39 D e c e m b e r 2 0 0 2 過去十多年來，台灣的高科技產業一直以個人電腦及相關的零組件製造為主。然而近幾年 來，個人電腦市場的成長已經漸漸呈現飽和的趨勢。主要的理由有二：一方面，現在即使是 入門電腦機種的效能也符合一般應用所需，使用者沒有理由升級或購買較高階的機型。另一 方面，過去幾年世界整體性的經濟不景氣導致一般公司的業務機器採購政策變保守。因此， 目前整個消費市場已經進入所謂的“後PC”時代，未來的當紅產品，將是資訊產品和消費性 電子產品的結合。這些產品會包括以下的特色：可攜性、多媒體、結合行動無線網路、以及 強大的個人資料處理功能。簡而言之，要發展未來的後 PC時代產品，嵌入式系統的設計能 力是關鍵技術。 l
蔡淳仁
嵌
入式系統雖然不是新 的觀念，但就像五十年前的汽 車和現代的汽車不管在性能、 舒適度、燃油效率各方面都不 能相提並論，現今的行動資訊 產品的複雜度和所牽涉到的嵌 入式系統技術也不是早期傳統 的嵌入式微電子控制系統所能 相比的。最具代表性的產品大 概就是下一代的多媒體手機 了。未來行動通訊網路及相關 應用一定會成為後 PC 時代的 主要科技產業。雖然各種寬頻行動網 路（U M T S / WC D M A 、 C D M A -2000 、 WLAN 等等）的架設已逐漸成 熟，電信業者也推出各種行動數據服 務，但行動寬頻網的主要訴求─多媒 體通訊應用，卻遲遲不能起飛。其中 最主要的原因就是多媒體手機的設計 一直無法達到理想的境界。 由於多媒體資料的傳輸及處理具 有高運算量的特性，一個專為多媒體 p 蔡淳仁老師40 a lu m n i_ v o ic e @a a . nc t u .e d u .t w交大友聲 期395 演算法及傳輸協定設計的低耗電整合 式單晶片系統 （S y s t e m - o n - C h ip , SoC）將是手機及行動通訊設備的關 鍵元件。而一個成功的整合式單晶片 系統的設計，必需要軟硬兼施。過去 台灣工業界在 I C 元件設計方面算是 具 世 界 水 準 ， 但 是 對 於 高 度 整 合 ASIC 和韌體的複雜 SoC 則較缺乏經 驗。像這種需要整合應用系統規劃、 硬體設計、和軔體發展的嵌入式系統 技術，十分適合資訊工程系的學生來 發揮所長。 本系為了提供學生一個紮實的先 進嵌入式系統設計學習環境，目前正 積極設立一個高階嵌入式系統教學實 驗室。這個實驗室的幾個重點發展方 向如下： 一、SoC的硬體架構研究及設計。以 前面提到的多媒體手機為例，傳統的 手機包含了射頻、類比基頻帶、數位 基頻帶、和耗電管控等模組。其中， 數位基頻帶模組是負責語音編碼、容 錯編碼、通訊協定處理、短訊服務處 理、及使用者 界面等工作。在架構 上，一般是採用雙處理器核心的設 計。也就是包含一個低效嵌入式通用 微處理器（MCU）核心加上一個訊號 處理器（DSP）核心。這樣的架構應 付傳統的語音通訊需求已經足夠，但 卻不足以滿足多媒體通訊在效能上的 要求。特別是，如果把低耗電的要求 再加上去，更是一個複雜的問題。要 解決這個問題，有幾種做法，一個方 法是針對一些特殊運用，設計一個 ASIC 模組，以加強MC U 和DSP在進 行某些運算時的效能，或者是重新設 計 D S P 核心以符合新應用的需求等 等。本系所設立的教學實驗室將採購 高等的SoC發展系統以供學生學習各 種實作技巧的研究。 二、 SoC 的多媒體韌體通訊元件開發 設計。目前在多媒體通訊上，最完整 的規格是由行動通訊標準組織 3GPP 所制定的多媒體訊息服務（MMS）和 多媒體封包即時傳輸服務（PSS）。 PSS 在客戶端的規格因運算量要求較 高，工業界在短期內較難開發出實用 的手機。因此目前大部份的研發重點 是放在 MMS 上。本系的嵌入式系統 實驗室則會培育學生學習發展包括 MM S及PSS元件（包括多媒體視訊音 效壓縮解壓縮元件及通訊元件的製作 分析）、以及嵌入式 J av a 平台的研 究。 三、嵌入式作業系統的移植和開發。 未來的嵌入式多媒體作業系統大抵會 分成三大陣營： Mi cr o s of t Win C E （PocketPC）、 Embedded Linux 和 Sym bian OS。本系所規劃的實驗室也 將主要針對這三個系統的移植、開發 來 訓 練 學 生 。 特 別 是 E m b e d d e d Linux ，因為它是基於一個經多年測 試使用的穩定公開程式碼核心，不但 適合發展學術研究及教學系統，發展 出來的結果也可以直接授權給廠商進 行商品化，可加速業界開發新一代的
41 D e c e m b e r 2 0 0 2 多媒體手機或行動通訊設備。更重要 的是，訓練出來的學生將可填補未來 業界在高階嵌入式系統設計方面的人 才需求。 目前這個實驗室共有八位教授負 責嵌入式系統相關課程及設計教學計 畫。資工系目前與嵌入式系統設計相 關的基礎課程包含：計算機概論 I 、 II、電子學I、II、資料結構、程式語 言、和數位電路設計。計算機系統的 核心課程包含：數位系統設計、計算 機組織、微處理機實驗、和作業系 統。為加強學生在高階嵌入式系統的 實際設計經驗，我們初步擬定開設之 進階課程包括：嵌入式處理器設計、 嵌入式系統設計、微核心作業系統、 高等 Jav a 程式設計、嵌入式軟體開 發、嵌入式系統實驗等。 “嵌入式處理器設計”教授學生 了解嵌入式處理器單晶片的系統概 念、重要特性、設計方法、發展環境 及應用。“嵌入式系統設計”探討將 微處理機視為基本元件之嵌入式系統 的設計原理與技術，並以 ARM pro-cessor 及 SHA RC D SP 等為例，教授 實際之嵌入式平台設計、作業系統、 及通訊協定應用等議題。“微核心作 業系統”訓練學生作業系統核心設 計、平台移植能力、即時作業系統架 構、及驅動程式開發等。“高等Java 程式設計”教授 Java的進階程式設計 原理，更進一步訓練學生了解分散式 系統中的分散式物件控制、及嵌入式 系統中的管理。“嵌入式系統實驗 " 提供學生實際動手的訓練，包含瞭解 A RM 實驗板、開機起始程式設計、 移植作業系統、開發驅動程式，以及 通訊協定與多媒體的應用實作等。 本系在規劃此教學實驗室時，是 以切合未來幾年內工業界的需求為原 則。另一方面，我們也會根據國內外 業界的最新發展來設計相關課程。特 別是教導學生多媒體通訊領域的最新 國際標準發展及這些標準在嵌入式系 統的實作，以及引進最新的嵌入式系 統發展平台供學生使用等。相信本系 所訓練出來的嵌入式系統專才，必定 能為將來台灣的科枝產業界注入新 血，提供長遠的貢獻。
