嵌入式系統(tǒng)的知識平臺與平臺模式

當(dāng)前，嵌入式系統(tǒng)已進入一個知識平臺應(yīng)用時代。即知識創(chuàng)新者將創(chuàng)新知識成果轉(zhuǎn)化為知識平臺，知識應(yīng)用者在知識平臺基礎(chǔ)上實現(xiàn)創(chuàng)新知識的傻瓜化應(yīng)用。

1 嵌入式系統(tǒng)中的平臺現(xiàn)象

1.1 知識發(fā)展中的平臺化趨勢

人類知識總是遵循著平臺化發(fā)展趨勢。平臺化趨勢是指隨著知識發(fā)展，人類總是要將知識成果集成到工具中，人們使用工具時，不必了解知識成果原理，就能實現(xiàn)知識成果的應(yīng)用。從知識學(xué)角度看來，這些工具就是集成了知識成果的知識平臺。

例如，當(dāng)沒有數(shù)值計算工具時，人們必須通曉數(shù)值計算原理，用心算或用筆在紙上進行數(shù)值計算;有了算盤后，人們只要通曉珠算規(guī)則，不必深入了解數(shù)值計算原理就能進行數(shù)值計算;電子計算器出現(xiàn)后，人們進行數(shù)值計算(甚至函數(shù)計算)時，只要給出計算要求就能獲得計算結(jié)果。借助電子計算器，任何傻瓜都能實現(xiàn)過去依靠專家才能實現(xiàn)的數(shù)值計算知識行為。

由于這些工具中集成了知識成果與知識行為，使用者不必掌握知識成果(如數(shù)值計算原理)，就能實現(xiàn)知識行為(如數(shù)值計算行為)，這就是知識平臺的平臺效應(yīng)。

算盤中集成了數(shù)值計算的珠算方法成果，減輕了人類的腦力勞動;電子計算器不僅集成了數(shù)值計算原理、計算方法，還集成了數(shù)值計算的運算過程(數(shù)值計算的知識行為)，完全替代了人類數(shù)值計算的腦力勞動?？梢钥闯觯祟愓Q生后，知識發(fā)展的總趨勢是不斷將認識成果、知識行為集成到工具中，用工具來替代人的腦力勞動。

1.2 嵌入式系統(tǒng)的知識平臺現(xiàn)象

在嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域，無論是產(chǎn)業(yè)部門、科學(xué)研究領(lǐng)域還是日常生活中，充滿了知識平臺現(xiàn)象。下面是嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)、科技中的幾個典型的知識平臺實例。

(1) 嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)中的知識平臺[1]

半導(dǎo)體廠家將VCD的創(chuàng)意與知識成果集成到芯片中，并整合成集成電路基礎(chǔ)上的軟硬件套件，這就是VCD產(chǎn)品的知識平臺，作為商品出售給中國的鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)。鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)在購得VCD產(chǎn)品知識平臺后，在半導(dǎo)體廠家售后服務(wù)的技術(shù)支持下完成VCD機的產(chǎn)品化設(shè)計，實現(xiàn)了鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)的傻瓜化生產(chǎn)方式。

(2) 嵌入式產(chǎn)品開發(fā)中的產(chǎn)品平臺[23]

在我國單片機應(yīng)用領(lǐng)域中，許多企業(yè)的技術(shù)經(jīng)營方式都處于極端落后狀態(tài)。企業(yè)沒有獨立的技術(shù)平臺，產(chǎn)品核心技術(shù)都掌握在員工手中，形成了廠家產(chǎn)品研發(fā)的“板凳模式”，任何技術(shù)人員的流動都會造成企業(yè)的滅頂之災(zāi)。如果能形成產(chǎn)品研發(fā)的知識平臺模式，即將企業(yè)中的所有產(chǎn)品的嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)進行標準化、系列化、規(guī)范化的改造，將所有相似的技術(shù)(軟、硬件技術(shù))內(nèi)容構(gòu)成一個能開發(fā)一系列產(chǎn)品的基礎(chǔ)平臺，謂之產(chǎn)品平臺。任何一個新產(chǎn)品的研發(fā)都可以在此平臺上起步，即采用70%的產(chǎn)品平臺技術(shù)+30%創(chuàng)新內(nèi)容的新產(chǎn)品開發(fā)模式。并且在新產(chǎn)品開發(fā)過程中，不斷使產(chǎn)品平臺升級，形成產(chǎn)品研發(fā)的“階梯模式”。產(chǎn)品研發(fā)中的核心技術(shù)保留在平臺之中，由集體創(chuàng)建，為企業(yè)所有，不影響技術(shù)人員的正常流動。隨著產(chǎn)品的不斷開發(fā)，產(chǎn)品平臺不斷升級;有了產(chǎn)品平臺可大大縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期，提高新產(chǎn)品的質(zhì)量。

(3) 單片機系統(tǒng)設(shè)計中的應(yīng)用平臺[4]

Philips公司推出I2C總線時，沒有提供一個完整的組態(tài)軟件包。人們每次使用I2C總線時必須了解I2C總線原理、時序，在通曉原理、時序的基礎(chǔ)上實現(xiàn)應(yīng)用。筆者根據(jù)90%以上用戶的實際狀況，研究出單主方式下的虛擬I2C總線軟件包VIIC[4]。在這個I2C總線軟件包中給出了一個集成有虛擬I2C總線原理的子程序和一個包含三條指令的傻瓜化應(yīng)用界面。有了I2C總線軟件包VIIC，在單主系統(tǒng)中擴展任何I2C總線時，都不必了解I2C總線原理、時序，就能實現(xiàn)I2C總線的傻瓜化應(yīng)用，而且程序結(jié)構(gòu)十分簡單，并且可以應(yīng)用在任何沒有I2C總線接口的單片機系統(tǒng)中。虛擬I2C總線軟件包VIIC就是一個軟件形式的知識平臺。

(4) 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的廠家平臺[12]

早期的單片機應(yīng)用是從一堆芯片、一臺開發(fā)裝置，在指令系統(tǒng)基礎(chǔ)上起步的，人人都從零開始開發(fā)單片機應(yīng)用產(chǎn)品。隨后半導(dǎo)體廠家尋求第三方開發(fā)工具、手段支持，不斷從裸片銷售過渡到廠家平臺模式的經(jīng)營方式，提供包括硬件方面的各種實驗板、開發(fā)工具，軟件方面的各種調(diào)試環(huán)境、操作系統(tǒng)、編程語言、驅(qū)動程序，以及各種成套性技術(shù)方案等。如今，半導(dǎo)體廠家與第三方合作，逐漸形成為用戶產(chǎn)品開發(fā)服務(wù)的“集成開發(fā)環(huán)境”，即半導(dǎo)體廠家的廠家平臺。廠家平臺為用戶提供了“多、快、好、省”的最佳開發(fā)手段。高明的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用工程師在開發(fā)新產(chǎn)品時會選擇最佳的廠家平臺。

1.3 從一體化模式到平臺模式

上面列舉的4個知識平臺現(xiàn)象，概括了嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的各個方面。從本質(zhì)上講，平臺模式是人類科技發(fā)展“方法學(xué)”上的變革，即從封閉的一體化模式變革到開放的扇形平臺模式。

科技領(lǐng)域封閉的一體化模式是指從“知識創(chuàng)新”到“創(chuàng)新知識應(yīng)用”封閉在一個體系(個人、廠家、團體)中，例如，在某個科技領(lǐng)域中，大家都從事知識創(chuàng)新，都使用自己的創(chuàng)新知識成果，形成了大量的重復(fù)性勞動，造成全社會創(chuàng)新知識成果的極大浪費與創(chuàng)新知識應(yīng)用的落后狀態(tài)。

科技領(lǐng)域的平臺模式是指“知識創(chuàng)新”與“創(chuàng)新知識應(yīng)用”的社會化分工。一部分人(或企業(yè)、團體)從事“知識創(chuàng)新”并將創(chuàng)新知識成果轉(zhuǎn)化成“知識平臺”;另一部分人則在“知識平臺”基礎(chǔ)上實現(xiàn)創(chuàng)新知識成果的最終應(yīng)用。“知識平臺”具有開放的扇出特性，即一個“知識平臺”可供無數(shù)人(或企業(yè)、團體)使用。最大限度地節(jié)約了知識成果的社會勞動成本，最大限度地發(fā)揮了知識成果的社會效益與經(jīng)濟效益。例如，一個半導(dǎo)體廠家的VCD產(chǎn)品平臺，可供無數(shù)多的鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)使用。

從一體化模式到平臺模式是人類知識發(fā)展史上的飛躍，平臺模式是放之四海而皆準的知識發(fā)展規(guī)律，適用于和知識有關(guān)的一切領(lǐng)域。所不同的只是知識平臺的內(nèi)容、結(jié)構(gòu)、組成方式而已。

2 知識平臺的基本特性

知識平臺的基本特性是它的分離性、集成性。在分離性基礎(chǔ)上實現(xiàn)知識平臺的傻瓜化應(yīng)用，在集成性基礎(chǔ)上實現(xiàn)知識平臺的商品化。知識平臺的黑箱性、黑洞性最大限度地保護了知識平臺制造商的利益，即平臺的知識壟斷與駕馭。

2.1 知識平臺的分離性

分離性是知識平臺最基本的特性，知識平臺本身就是知識創(chuàng)新與創(chuàng)新知識應(yīng)用社會化分工的產(chǎn)物。另外，在知識平臺中將知識原理與知識應(yīng)用分離，并為知識平臺應(yīng)用建立起一個傻瓜化的應(yīng)用界面(即應(yīng)用標準、規(guī)則、規(guī)范)。知識平臺使用者只需要了解應(yīng)用界面，就能使用知識平臺，完成專家的知識行為，形成了當(dāng)今通行的高級工具的傻瓜化應(yīng)用方式。

從另一角度來看，知識平臺的分離性最大化地保證了知識平臺制造商的利益。因為將知識原理與知識應(yīng)用界面分離，最有效地屏蔽了知識平臺中的核心知識成果，使知識產(chǎn)權(quán)保護從專利保護進入到自我保護的高級階段。

2.2 知識平臺的集成性

不斷將知識集成到工具中，是人類社會工具發(fā)展的普遍規(guī)律。原始人使用的石刀、石斧中集成了“尖劈原理”知識;在刀、剪、鐵鉗中集成了力學(xué)、金屬學(xué)、冶金、鍛造工藝學(xué)知識;拖拉機則集成了機械學(xué)、機構(gòu)學(xué)、動力學(xué)、材料科學(xué)、耕作技術(shù)等知識。人類使用的工具都是人類知識成果的結(jié)晶，可以說沒有無知識的工具。

知識平臺的集成性除了知識集成外，還會發(fā)展到高級階段的知識行為集成，即從手工工具、機械化工具到智能化工具的發(fā)展。上述事例中的紙、筆可視為數(shù)值計算的手工工具，算盤或手搖計算機是機械化工具，電子計算器則是數(shù)值計算的智能化工具。因為，電子計算器除了集成有數(shù)值計算原理知識外，還集成有數(shù)值計算的知識行為能力。當(dāng)給電子計算器輸入計算要求時，它能自動完成數(shù)值計算的全過程，這就是電子計算器的知識行為。因此，知識平臺是一個智能化工具，可以替代人類的腦力勞動。

3 樹立牢固的知識平臺觀念

知識平臺模式是從資本經(jīng)濟時代向知識經(jīng)濟時代變革的科技方法學(xué)革命。是從封閉的一體化產(chǎn)業(yè)、科技模式向開放的扇形產(chǎn)業(yè)、科技模式發(fā)展，即從“板凳模式”向“階梯模式”變革，最大地減少了產(chǎn)業(yè)、科技發(fā)展中的重復(fù)工作;因為，一個集成了科技成果，又有傻瓜化應(yīng)用界面的知識平臺可讓全世界所有人實現(xiàn)傻瓜化應(yīng)用。

3.1 科技成果止于知識平臺

我們可以清楚地看到，在一個新興的嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域中，早已拋棄了原先傳統(tǒng)的從科技創(chuàng)新到創(chuàng)新科技應(yīng)用一體化模式。燕舞集團VCD的一體化科技模式遭遇慘敗，半導(dǎo)體廠家與鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)基于知識平臺(VCD軟硬件套件)的社會化分工取得的極大成功，宣告了科技、產(chǎn)業(yè)知識平臺模式的到來。

在PC機產(chǎn)業(yè)中，形成了通用處理器、OEM廠商、PC機生產(chǎn)廠家的扇形產(chǎn)業(yè)體系，本質(zhì)上是基于知識平臺社會化分工的生態(tài)體系。Intel公司致力于通用微處理器的知識創(chuàng)新，止于將創(chuàng)新知識成果轉(zhuǎn)化成通用微處理器芯片，決不參與計算機主板設(shè)計與生產(chǎn)。

在嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域，半導(dǎo)體廠家從事微控制器的創(chuàng)意，并生產(chǎn)微控制器，邀請第3方為微控制器應(yīng)用提供最佳的集成開發(fā)環(huán)境，為用戶提供全方位的技術(shù)支持。ARM知識產(chǎn)權(quán)公司的出現(xiàn)，使平臺模式發(fā)揮到極致。

ARM公司專門從事知識創(chuàng)新，將創(chuàng)新知識成果轉(zhuǎn)化成產(chǎn)權(quán)知識，為所有半導(dǎo)體廠家提供產(chǎn)權(quán)知識平臺，決不參與微控制器設(shè)計與生產(chǎn)。

3.2 科技應(yīng)用始于知識平臺

我國鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)在高科技的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域迅速取得成功，這在資本經(jīng)濟的一體化產(chǎn)業(yè)時代是不可想象的。我國鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)不從事知識創(chuàng)新、不購買專利知識，而是購買一個最好的知識平臺商品，在廠家的技術(shù)支持下，實現(xiàn)最終產(chǎn)品生產(chǎn)。

IT產(chǎn)業(yè)中OEM廠商的出現(xiàn)，最好地闡明了知識平臺的產(chǎn)業(yè)模式。OEM廠商將IT產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)細分為扇形產(chǎn)業(yè)鏈，形成多級的平臺模式。例如，PC機的主扳制造商購買Intel公司的通用微處理器，在Intel公司的技術(shù)支持下設(shè)計與生產(chǎn)計算機主扳，并不從事通用計算機的設(shè)計與生產(chǎn);計算機生產(chǎn)廠家則購買計算機主板與周邊設(shè)備，以組裝方式生產(chǎn)最終產(chǎn)品。

4 知識平臺的定位與分工

嵌入式系統(tǒng)是由微電子學(xué)科、計算機學(xué)科、電子技術(shù)學(xué)科、對象學(xué)科構(gòu)成的一個無限大的產(chǎn)業(yè)、科技領(lǐng)域。在這個產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中，形成了以知識平臺為中心的扇形產(chǎn)業(yè)、科技生態(tài)體系。從縱向看來，有頂端的知識產(chǎn)權(quán)廠家、半導(dǎo)體廠家、OEM廠家、對象領(lǐng)域產(chǎn)品技術(shù)開發(fā)商、最終產(chǎn)品生產(chǎn)廠家;從橫向看來有技術(shù)支持、配套等技術(shù)服務(wù)企業(yè)。在這個扇形產(chǎn)業(yè)、科技生態(tài)體系中，任何企業(yè)、團隊與個人都成為相互依賴的產(chǎn)業(yè)鏈中的一環(huán)，在上游企業(yè)的知識平臺基礎(chǔ)上，為下游企業(yè)提供下一個環(huán)節(jié)的知識平臺，最終完成從知識創(chuàng)新到創(chuàng)新知識應(yīng)用的全過程。例如，ARM公司從事嵌入式處理器的研究，并將這些研究成果轉(zhuǎn)化為產(chǎn)權(quán)知識，決不從事嵌入式處理器的生產(chǎn);眾多的半導(dǎo)體廠家在ARM公司授權(quán)下，在處理器產(chǎn)權(quán)知識平臺基礎(chǔ)上，生產(chǎn)出形形色色的微控制器(MCU);對象領(lǐng)域中眾多的電子系統(tǒng)設(shè)計部門，則在半導(dǎo)體廠家微控制器平臺基礎(chǔ)上，完成嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)、產(chǎn)品系統(tǒng)設(shè)計;而最后的一個環(huán)節(jié)則是眾多的嵌入式系統(tǒng)最終產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)。

從嵌入式系統(tǒng)的扇形生態(tài)體系中可以看出，任何一個企業(yè)、科技團隊或個人，只能占據(jù)生態(tài)體系中的某一個環(huán)節(jié)。因此，應(yīng)該根據(jù)自身的特點與優(yōu)勢，在扇形生態(tài)體系中準確定位。在扇形產(chǎn)業(yè)鏈的知識平臺傳遞中，在知識平臺中的任何知識投入，都可取得知識平臺的自屬知識產(chǎn)權(quán)。例如，半導(dǎo)體廠家在獲得ARM公司授權(quán)后，在ARM處理器知識平臺基礎(chǔ)上設(shè)計與生產(chǎn)的微控制器，占有微控制器的自屬知識產(chǎn)權(quán);對象領(lǐng)域的電子技術(shù)工程師，在微控制器、集成開發(fā)環(huán)境等知識平臺上，開發(fā)出嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)，占有嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)的自屬知識產(chǎn)權(quán)。在扇形生態(tài)體系中，每一個環(huán)節(jié)都有知識產(chǎn)權(quán)的發(fā)展空間。