软件发展现状及发展趋势调研报告
学院：计算机科学与工程学院专业：计算机科学与技术班级：
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2018 年 1 月 1 日
一、摘要
嵌入式系统自上世纪七十年代问世以来，先后经历了单芯片可编程控制器、嵌入式CPU结合简单操作系统、专用嵌入式操作系统三个标志性发展阶段，现在正朝着与Internet相结合的方向发展。嵌入式系统具有高效性、稳定性、可靠性、节能性等特点，其应用目前主要集中在消费类电子、通信、医疗、安全等行业。随着嵌入式系统进一步的系统化、人性化、网络化，嵌入式产品必将渗入到人们生活的更多方面中，在科技进步以及人民生活中发挥更加重要的作用。
二、嵌入式系统概念
1、嵌入式系统特点
嵌入式系统是计算机的一种应用形式，通常指嵌入在宿主设备中的微处理机系统。它所强调的是隐藏计算机的常见形式，辅助寄宿主设备，使宿主设备的功能智能化。据此，通常把嵌入式系统定义为一种以应用为中心，以计算机为基础，软硬件可以剪裁，适用于系统，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。嵌入式系统有如下共同点：（1）功能专一：专门为某一特定应用系统而设计；（2）结构紧凑：嵌入式系统结构必须特别的紧凑，从而达到小体积，高性能，低成本，低功耗；（3）智能灵活及实时性：即要对不同的情况做出不同的反应，同时必须实时地给出计算的结果并进行实时控制。它包括硬件和软件两部分。硬件包括处理器、微处理器、存储器、外部设备、I/O端口和图形控制器等；软件部分包括操作系统软件(要求实时和多任务)和应用程序编程。
2、发展阶段
嵌入式系统的出现至今已经有30多年的历史，近几年来，计算机、通信、消费电子的一体化趋势日益明显，嵌入式技术已成为一个研究热点。纵观嵌入式技术的发展过程，大致经历四个阶段。
第一阶段是以单芯片为核心的可编程控制器形式的系统，具有与监测、伺服、指示设备相配合的功能。这类系统大部分应用于一些专业性强的工业控制系统中，一般没有操作系统的支持，通过汇编语言编程对系统进行直接控制。这一阶段系统的主要特点是：系统结构和功能相对单一，处理效率较低，存储容量较小，几乎没有用户接口。由于这种嵌入式系统使用简单、价格低，以前在国内工业领域应用较为普遍，但是已经远不能适应高效的、需要大容量存储的现代工业控制和新兴信息家电等领域的需求。
第二阶段是以嵌入式CPU为基础、以简单操作系统为核心的嵌入式系统。主要特点是：CPU种类繁多，通用性比较弱；系统开销小，效率高；操作系统达到一定的兼容性和扩展性；应用软件较专业化，用户界面不够友好。
第三阶段是以嵌入式操作系统为标志的嵌入式系统。主要特点是：嵌入式操作系统能运行于各种不同类型的微处理器上，兼容性好；操作系统内核小、效率高，并且具有高度的模块化和扩展性；具备文件和目录管理、多任务、网络支持、图形窗口以及用户界面等功能；具有大量的应用程序接口API，开发应用程序较简单；嵌入式应用软件丰富。
第四阶段是以Internet为标志的嵌入式系统。这是一个正在迅速发展的阶
段。目前大多数嵌入式系统还孤立于Internet之外，但随着Internet的发展以及Internet技术与信息家电、工业控制技术结合日益密切，嵌入式设备与Internet的结合将代表嵌入式系统的未来。
三、应用现状
中国嵌入式系统市场处于快速增长时期。在近几年以及未来的几年内，嵌入式系统的发展为几乎所有的电子设备注入了新的活力，由于迅速发展的Internet和非常廉价的微处理器的出现，嵌入式系统将在我们的日常生活里形成一个更大的应用领域。中国嵌入式系统的主要客户分布在消费类电子、通信、医疗、安全等行业。当前中国嵌入式系统市场上的几大热点应用有：汽车与电力系统电源管理、高清数字电视以及数字机顶盒、智能手机和具有联网功能的智能化工业设备、终端。开展针对嵌入式开发系统的调研活动，我们得到以下结论：
1、所属行业分布情况
作为智能设备及终端产品的核心基础，嵌入式技术的应用已经渗透到社会工作及生活的各个领域。由于嵌入式技术的成熟应用，也进一步加速了移动互联网、物联网及云计算的产业化进程。来自2012-2013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依然是“消费电子、通信设备、工业控制”，所占比例分别是23%、17%和13%，三大领域所占比例之和占53%，其中消费电子所占比例将相较去年有明显增长，相信这与智能手机、平板电脑等移动设备的大面积普及有直接关系。而占据9%的“其他”一项选择中，参与调查者主要选择的是“电力设备、智能电网、物联网、仪器仪表、教育”等行业。我们有理由相信，这些都充分表明，未来嵌入式系统将会走进IT产业的各个领域，成为推动整个产业发展的核心中坚力量。
2、软硬件人员的安排
根据调查数据显示，有一半从事嵌入式产品研发的企业都是采用软硬件人员分工合作完成产品的开发方式（50%），与去年的调查数据（62%）横向对比看，这一选项所占的比例也呈现出下降的趋势（下降了12个百分点）。而“人员不分开，要求员工同时具备硬件和软件开发能力，可独立完成项目”的公司所占比例，由去年的22%上升到今年的29%（上升了7个百分点）。从这一转变，我们可以看到：嵌入式系统作为一个软硬件结合的系统，需要嵌入式开发工程师在软件和硬件两个方面都不断深化学习，同时具备软硬件开发能力的工程师，将在求职过程中拥有更多的选择机会以及更大的成长空间。同时，从各大招聘网站的最新搜索数据中也可以看出，目前嵌入式软件开发人才的需求量远远大于纯硬件开发人才，嵌入式系统项目研发差不多80%以上的工作量都是在软件部分，软件是嵌入式系统最核心的部分，也是体现嵌入式系统优势的最关键部分，企业对嵌入式软件开发人才的需求必将持续上涨。
3、未来嵌入式操作系统首选
在本年度新增调研项目中新增了对未来1-2年内嵌入式行业会占主导地位的嵌入式操作系统的调查，调查统计数据显示，嵌入式Linux仍然是未来几年内，嵌入式工程师认可的最具发展潜力的首选嵌入式操作系统，所占比例接近一半（47%），而Android智能手机操作系统，也受到了越来越多嵌入式工程师的关注，
并对其在移动手机操作系统中广阔的发展空间及发展潜力充满了期待。由此可见，作为开源系列的两款优秀的嵌入式操作系统（嵌入式Linux及Android），其开源的特性，无疑使其在市场竞争中，具备了最强大的竞争优势及用户基础，用户就是王道。
四、发展趋势
1、嵌入式软件技术快速发展
近十年来，嵌入式操作系统得到飞速发展，微处理器从8位到16位、32位甚至64位；从支持单一品种的CPU芯片到支持多种品种的；从单一内核到除了内核外还提供其他功能模块，如文件系统、TCP/IP网络系统、窗口图形系统等；并形成包括嵌入式操作系统、中间件在内的嵌入式软件体系。硬件技术的进步，推动了嵌入式系统软件向运行速度更快、应用开发更便捷的方向不断发展。
2、国际发展趋势
目前在世界范围内，嵌入式产业发展迅猛，嵌入式系统正在不断渗透各个行业。新一轮汽车、通讯、信息电器、医疗、军事等行业巨大的智能化装备需求拉动了嵌入式系统的发展。嵌入式技术已经成为工业产品数字化改造、智能化增值的关键性、带动性技术。
3、国内发展趋势
最近几年来，中国的嵌入式行业发展速度一直高于中国国民经济发展速度和全球嵌入式行业的发展速度，在中国国民经济和全球嵌入式行业中所占的比重越来越大。中国嵌入式行业的发展面临着良好的发展环境与机遇。这包括政府的重视与扶植、信息产业与传统产业的融合机遇、垄断局面尚未形成、中国制造业的良好基础、自由软件运动的兴起等等。
4、未来发展特点
（1）系统化：嵌入式应用软件的开发需要强大的开发工具和操作系统的支持。随着互联网技术的成熟、带宽的提高，网上信息日趋丰富，应用项目多种多样，像手机、掌上电脑等嵌入式设备的功能不再单一，电气结构也更为复杂。为了满足功能的不断升级，设计师一方面要采用更强大的嵌入式处理器如32位、64位RISC芯片或信号处理器DSP增强处理能力；同时还要采用实时多任务编程技术和交叉开发工具技术，简化应用程序设计，保障软件质量和缩短开发周期。目前，国外商品化的嵌入式实时操作系统，已进入我国市场的有Windriver，Microsoft，QNX和Nuclear等[5]。我国自主开发的嵌入式系统软件产品如科银(CoreTek)公司的嵌入式软件开发平台DeltaSystem，它不仅包括DeltaCore嵌入式实时操作系统，而且还包括LamdaTools交叉开发工具套件、测试工具、应用组件等；此外，中科院也推出了Hopen嵌入式操作系统。
（2）开源化：随着嵌入式Linux系统的产生，越来越多的嵌入式产品采用开源嵌入式操作体统。由于Linux系统本身所具备的特点，使得开源嵌入式操作系统很容易推广并且得到不断的完善。相信不久的将来，开源的完善的嵌入式系统会在嵌入式系统应用中占据更重要的地位。
（3）人性化：嵌入式设备之所以为亿万用户乐于接受，原因是它们具有与使用者之间的亲和力和自然的人机交互界面。人们与信息终端交互要求以GUI屏幕为中心的多媒体界面。手写文字输入、语音拨号上网、收发电子邮件以及彩色图形图像处理已经取得初步成效。目前一些先进的PDA在显示屏幕上已实现汉字写入、短消息语音发布，但离掌式语言同声翻译还有一定的距离。相信随着科技的进步和用户需求的进一步提高，这方面会在不久的将来得到完善。
（4）节能化：随着嵌入式产品设计者提高了对嵌入式软件设计技术的要求，如选用最佳的编程模型和不断改进算法，采用Java编程模式，优化编译器性能等。可以降低处理器的性能，限制内存容量和复用接口芯片，从而使得嵌入式产品支持小型电子设备，实现小尺寸、微功耗和低成本。
（5）网络化：与互联网相连已成为必然趋势。为适应嵌入式分布处理需求，面向21世纪的嵌入式系统要求配备标准的网络通信接口。针对联网要求，嵌入设备必须配有通信接口，相应需要TCP/IP协议软件支持；由于家用电器相互关联(如防盗报警、灯光能源控制、影视设备和信息终端交换信息)及实验现场仪器的协调工作等要求，新一代嵌入式设备还需具备IEEE1394，USB，CAN，Bluetooth 或IrDA通信接口，同时也需要提供相应的通信组网协议软件和物理层驱动软件。为了支持应用软件的特定编程模式，如Web或无线Web编程模式，还需要相应的浏览器，如HTML，WML等。
五、结束语
目前嵌入式系统的应用已经渗入到国民经济的各个方面，对大家的生活，也起着越来越重要的作用。相信随着科技的进步，生产工艺以及人们科技素养的进一步提高，嵌入式产品必将在人们生产生活中扮演越来越重要的角色。
参考文献：
[1]ArnoldB.EmbeddedSystemsDesign[M].北京:电子工业出版社,2005.
[2]FrankV,TonyG.EmbeddedSystemDesign:AUnifiedHardware/SoftwareApproach.Dep artmentofComputerScienceandEngineering,
UniversityofCalifornia,Fall19991.
[3]陈俊强.嵌入式系统综述[J].光纤通信技术,2002,(12):13-14.
[4]钱晋,钱伟,程娟,钱钶.嵌入式系统发展热点及趋势浅析[J].景德镇高专学报,2007,22(4):46-47.[5]方铖.嵌入式系统的关键技术与发展趋势[J].郑州轻工业学院学报(自然科学版),2007,22(6):74-78