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2015年的嵌入式产业发展看点总结_2

字号+ 作者:新闻小编 来源:未知 2019-06-04 11:29 我要评论( )

:在2015年新年到来之际,我希望给过去一年的嵌入式系统做些梳理和2015年技术发展做一些展望。根据《EELive!》的一项......

  在2015年新年到来之际,我希望给过去一年的嵌入式系统做些梳理和2015年技术发展做一些展望。根据《EELive!》的一项年度调查总结了嵌入式设计的十大趋势,它们是:Wi-Fi占主流、蓝牙迅速崛起;开放原始码超越商用OS;Android与FreeRTOS为主导;完整原始码可用;多处理技术成为主流;FPGA开始走下坡;虚拟化陷入低潮;IoT首度上榜;专案时程延迟。下面我将就此谈谈我对2015年嵌入式技术发展看法。

  物联网渐成气候

  长期以来工业、消费和通信一直是北美三大龙头行业,这次物联网(IoT)能进入前10名的应用,说明物联网产业渐成气候,设备联网的需求越来越多,见图1HIS的预测数据。Wi-Fi成为目前短距离通信的主流,比如智能家居就广泛采用Wi-Fi标准,蓝牙的迅速崛起得益于智能终端的流行,Gartner预估,2014年全球智能手机销售量将达到12亿部,智能手机将全部会采用蓝牙技术,现在主流的蓝牙4.0技术可以提供与可穿戴设备超低功耗连接。

  2014年成为可穿戴设备发展历史上不平静的一年。从年初CES上的无限风光,到年中各大卖场的少人问津,再到年底的黑色星期五抢购潮,可穿戴设备历经起伏动荡后更显无限生机。根据市场公司Canalys的报告说,2014年Q3的可穿戴智能手表和手环发货量达到500万个,预计到2015年则会超过2300万个。

  物联网热也从2014年电子公司的收购事件中得到验证。老牌的MCU公司Atmel以1.4亿美元收购NewportMedia,这次收购让Atmel获得Wi-Fi和蓝牙技术,加上已经有的Zigbee,Atmel将拥有更为完整的针对工业物联网智能无线连接组合方案。另外一家老牌MCU公司微芯科技公司(Microchip)以约3.29亿美元收购台湾低功耗蓝牙技术提供商创杰科技公司(ISSC)。这次收购让微芯可以获得更专业的无线技术用于现有蓝牙方案产品,并为将来为物联网市场的站稳脚跟打下基础,与Atmel不同的是微芯更侧重在消费电子市场。在2014年夏天微芯还试图收购过CSR,最后没有成功,CSR被高通收购。

  IT巨头三星2亿美元收购了智能家居创业公司SmartThings,后者主要在开发智能家居用的开关、传感器、控制器和移动应用软件。2014年10月在湖南大学召开的中国计算机学会嵌入式专委会会议上,Intel公司王文杰总监介绍Intel在物联网方面的战略和专门成立的物联网事业部情况。IT巨头的进入让产业届对物联网更有信心,在技术整合上也更有力度,系统设计上更方便和容易。

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图1HIS预测2011-2025年全球物联网设备情况

  除了在芯片上整合无线功能和研发创新的物联网示范性应用外,嵌入式企业在积极发展可以更好的服务物联网系统的操作系统技术,既物联网操作系统。包括微软、风河、Micrium(uc/OS)都在2014年6月以后纷纷推出针对IoT嵌入式OS,ARM公司在10月宣布了开源的mbedOS,关于物联网操作系统更多的信息,读者可以阅读我写的物联网操作系统浅析一文,它发表在2015年1月《单片机与嵌入式系统应用》杂志上。

  开源依然是主流

  十大趋势中有三个趋势都是与开源软件有关。根据业内报告Android在嵌入式OS市场份额只要9.4%,到2010年已经增加到19.2%,Android一跃成为除了内部开发的以外最主要的嵌入式OS。Android在嵌入式市场日渐红火有两个原因:第一广泛的硬件平台和设备支持,比如Audio、Bluetooth、Camera、GPS、GUIRadio、WiFi等,包括高通、TI、飞思卡尔等半导体公司都投入大量资源开发基于本公司芯片Android系统,相比传统的嵌入式OS(包括嵌入式Linux)开发,用户在硬件层的工作量大大减少。第二Android的生态环境日趋完善。市场上已经有大量软件支持Android软硬件系统和第三方机构,这样基于Android的嵌入式系统产品开发的时间将大大缩短,因为丰富的第三方资源,未来系统功能的增加也相对的容易。

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图2UBM2013嵌入式市场研究(左图是现在右图是未来1年嵌入式OS选择)

  FreeRTOS超过Vxworks、WindowsEmbedded和uC/OS成为最主要的RTOS也是预料之中的事情,这个结果与UBM2103的嵌入式市场研究报告的结果基本一致,如图2。FreeRTOS软件的开发始于2002年,是一个针对MCU的标准交叉开发平台,已经移植到了27个MCU核上,可以支持17种工具链。FreeRTOS项目是由RealTimeEngineersLtd拥有、运行和维护。创始人RichardBarry同时还参加基于FreeRTOS技术、面向安全和关键应用的软件-SafeRTOS开发。

  FreeRTOS是一个紧凑的实时内核,具备RTOS基本功能,占用存储器也比较少。(但没有内存分配功能),内核调试可以借助第三方-Percepio的嵌入式OS跟踪工具Tracealyzer。FreeRTOS最近几年得到了不少MCU公司的支持,比如ST最新推出的STM32Cube固件库使用的就是FreeRTOS,InternichTCP/IP基本配置就是FreeRTOS,IAR公司EWARM工程中有FreeRTOS的例子,FreeRTOS影响力日渐增加。

  FreeRTOS遵循GPL的软件授权协议,商业用户亦可购买商业授权获得其私有的授权协议,购买商业授权的好处是:任何基于FreeRTOS修改和相关的用户代码均可以不公开,这也就是我们通常所说的双授权协议。如果你采用开源授权,你就必须要把FreeRTOS内核相关修改贡献出来。如果你是商业产品,希望保留这些修改成为自己的企业商业机密,那么就购买商业授权吧。

  相比uC/OS-II/III,FreeRTOS在内核、中间件和可靠性认证等方面还有不小的差距。比如物联网应用必须的TCP/IP协议,FreeRTOS还必须依赖LWIP开源项目,FreeRTOS不支持MPU,也没有自己的中间件模块。在图书和开发者普及度方面,RichardBarry写了一本书,《使用FreeRTOS实时内核:实用指南》,国内的网友有翻译成中文电子版本,最近几年国内的嵌入式软件开发图书中也有章节对FreeRTOS做了介绍,比如李志明着机械工业社出版的《STM32嵌入式系统开发实战指南》,但比较uC/OS-II/III图书和开发者普及度FreeRTOS还要走很长一段路。笔者相信借助开源的优势,假以时日FreeRTOS发展前景令人期待。

  嵌入式多核应用仍有难点

  十大趋势中的多核处理技术成为主流,FPGA开始走下坡,虚拟化陷入低潮的三种说法与嵌入式多核应用有一定的关系。从计算机发展的角度看,多处理器和多核技术成为主流这无疑成为事实,它能够解决摩尔定律发展到今天处理器的高性能与低功耗的矛盾。多核的处理器已经在高端嵌入式系统的应用中广泛采用,比如移动多媒体设备和通信设备,代表性的通用芯片产品有飞思卡尔QorIo和TIOMAP系列。FPGA公司Xilinx和Altera也推出多核可编程SoCZynq和AlteraSoCFPGA。不同于PC环境大量使用的虚拟化技术-VmWare和VirtualBox,嵌入式系统的需求复杂且不统一,多核处理器在每一种嵌入式系统中配置和部署都会不一样,传统的虚拟化技术很难满足这些需求。

  风河、ENEA和MentorGraphic这三家嵌入式OS公司针对嵌入式多核应用推出各自的虚拟化解决方案,图3是MentorGraphic异构多核软件解决方案,它是对目前商业嵌入式多核软件传统的SMP/AMP解决方案的扩展,可以支持组合了多微处理器核和多微控制器核的SoC,比如TIOMAP5。Mentor的虚拟化(hypervisor)设计更加灵活和高效,在支持ARMTrustZone和OS引导管理方式等方面有一定特色,但是就笔者了解目前的客户并不多。

  对于基于多核的可编程SoC开发,笔者了解到包括两个CortexA9的ZynqSoC在多核软件上虽有几种可以演示的方案,比如RT-thread的双OS(一个Linux和一个RT-thread)方案,但是实际基于多核的应用并不多,许多解决方案其实只是使用了一个内核,这难免有些尴尬。嵌入式系统的多样性和复杂性让多核的应用变得更加困难,多核的软件开发工具和OS研究,远远落后于硬件技术的发展,软件开发难度太大让嵌入式多核应用发展变得非常缓慢,这也是2015年嵌入式技术发展面临的一个挑战。

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图3MentorGraphic多核OS方案

  总结

  嵌入式技术是物联网产业、工业4.0和智能化发展的重要基础,嵌入式技术也在互联和智能的大潮中演进和发展,嵌入式技术已经渗透到集成电路、通信、软件和云计算等技术领域。关注嵌入式技术发展,在新产品和系统设计采用嵌入式新技术,既可以推动创新和产品升级换代,也利于中国企业从制造到创造,从工业化到智能化的蜕变。

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