嵌入式軟體重要技術簡介

cocoli

嵌入式系統軟體正逐漸成為嵌入式系統的主要角色。根據Gartner對半導體設計市場現況的調查與分析，在2002年金字塔頂端的廠商必須掌握市場、設計、函示庫、EDA工具、以及製程，這是一個以晶片供應的時代；但到了2005年，金字塔頂端的廠商則必須增加軟體的提供，因為現今市場主流已經走向提供完整的系統解決方案。也就是說使用嵌入式處理器之選擇導向正逐漸轉型，嵌入式軟體的支援程度正逐漸成為控制嵌入式系統市場佔有率的主要因素，因而改變以往固有的市場形態。
! ~& F; L. M5 c# B/ U  T! z$ l( _/ c# R
在嵌入式處理器的市場上，領先的公司不是Intel而是ARM，ARM這家公司首先專注在通訊市場的處理器，為了鞏固市場，ARM提供了嵌入式軟體及軟體開發工具，並且專注於開發工具的支援，一直到公司穩固之後才開始擴展處理器架構以及購併Artisan補足硬體底層矽函示庫的控制。這也說明了在嵌入式系統上，掌握住開發工具就掌握住市場，並且可以從中得利。
( M# c7 V! S+ E4 q
- H& H2 k0 M) V2 C嵌入式處理器共用平台的發展乃是整合多種不同嵌入式處理器發展平台，其主要目的在使應用程式的開發者使用相似的開發環境發展不同的嵌入式處理器上的應用程式，並且利用共用平台上的整合資源，快速發展適用於該嵌入式處理器的應用程式。整合發展平台的趨勢就目前看來，隨著處理器延伸至多核心的架構設計，多核心的發展平台在國際上也已經備受重視。根據Gartner 2006年的報告顯示，目前開發者所使用工具組的市場分布，以RTOS為最重要，同時，整合發展平台所佔有的市場也漸漸受到重視，預估在2007年後，將有超過一億八百萬美元的產值。

目前的RTOS已逐漸將重心移至系統穩定性，如：記憶體保護（memory protection）、安全防護（security protection）等機制。另外，System level design佔有17%，在其中讓人注意到的是ESL（Electronic System Level），主要著重於Virtual prototyping，可以提供早期系統評估的工具。整體tool chain比重含JTAG、Debugger、Compiler、IDE的約佔27%，而開發軟體的好壞會直接關係到嵌入式軟體的市場推廣。

多核心整合的處理器上，在數位訊號處理器方面，全球主要廠商以TI為主。在Forward Concept 2006年的報告中，TI的市場佔有率正逐年增加；至2006年已經接近60%。在嵌入式系統平台方面市場分佈方面，有將近一半的WCDMA手持裝置使用TI的數位訊號處理器，並且利用OMAP架構為其系統基礎。OMAP架構為雙核心架構（ARM9及TI C5DSP）是目前嵌入式系統的發展主流（OMAP™ processors以67%的3G手機市場佔有率高居第一）；Sandbridge SB3000 DSP具有4核心32個硬體執行序為軟體無線電的領先架構；IBM Cell processor是8核心加上一個power PC處理器應用在高階遊戲機及資料處理上。

9 h' I: [3 O! B& x1 ]9 H一般嵌入式系統軟體與硬體的整合度很高，為了開發軟體、提升系統效能、及控制周邊，需要整合發展平台提供編譯器工具、組譯器、函式庫、載入器、驅動程式、及模擬環境等。現在更先進的多核心處理器架構是屬於高階嵌入式系統的應用平台，其使用先進的技術來提升架構效能，但也增加程式的撰寫難度，因此這些處理器背後，更需要有完整的整合發展平台。

5 t) z0 e9 G0 o  P根據Gartner報告，目前在整合開發平台的市場佔有率最高的場商為Wind River，其佔有市場為33%；其次是Windows CE的開發平台25%；接著為Mertowerks的開發平台。在2005年Nokia推出Nokia 770 Internet Tablet，其採用開放式的架構，讓使用者可以自行開發應用軟體，而其操作環境為maemo系統，包括：Linux、GTK+、MatchBox、Gnome及libraries。而他的開發系統是scratchbox，scratchbox提供了gcc跨平台編譯的環境，函式庫，以及模擬器，可以在x86機器上開發跨平台的軟體。

8 V) z8 [8 q2 n1 I" K0 Q3 F作業系統在嵌入式軟體的開發上佔了重要的角色，作業系統的使用可以降低使用者開發時間，提供一個穩定而容易操控的發展環境。根據linuxdevices.com在2003∼2006年，調查分析指出，發展嵌入式系統的廠商之中，有使用作業系統的，以使用Linux最多。這些廠商採用Linux的原因不外乎是低成本，及其可彈性擴充修改之優點。根據linuxdevices的觀察分析指出，Linux在嵌入式作業系統的市佔率在2010年將會達到60%。

/ F6 D) {# o# t這樣的預測表示越來越高的接受率，而採用Linux也意味著open source的應用程式以及開發工具組將會隨著Linux的更加普及而更趨普及。Gartner的調查報告更指出，嵌入式系統該發廠商在作業系統的使用上有50% 以上的廠商因為種種需求而採用了採用了即時作業系統。同時也有越來越多的廠商在作業系統的即時性（real-time）上面有更多的要求以及更多的需求。
3 T+ ?1 z  a6 h/ @/ p( H
* i7 ?9 l3 ?2 W# V5 j電子系統層級（Electronic System Level；ESL）開發工具方面:嵌入式系統在開發過程中，軟硬體的搭配相當緊密，因應如此的趨勢，電子系統層級ESL（Electronic System Level）開發工具提供了快速平台的建立工具，利用自行研發或是其他廠商提供的IP組合成硬體環境，軟體能夠在虛擬平台上同步開發。Gartner Dataquest於2005年預估，ESL整體產業於2009年的產值將比2005年成長近一倍。ESL範圍相當廣泛，但是能夠在高階搭配嵌入式軟硬體的開發，要靠的是virtual platform的技術。目前佈局的國外廠商有：Accenia、VasT、Virtutech、Celoxica、CoWare等。國內產業於ESL發展者，除了少數公司有開發IP整合環境，如：晶心科技，其餘多為提供硬體IP，或是僅具有封閉的模擬系統。在此領域上的open-source軟體包括GNU SID 及 QEMU等系統。
/ D$ D/ y: A9 M4 I" w5 E
在嵌入式系統middleware方面，目前有多項國際標準。OSGi起源於1999 年三月，由一些家用閘道器相關產業廠商所組合而成的組織，目前約有80餘家廠商加入。包括了IBM、Sun、BMW、Motorola、Nortel、Nokia、 Philips、Panasonic、Sony、Toshiba、Echelon 等。制定OSGi 標準的最主要的目的，是要為遠端的服務提供者（Service Provider）與本地端的設備（Device）之間提供完整的點對點服務傳送解決方案。因此，OSGi定義了一個開放性的平台，使得遠端軟體服務供應商所提供的應用程式及加值服務，能視使用者需求，隨時下載至靠近用戶的閘道器（Gateway）上，並且自動安裝執行，而這裡所指的閘道器通常是連接家庭網路（Home Network）、辦公室網路（Office Network）與機上盒（Set-top Box）、ADSL數據機、纜線數據機（Cable Modem）、住宅區閘道器（Residential Gateway）等。

, K& ?+ m- d+ I透過這個開放性的平台，不同廠商所開發出的服務軟體及設備都能互相溝通及搭配使用。DLNA 是由Intel、Microsoft、IBM、HP、Nokia、Motorola、TI、PHILIPS、SONY、Fujitsu、SAMSUNG、Toshiba、 NEC、Panasonic等跨國性世界級資、通、消費性電子業者所共同推動，創立於2003 年，其前身名為數字家庭工作組（DHWG）。其成員擁有共同的遠景目標，即在家庭內外建立一個集中管理個人電腦（PC）、家電（CE）和移動電子設備的互操作性網路，創造一個能夠共用和發展全新數字媒體和內容服務的無縫環境。
4 |8 z9 g) n6 x- a  P5 f4 o0 [5 z  ?
Open SOA(OSOA)計畫的主要目的是要提供一免專利授權的SOA標準給工業界使用，此計劃由幾個企業所聯手推動如BEA、IBM、ORACLE、RedHat等等。目前主要分為兩個計畫SCA（Service Component Architecture）與SDO（Service Data Objects）的推動。SCA：Service Component Architecture是用來描述使用SOA架構的模組如何用來建立應用程式的標準，SCA延伸並相容於先前的用來實作服務的方法，其中SCA建立於公開的標準上如web services。其中強調在組件與現有平台與組件之間的結合，描述如何透過現有的技術、平台甚至現有的組件來實作SOA組件。SDO：Service Data Objects是用設計用來簡化並標準化應用程式如何掌控操作資料的標準，開發者可以使用統一的操作格式來對於不同的資料來源存取操作資料，包含資料庫、XML資料庫、Web service和企業資訊系統。
% q1 \6 g2 t8 J% l+ ?3 S
3 c8 M% T! C4 G% }1 D目前，國內也有廠商在進行處理器或數位訊號處理器的開發，如果能各自加上完善的嵌入式軟體支援，那就是以ARM的發展模式前進；如果，國內廠商彼此能夠整合成多核心架構，那就是沿著TI的路線行走。但要是能夠將多核心上面的應用開發由多套系統開發工具，轉由一套完善的多核心系統工具進行整合開發。這樣就是走自己的路，一條有機會簡化多核心應用開發，提升產品市佔的路。（本文作者為晶片系統國家型科技計畫嵌入式軟體技術發展專案推動召集人╱李政崑）

walltsou

第二段中的"領先的公司不是Intel而是ARM"這句話最好補充修正一下。因為ARM若不是Intel生產的Strong ARM在PDA上佔有一席之地，壓過68K的系統，不然現在不見得仍是ARM獨大。所以Intel對ARM流行是有很大的貢獻。

tzuenhau

我一直以為ARM是Intel的 原來他們是不同公司 不過好像泛用上都是ARM居多

smhui

嵌入式系統middleware在IPTV STB佔有重要地位，看看CHT的MOD可見。
+ @( l* [& V7 M4 [7 K3 M而ARM 不單在PDA上成功，50%以上STB方案都用上ARM。

jacky002

沒想到清大李政崑教授從OS compiler到現在越來越紅了。
: w: K; z& {/ R; B想當初在工研院與他們的team合作Java chip compiler到現在，什麼?
) G5 ~8 B- s+ M已經 X 年了，歲月催人老
4 n4 h0 ]9 T5 N+ u1 w  p& \
9 \5 o( D. ]/ K) N5 z' I- f) n在此恭喜李教授學術之路有上一層，我也要好好努力。