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从iPad与iPhone看嵌入式系统潜力

进入了 2010 年之后,Apple 在一月底推出了近三年来最重要的新产品:iPad 在 Apple 公关团队「有意」的透露下成为电子产业及金融投资圈最受关注的议题,其他消息人士则透露这可能是 Steve Jobs「近几年来感到最兴奋的产品计画」。经过了八週的等待后,第一批 iPad 已于四月初在美国市场问世,全球发售将于五月下旬开始。日前 Steve Jobs 又发表了 Apple iPhone OS 4.0 作业系统,新版作业系统的功能提升意义重大,与 iPad 搭配后有望开拓广泛的应用市场。

Apple iPhone OS 4.0系统的功能提升意义重大,与 iPad 搭配后有望开拓广泛的应用市场。(图片来源:Apple 官网)
iPad 发售顺利抢滩
打从一月底发表开始,iPad 的市场定位与规格就饱受争议。iPad 被定位成一款触控萤幕平板电脑(虽然没有完整电脑功能)、萤幕大小为 9.7 英吋、重量则只有 680 克。在 iPhone 问世时,Apple 在智慧型手机市场上是后来者,智慧手机市场已经被国际品牌如 NOKIA、微软 Windows Mobile、Palm、Sony Ericsson 及 BlackBerry 所割据。但经过了近三年的努力,iPad 问世时 Apple 的身份已经变为智慧型手机市场上的领导厂商。虽然仍有产业研究单位对 iPad 提出不少质疑:他们认为 iPad 产品定位不伦不类,主流大众没有强烈需要这种产品。但截至 4 月 8 日的销售成绩:45 万台至少证明 iPad 已经站稳脚步。阅读软体 iBook 的下载超过 60 万次,iPad 软体商店的下载次数达到 350 万次。

过去 8 季搭载 Apple iPhone OS 产品的出货量大幅成长。
质疑 iPad 未来潜力人士所抱持的最主要理由是该产品的功能性与一般电脑相比时较为侷限,真正的原因则是 iPad 所採用的作业系统:iPhone OS 3.1.3 的「档案管理封闭」与「无法多工(Multitasking)」,这与一般人对现代电脑作业系统传统认知有所差距。iPhone 在推出时也曾被嘲笑成花而不实的科技玩具,但之后它却改变了智慧型手机市场的格局,并促使其他竞争者仓促地推出了自己的触控萤幕手机和应用商店。前述事实证明了 Apple 真正的竞争力在于软体平台与服务,而非硬体功能领先竞争对手。就在媒体焦点仍集中在 iPad 开卖首日的销售成绩时,Steve Jobs 选在美西时间 4 月 8 日发表了新一代作业系统 iPhone OS 4.0。
开放多工功能水到渠成

虽然较众人预期的时间迟了两个月(先前预计将于一月底 iPad 产品发表时同步推出),但新系统内的七大功能仍让 Apple 使用者感到兴奋不已,新的 iPhone OS 4.0 将允许程式在背景执行,同时还能保证系统的速度和电池续航能力。这项改变解决了过去 iPhone 系统最受诟病的遗憾,多工(Multitasking)的细节为:双击 Home 键可弹出后台任务列表(不过 Home 键的耗损速度也将加倍);还提供包括了第三方音乐软体播放、VoIP 网路电话、背景 GPS 定位、推送通知(Notification)、本地通知、背景任务执行和快速切换等特性。企业功能则加入了过去 BlackBerry 企业客户熟悉的 MIS 管理者功能,增加了安全性、可扩展性和相容性之类跨国企业用户需要。在 iPhone OS 4.0 系统中,游戏类别的程式将被单独独立并作为 App Store 的延伸。游戏中心(Game Center)实际就是一个游戏社交平台,iPhone 用户可邀请朋友进行多人游戏,并有全球成绩排行等纪录功能。新增加的企业功能与游戏中心特色更清楚显示了 Apple 希望透过 iPhone 争取更多商务人士与游戏玩家成为客户,拓展这块过去由 BlackBerry 及 NDS / PSP 所垄断的市场。

新的 Apple iPhone OS 4.0 将允许程式在背景执行,同时还能保证系统的速度和电池续航能力。
从 Apple iPhone 问世至今,iPhone OS 已有两次重大更新:1.x 到 2.x 及2.x 到现在的 3.x。其中 iPhone OS 2.0 是为了 iPhone 3G 版本而同时诞生,在后续的版本(2.1、2.2、2.2.1)中 Apple 不断修补漏洞和针对 iPhone 2 代和 1 代进行强化。目前 2.2.1 系统是所有版本中 Bug 最少的,没有 Wi-Fi 连接问题也没有音乐排序问题(音乐排序问题出现在 3.x 版本),iPhone 2 代和 1 代的硬体规格执行速度也最佳,这也是为什幺 iPhone OS 2.2.1 被 iPhone 玩家称为最适合 1 代和 2 代机种的最佳作业系统。随着 iPhone 3GS 的问世与性能提升,Apple 也準备了 iPhone OS 3.0 与之对应。 iPhone OS 3.0 在功能上进行大幅度更新:加入了包括搜索、定位、辅助等更高级功能。

回顾 Apple iPhone OS 1.0,我们可以发现巨大的进步。
随着预装软体的数量上升(由于系统功能增加),系统也因为内部记忆体被佔用而变慢,这也就是 3.0 系统一开始在iPhone 1 代和 2 代上运作速度不很理想的原因。后来 Apple 工程师虽然不断改版,但重心在于加强 iPhone 3GS 用户的使用体验,虽然一代和二代的运行速度也有提升,但效果依旧不是很理想。依照 Apple 过去的产品策略,OS 4.0 系统最可能是为迎接新机型(iPhone 4 代)而进行的準备。iPhone 3GS 机种与前两代相比,iPhone 3GS 不但在提升了 AP 处理器的运算速度,更重要的是记忆体从 128MB 提升至 256MB,依照笔者的实际测试,iPhone 2 代和 1 代装上 iPhone OS 3.x 系统后的可用记忆体仅剩下 50MB 左右、若执行大型软体如游戏或 Safari 浏览器,可用记忆体可轻易下降至个位数字。而在记忆体加倍之后,iPhone 3GS 装上 iPhone OS 3.x 系统仍有约 150MB 的可用记忆体,不但操作顺畅、进行多工任务也游刃有余,由此可推断 Apple 过去不开放多工主要的考量仍是硬体限制,在前两代产品逐渐退出第一线、下一代产品性能又将有所提升的背景下,顺势开放多工功能可说是水到渠成。

透过功能不断提升,Apple iPhone OS 的市佔率也不断上升。
嵌入式系统市场受 iPhone OS 影响深远
Apple iPhone OS 4.0 的推出象徵了嵌入式系统的另一个里程碑。与一般大家所熟知的传统个人电脑作业系统(储存于电脑的硬碟中)不同,嵌入式系统(Embedded system)是一种「完全嵌入受控器件内部,为特定应用而设计的专用电脑系统」,过去嵌入式系统常见于控制、监视或辅助设备、机器或工业用的装置。早期的嵌入式系统只针对特殊任务,程式设计人员能够对它进行最佳化,减小尺寸并降低成本。1990 年代个人数位助理(Personal Digital Assistant、简称 PDA)及其他手持装置诞生后,虽然基于产品特性在软体扩充性比其他装置来得好,但普遍也被认为是嵌入式系统领域。

第一个被公认的现代嵌入式系统是麻省理工学院仪器研究室研发的阿波罗太空船导航电脑。(图片来源:NASA)
第一个被公认的现代嵌入式系统是麻省理工学院仪器研究室研发的阿波罗太空船导航电脑。阿波罗导航电脑被认为是整个阿波罗计划风险最大的部分,为了减小尺寸和重量而使用的当时最新的单片积体电路更加大了阿波罗计划的风险。在登陆月球任务圆满达成后,电脑工程师们认可了嵌入式系统的可靠性与功能。第一款大批量生产的嵌入式系统是 1961 年问世的「民兵式洲际弹道飞弹」上的 D-17 自动导航控制电脑。经过了将近 50 年的发展后,目前嵌入式系统应用领域广泛并深入日常生活,包括家庭自动化产品(如恆温器、冷气机、安全监视系统)、家用电器(包括微波炉、洗衣机、电视机、DVD 播放器)、医疗装置(如 X 光机、核磁共振成像仪)、多媒体电器(如电视机顶盒、数位卫星解码器)以及各类电视游戏机和携带型游戏机。

新增加的企业功能与游戏中心特色更清楚显示了 Apple 希望透过 iPhone 争取更多商务人士与游戏玩家成为客户。
过去嵌入式作业系统市场的龙头老大无可争议的属于微软,以 Windows CE 为代表的微软嵌入式作业系统不但领先于竞争对手如 Android、iPhone OS 在数年前就投入市场,很多使用者甚至不知道他们正在使用微软的系统,以 Windows CE 为内核的系统出现在客厅(Xbox 360)、掌上型电脑(Windows CE)与智慧型手机(Windows Mobile)内。但随着 iPhone OS 及 Android OS 诞生之后,市场竞争态势有了改变,Apple iPhone OS 的出现更大幅改变了嵌入式系统的使用体验与设计思维!
从「功能取向」转为「使用者取向」

Apple iPhone OS 可谓是「以使用者为中心的设计」之典範,呼应了 Apple 过去一贯强调的「软体设计和消费者体验的完美佳作」精神,其成功让工程师重新考虑消费者使用电子设备的方式。反过使得设计重点从嵌入到产品的硬体,转向能够实现应用并详细描述使用者介面的软体。过去许多嵌入式系统受限于成本而很难以直觉来操作,最好的例子就是家庭 VCR 录影机,有很多人从来都没有搞懂如何去设置他们的 VCR,甚至连时间设定都不会。但 VCR 的后继者:TiVo 却凭着「在几分钟之内让小孩和非科技背景人士学会操作」而席捲美国市场。TiVo 惊人的成功是软体带来的成果,其系统不仅可靠还有一个优秀的使用者介面,同样的例子也发生在 Windows Mobile 与 iPhone 系统的对比上。事实上要简化一个电子产品以使之更简单易用,反而需要更複杂的软体设计。每件消费电子产品都有超过 1,000 种以上的应用程式介面(Application Programming Interface,简称 API),其中没有一个是紧密关联的。要解决这一问题需要另一个本身就很複杂的软体层,让一个非常複杂的应用显得非常简单。

VCR 的后继者:TiVo 却凭着「在几分钟之内让小孩和非科技背景人士学会操作」而席捲美国市场。
Apple 工程师过去在 OS X 作业系统上累积了珍贵的经验并将之移植至 iPhone OS 系统上。作业系统的优势甚至延续了 Apple 产品的寿命:按照摩尔定律,所有电子产品约每隔 18 个月就可在运算性能和功能上成长一倍,但使用者接受产品的速度却跟不上这幺快,因为人的大脑功能不可能每 18 个月就增强一倍。随着晶片运算能力提高到一个的水準(2010 年问世的入门智慧型手机AP应用处理器晶片运算速度都有 600MHz 左右),前一年的硬体运算功能其实已经足够。这时候需要的是软体创新替旧晶片带来新活力,过去认为「产品硬体创新才是成功关键」的思维已经落伍。与其智慧型手机上的竞争对手相比,Apple 产品更新速度相对较慢:iPhone 问世以来仅仅推出了两款新版本。由于作业系统继续更新,一代 iPhone 从今天来看也不会显得过于落伍。

Apple 工程师过去在 OS X 作业系统及其前身 NeXT OS 系统上累积了珍贵的经验并将之移植至 iPhone OS 系统上。
未来应用潜力广大
嵌入式系统本身的最大特点是为行业应用的创新服务,反之各类新的行业应用对于嵌入式系统发展亦有影响。除了过去活跃的工业自动化、医疗和资讯安全系统外,未来几年嵌入式系统在消费电子,尤其是手持装置的发展让人期待。从刚刚结束的 2010 年 CES 展会中,我们不难看出嵌入式作业系统的应用有多幺广:除了智慧型手机之外还包含 Smartbook、Tablet Computer 平板电脑、电子书阅读器、Set-top box 电视机上盒甚至网路电视等产品都不约而同的装上了嵌入式作业系统(主要为开放式系统 Android),这种 Android 装置「遍地开花」的情况已象徵嵌入式系统已不再拘泥手持装置,未来将积极往消费性电子市场渗透的趋势。一月底 Apple 发表的新产品 iPad 使用该公司自主嵌入式作业系统 iPhone OS 则是另一个证明,继 iPhone、iPod Touch 与 iPad 之后、下一代 Apple TV 可能是第四个装上 iPhone OS 系统的产品。

继 iPhone、iPod Touch 与 iPad 之后、下一代 Apple TV 可能是第四个装上 iPhone OS 系统的产品。(图片来源:Apple 台湾官网)
iPad 使用的多点触摸技术是由 iPhone 率先推出后带动了一批手机应用,之后随着 Windows 7 作业系统的支持而渗透至 PC 产品,iPad 上市后将带动一批各种嵌入式系统产品效仿。侷限于过去传统 PC 作业系统的使用思维,许多人认为类似 iPad 的产品无法给予如同 PC 般的使用体验。但来自使用者的反应显示在「非强度的工作应用需求」下,iPad 与 iPhone 此类作业系统可完美达成如上网浏览、回覆电子邮件、更新社交网路、游戏及影音播放等任务,几乎可满足轻度电脑使用者的多数需求。而随着过去最希望被加入的功能:多工执行特色加入 iPhone 4.0 之后,各类商业与通信应用功能也可望被纳入。即使消费者不在意产品的使用愉悦性、操作介面细节、表面抛光、外型设计等,iPad 的实用功能仍有吸引力。Apple 软体商店中的确有一些可有可无的应用,但用于医疗、军事和工业等领域的应用也越来越多。未来我们有机会在快递业、零售业、餐饮业及库存管理行业上看到 iPad 及其他平板电脑的大量出现。

来自使用者的反应显示在「非强度的工作应用需求」下,iPad 与 iPhone 此类作业系统可完美达成如上网浏览、回覆电子邮件、更新社交网路、游戏及影音播放等任务。
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sciroccopilota 于 2010/5/3 下午 06:39:06修改文章内容

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