2008年11月23日

我所知道的嵌入式系統

嵌入式系統是我近6年來不斷嘗試要摸索的東西,但是一直到現在,我都還沒有學會嵌入式系統。
blog一直到現在,好像也從來沒有寫過嵌入式系統相關的東西,因此就發一篇來說說我所知道的嵌入式系統。

早在8年前,我在讀二專時,當時我曾經有個疑惑,到底IP分享器是怎麼做的?
同樣是微電腦系統,IP分享器一台不過NT2000元,硬體應該跟8051差不多,那8051可以作成IP分享器?可以有網路功能?可以寫Visual C++程式嗎?
二專畢業後,我當兵去當替代役,在當時買了生平第一台,也是目前唯一一台的PDA~iPAQ 3970,當時我從網路知道,它是嵌入式系統,一些人用它來搞嵌入式的實驗和開發,因此我就買了,也嘗試灌Linux上去,還因此燒掛過2次機板,其中一次還是自費6000元換的。
當完兵回去念二技,在當時專題老師說有塊ARM的板子可以玩,我就自告奮勇,很興奮的接下來玩,在當時,我知道ARM是嵌入式系統,但不瞭解它們間的關係。
在當時,為了能夠瞭解嵌入式系統、ARM的開發,死k那厚厚的說明文件,還有參加嵌入式系統的研討會,不過對嵌入式系統一直瞭解得很模糊,直到一場在中國技術學院辦的研討會,其中一個主講者的一句話,我終於瞭解了,這也是我到現在對嵌入式系統的理解。
所謂的嵌入式系統,其實可以這樣解釋,就是「嵌入式作業系統」,它的本質,實際上就是把作業系統嵌入到某個硬體平台上,就叫做嵌入式系統。
但因為作業系統的定義其實有模糊地帶,所以嵌入式系統也被泛指各種微電腦系統,原因在於,所謂的作業系統,它可能很單純,但也可以很複雜,我們用個
while(1) {}

裡面包入幾份工作,輪流的執行,這廣義的來說就算是作業系統。
因此很多微電腦系統都號稱是嵌入式系統,說起來也不完全是錯的。

而事實上,目前大部分指的嵌入式系統,多半是指32位元處理器形成的微電腦系統,並且在上面執行Linux、BSD、WinCE、WinXP這類的作業系統,這類客制化硬體 + 流行、功能強大的作業系統,是目前多半描述的嵌入式系統。
不過事實上,現在有些8051開發板,上面搭配了網路晶片、USB晶片,甚至音效晶片,並且在上面執行8051可以執行的簡易作業系統,這其實也是嵌入式系統的成員之一。

我們可以從上面我對嵌入式系統的名詞解釋(個人的理解),我們可以發現到,嵌入式系統包含了硬體、軟體、軔體(有時也稱驅動程式),因此嵌入式系統的門檻真的很高,我認為,一個嵌入式系統的工程師,至少需要具備一部分電子能力、一部分作業系統的瞭解、還程式開發的能力,我自認目前我還不具備上述所有的能力,至少每個部份我都還欠缺很多。
但同時,我認為35歲以下的年輕人(包括快30的我),要同時具備所有能力,應該很有難度,除非25歲就進入公司,並且被公司磨練了10年才有辦法。
而我認為,嵌入式系統要入門,有人帶的情況下,至少需要3年的時間,才能瞭解這些東西。

我在研究所至今,我必須說,我很不幸的遇到了很糟的老闆,以至於我唸了第四年,能不能畢業都還很難說,但最慘的是,我因此浪費了至少2年的嵌入式學習機會,儘管我老闆號稱做嵌入式系統,但其實他幾乎不瞭解嵌入式系統,我曾經聽他說過,他說「uC/OS這樣的作業系統,根本不能稱之為作業系統」,他也不懂硬體,看到電路、組合語言就完全畏懼,但很不幸的,我認為要搞嵌入式系統,這些是必要的。
因為正如我前面說過的,uC/OS和Linux相比,是一套小作業系統,但我們要開發商品或硬體,很多時候因為各種因素的限制(成本、體積、散熱、耗電...等),我們沒辦法使用32位元處理器,沒辦法有MB級的Flash,沒辦法有鋰電池電源,但是我們需要OS,這樣的系統它還是嵌入式系統,但沒辦法使用Linux、WinCE,因此uC/OS這類小型作業系統成了必要的選項。
此外,搞嵌入式系統,寫應用程式應該已經是非常幸福的了,因為沒有莫名其妙的問題,但既然是搞嵌入式系統,相信寫應用程式的應該是少數,就算是寫應用程式,也應該是受限制的嚴重,像是沒有加密函式庫,而像是.NET?我想應該很難看到他的身影,否則公司何必一個月NT40000請你呢?外包出去可能20000一週就能搞定了。
因此搞到軔體、驅動程式的機會其實很大,那麼在一個客制化硬體中寫軔體、驅動程式,不會碰到硬體IO、不會看到組合語言的機會有多大?我個人悲觀的認為並不大,因此,我會認為我老闆只是號稱做嵌入式系統,他其實對嵌入式系統並不瞭解。

我注意到這兩年嵌入式系統已經不像4,5年前那麼神秘了,被老闆綁越久,其實越難過,因為我很早就知道要走這條路,也很早就努力在摸索,但這兩年不但沒辦法進一步研究,還被綁著沒辦法出去,我估計再過2,3年,嵌入式系統的發展會更成熟,到時候人力需求會更少,相關的人才會更多(這兩年已經有這樣的傾向了)。

我認為,嵌入式系統在2年前甚至4年前,還是一團混亂,我認為這樣的情況會越來越少,我認為嵌入式系統在未來的發展,可能有幾個方向:
1. 開發走向標準化開發,會出現統一的開發方式,統一的函式庫
2. 會出現一些認證,因為目前嵌入式的工程師,程度差異性太大,像我老闆這樣「號稱」的人很多,因此認證變得有需要
3. 各層開發能夠分離,應用程式歸應用程式,作業系統歸作業系統,硬體歸硬體,能夠更有效的分散
4. 導入軟體工程,目前的嵌入式系統很亂,經常連開發時程都不好算,能不能開發出來都很難說,但軟體開發始終需要有計劃,否則對公司來說,漫無目的的砸錢並不是辦法,如何導入軟體工程,我相信目前還算是趨勢,套我之前學長說的,軟體工程中,說到itest這類測試工具,能夠有效的對程式開發時,錯誤的問題進行處理,但在嵌入式系統,三不五時就crash,不要說程式除錯,系統都死了怎麼除?顯然,軟工在這部分還有可以著墨的地方。
5. 硬體的相容性會越來越好,很難想像,嵌入式系統從8年前到現在,光OS的porting,就幾乎是非常大的問題,就算到現在,隨便一顆處理器的微電腦系統,要找到能用的作業系統都很難,要自己porting,還是只能看天,至於公司,除了求助硬體廠商之外,少不了至少3個工程師,花上2個月的時間進行porting,完畢後可能還需要2周,1個月進行測試,除了一堆bug後,工程師才會說「應該ok了」,所以我相信,這問題會逐步改善。

其實上述的問題,儘管我不喜歡M$,但不得不說,M$在嵌入式系統的發展上,很有計畫,而且做的很不錯。
1. M$把硬體相容性用驅動程式的概念來推行,在網頁直接列出某個版本的WinCE支援哪些硬體,並且新的WinCE都能支援舊的硬體,且不斷增加。
2. M$不得不說,對OS的Support至少是還ok的,讓硬體或軔體(驅動程式)廠商在開發WinCE時,不像Linux這麼無助。
3. M$把IE、Windows Media Player...等直接移植到WinCE,這讓開發多媒體、網路的廠商,可以不用辛苦的知道mplayer怎麼porting、mozilla怎麼porting就能直接開發多媒體、網路的產品。
4. M$直接提供 .NET CF...等函式庫,它知道開發嵌入式系統時,混亂的函式庫環境造成了多大的開發麻煩。
5. M$的共享程式碼計畫和龐大的WinCE架構(WinCE的一堆API),能夠讓嵌入式開發分層化,儘管因為架構很大很亂,分層起來還是很難搞,但至少有一堆interface,讓開發上能夠輕鬆些,Linux不得不說,這方面還是很亂,其他OS就更不用說了。

基於上述這些理由,還有M$對嵌入式的行銷,不得不說M$在嵌入式的市場真的是玩真的,而且這快10年的發展,真的讓M$在嵌入式的市場搶下很大的份額,至少手機、PDA部份,它吃掉了很大一塊,M$最近的新聞是,他要搞車用電腦。

3 則留言:

Fox 提到...

有考虑过基于Forth的8051么?

阿呆 提到...

抱歉,我沒用過基於Forth的8051。
我查了下,Forth應該是的CamelForth/8051吧!
看起來是一個8051的Embedded OS,不過很抱歉,我對它完全不了解。

Lin honey 提到...

您好
無意間逛到您的blog
目前小弟被主管指派利用ARM平台開發
目前打算利用win ce開發卻遇到2個問題
1. 目前使用的開發板是使用3.5吋的LCD,但之後需換成2.8吋的LCD,買了幾片2.8吋的LCD回來,但腳位不同,不知該如何換?

2. 目前還無法在win ce下讀取I2C訊號.

不好意思,小弟只是個新手,遇到大問題,才冒味請問您!!

謝謝!!