术为家电设计人员提供了这两大特性。例如电力线 控制(PLC)、红外(IR)通信、因特网协议访问(如TCP／IP)，甚至利用射频(RF)技术的无线控制。结合这些功能以及嵌入式微控制器在非易失性存储器中存储信息的能力，设计工程师可以方便地实现系统诊断和校准、用户使用跟踪、系统级监控以及集中能源控制等系统的设计。
如果洗衣机能够从生产商的服务中心下载诊断信息，甚至能够远程修正他们，不需要消费者在家里等上好多个小时等服务人员上门来检查，那么该有多么棒啊。
嵌入式控制器提供的另一种形式的设备内连接是家电设备内不同模块间的通信，不需要布成本高并且经常不可靠的线缆。例如，在用户显示板和洗衣机的马达控制单元之间的连接。利用这种连接能力，设计人员还可以创建可在多个平台上重利用的更为模块化的设计。在现场维修时，维修人员也可以更容易地更换这些模块。
这些潜在的功能增强有望将今天的家电设计提升到一个新的水平。家电以及家电产品子模块之间互相通信实现节能，通过在线服务保证家电存放，以及通过与远程维修服务中心的连接来保证可靠运转。未来，消费者将会把这些功能做为基本的要求，就象今天消费者对于家庭或工作场所必须拥有宽带或高速连接的要求一样。
嵌入式控制器应用举例
下面，我们来看一下利用嵌入式微处理器实现增强功能的一些非常基本的家电设计实例。首先，我们看一下传统家用机械式温度控制装置以及嵌入式微控制器如何为此类家用电器的设计带来革命。然后，我们再看一下小型低成本嵌入式微控制器如何为温控电炉等设备增加基本的安全功能以及额外的控制精度。
机械式温度控制
图1是一个目前许多家庭中常见的典型机械式温度控制装置。完全机械式单元，没有任何主动式电子器件。
图2显示的是该机械式温度控制装置的基本框图，以及所有内部器件。通过左右滑动机械控制杆，用户可以设置所需要的温度。室温反馈机制就是一个简单的指钍指示器，连接到一个机械温度传感器来显示温度。一个类似的指示机构用来显示用户设定的温度。随着温度升降，温度控制装置断开或连接加热单元的有线连接触点，从而实现温度控制。具体是利用一个双金属弹簧随着室温的变化而产生形变来实现的。在这一单元中，连接到弹簧的机械式温度指针臂是给用户的反馈。刻度盘用来显示所设定的温度，而触点开关则是到加热单元的输出。
要将机械式设计转换为基于嵌入式微控制器的解决方案，所有这些构建单元都必须利用电子器件来代替。
图3就是一个嵌入式控制系统。用户反馈通过LCD显示屏，用户输入则采用上／下按钮以及滑动开关，温度测量利用低成本温度传感器实现，加热单元控制则利用金属氧化物半导体场效应三极管(MOSFET)开关实现。新的设计中，利用低成本嵌入式微控制器实现集中控制。
这一电子温控器比机械式温控器有以下方面的改进。
首先，利用LCD显示屏显示信息，用户可以看到有关加热系统的更详细信息。包括设定的温度、当前温度、设备工作时的控制信息等等。
基于嵌入式微控制器的温控器单元提供了更为准确的温度测量和控制功能。同时还设计工程师还可充分利用现在数学控制算法来提高温度控制精度。该硬件单元可以很方便地改造用于不同的温控应用，因此消费者可以根据其功能和成本偏好来选择合适的单元。简单修改嵌入式微控制器软件就可以实现更多增强功能，例如七天／多天定时器(相对于简单的每天定时)，甚至可以实现“独立区域控制”。
电炉等电炊具的温度控制
电炉等电炊具的温控开关是另一个很好的例子，简单地增加一个极低成本的小型嵌入式微控制器就可以大幅提高设备的功能。
图4显示是一个目前厨房电炊具(如电炉、电煮锅以及电炸锅)中常用的典型可调节机械式温控单元。该单元利用可调节的机械温控器来调节电炉的热量输出。机械式温控装置的主要缺点包括必须在工厂进行机械校准，性能差，精度低，并且容易磨损。
图4中的机械式电炉温度控制单元可以容易地转换为简单的电子电路，如图5所示，采用一个TRIAC(三端双向可控硅)和一个电容性电源以及一个低成本微型控制器。与机械式温控开关相比，可控硅控制电路的优点之一是可以实现更为精确的控制，因为加热单元是以“开”和“关”的方式精确控制的，可以实现更好的温度控制。这也意味着温控单元不需要在工厂中校准，因为加热单元的开并是按照严格的时间周期进行的。而且，即使长时间使用，电路也不容易磨损。
让我们看一下这一电路的内部工作情况。这个基于嵌入式微控制器的电路采用相位或半波计数使TRIAC导通，从而使加热单元工作。通过在每个半波的一部分时间内使TRIAC(TRCl)导通，可以实现相位控制，与脉宽调制(PWM)类似。该方法的优点是为负载提供功率的波型频率没有变化，仍然为交流电输入频率。控制加热单元时，这一点并非必需的，但当用于灯光控制时却是绝对必需的，因为人眼能够感受到这种频率变化。
对于加热单元这样的负载，嵌入式微控制器在交流电输入波形的过零点开始使TRIAC导通整个周期。通过跳过半波周期来完成温度或热量控制。这一方法的优点是可帮助减轻电磁干扰(EMI)以及反馈到电源线的噪声辐射。基于嵌入式微控制器的电炉还可以增加多种其它功能，而这些在采用机械式温控开关时是不可能的。例如，对于用于煮或炖的电炉产品来说，沸腾点控制通常会滞后，但对于嵌入式设计，可以更准确地控制沸腾点。新设计还提供了安全功能，例如，当烹调完毕后，如果用户忘记关闭电源，那么系统可以自动将其关闭，甚至还可以提醒用户炉子仍在通电，整个电炉还是热的。增加一个简单的温度传感器就可以提供准确的温度控制，同时利用数学算法还可以提高能源效率。
其它优势
嵌入式微控制器不仅可以提高家用电器的整体性能和可靠性，而且还可帮助产品从竞争中脱颖而出。例如，不仅仅局限于提供功能有限、成本具有竞争力的电炉产品，通过在家电产品中利用嵌入式微控制器，家电生产商还可以提供具有更高能源效率以及安全功能的产品。基于嵌入式微控制器的新设计还支持设计基于同样同样硬件设计的多种平台产品，功能差异通过嵌入式微控制器软件编码实现。
基于嵌入式微控制器的智能电路还可改善家电产品的可制造性，减少了生产线上机械器件成本高昂且耗时的校正过程。同时，今天的消费者对于环境问题更为关注。再加上新的政府管制要求，对于安全和环境友好的要求也越来越高。
结语
关键词：嵌入式系统,平台化开发,嵌入式操作系统
在当前数字信息技术和网络技术高速发展的后PC(Post-PC)时代，随着国内外各种嵌入式产品的进一步开发和推广，嵌入式技术越来越和人们的生活紧密结合。
1.嵌入式系统、设计方法和开发平台化的迫切要求
1.1嵌入式系统及其特性
嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统 [1] 。它一般由嵌入式CPU、硬件设备、嵌入式操作系统及应用程序等4个部分组成，用于实现对其它设备的控制、监视或管理等功能，该系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术结合后应用到各个具体行业的产物，IP级、芯片级、和模块级是嵌入式系统的三种主要的体系结构形式，其中，模块级的形式就是把已成熟的X86处理器构成的计算机系统模块嵌入到应用系统中，充分利用目前常用的PC架构的通用性和便利性。
嵌入式系统通常具有如下五种特性：通常是面向特定应用的，完成单一或一组紧密相关的特定功能；具有高性能和实时的要求；系统作为设备的一部分，其运行一般不需要人工干预；系统的电源要求具有较高的可靠性和安全性；处理器的选择是嵌入式系统设计的关键一步；
1.2嵌入式系统设计方法
各种硬件平台性能的提高、EDA综合开发工具的长足发展以及软件技术特别是嵌入式实时操作系统EOS的推出，为开发复杂嵌入式系统应用软件提供了底层支持和高效率开发平台，嵌入式系统设计方法可以划分为三个不同的层次：以PCB、CAD和ICE为主要工具的设计方法；以EDA工具软件和RTOS为开发平台的设计方法；以IP内核库为设计基础，用软硬件协统设计技术的设计方法。三个层次的设计方法各有其应用范围，并不会简单地用后者取代前者，相当长的一段时间内，多采用前两个层次的设计方法。
1.3嵌入式系统开发平台化的迫切要求
“后PC时代是嵌入式系统时代”嵌入式系统应用领域的广度和深度目前都呈爆炸式增长。传统单片机系统下的小作坊开发模式面面俱到、开发周期长、门槛高、项目对个别技术人员的依赖很大，而且很难保证程序质量，因此已经不能满足现今嵌入式世界的需求。
在现代社会化大生产方式下，平台化方式是现代电子产品进行产品开发唯一的正确模式，嵌入式系统设计模式应该从计算机软件工程设计模式中吸取有用元素，构建有自己特色的嵌入式开发系统平台，在进行嵌入式系统开发时，只有应用平台化思想开发模式，才能以最小的代价最大程度的满足应用的需求。
2.嵌入式系统的开发及其平台化
2.1嵌入式系统平台化开发模式
平台模式不是新概念，很多嵌入式产品开发人员的工作就是应用平台的雏形，但平台化开发模式与传统开发模式还是有所区别的。平台化开发模式下，所有个人的技术贡献完全融化在平台中，企业技术人员必须接受平台培训，并在平台的高起点上起步。这一模式下，技术人员能够迅速成长，通过平台培训快速掌握产品开发技术，平台的知识继承减少了企业对个别员工的依附性。
2.2嵌入式系统开发的技术要点
嵌入式系统开发平台化包括硬件开发平台化和软件开发平台化两个方面。从硬件方面说，平台化要求电路的设计尽量做到“模块化”，“拼图化”。。首先最大程度从半导体厂家索取芯片相关资料，减少产品设计中单片机资源应用的盲目性。其次，针对不同的应用，规划出优选的硬件结构。最后，产品的硬件主电路应该有良好的通用性和扩展性。。从软件方面说，可以借鉴计算机软件工程里面的一些思想和方法，具体实现上，在系统级上引入操作系统平台，借助于操作系统平台多任务编程思想来简化事务处理模式，缩短开发周期。在代码级建立独立于具体产品的函数库和驱动接口平台。
2.3嵌入式操作系统是实现平台化最有力的工具
以开发工具和技术咨询为基础，然后掌握处理器结构及其应用是进行嵌入式开发的正常程序，优秀的开发工具不仅能够开发出处理器的全部功能，而且其界面是用户友好的，当前，主流嵌入式系统得开发工具平台可以分为四类：实时在线仿真系统ICE（In-Circuit Emulator）；语言编译器（Compiler Tools）；源程序模拟器（Simulator）；嵌入式操作系统（Embedded Operation Systems）。其中，嵌入式操作系统与传统单片机运行模式相比具有显著优点，是目前实现平台化最有力的工具。传统的单片机没有操作系统，因此运行的应用程序只能是单进程。当实际操作需要有多个进程同时运行时，只能采用中断方法或者多个MCU（每个MCU运行一个进程）来完成。前者容易形成中断嵌套而溢出，后者则无疑增加了硬件成本，且MCU之间需要串口通信，实时性得不到保证。嵌入式芯片在程序存储容量上普遍达到了MBYTE级，在速度方面，普遍可以达到20M以上，这使得嵌入式操作系统调度进程的实时性得到了保证。因此之需要有一个精简的、足够小的os内核，就可以把它固化在Flash ROM，在加电引导后控制应用程序的多个任务并行运行。。由于嵌入式操作系统的上述优点，它所起到的作用也是很值得一提的。首先，嵌入式实时操作系统提高了系统的可靠性。其次，嵌入式实时操作系统充分发挥了32位CPU的多任务潜力。再次，嵌入式实时操作系统提高了开发效率，缩短了开发周期。当然，应用嵌入式实时操作系统开发也存在一些难点，主要有进程调度、启动加载、任务的划分三个方面。
2.4嵌入式系统的生命周期
与其他任务事物一样，嵌入式系统产品也有其自身的生命周期。首先得到对嵌入式系统的需求，然后才能开发出产品的概念模型，接着进一步进行产品的生产设计、生产以及扩展。影响系统生命周期的主要因素有以下四个，系统成本的获取、系统验证、维护与后勤、升级。
2.5嵌入式系统开发的一般过程和具体步骤
在嵌入式开发过程分为两个主要部分，选择宿主机和目标机以及调试目标机上的应用程序。宿主机执行编译、链接、定址；目标机是运行嵌入式软件的硬件平台。嵌入式调试试用交叉调试器，采用宿主机-目标机的调试方式，包括任务级、源码级和汇编级的调试。
结合相关理论和项目经验，将嵌入式平台化开发一般分为五个步骤：客户需求分析、确定选用的嵌入式处理器和嵌入式操作系统、硬件设计和软件设计、测试、文档整理。
客户需求分析
嵌入式系统的客户需求一般都明确清晰，但应考虑客户潜在的后续应用，在设计系统硬件时尽可能留出余量。
确定选用的嵌入式处理器和嵌入式操作系统
首先要确定所选作为整个系统硬件部分核心的嵌入式芯片类型，这一部直接决定了是否选择以及选择何种嵌入式操作系统。选择嵌入式处理器的基本原则是要满足具体功能性和非功能性指标需求的、市场应用反应良好的、硬件配置最少，另外，开发人员对此系列处理器的熟悉程度和它对嵌入式操作系统的支持程度也应属于考虑因素。其次，根据应用需要和已经选择的嵌入式处理器来决定是否选择以及选择何种嵌入式操作系统。嵌入式操作系统的性能评价指标、能支持何种处理器硬件平台和何种API以及是否支持该应用的服务等十考虑的重点方面。
硬件设计和软件设计
两者的关系串行或者并行均可，即可以先设计和调试硬件部分，再设计和调试软件部分，也可以同时进行硬件和软件的设计调试工作。常见的开发模式有串行的瀑布模式开发过程，属于并行模式的V模式开发过程和在此基础上进行改进的机遇硬件抽象层和操作系统移植层的系统设计三种。
无论串行还是并行，每一种方法都有各自的优点和缺点，要根据实际项目的需要选择系统设计模式。
测试
该步骤包括对硬件测试、软件测试、以及软硬件的综合测试，硬件测试多借助示波器、万能表、逻辑分析仪等工具，电磁兼容测试仪是新兴的测试工具。是软件测试过程的四个分步骤是单元测试、集成测试、确认测试、系统测试。软硬件联合测试一般非常重视实际的运行检验尤其是进行各种意外情况的检验以测试系统的健壮性。
文档整理
平台的技术文档必须有全面注释，技术交流内容必须以文字说明，全面注释应以无障碍移植为考核标准。文档整理主要包括文件命名管理、文件版本管理、文件色彩管理以及文件成果登记四个方面。
1 吴百锋, 彭澄廉, 孙晓光. 一种基于监测的嵌入式系统设计技术[J]. 计算机学报, 2003, 26(12): 1728-1733.
2.许海燕，付炎.嵌入式系统技术与应用[M].北京：机械工业出版社.2002
关键词：嵌入式系统；现状；发展前景
1.引言
随着计算机技术、互联网技术和单片机技术的深入发展，嵌入式系统得到大规模的应用。各种各样的新型嵌入式系统设备在使用频率上已经大大超过个人计算机。人们已经拥有大大小小各种嵌入式技术的电子产品，小到手表、MP3等微型数字化产品，大到车辆导航、家用电器、多媒体电器；而在服务行业和工业领域中，嵌入式技术的医疗设备、工业过程控制、各种智能ATM终端等正在逐渐改变传统的服务方式，提高工业生产效率。
2.嵌入式系统介绍
2.1嵌入式系统的含义
嵌入式系统（EmbeddedSystem）是一种具备软件及硬件的完整的计算机系统，但又不同于传统的通用计算机系统。根据英国电气工程师协会的定义，嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可剪裁，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积和功耗有严格要求的专用计算机系统。嵌入式系统所用的计算机是嵌入到受控器件中的专用微处理器，只执行特定要求的任务，具有通用计算机所不能具备的为特定应用而设计的、高实时性、高可靠性和较低开发成本的专用计算机系统。
2.2嵌入式系统的特点
嵌入式系统与应用需求密切结合的，它具有很强的个性化，需要根据具体应用需求对软硬件进行裁剪，以符合应用系统的功能、成本、体积、可靠性等要求。⑴功能专一。嵌入式系统的专用性强，硬件和软件系统的结合相当紧密，一般系统的移植需根据硬件来进行，即便是系列一样或品牌相同的产品也必须根据各自硬件系统的改变做修改和完善；针对不同任务，系统还需进行较大更改。⑵系统精简。总体上，嵌入式系统没有明显的区分应用软件和系统软件，利于控制系统成本，也利于实现系统安全。⑶系统内核小。嵌入式系统在小型电子装置中的应用较为主要，与传统的操作系统内核相较要小得多。当前嵌入式系统的内核通常是一个只有几千字节到几万字节的微内核，在实际的使用过程中根据需要进行功能扩充或者删减。⑷嵌入式软件开发须使用多任务的操作系统。为保证程序执行的实时性、可靠性，并减少开发时间，用户需要自行选择匹配RTOS（Real－TimeOperatingSystem）开发平台。⑸较长的生命周期。嵌入式系统与产品的具体应用有机集成于一体，更新与换代可以同步进行。
3.嵌入式系统的发展现状
从上世纪70年代嵌入式系统问世以来，先后经过了从单片机到嵌入式CPU再到嵌入式操作系统几大发展阶段。进入二十一世纪，随着网络、通信、多媒体技术的不断进步，家庭百兆光纤网络普及、移动网络从3G到4G的快速更替，在信息化、智能化、网络化发展的推动下，嵌入式系统也已进入到一个高速发展的全新时代——基于Internet为标志的嵌入式操作系统时代。嵌入式系统已成为继PC和Internet之后，IT界新的技术热点。我国在个人领域中，嵌入式产品以个人商用为主，主要应用于个人移动的数据分析与处理、通讯和消费产品软件，例如智能手机、数字网络机顶盒、数字平板电视等产品，均是采用了基于Internet技术的嵌入式系统来操作使用；而在商业领域中，嵌入式系统更是延伸到消费电子、安全防务、电子商务、物流管理、自动控制、汽车智能化、电力系统管理等各大领域，嵌入式系统发展已经全面开花。随着工业化进程的发展，集成电路和新型元器件生产工艺与技术在产业中不断进步，64位以上芯片级的嵌入式技术的开发更是给嵌入式操作系统以强大的硬件支持。现在不但有各大公司的微处理器芯片，还有配套学习和研发使用的各种开发包。低层系统和硬件平台通过多年的研究开发与改进，技术相当成熟，可以实现各种功能。软件方面，日渐成熟的软件系统，如嵌入式实时操作系统Microsoft、VRTX、QNX和VxWorks等，以及中科院开发的嵌入式操作系统Hopen、我国科银公司的DeltaSystem嵌入式软件开发平台等，都给嵌入式系统的发展提供了广阔的开发平台。2013年中国的嵌入式市场规模已超过500多亿元人民币，而预计到2016年，中国嵌入式软件市场规模将达到1000亿元人民币，三年间平均年增长率高达33%左右。据估计，目前全球嵌入式软件市场的规模已经超过1000亿美元，并将以每年超过30%的速度不断增值。嵌入式系统背后拥有着无限大的发展空间，诱人的市场吸引了全世界IT商界巨头纷纷进军嵌入式市场，国家政策也对嵌入式软件行业实行“增值税优惠”的政策倾斜。嵌入式已然成为整个软件业的重要发展支柱，并且形成了一个充满无限商机的庞大产业。在“技术以人为本”的软件技术产业中，嵌入式行业正以其应用领域广、人才需求大、就业薪酬高、行业前景好等众多优势，获得越来越多应用开发人员的关注及青睐，使得无数研发工程师转而投入嵌入式这一行业。
4.嵌入式系统的发展前景
嵌入式系统的市场是巨大的，嵌入式系统的应用几乎无处不在：移动通信、数字办公、家电应用、交通运输、互动娱乐等无不有它的踪影。体积小、可靠性高、功能强、灵活方便等嵌入控制器独有的特点与优势，使其被广泛运用到教育、国防、工农业、科学研究以及日常生活等各个领域，对各行各业的技术进步、自动化发展、产品更换、提高生产率等方面起到了十分重要的促进作用。全面信息化时代及数字智能化时代使得嵌入式产品的发展获得了巨大的契机，为嵌入式市场呈现了繁荣的发展前景，但同时也对各个嵌入式厂商提出了新的要求及挑战，从中我们可以看出嵌入式系统未来的几大发展趋势：⑴系统化所谓系统化，就是从前期的硬件生产到应用系统开发直至后期的软硬件维护升级一条龙生产，将嵌入式开发塑造成一项系统工程。这势必需要嵌入式系统的生产商不但能够对用户提供嵌入式软硬件系统本身，并且还可以提供功能较齐全的硬件开发工具和后期软件包的支持。⑵网络化随着因特网技术的成熟、带宽的日益提高，网络化、信息化的要求会进一步提高，特别是伴随着物联网概念的问世，互联网已经将网络从人与人之间扩展到人与物、物与物之间，万物相联将成为未来生活的发展动向。未来的嵌入式设备为了满足网络发展的需求，不仅要求在硬件上提供相关的网络通信接口，还需要在软件上嵌入更多更加通用的命令程序以及各类通信协议。因此，这也使得未来的洗衣机、手机、冰箱甚至电灯泡等电子设备的功能将不再单一，结构也会更加繁复。⑶精简化网络化为嵌入式系统提供巨大的发展空间，但同样也会带来巨大的挑战。如上所述网络发展使得嵌入式系统的应用范围在不断扩展膨胀，设备的功能越来越先进、结构越来越复杂、内嵌程序命令越来越多，但从经济角度来看，当产业发展到一定阶段就必须降低能耗与成本来最大化的实现收益。因此嵌入式系统的开发也务必与产业发展的需要一致，必须要求嵌入式系统在不影响功能的基础上，能够尽最大可能的提炼、简化系统内核及程序算法，以便降低软硬件的能量消耗与成本。未来的嵌入式产品将是软硬件密切相结合的设备，只需留存和系统功能紧密关联的软件系统与硬件元器件，选用最佳的程序算法和编程模式，使用最少的资源实现最理想的功能，来优化系统性能。⑷人性化嵌入式系统的发展必须依仗嵌入式设备的推广，而用户对设备系统的使用体验是关键。嵌入式设备越能提供友好的用户界面和易于操作的应用系统，就越能让设备与用户进行亲密接触。因此提供友好的多媒体人机界面、更加智能化的应用系统，使用户不需要嵌入式的知识就能快速、便捷的掌握嵌入式产品的使用方法，是未来嵌入式系统开发的方向之一。⑸开放化安卓系统的流行让越来越多的人认识到Linus系统及开源式系统开发，同时也逐渐意识到开源式开发的优势与未来发展趋势。目前越来越多的嵌入式产品采用开源嵌入式操作系统，它使得嵌入式产品更加开放，操作自由、应用广泛、兼容性高，也更容易让嵌入式系统得到推广并不断得到完善。
5.结束语
嵌入式系统是这个后PC（Post-PC）时代的擎天之柱。相信随着科技及生产工艺的进步，人们科技素养的提高，未来的电子技术就是嵌入式系统技术的天下。
参考文献：
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