呼嘯而來的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用風(fēng)潮，正在悄悄地改變著一些傳統(tǒng)行業(yè)的面貌。古老的、技術(shù)驅(qū)動的半導(dǎo)體行業(yè)，已經(jīng)走到了一個重要的拐點前。

　　1982年發(fā)生在新罕布什爾州華盛頓山的那場暴風(fēng)雪，徹底改變了美國攀巖天才HughHerr的人生軌跡。此前，他已是聞名全美的登山家，而在那場暴風(fēng)雪中，HughHerr迷了路，被迫在山中度過了3個溫度接近-30℃的黑夜。在被解救后，HughHerr的雙腿因為嚴重凍傷，而不得不截去了膝蓋以下的肢體。

　　“在手術(shù)過程中我一直在想，如何才能繼續(xù)我的夢想？”HughHerr回憶說，“我的答案是――依靠科技?！爆F(xiàn)在，HughHerr使用各種技術(shù)來幫助自己像正常人一樣生活和工作。其中，他最為依賴的是“他的”嵌入式系統(tǒng)，一種可以“穿”在身上，融合了感知、計算和互聯(lián)的智能仿生技術(shù)。

　　請“穿戴”上機器

　　只用了幾個月，HughHerr就依靠自己設(shè)計的“有堅硬腳趾”、可以站在“硬幣大小”巖石表面的假肢，重新回到了其鐘愛的登山運動中。此后，HughHerr在麻省理工學(xué)院（MIT）拿到了機械工程碩士和生物醫(yī)學(xué)博士學(xué)位，并在做生物醫(yī)學(xué)器械博士后的時候，開始研究仿真人腿的假肢機器人系統(tǒng)。

　　現(xiàn)在，HughHerr領(lǐng)導(dǎo)著MIT媒體實驗室（MediaLab）生物機械工程研究所的工作。在這個研究所中，他們利用包含嵌入式處理器、傳感器、無線網(wǎng)絡(luò)、模擬器件以及控制軟件在內(nèi)的嵌入式系統(tǒng)，把機械工程與生物力學(xué)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制學(xué)相融合?！霸谇度胧较到y(tǒng)中，處理器就像人的大腦，傳感器像人的眼睛和耳朵，模擬器件就相當于人體的肌肉，軟件算法則讓所有器官發(fā)揮功效?！迸cHughHerr一起工作的嵌入式半導(dǎo)體方案供應(yīng)商飛思卡爾全球消費電子及工業(yè)類應(yīng)用傳感器產(chǎn)品部運營總監(jiān)WayneChavez形象地比喻說。

　　與PC不同，嵌入式系統(tǒng)一般體積微小、功耗很低、軟硬件一體化，可以嵌入到幾乎現(xiàn)實世界的所有物體中，實現(xiàn)人們讓它完成的智能功能。

　　在HughHerr設(shè)計的人工膝蓋中，傳感器和處理器可以持續(xù)感知關(guān)節(jié)的位置和適于肢體的負載，以便去協(xié)調(diào)腿部運動；而他設(shè)計的世界上第一個踝足假肢機器人系統(tǒng)，利用多個傳感器、微控制器和模擬器件來模仿人體肌肉骨骼結(jié)構(gòu)和運動，第一次給小腿截肢者提供了一個自然的步態(tài)。如今，這些“可穿戴的機器人”部分已經(jīng)商用化，正在幫助殘障人士實現(xiàn)身體的“自愈”，并讓他們以越來越自然的方式來生活。

　　HughHerr自己也穿戴了這樣一個踝足假肢，它包含5個微處理器和12個傳感器。每個月，HughHerr都對它們進行升級，希望如此訓(xùn)練到80歲時，這對假肢能夠變成自己的“血肉之軀”。“很快，會有其他傳感器植入到我的肌肉組織中，它們可以感受肌肉的運動，再與假肢系統(tǒng)互動。”HughHerr對記者說，“再過50年，假肢也可以把它感受到的信息映射給嵌入到我肌肉的傳感器，這樣，我就可以感覺到假肢的感受，感覺假肢‘肌肉’的收縮和拉伸，判斷我現(xiàn)在走路的狀況是否適合假肢，從而幫助我更好地行走?！?/p>

　　除了假肢機器人系統(tǒng)，MIT媒體實驗室的研究人員也在利用嵌入式技術(shù)來實現(xiàn)其他生物技術(shù)的突破。

　　一些研究人員像安裝太陽能面板那樣，把一些微小的嵌入式陣列植入大腦，對大腦某些區(qū)域進行特定的干預(yù)和刺激，來治療某種疾病。例如，他們通過100Hz的聲波系統(tǒng)讓大腦某個區(qū)域產(chǎn)生愉悅感，讓有自殺念頭的人放棄這個想法，這種方法還可以治療抑郁癥。“世界上有一半的人存在某種程度上的認知困難，我們希望依靠嵌入式技術(shù)和其他未來技術(shù)，在本世紀末消除這些殘疾?！盚ughHerr闡述了他們的理念。

　　“現(xiàn)在，全球正在刮起一股新的‘嵌入式風(fēng)潮’?！憋w思卡爾董事會主席兼首席執(zhí)行官RichBeyer說，“更重要的是，這些嵌入式系統(tǒng)與PC不同，他們功耗很低，幾乎可以永遠待機、永遠與我們同行?！?/p>

　　“零排放、零傷亡”汽車

　　除了人可以“穿戴”機器人，幾乎我們身邊所有的物件都可以“穿戴”上各種類型的機器人系統(tǒng)，并因此變得更為智能，汽車就是其中一種。在這場嵌入式風(fēng)潮中，汽車已經(jīng)不再是傳統(tǒng)意義上的鋼鐵機械裝備，它更像是一類電子智能設(shè)備，更為有意義的是，這讓汽車越來越靠近“零傷亡”和“零排放”的終極目標。

　　一些豪華車已經(jīng)穿上了“主動安全”機器人系統(tǒng)，這讓汽車變得像飛機，只要設(shè)置好相應(yīng)的程序，就能實現(xiàn)自動駕駛，駕駛員可以“閉上眼睛”。一種自動巡航系統(tǒng)正在美國和日本日漸流行，它在車的前部裝有一個雷達系統(tǒng)，這與我們所熟悉的倒車雷達不同――倒車雷達基于超聲波技術(shù)，只能判斷一兩米以內(nèi)的物體，而自動巡航系統(tǒng)的雷達則基于77GHz電磁波，可以“看”到車前方250米范圍內(nèi)的物體。此外，車上還安裝著一種攝像機系統(tǒng)，它通過汽車外部四周的４個或更多的攝像頭，來自動識別車身周邊的物體、道路上的交通標志以及車道線，如果車輛不小心越過黃線，系統(tǒng)會自動報警。

　　自動巡航系統(tǒng)由微控制器的“大腦”、77GHz射頻收發(fā)器的“眼睛”、數(shù)字信號處理器的“視覺分析神經(jīng)”以及模擬器件的“肌肉”組成。攝像機系統(tǒng)則包含了攝像頭傳感器“眼睛”、網(wǎng)絡(luò)溝通的“神經(jīng)”和微控制器的“大腦”組成。目前這些機器人還比較昂貴，動輒上萬元甚至幾萬元，因此，估計要在2年后才可以出現(xiàn)在國內(nèi)品牌汽車上，5年后有望逐步普及。即使這樣，我們也可以感受到這些機器人系統(tǒng)向汽車業(yè)滲透的高速率的步伐。

　　“今年底，飛思卡爾和博世設(shè)計的成本在千元左右的安全氣囊將進入市場，這會讓普及率提升?！憋w思卡爾全球汽車市場總監(jiān)StephanLehmann說。此外，防止剎車或急速轉(zhuǎn)向時汽車發(fā)生側(cè)滑、翻滾的電子穩(wěn)定性系統(tǒng)，可以根據(jù)車輛行駛方向“上下左右轉(zhuǎn)動”的“車燈眼睛”也會逐步進入國產(chǎn)中高檔汽車。

　　除了零傷亡外，零排放也是嵌入式系統(tǒng)的一個目標。去年，吉利汽車的工程師開始設(shè)計混合動力汽車。在這類新能源車上，除了傳統(tǒng)的汽油發(fā)動機外，還加入了電機。這樣，當你踩油門用力過猛時，多余的功率就會轉(zhuǎn)換成電能存儲在電池中；當能量不夠時，能源就從電池中釋放出來，發(fā)動機因此能一直工作在某種穩(wěn)定的狀態(tài)下，這就提高了燃油利用率，減少了排放。當然，這是一種過渡的方案。未來，純電動汽車將只有電機和電池，那時將實現(xiàn)“零排放”。

　　“當吉利推出它的下一代汽車時，你一定要關(guān)注嵌入式系統(tǒng)的貢獻?！盧ichBeyer先生強調(diào)說。

　　與人體中“穿戴”的機器人相同，汽車上的各類嵌入式系統(tǒng)也需要平臺化方案――要集成了處理器、傳感器、射頻收發(fā)器、無線網(wǎng)絡(luò)、模擬器件和軟件算法，同時，也在不斷追求小型化、高性能和低成本。但汽車機器人系統(tǒng)也有不同之處，國際組織已經(jīng)為它們制定了安全標準――ISO26262，這個標準即將強制實施。根據(jù)標準，汽車上各類機器人都要符合不同的安全級別，例如剎車方面的ABS系統(tǒng)，安全級別就要達到最高的D級。

　　無處不在的醫(yī)生

　　除了可“穿戴”在人或汽車上的機器人，我們身邊還有形態(tài)萬千的獨立嵌入式設(shè)備，它們在移動和無線互聯(lián)的過程中為我們提供各類服務(wù)，這在未來的醫(yī)療領(lǐng)域體現(xiàn)尤為突出。

　　現(xiàn)在，飛思卡爾全球健康部門負責人StevenDean先生每天一起床就趕緊去查看一個身邊的個人終端，這個小終端在晚上一直監(jiān)測他的睡眠呼吸情況，看是否發(fā)生過窒息，同時判斷他的睡眠質(zhì)量。起床后，一個集成了多種傳感器的小智能設(shè)備戴在了Steven的胳膊上，一按按鈕，就開始為他自動測量血壓、脈搏等指標。另一個指環(huán)一樣的設(shè)備戴在Steven的手指上，為他測量血糖，這些測試結(jié)果實時傳送到家庭健康樞紐上，而Steven的個人醫(yī)生Dr.Jose也在遠程實時看到了這些數(shù)據(jù)。

　　目前，全球10%的人口患有糖尿病，而中國和印度占了全球糖尿病患者的40%，這些患者需要每天多次測量自己的血糖，而這些小巧互聯(lián)的設(shè)備讓他們的測量和診治變得簡單而方便。由于經(jīng)濟、城鎮(zhèn)化發(fā)展趨勢以及高速攀升的醫(yī)療開支，公共醫(yī)療衛(wèi)生重心已經(jīng)轉(zhuǎn)向?qū)σ恍┞圆?，例如高血壓、心臟衰竭、糖尿病和癌癥的監(jiān)測和預(yù)防。而通過這些低成本、便攜、無線互聯(lián)、易用的智能系統(tǒng)，人們?nèi)メt(yī)院的時間可以減少65%，一年中住院的時間也將減少6天。

　　現(xiàn)在，醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域正在開發(fā)這種成套的醫(yī)療系統(tǒng)。在這些系統(tǒng)中，最主要的變革來自“大腦”應(yīng)用處理器?！霸谖磥韼啄?，我們預(yù)測顯示器的分辨率會有2倍到4倍的提升，為了趕上這樣的創(chuàng)新速度，我們引入雙核處理器，支持3D圖形界面、高清3D顯示?！盧ichBeyer說，“它還要能夠提供全套解決方案，節(jié)省產(chǎn)品的上市時間，并盡量降低成本?！?/p>

　　掌上4G基站

　　除了無線互聯(lián)和降低自身的成本，嵌入式系統(tǒng)也正在與云計算結(jié)合，去改變傳統(tǒng)行業(yè)多年的游戲規(guī)則。例如，它們就正在顛覆手機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的傳統(tǒng)概念。

　　誰也不愿意讓電信運營商把那些體積龐大的發(fā)射天線塔安裝在自己家的樓上或居民區(qū)里。這些天線的發(fā)射功率有時高達幾百瓦，它產(chǎn)生的輻射不僅是心血管疾病、癌突變的主要誘因，也可以對人體免疫系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)造成直接傷害。

　　“這僅僅是我們與電信運營商部署手機網(wǎng)絡(luò)時遭遇的問題之一。”阿爾卡特-朗訊的產(chǎn)品經(jīng)理JeromeMeyer說。根據(jù)相關(guān)市場預(yù)測，到2015年，移動數(shù)據(jù)流量將比現(xiàn)在增加30倍，但不幸的是，電信運營商的收入增長卻沒有那么好的勢頭。這樣，電信運營商一方面不得不升級網(wǎng)絡(luò)、增加網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，另一方面卻要想方設(shè)法降低網(wǎng)絡(luò)部署成本以及運維成本。

　　阿爾卡特-朗訊下屬的貝爾實驗室的科學(xué)家最近研發(fā)出一種新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)――把過去大的集中式管理的基站，分解成多個小型基站，通過云的網(wǎng)絡(luò)進行分配管理，實現(xiàn)那些大型基站完成的通信任務(wù)。

　　今年，阿爾卡特-朗訊和飛思卡爾、惠普合作推出了相應(yīng)的產(chǎn)品LightRadio。那些原來引發(fā)人們恐慌的天線塔現(xiàn)在縮小到一個2英寸見方的立方體中，變成了JeromeMeyer手上的盒子?！澳憧梢园阉惭b在電線桿、建筑物兩側(cè)或者一些非常不起眼的地方?！盝eromeMeyer說。而且，你甚至可以在家里安裝一個小盒子，因為它現(xiàn)在的發(fā)射功率只有幾瓦，甚至1瓦以下，完全可以不用擔心輻射問題。

　　雖然體積小、發(fā)射功率低，但這些小巧設(shè)備在云的網(wǎng)絡(luò)中可以完成龐大任務(wù)。如果把16個這樣的小立方體組成一個陣列，就可以實現(xiàn)3G宏蜂窩基站的功能。這種結(jié)構(gòu)讓運營商的資本投資降低20%，而考慮占地、電力消耗等因素，運營維護成本可以減少50%。

　　這種新型基站得益于多核處理器嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展，在一塊采用28納米制程技術(shù)的多核芯片上，由于它的處理性能是以前芯片的4倍，它可以把基站的所有功能都整合到一個單芯片上去，稱為“片上基站”。

　　在這場嵌入式風(fēng)潮中，半導(dǎo)體行業(yè)已經(jīng)走到了一個重要的拐點，他們不再像PC時代時那樣一味地追求處理器的性能，而要增強嵌入式處理、傳感器、射頻、無線通信、功率管理與軟件的無縫連接能力；同時，他們的創(chuàng)新更要從系統(tǒng)設(shè)計和應(yīng)用的角度出發(fā)，而不僅僅只是硅的故事。