嵌入式系统应用不寻常
去年年底,在美国举行了嵌入式系统国际会议的年会。在会上,英国ARC Cores公司负责市场开拓的副总裁Jim Turley先生作了一个十分生动活泼而又妙趣横生的发言,谈到了嵌入式系统的一些不寻常的应用,以此来说明嵌入式系统的市场是如何的广阔。现在,将他的发言摘要编译如下。供读者参考。
提起微处理器人们很容易联想到PC机。但是微处理器的应用领域,无论从应用的范围使用的规模,以及采用的数量,都远远地超出了PC机的范畴。从数量上来看,x86类型的处理器,包括Intel公司和AMD公司生产的,加在一起也顶不上微处理器总消耗量的0。1%。其中应用数量最大的是在嵌入式系统中的应用。数量之大,说明应用范围的广泛。也在一定程度上说明,不存在有所谓嵌入式系统的典型应用。嵌入式处理器,包括微处理器、微控制器和数字信号处理器。
家庭中的应用
现在,每个家庭使用的嵌入式处理器平均约30~40个。一台PC机中就可能使用了10个嵌入式处理器。它的CD-ROM、硬盘和软盘驱动器,都需要使用嵌入式处理器;此外,键盘、声卡、调制解调器,以及监视器中也都需要使用嵌入式处理器。家庭里还使用了大量的小家用电器。这些家用电器包括:洗碗机、冰箱、洗衣机、炉灶,以及报警系统、应答机、录象机、自动钟表等等。就以不起眼的洗碗碟机为例,近来美国通用电器公司,在它的洗碗机中使用了一个DSP,专门用来消除洗碗机所产生的噪声,还真有效。在它运行时,一般人只有当触摸着机器,感觉到它的振动时,才能说出洗碗机是否开动了。这个洗碗机所安装的DSP,除了可以消除噪声的功能以外,还具有另外一套功能。它具有一种算法,可以根据所清洗的对象来调节控制水的压力,清洗浅而平的餐具,例如盘子,所用的水压需要比洗碗或洗锅时的压力低。
先撇开电视、音响的机器本身,自然它们都免不了要使用嵌入式处理器。现仅以遥控器为例。各种各样的家用电器都有自己的遥控器,遥控器几乎泛滥成灾了。使用起来也不方便。甚至鼎鼎大名的Microsoft公司,也想开发一种通用的遥控器。它们开发的通用遥控器,称为“Take Control",是和Harmon Kardon公司合作开发的。令人印象深刻的是,Microsoft的遥控器也摆脱不了“Windows”的影子。显示屏是一个Windows,用图符区分控制对象和频道。采用的是触摸屏,用手指按住图符,将图符‘拖’,‘放’到不同的‘文件夹’,以此来实现控制对象的选择,或频道的转换。竟然还有其它厂商也‘继承’Microsoft的传统。Redmond公司生产的无绳电话,也采用Windows作为人机界面,通过触摸屏和对图符的拖、放,实现和电话号码簿的链接。
一个比较有用的具有组合功能的电视机遥控器,是在遥控器中集成了一部无绳电话。当电话被呼叫时,该遥控器可以自动将电视的音量调低,实现静音,以便用户接听电话。这时,遥控器就起一个电话分机的作用。另外还有一些比较有用的小东西,甚至可以说是不可缺少的东西。例如,可以发声的‘卡祖笛’(kazoo)。它可以编程,可以按照你的呼声,答应不同的声音。对于那些容易忘记东西的人,十分有用。例如找不到钥匙,就可以呼叫它。此外,还可以提醒你,例如一种装在钱包内的“卡祖笛”,当你从钱包里取出信用卡时,它就一直发出一种提醒你注意的声音,直到你把信用卡放回钱包为止。
关于家用吸尘器也有不少独出心裁的创造,有的在其中安装了AMD 29200处理器,用它来调节气流大小。此外,在吸尘器的入口处,还安装了可以进行自动清洗的垃圾箱,以便收集垃圾。为了免去擦拭窗户之苦,有人在家中根本不设置窗子,而是安装“虚拟窗子”。所谓虚拟窗子,就是在应该设置窗子的地方安置LCD显示屏,通过显示屏间接地显示外界的景色。现在在日本就可以看到,许多建筑物的电梯已不再用玻璃隔墙了,取代它们的是密封的仓体。仓体的壁上是一些显示屏,可以显示外界的景色,也可以从网上下载一些艺术图画。
这些技术甚至也被应用于微波炉。在微波炉的门上安装一个10英吋的LCD显示屏,接上USB和56k的调制解调器,当你在热饭时,也可以继续在网上冲浪。在微波炉上采用奔腾II处理器,就可以应付以上的功能要求,并且可以照顾热饭。为了能看到被加热的食品的情况,也可以在炉内安装摄像头;当选择观察内部时,LCD屏幕就可以显示炉内的状况。
电子玩具、电子宠物也是不可忽视的市场。不但儿童、青少年,甚至妇女、老年人也情有独锺。现在有的玩具火车,不但可以模仿火车进站、出站、过隧道的声音,也可以模仿运载畜群车的情景。随着火车速度的快慢,牛的鸣叫声也不相同。速度慢时,发出安详的哞哞声。速度加快时,噪声也加大、直到发出狂乱逃窜的哀叫声。有一种电子宠物称为Furby,甚至获得了“殊荣”,被美国联邦调查局(CIA)所禁止。Furby可以录音,可以倾听你的讲话,并作出某些反应。而美国联邦调查局不允许在它们的管辖范围内有这样的录音装置。
在电子宠物中,有一条电子狗值得一提。日本索尼公司成功地开发了一种类似机器人的电子狗,它的名字叫AIBO。AIBO具有狗的外形和面貌,在它的尾巴处开了一个小槽,可以放进容量为16 Mbyte的存储棒。狗内安装了一个64位的微处理器,还有许多传感器、致动器等电子元器件。AIBO和Furby一样,可以听懂声音,而且经过训练,能作出一定的反应。AIBO在和主人相处的过程中,逐渐适应了主人的要求,作出主人希望它作出的反应。这些都存储在存储棒里。一直到存储棒存满为止。存满以后,AIBO系统将失去应有的功能。需要主人或技术支持人员对存储器进行格式化,并重新启动。结果AIBO又重新变得像“陌生人”一样,好象变成了一个新人。这的确让人沮丧,尤其可能令年青的女主人伤心。这些伤心的主人必须重新训练它们,重新按希望它具有的反应编程。顺便提一句,这个玩具所具有的处理能力,和早先的Sun 3工作站相差无几。
汽车中的嵌入式系统
汽车内部正在迅速发展成为一个具有相当规模的局域网(LAN)。1997年某种型号的Volvo轿车,仅车内的连线就足有1200m长。现在车内的连接线已经成为最重、也是最昂贵的电器部分。为了改变这种状况,汽车制造商正在改用光纤组成的LAN,并且尽可能采用嵌入式系统。1976年的Deville型的卡迪拉克轿车,是首先使用嵌入式微处理器的轿车。现在S-级的梅塞德斯轿车,每辆车内平均安装有65个微处理器。BMW 7系列轿车,则平均安装有63个微处理器。车前的大灯和车后的尾灯都是用微处理器控制的。智能化的侧视镜,与光学传输系统相连接,可以指向车的下面。驾车人在倒车时,可以从车内看清车下的情况,看清是否有类似AIBO的真狗。车内的音响,与传感器和控制器相连,可以根据具体情况自动调节音响的音量,使得输出电平适量地超出车内环境噪音的电平。
汽车灵活性和通信能力的加强,显著地提高了汽车的安全状况。如果出现事故,安全气囊的传感器除了给气囊自动充气,以防止撞伤以外,还同时向GPS服务站登记报案;并且还将有关数据传送给蜂窝电话手机,让手机自动向警察报警,以便交通警察及时知道,你在那里出了事故,和你的准确位置。
如果你是一位计算机迷,你可以在车上安装一台车用电脑。并且可以在驾驶时接收电子邮件。当收到电子邮件时,通过嵌入式系统,将邮件的报文转换成为语音,因此并不需要将视线转移到屏幕上去。此外,还可以通过嵌入式的语音识别系统,将你的语音命令代替计算机键盘作为输入的工具。应用声音媒体作为人机的界面。
在宇航方面的应用,往往成为民用的先导。执行火星探路者飞行任务的飞行器,和定居者(Sojourner)登陆舱一样,都安装有嵌入式的PowerPC,执行控制和其它运行功能。现在,利用嵌入式微处理器组成的导航系统和GPS系统,也可以作为你出行和回家的导航器。不论你处在什么地方,都可以依靠它们把你引导回家。对你来说,海森伯关于量子的测不准定律(Heisenberg's uncertainty principle)是不起作用的。
结束语
虽然Turley先生列举了许许多多的嵌入式系统十分有趣的应用例子。但是,从宇宙空间,到小小的垃圾箱,嵌入式系统的应用是无法一一枚举的。展望将来,正如Turley先生最后所说,“这不过是冰山的一个小角”,嵌入式系统可以应用的领域,还远未述及。应用领域和市场发展的空间还依然庞大,限制它的,仅仅是我们的想象力。
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