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后智能手机时代的嵌入式系统
来源:  时间:2014-12-29
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大家都知道半导体有个摩尔定律,其实在计算发展的历史上,还可以遵循一个贝尔定律。贝尔定律演进制:每十到十五年,计算技术发生一次重大演进,伴随新的编程平台,网络和用户界面,带来新的体验和商业机会。从历史发展进程来看,我们回顾过去的一些产品的时间,就能看到这一点。

  • 1946年2月15日ENIAC计算机在美国宾夕法尼亚大学诞生 :18000只电子管放满房间;

  • 1964年4月7日IBM公司宣布了集成电路的360系列柜式计算机;

  • 1981年8月12日台式IBM—PC(英特尔8088+微软DOS)推出;

  • 1994年第一台配置Pentium处理器的笔记本电脑东芝T4900CT , 1995年,ThinkPad760cd问世;

  • 2002年Symbian操作系统智能手机诺基亚7650发布,2006年苹果公司公布了iOS的iPhone ,2008年谷歌正式推出了Android 手机;

  • 2014年1月在CES电子产品会展上推出SD卡大小基于英特尔Quark技术的计算机Edison。

从这些节点上我们可以看到,每隔10-15年就会出现一种新一代的计算机形式,从而逐渐改变整个计算产业的格局。1994年,奔腾处理器的出现开启了整个个人电脑领衔的计算时代,智能手机的出现又领导了新一代的智能移动计算的时代。现在我们不好去评价Quark会不会开创全新的计算时代,但是趋势已经很明显了,Quark将X86和嵌入式系统非常好的结合在一起,这意味着Intel在后智能手机时代将重点瞄准了功耗更低性能越来越强大的嵌入式系统计算。

新一代计算机的出现和市场应用的需求是相辅相成的,2009年一些大公司提出的智慧地球、物联网和可穿戴等已出现了新一代计算机的业态,这是市场应用的需求,也是技术进步支持的新的应用创新。以2014年的美国拉斯维加斯国际消费电子展CES获得四项大奖Intel的Edison为例:内含Linux的计算机平台、具有完整的计算机功能和丰富I/O功能、SD卡大小、插入即用(插入计算机),现在这样的产品很多,比起早期的单片机,这些其实更接近了单片机这个名词的本质,单板实现很强大的计算机的计算功能。

这些单板机的出现,比起传统的计算机更贴近于嵌入式系统,不得不引发这样的思考,新的业态下的嵌入式系统如何发展?针对这个我个人提出一些问题大家可以一起思考,比如,面向角色(Actor)的信息物理融合系统CPS中嵌入式系统设计如何去实现?信息物理融合系统CPS 的融合问题,包括地球上的实体的物理世界向上对接方式和空中的虚拟信息世界向下与实体对接方式?还有就是物理设备如何融入到CPS中?

解决好这些问题,其实就是解决物联网的一些很实际的技术问题,物联网是虚拟信息世界向下与实体物理世界对接的方式,在99年就开始有物联网这个概念,简单的说,物联网实际上就是怎么把各种物体都转移到互联网的一个个过程,这个市场很大,因为它涉及的范围太广,但这提出的挑战并不在互联网一端,因为实际上我们现在的Internet网的利用率是相当相当低的,是在2%~5%。物联网更多的挑战在于信息物理系统的融合,也就是前面说的CPS,物联网要把各种物体都联网,关键是就是三个C,第一,把物理设备Computer化,第二,通过通讯(就Communication)跟后台连起来,第三,要有一个Control,然后就是变成一个真正的CPS。它不是把CPS单独拆离开来一个一个系统,从一个控制系统来讲,是一个整个的一个大系统。这样一来,我们的计算机就要有一个变更性的革命,因为我们计算机处理的是数字的、离散的、跟时间无关的对象,而现在如果按照CPS的概念,那么处理的对象是模拟的、连续的、跟时间有关的,那么所有一套的理论、语言都要配套从新来,不仅是传感器等要加进来,更重要的是全新的计算处理的模式要有所改变,这也是为什么开头我说又到了计算技术变革时代的节点的原因。

物联网也好,CPS也好,都是要依靠嵌入式系统的,第一个C跟嵌入式系统确切有关的,是Embedded Devices,就是把联网的设备Computer化,第二个C呢,是要Communication,也就是说现在我们的嵌入式无处不在,但是孤岛型,就是一个一个的嵌入式系统,它的能力有限,实际上已经是发挥不了它的应有的作用,要把它连成网,这个是它本身的一个共性,需要依靠各种连接的手段连接起来。嵌入式要联网,很多人都要用嵌入式浏览器等等,把这个东西变过来,这个办法我个人认为实际上是走不通的,为什么呢?对象不一样,互联网所处理的是结构化的数据,也就是说IE是搜索的引擎,搜索我需要的资料的一些东西。现在我们的对象变了,我们的对象是活的,这个对象是有生命的,它要用描述的方式,单纯用浏览器的方式,不一定合适了。还有一个C是Control,传统上这不是嵌入式系统的活,但现在的问题是,如果你要在终端上又做computing,又要communication,还要control,同时还得去面临功耗尺寸等问题,你的硬件就要尽可能做得到三项都行,而前两个既然离不开嵌入式系统,那么control这个问题也得嵌入式系统去实现,这就对新的处理硬件提出了更高的要求,而这也是未来物联网或者说嵌入式系统所面对的全新的计算要求,这些要求传统的计算硬件是无法满足的,自然就需要新的硬件来引领,引领的结果就是未来几年我们会迎接一个新的计算革命到来。

作者介绍:陈章龙,复旦大学计算机科学技术学院教授,华东师范大学软件学院嵌入式系统系系主任,中国计算机学会嵌入式系统专业委员会副主任,中国半导体行业协会嵌入式系统与应用工作委员会副主任,上海计算机学会嵌入式系统专业委员会主任,上海嵌入式系统与软件产业联盟秘书长。专长于嵌入式系统结构、开发与应用。曾担任国家国产单片机攻关专家组成员,获国家科技进步三等奖1项、上海市科技进步奖二等奖2项、上海市科技进步奖三等奖1项。在国内学士刊物上发表论文80余篇,出版《嵌入式技术与系统》等专著15本。