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大力发展嵌入式技术与系统 全面提升"中国制造"核心竞争力

信息产业部软件与集成电路促进中心 邱善勤博士



我国经过近二十多年的飞速发展,在信息产业领域,如移动通信、网络、计算机、消费类电子,以及仪器设备等制造领域中已经形成了令人瞩目的信息产业规模优势和“中国制造”整体品牌优势。预计2006年电子信息产业销售收入将达到4万亿元,在2005年的基础上增长10%左右;预计到2010年,电子信息产业销售收入将达到7万亿元,电子信息产品出口占全国出口产品的比重保持在35%左右。然而,随着“中国制造”的普及和我国加入WTO,全球制造业都面临着激烈的竞争环境,“中国制造”也不可避免地遇到了产品更新换代的瓶颈。面对瓶颈,只有不断优化“中国制造”的产业结构,将现有的产品进行升级换代,全面提升核心竞争力,才能真正让“中国制造”走向世界。而发展“嵌入式技术与系统”正是可以全面提升“中国制造”核心竞争力,实现自主创新,实现中国厂商从“中国制造”向“中国创造”转变的最佳契机。


嵌入式系统核心技术发展迅猛,日臻成熟,使嵌入式系统技术走向嵌入式产业成为可能

(一)嵌入式系统核心硬件

嵌入式系统设计的核心硬件是各种类型的嵌入式处理器,根据其表现现状,主要有下面几类:

基于ASIC(专用集成电路)的嵌入式微处理器(Embedded Microprocessor Unit,EMPU)

DSP系统(Digital Signal Processor,数字信号处理器)

SoC系统

基于现场可编程器件FPGA(Field Programmable Gate Array)的嵌入式系统设计-SoPC系统

近几年,我国自主研发的芯片不断出现,在一定程度上填补了市场对自主核心技术的迫切需求。目前,各类企业和研究机构积极进行32位嵌入式系统的开发,为我国嵌入式系统缩小与国外的差距奠定了基础。华为、大唐、东南大学、清华大学、中科院等一批企业和研究机构购买了ARM公司的IP授权用于自有知识产权SoC芯片的设计。方舟一号、方舟二号、龙芯等一大批32位嵌入式处理器陆续问世,国内的32位嵌入式处理器呈现出群体突破的态势。

(二)嵌入式实时操作系统RTOS发展迅速

从20世纪80年代起,国际上就有一些IT组织和公司,开始进行商用嵌入式系统和专用操作系统的研发。其中涌现了一些著名的嵌入式系统。Microsoft Windows CE是从整体上为有限资源的平台设计的多线程、完整优先权、多任务的操作系统;VxWorks是目前嵌入式系统领域中使用最广泛、市场占有率最高的系统;pSOS是WIND RIVER公司的产品,这个系统是一个模块化、高性能的实时操作系统,专为嵌入式微处理器设计,提供一个完全多任务环境,在定制的或是商业化的硬件上提供高性能和高可靠性,可以让开发者根据操作系统的功能和内存需求定制成每一个应用所需的系统;QNX是一个实时的、可扩充的操作系统,它提供了一个很小的微内核以及一些可选的配合进程。3Com公司的Palm OS在PDA市场上占有很大的市场份额,它有开放的操作系统应用程序接口(API),开发商可以根据需要自行开发所需要的应用程序;Microwave的OS-9是为微处理器的关键实时任务而设计的操作系统,广泛应用于高科技产品中,包括消费电子产品、工业自动化、无线通讯产品、医疗仪器、数字电视及多媒体设备。它提供了很好的安全性和容错性。与其他的嵌入式系统相比,它的灵活性和可升级性非常突出;Lynx Real-time Systems的Lynx OS是一个分布式、嵌入式、可规模扩展的实时操作系统。
特别值得一提的是,以Linux为代表的开源软件的出现,为嵌入式系统软件的发展带来了良好的发展契机,在中国,具有完全自主知识产权的国产嵌入式操作系统得到了极大地发展。

北京凯思吴鹏公司的Hopen嵌入式操作系统继续在智能手机、PDA、网络计算等产品中得到应用。2005年,诸如NEC、联想等采用Hopen操作系统的智能手机产品在国内持续热销,同时也有CECT P06、东信ES2100、海尔N90等多款采用Hopen操作系统的智能手机相继上市。

北京科银京成公司自主开发的Delta OS也是国内具有代表性的嵌入式操作系统,包括嵌入式实时内核、TCP/IP系统、文件系统等组件。目前其各类组件分别在IC卡终端、飞行导航终端、便携式通讯终端以及军工产品中得到应用。

SMARTOS是由浙江大学嵌入式中心研制的嵌入式操作系统,2005年10月发布了2.0版本,是一个可支持下一代SoC与多核芯片的实时多任务嵌入式操作系统。SMARTOS已经在浙大网新、波导、UT、东信、普天、信雅达、西湖数源、正原、迪原等企业的产品上得到应用。

由 于嵌入式Linux的开放性,2005年一些传统Linux厂商继续发展自身产品线。具有代表性的产品有宇龙计算机通信科技(深圳)有限公司的Linous(领驰系统),主要用于其"酷派"系列智能手机产品,中兴通讯的嵌入式Linux,北京大唐移动通信设备有限公司的用于其TD-SCDMA的Linux系统。此外,嵌入式Linux还在网络计算机、PMP等领域得到普及应用。

随着嵌入式操作系统的应用领域不断延伸,2005年开始出现一批具有典型行业代表性的专用操作系统。山东神思电子公司推出了S-6嵌入式操作系统。这种操作系统集成了丰富的I 2 C、PWM、ADC、UART、USB、MODEM等I/O驱动及GSM、CDMA、PHS无线通信接口,主要应用于中国第二代智能卡身份证读卡机、智能公话、IC卡读卡器等信息终端行业应用。


提升“中国制造”的核心竞争力已刻不容缓

目前,中国制造业面临着前所未有的竞争,这种竞争源于“中国制造”的普及和我国加入WTO。前者使中国制造面临成本和价格压力,卷入低层次恶性竞争;后者使中国制造面临产品档次和品牌的压力。而发展“嵌入式技术与系统”,提升核心竞争力就成了“中国制造”杀出重围、长期发展的突破口。

1、产品的同质化导致价格的恶性竞争。国内家电行业的价格竞争真可用“血雨腥风”来形容。例如空调、微波炉等。其原因除了供求关系外,产品的同质化是主要因素。产品功能大同小异,没有技术突破,形成不了新的附加值,只能以价格作为占领市场的手段,导致价格恶性竞争,其结果将对产品的整个制造链构成威胁。

2、企业的发展受核心技术的制约。国内众多家电企业都是与国外著名企业合资或者购买其技术。国外企业所转让的技术一般都不是其最新技术,这导致我们的产品与国外著名品牌比较总是有差距,缺乏竞争力。另外,技术转让费昂贵,有些甚至要在产品中提成技术费,大大增加了产品成本,更削弱了产品竞争力,这些因素都在很大程度上限制着企业的发展。

3、成本优势正在弱化。随着制造业的全球化,相对于中国不发达的国家和地区的开发,其政策和成本优势逐渐显露,中国原有的成本优势正在弱化。可以说,在地价、地租、基建及人工方面,中国已经没有优势,目前维系“中国制造”的优势只剩下规模成本、配套优势和品牌优势。

由于缺乏核心技术,我国企业不得不将每部国产手机售价的20%、计算机售价的30%、数控机床售价的20%至40%支付给国外专利持有者。个人计算机每台平均利润不到5%;DVD机每台售价不到30美元,交给别人的专利费接近10美元,生产企业的最终利润只有1美元;电视机平均每台纯利润已不到10元人民币。


中国政府大力支持和发展嵌入式技术与系统

国家有关部门在2005和2006年继续大力支持嵌入式技术与系统的发展,如信息产业部通过电子信息产业发展基金支持了“3G多媒体信息终端”、“基于机卡分离的数字电视接收系统”、“医学图像处理与三维重建系统”;国家发改委通过产业化基金支持的“国产智能手机操作系统开发及产业化”;科技部863基金支持的“面向3G的智能手机嵌入式软件平台”、“信息家电嵌入式系统平台”等。这些嵌入式技术和系统在我国的消费电子领域、通信、工业控制、医疗器械、交通领域等必将得到极大的应用。
除直接给与资金与政策支持外,信息产业部还成立了信息产业部软件与集成电路促进中心,专业提供关于这方面的技术支持。目前该中心与国际上知名的大公司建立了紧密的合作关系,共建了系列实验室,如与微软共建了“嵌入式软件与平台实验室”、“普适计算实验室”、与飞思卡尔共建了“Linux系统实验室”,以及后续还将与AMD、瑞萨等公司建立相关的实验室,为行业发展提供技术支持服务。


预计未来国家对嵌入式软件技术和系统支持的方向及发展建议

对未来嵌入式软件支持的重点领域:
1、无线网络承载嵌入式技术和系统
2、跨平台嵌入式软件技术
3、节能嵌入式软件技术
4、音视频嵌入式软件技术
5、人工智能嵌入式软件技术

建议:
根据预测,2006年至 2010年,中国嵌入式系统产业将继续保持快速的发展势头,复合增长率达到19.1%。受产业规模不断扩大,以及中国嵌入式系统产业将不断成熟的影响,增长率将呈现逐渐下降的趋势,但整体的增长趋势将依然保持。

针对未来嵌入式软件技术和系统发展的特点、趋势,要使国产嵌入式软件在未来竞争环境中立于不败之地,必须将国内成熟的自主方案和开放的国际主流技术相结合,研发出真正满足市场需求的嵌入式软件。

在我国的十一五规划中,自主创新成为重要的发展战略。落实在软件和集成电路这个技术密集化的产业里,嵌入式技术是极具代表性的技术。把我国的市场优势转化为技术领先优势,使嵌入式技术成为我国软件和集成电路产业发展的先锋,就一定能够实现真正意义上的自主创新。

《世界电子元器件》2006.11
         
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