——杂谈电子与信息的机械化进程

第一次接触VxWorks，是1986年在美国伦塞利尔理工学院（RPI）机器人与自动化实验室作博士研究生的时候。当时感受最深的就是凭什么一个操作系统要6万多美元，比我们的被控制对象PUMA机器人系统还要贵？那时，采用VxWorks只是为了实现实时控制，根本没有想到它会同嵌入式系统挂上钩，更没有想到嵌入式系统会在十多年后成为计算机技术领域的一个热点，电子应用的一个主要动力。

中国科学院复杂系统与智能科学重点实验室研究员田捷博士为其新著《嵌入式软件开发》请我写序，其实我并不是本书的合适写序之人。首先是因为自己一直没找到时间细读本书，其次是尽管自己在嵌入式系统方面教书和应用十多年，但的确没有做过深入的研究，对嵌入式的认识更是片面和肤浅。然而，对于嵌入式技术时代性的重要意义，我是非常认同的，也十分鼓励我们实验室的科研人员扎扎实实做好这方面的工作，不但在工程应用上有所创新，在方法研究和系统集成上也希望有所贡献。同时，我也希望借此机会谈一下自己对电子和信息系统机械化进程的点滴认识。虽然这看来与本书没有直接关系，其实是嵌入式系统发展的实质，至少到目前为止，我的观点如此。

本书对嵌入式系统的历史和发展进行了简洁的描述。嵌入式系统的核心就是将计算与应用合为一体。对于听烦了“随时都算，到处都算（Computing anytime, computing anywhere）”的现代人来说，“合为一体”听起来像是多余。要理解“嵌入”的真正含义，最好回忆或了解半个多世纪之前的机械计算、真空管计算机以及相应的“离线”和“异时”的计算方式。脱离这一历史背景，很难把握嵌入式系统的实际含义。这可能也是为什么人们经常问“到底什么是嵌入式系统”的原因之一。2001年，我承担了为美国亚利桑那州三所州立大学的工程硕士设立“实时嵌入式系统（Real-time Embedded Systems）”网上课程的任务，曾为说明什么是RTES费了一番精力，看过试过许多定义，但总不能使自己满意，最后折中为“Embedded systems are systems that rely on a combination of internal hardware and software to perform dedicated functions. A real-time embedded system is one in which the correctness of computations not only depends on their logical correctness, but also on the time at which the result is produced.”。

其实，就像百年前有人会问什么是“电器”一样，我相信嵌入式系统也很快会无处不在，什么是嵌入式也将成为一个不是问题的问题，今天的答案，也会成为嵌入式系统历史上不是答案的答案。据美国IDC的预测，嵌入式系统将以15%的年增长率发展，形成上万亿美元的产品市场，这从一个方面预示着“嵌入式时代”的到来。网络的广泛应用更是大大加速了这一进程。本书的重点是介绍各类嵌入式操作系统及其使用，特别是VxWorks, Linux, PalmOS和Windows CE, 以及pSOS, QNX, EPOC等等。操作系统成为嵌入式的核心，是一个时代的特征，也是嵌入式系统从简单的单片机、微处理器走向愈来愈复杂的嵌入式SOC和CPU的自然体现。

目前世界上已开发了几百种嵌入式操作系统，我相信这是走向面向应用特定操作系统（Application Specific Operating Systems, ASOS）的开始。ASOS的概念是硬件中ASIC（Application Specific Integrated Circuits）概念在软件中的对称或对偶，相信ASOS对于嵌入式软件系统的发展，也将起到像ASIC在处理器硬件发展中所起的作用。必须指出的是，当前的许多所谓“专用”操作系统，其实只是面向特定应用的操作系统（Specific Application OS），并不是ASOS 。从面向特定应用到面向应用特定，也就是从实践到理论、零散到系统、艺术到工程的变化过程。Linux会在这一过程中起重要作用，但决不应是主要或核心的作用。

自上世纪九十年代末，出于自己从事实际工程的切身感受和经历，我一直极力“鼓吹”ASOS的概念，可惜OS不是我的专业，效果不大。2001年我曾与浙江大学计算机系教授吴朝晖博士合作，写了一篇关于ASOS的文章（见“ASOS:嵌入式操作系统的发展趋势”，《计算机世界》2001年11期），一方面是希望引起更多的专业人士重视，另一方面是吸取了自己在“SOPC”上的“教训”。上世纪九十年代初，我在亚利桑那大学讲授《嵌入式微系统设计》课程（SIE 370），由FPGA想到System on Programmable Chip，建议学生进行这方面的实验设计，可惜自己没有花精力深入研究下去，当SOC成为热点之时，为时已晚。本书没有涉及有关FPGA之类的嵌入式系统内容，虽然合理，但我个人总觉得遗憾。

从ASOS到各类的嵌入式系统，我认为这反映了电子和信息系统已开始了“机械化”的进程。机械类“传统”学科从早期的应用“艺术”发展到成熟的工程“科学”，经历了差不多百年的演化。虽然现在还在而且将来也会继续发展，但相对于许多其它学科而言，其发展速度明显是滞后的，近十多年来，也正以机电一体化以及计算机信息化进行学科的改造。但是，对于从事电子和信息学科研发的人员，在为自己最初的专业选择感到“Lucky”的同时，也不能不考虑电子和信息其实也正朝着“机械化”方向发展：明天的电子、计算机和信息学科，可能不会再用百年的时间，就会“成熟”到今天的机械类学科。而且，这一发展已经历过了半个多世纪，目前正处于加速发展阶段，还剩多少的“黄金”岁月，何时“没落”到“传统”的学科，是不能不面对的学科“生存”问题。

当然，从科技发展和社会进步的角度考虑，电子和信息的机械化进程是一件大好事。ASOS的成熟和嵌入式系统的广泛应用，必然加速系统程序设计的模块框图化和开发环境的集成智能化的趋势，其最终结果将不可避免地导致编程工作从“智力”型转化成“劳力”型：明天的程序员或许就是今天的电工或钳工。

希望田捷研究员的新著将对嵌入式系统的应用和机械化进程有所帮助，也希望中科院自动化所复杂系统与智能科学重点实验室对此有所贡献。实验室在嵌入式系统开发和应用，从中嵌教学平台系统、指纹和医学图像处理，到智能机器人和制造过程控制系统，目前都已经有了相当的基础。下面需要做的是“百尺竿头，更进一步”，尽快形成具有特色的关键性嵌入式系统集成技术。

此文发表于《计算机世界》(周报)，第30期 B13, 2003年8月11日, 为《嵌入式软件开发》之序