本文作者Jack Ganssle為資深嵌入式系統(tǒng)工程師

我最近讀了一本介紹美國馬里蘭州重要支流帕塔普斯科河(Patapsco River)歷史的書，對人類歷史的緩慢進展感到十分驚訝──因為17世紀的農(nóng)人生活感覺跟幾千年前的農(nóng)耕者好像也沒什么不同;對歷史上大多數(shù)的人來說，日常生活與曾曾祖父母其實是大同小異。

直到現(xiàn)在。發(fā)生在18世紀中葉的工業(yè)革命，把人們從農(nóng)地移往工廠，并創(chuàng)造了各式各樣的消費性產(chǎn)品;但大多數(shù)的人們?nèi)匀缓茇毟F。我記得在哪本書上看過，1810年全球有94%的人口處于相當貧困的狀態(tài)，該比例在今日只有10%。

我已故的祖母是1898年生的，她在美國紐約曼哈頓(Manhattan)長大;我曾經(jīng)問她那時候她家有沒有電話，她的回答是她只知道有某個住在曼哈頓島那一頭的人家里有電話。而我記得在1950、60年代，長途電話是連絡我爸生意上的緊急狀況，或是通知親友訃告。事實上，那時候在美國是不允許私人擁有電話的，是AT&T (編按：美國第一家電信業(yè)者，被稱為“Ma Bell”)將電話租給消費者，而現(xiàn)在幾乎每個人天天都跟自己的手機形影不離。

在我家，經(jīng)歷了三代人，科技從遙不可及成為日常生活的一部分;別說今日的電子設備與1910、1950甚至是1980年代的設備根本不可同日而語，光是那些以電池驅(qū)動的便攜電腦，在幾年前可能就是很多人不曾想象的。

在1930年代我還是個孩子的時候，接觸到的科技產(chǎn)品是我爸自己做的真空管Heathkit收音機與放大器，是我們家很多年來唯一的音樂來源;我們在1960年那時有了一臺電視機，是黑白的，還常常需要一直調(diào)整水平/垂直同步控制鈕才能顯示畫面。印象中我們有的第一臺晶體管設備，是1960年代中期我自己做的Heathkit對講機。

工程師認真起來就是這么帥氣

我成為工程師的前一年，英特爾(Intel)發(fā)表首顆成功商用的微處理器;那款革命性的8008處理器組件，從很多面向創(chuàng)造了整個嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)。8008芯片還需要許多其他電子組件的搭配，才能執(zhí)行有用的工作;要有一片布滿邏輯組件的電路板，才能讓它擁有執(zhí)行軟件的能力，而且還需要另一片布滿芯片的板子當作RAM (通常是4KB)，以及額外的EPROM來儲存程序。

那時的EPROM是1702，是有一扇石英小窗的256byte (不要懷疑，沒寫錯) ROM (如下圖);將該芯片暴露于紫外光下15分鐘，就能清除內(nèi)部儲存進行重新編程。

我們有一款早期的8008產(chǎn)品需要4KB的程序儲存空間(也就是說要16顆EPROM芯片!)，該組件支持浮點線性回歸(floating-point linear regression)，并以幾十微秒(microsecond)的速率實時擷取數(shù)據(jù)。以現(xiàn)在的幣值來算，一顆8088 (只有芯片本身)就要價約650美元。

現(xiàn)在，四十多年過去了，軟件程序大小通常是MB (megabyte)等級，單一顆微控制器芯片內(nèi)就可提供完整的運算、內(nèi)存等所有必備功能，而且尺寸小巧。在1970年代初期，5MB的硬盤機一個就要5,000美元(搭配一個抽取式14吋托盤)，而現(xiàn)在則是50美元就能買到TB (terabyte)容量的硬盤機。

1970年代的個人計算機

科技領域的改變有多么大!但是很多其他專業(yè)領域并非如此，我有個兄弟是珠寶批發(fā)商，他說他的生意跟四十年前比起來幾乎沒什么變化，除了實體珠寶商店的數(shù)量因為在線購物而減少;我還有另一個兄弟是哲學家，則是利用現(xiàn)代化的工具來闡述古老的思想。

電子工程是一個只有“變化”是永恒不變的領域，有些人聲稱這個領域每兩年會重新改造一次，但這是個只考慮到我們的知識基礎有多少程度維持不變的愚蠢想法。馬克士威定律(Maxwell’s Laws)、克希荷夫定律(Kirchhoff)、笛摩根定律(De Morgan)、晶體管理論…等等許多對我們的工作來說是基礎的科目，跟我們在大學里學的幾乎相同。

但是，技術本身是以令人眼花撩亂的步伐在演進，像是上面那張圖片里的大型主機，現(xiàn)在完全可以塞進比指甲蓋還小的芯片里，而且價格不再是動輒數(shù)百萬美元，今日這些芯片的價格便宜到能拿來當做免費贈品。

要指出我們的技術有哪一些是完全沒變并不容易，就算是最不起眼的電阻，現(xiàn)在是0302薄膜組件;超級電容則能提供好幾法拉的大電容量。而四層PCB曾經(jīng)是難以想象，有數(shù)十層結構的電路板在目前并不罕見;更別說埋孔(buried vias)…誰在四十年前夢想過這種結構?

嵌入式軟件也有改變;在1970年代是匯編語言的天下，C與C++語言則是目前的主流;有人可能會說，C語言自1990年代崛起之后就一直停滯不前，不過韌 體生態(tài)系統(tǒng)與一年前也大不相同。今日人們可以用合理的套件價格取得如圖形用戶界面(GUI)、文件系統(tǒng)…等等好用的軟件組件;有靜態(tài)分析工具能自動糾錯，還有其他工具能產(chǎn)生單元測試。

我們以往在開發(fā)程序、修補二進制代碼時習慣利用紙磁帶(reassembling)來大量儲存以節(jié)省時間，現(xiàn)在則有酷炫的整合開發(fā)環(huán)境(IDE)，能以圖形顯示那些任務在何時執(zhí)行，或是從一個以每秒上百萬指令集速度執(zhí)行的處理器擷取追蹤數(shù)據(jù)。

嵌入式系統(tǒng)一直以來都像是小鎮(zhèn)里被忽視的孩子，所有的技術光輝都集中在PC、平板裝置等產(chǎn)品上;要設計平板裝置的SoC芯片，需要行數(shù)以億計的硬件描述語言(HDL)，這是驚人的工程成就，但對我來說，更令人興奮的是市面上那些廉價卻能提供迷人性能的32位MCU。

我們正處于歷史的奇異點(singular point)，至少在嵌入式技術發(fā)展史上;今日那些既便宜、性能又強的32位MCU，不但內(nèi)建海量存儲器、數(shù)量驚人的周邊，還能具備超低功耗特性，以及各種通訊I/O與基礎功能，正在重新定義我們這個業(yè)務的本質(zhì)。

還有別忘了現(xiàn)在有大量可用的傳感器──以往的陀螺儀組件不但尺寸很大、很耗電、價格也很高，現(xiàn)在只要幾塊錢就買得到;長期以來，市場都渴望能擁有價格超低、能幾年不用換電池，又能將數(shù)據(jù)從各種地方傳輸?shù)街付ㄎ恢玫难b置，相關技術已經(jīng)到位，而且預期我們可以看到一些非?？岬漠a(chǎn)品問世。

想想以上這些我在職業(yè)生涯觀察到的種種變化，讓我相信，工程師是這個星球上最棒的職業(yè)!