嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用不尋常

去年年底，在美國(guó)舉行了嵌入式系統(tǒng)國(guó)際會(huì)議的年會(huì)。在會(huì)上，英國(guó)ARC Cores公司負(fù)責(zé)市場(chǎng)開拓的副總裁Jim Turley 先生作了一個(gè)十分生動(dòng)活潑而又妙趣橫生的發(fā)言，談到了嵌入式系統(tǒng)的一些不尋常的應(yīng)用，以此來說明嵌入式系統(tǒng)的市場(chǎng)是如何的廣闊。現(xiàn)在，將他的發(fā)言摘要編譯如下。供讀者參考。
提起微處理器人們很容易聯(lián)想到PC機(jī)。但是微處理器的應(yīng)用領(lǐng)域，無論從應(yīng)用的范圍使用的規(guī)模，以及采用的數(shù)量，都遠(yuǎn)遠(yuǎn)地超出了PC機(jī)的范疇。從數(shù)量上來看，x86類型的處理器，包括Intel公司和AMD公司生產(chǎn)的，加在一起也頂不上微處理器總消耗量的0。1%。其中應(yīng)用數(shù)量最大的是在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用。數(shù)量之大，說明應(yīng)用范圍的廣泛。也在一定程度上說明，不存在有所謂嵌入式系統(tǒng)的典型應(yīng)用。嵌入式處理器，包括微處理器、微控制器和數(shù)字信號(hào)處理器。

家庭中的應(yīng)用

現(xiàn)在，每個(gè)家庭使用的嵌入式處理器平均約30~40個(gè)。一臺(tái)PC機(jī)中就可能使用了10個(gè)嵌入式處理器。它的CD-ROM、硬盤和軟盤驅(qū)動(dòng)器，都需要使用嵌入式處理器；此外，鍵盤、聲卡、調(diào)制解調(diào)器，以及監(jiān)視器中也都需要使用嵌入式處理器。家庭里還使用了大量的小家用電器。這些家用電器包括：洗碗機(jī)、冰箱、洗衣機(jī)、爐灶，以及報(bào)警系統(tǒng)、應(yīng)答機(jī)、錄象機(jī)、自動(dòng)鐘表等等。就以不起眼的洗碗碟機(jī)為例，近來美國(guó)通用電器公司，在它的洗碗機(jī)中使用了一個(gè)DSP，專門用來消除洗碗機(jī)所產(chǎn)生的噪聲，還真有效。在它運(yùn)行時(shí)，一般人只有當(dāng)觸摸著機(jī)器，感覺到它的振動(dòng)時(shí)，才能說出洗碗機(jī)是否開動(dòng)了。這個(gè)洗碗機(jī)所安裝的DSP，除了可以消除噪聲的功能以外，還具有另外一套功能。它具有一種算法，可以根據(jù)所清洗的對(duì)象來調(diào)節(jié)控制水的壓力，清洗淺而平的餐具，例如盤子，所用的水壓需要比洗碗或洗鍋時(shí)的壓力低。
先撇開電視、音響的機(jī)器本身，自然它們都免不了要使用嵌入式處理器?，F(xiàn)僅以遙控器為例。各種各樣的家用電器都有自己的遙控器，遙控器幾乎泛濫成災(zāi)了。使用起來也不方便。甚至鼎鼎大名的Microsoft公司，也想開發(fā)一種通用的遙控器。它們開發(fā)的通用遙控器，稱為“Take Control"，是和Harmon Kardon公司合作開發(fā)的。令人印象深刻的是，Microsoft的遙控器也擺脫不了“Windows”的影子。顯示屏是一個(gè)Windows，用圖符區(qū)分控制對(duì)象和頻道。采用的是觸摸屏，用手指按住圖符，將圖符‘拖’，‘放’到不同的‘文件夾’，以此來實(shí)現(xiàn)控制對(duì)象的選擇，或頻道的轉(zhuǎn)換。竟然還有其它廠商也‘繼承’Microsoft的傳統(tǒng)。Redmond公司生產(chǎn)的無繩電話，也采用Windows作為人機(jī)界面，通過觸摸屏和對(duì)圖符的拖、放，實(shí)現(xiàn)和電話號(hào)碼簿的鏈接。
一個(gè)比較有用的具有組合功能的電視機(jī)遙控器，是在遙控器中集成了一部無繩電話。當(dāng)電話被呼叫時(shí)，該遙控器可以自動(dòng)將電視的音量調(diào)低，實(shí)現(xiàn)靜音，以便用戶接聽電話。這時(shí)，遙控器就起一個(gè)電話分機(jī)的作用。另外還有一些比較有用的小東西，甚至可以說是不可缺少的東西。例如，可以發(fā)聲的‘卡祖笛’（kazoo）。它可以編程，可以按照你的呼聲，答應(yīng)不同的聲音。對(duì)于那些容易忘記東西的人，十分有用。例如找不到鑰匙，就可以呼叫它。此外，還可以提醒你，例如一種裝在錢包內(nèi)的“卡祖笛”，當(dāng)你從錢包里取出信用卡時(shí)，它就一直發(fā)出一種提醒你注意的聲音，直到你把信用卡放回錢包為止。
關(guān)于家用吸塵器也有不少獨(dú)出心裁的創(chuàng)造，有的在其中安裝了AMD 29200處理器，用它來調(diào)節(jié)氣流大小。此外，在吸塵器的入口處，還安裝了可以進(jìn)行自動(dòng)清洗的垃圾箱，以便收集垃圾。為了免去擦拭窗戶之苦，有人在家中根本不設(shè)置窗子，而是安裝“虛擬窗子”。所謂虛擬窗子，就是在應(yīng)該設(shè)置窗子的地方安置LCD顯示屏，通過顯示屏間接地顯示外界的景色?，F(xiàn)在在日本就可以看到，許多建筑物的電梯已不再用玻璃隔墻了，取代它們的是密封的倉(cāng)體。倉(cāng)體的壁上是一些顯示屏，可以顯示外界的景色，也可以從網(wǎng)上下載一些藝術(shù)圖畫。
這些技術(shù)甚至也被應(yīng)用于微波爐。在微波爐的門上安裝一個(gè)10英吋的LCD顯示屏，接上USB和56k的調(diào)制解調(diào)器，當(dāng)你在熱飯時(shí)，也可以繼續(xù)在網(wǎng)上沖浪。在微波爐上采用奔騰II處理器，就可以應(yīng)付以上的功能要求，并且可以照顧熱飯。為了能看到被加熱的食品的情況，也可以在爐內(nèi)安裝攝像頭；當(dāng)選擇觀察內(nèi)部時(shí)，LCD屏幕就可以顯示爐內(nèi)的狀況。
電子玩具、電子寵物也是不可忽視的市場(chǎng)。不但兒童、青少年，甚至婦女、老年人也情有獨(dú)鍾?，F(xiàn)在有的玩具火車，不但可以模仿火車進(jìn)站、出站、過隧道的聲音，也可以模仿運(yùn)載畜群車的情景。隨著火車速度的快慢，牛的鳴叫聲也不相同。速度慢時(shí)，發(fā)出安詳?shù)倪柽杪?。速度加快時(shí)，噪聲也加大、直到發(fā)出狂亂逃竄的哀叫聲。有一種電子寵物稱為Furby，甚至獲得了“殊榮”，被美國(guó)聯(lián)邦調(diào)查局（CIA）所禁止。Furby可以錄音，可以傾聽你的講話，并作出某些反應(yīng)。而美國(guó)聯(lián)邦調(diào)查局不允許在它們的管轄范圍內(nèi)有這樣的錄音裝置。
在電子寵物中，有一條電子狗值得一提。日本索尼公司成功地開發(fā)了一種類似機(jī)器人的電子狗，它的名字叫AIBO。AIBO具有狗的外形和面貌，在它的尾巴處開了一個(gè)小槽，可以放進(jìn)容量為16 Mbyte的存儲(chǔ)棒。狗內(nèi)安裝了一個(gè)64位的微處理器，還有許多傳感器、致動(dòng)器等電子元器件。AIBO和Furby一樣，可以聽懂聲音，而且經(jīng)過訓(xùn)練，能作出一定的反應(yīng)。AIBO在和主人相處的過程中，逐漸適應(yīng)了主人的要求，作出主人希望它作出的反應(yīng)。這些都存儲(chǔ)在存儲(chǔ)棒里。一直到存儲(chǔ)棒存滿為止。存滿以后，AIBO系統(tǒng)將失去應(yīng)有的功能。需要主人或技術(shù)支持人員對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行格式化，并重新啟動(dòng)。結(jié)果AIBO又重新變得像“陌生人”一樣，好象變成了一個(gè)新人。這的確讓人沮喪，尤其可能令年青的女主人傷心。這些傷心的主人必須重新訓(xùn)練它們，重新按希望它具有的反應(yīng)編程。順便提一句，這個(gè)玩具所具有的處理能力，和早先的Sun 3工作站相差無幾。

汽車中的嵌入式系統(tǒng)

汽車內(nèi)部正在迅速發(fā)展成為一個(gè)具有相當(dāng)規(guī)模的局域網(wǎng)（LAN）。1997年某種型號(hào)的Volvo轎車，僅車內(nèi)的連線就足有1200m長(zhǎng)?，F(xiàn)在車內(nèi)的連接線已經(jīng)成為最重、也是最昂貴的電器部分。為了改變這種狀況，汽車制造商正在改用光纖組成的LAN，并且盡可能采用嵌入式系統(tǒng)。1976年的Deville型的卡迪拉克轎車，是首先使用嵌入式微處理器的轎車?，F(xiàn)在S-級(jí)的梅塞德斯轎車，每輛車內(nèi)平均安裝有65個(gè)微處理器。BMW 7 系列轎車，則平均安裝有63個(gè)微處理器。車前的大燈和車后的尾燈都是用微處理器控制的。智能化的側(cè)視鏡，與光學(xué)傳輸系統(tǒng)相連接，可以指向車的下面。駕車人在倒車時(shí)，可以從車內(nèi)看清車下的情況，看清是否有類似AIBO的真狗。車內(nèi)的音響，與傳感器和控制器相連，可以根據(jù)具體情況自動(dòng)調(diào)節(jié)音響的音量，使得輸出電平適量地超出車內(nèi)環(huán)境噪音的電平。
汽車靈活性和通信能力的加強(qiáng)，顯著地提高了汽車的安全狀況。如果出現(xiàn)事故，安全氣囊的傳感器除了給氣囊自動(dòng)充氣，以防止撞傷以外，還同時(shí)向GPS服務(wù)站登記報(bào)案；并且還將有關(guān)數(shù)據(jù)傳送給蜂窩電話手機(jī)，讓手機(jī)自動(dòng)向警察報(bào)警，以便交通警察及時(shí)知道，你在那里出了事故，和你的準(zhǔn)確位置。
如果你是一位計(jì)算機(jī)迷，你可以在車上安裝一臺(tái)車用電腦。并且可以在駕駛時(shí)接收電子郵件。當(dāng)收到電子郵件時(shí)，通過嵌入式系統(tǒng)，將郵件的報(bào)文轉(zhuǎn)換成為語(yǔ)音，因此并不需要將視線轉(zhuǎn)移到屏幕上去。此外，還可以通過嵌入式的語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)，將你的語(yǔ)音命令代替計(jì)算機(jī)鍵盤作為輸入的工具。應(yīng)用聲音媒體作為人機(jī)的界面。
在宇航方面的應(yīng)用，往往成為民用的先導(dǎo)。執(zhí)行火星探路者飛行任務(wù)的飛行器，和定居者（Sojourner）登陸艙一樣，都安裝有嵌入式的PowerPC，執(zhí)行控制和其它運(yùn)行功能。現(xiàn)在，利用嵌入式微處理器組成的導(dǎo)航系統(tǒng)和GPS系統(tǒng)，也可以作為你出行和回家的導(dǎo)航器。不論你處在什么地方，都可以依靠它們把你引導(dǎo)回家。對(duì)你來說，海森伯關(guān)于量子的測(cè)不準(zhǔn)定律（Heisenberg's uncertainty principle）是不起作用的。

結(jié)束語(yǔ)

雖然Turley先生列舉了許許多多的嵌入式系統(tǒng)十分有趣的應(yīng)用例子。但是，從宇宙空間，到小小的垃圾箱，嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用是無法一一枚舉的。展望將來，正如Turley先生最后所說，“這不過是冰山的一個(gè)小角”，嵌入式系統(tǒng)可以應(yīng)用的領(lǐng)域，還遠(yuǎn)未述及。應(yīng)用領(lǐng)域和市場(chǎng)發(fā)展的空間還依然龐大，限制它的，僅僅是我們的想象力。