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(guó)馬里蘭州重要支流帕塔普斯科河(Patapsco River)歷史的書，對(duì)人類歷史的緩慢進(jìn)展感到十分驚訝──因?yàn)?7世紀(jì)的農(nóng)人生活感覺(jué)跟幾千年前的農(nóng)耕者好像也沒(méi)什么不同;對(duì)歷史上大多數(shù)的人來(lái)說(shuō)，日常生活與曾曾祖父母其實(shí)是大同小異。

直到現(xiàn)在。發(fā)生在18世紀(jì)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(fèi)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(guò)，1810年全球有94%的人口處于相當(dāng)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(guó)紐約曼哈頓(Manhattan)長(zhǎng)大;我曾經(jīng)問(wèn)她那時(shí)候她家有沒(méi)有電話，她的回答是她只知道有某個(gè)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(zhǎng)途電話是連絡(luò)我爸生意上的緊急狀況，或是通知親友訃告。事實(shí)上，那時(shí)候在美國(guó)是不允許私人擁有電話的，是AT&T (編按：美國(guó)第一家電信業(yè)者，被稱為“Ma Bell”)將電話租給消費(fèi)者，而現(xiàn)在幾乎每個(gè)人天天都跟自己的手機(jī)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(shuō)今日的電子設(shè)備與1910、1950甚至是1980年代的設(shè)備根本不可同日而語(yǔ)，光是那些以電池驅(qū)動(dòng)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(gè)孩子的時(shí)候，接觸到的科技產(chǎn)品是我爸自己做的真空管Heathkit收音機(jī)與放大器，是我們家很多年來(lái)唯一的音樂(lè)來(lái)源;我們?cè)?960年那時(shí)有了一臺(tái)電視機(jī)，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(tái)晶體管設(shè)備，是1960年代中期我自己做的Heathkit對(duì)講機(jī)。

工程師認(rèn)真起來(lái)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(gè)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(dāng)作RAM (通常是4KB)，以及額外的EPROM來(lái)儲(chǔ)存程序。

那時(shí)的EPROM是1702，是有一扇石英小窗的256byte (不要懷疑，沒(méi)寫錯(cuò)) 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?jī)?chǔ)存進(jìn)行重新編程。

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

現(xiàn)在，四十多年過(guò)去了，軟件程序大小通常是MB (megabyte)等級(jí)，單一顆微控制器芯片內(nèi)就可提供完整的運(yùn)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(jī)一個(gè)就要5,000美元(搭配一個(gè)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(jī)。

1970年代的個(gè)人計(jì)算機(jī)

科技領(lǐng)域的改變有多么大!但是很多其他專業(yè)領(lǐng)域并非如此，我有個(gè)兄弟是珠寶批發(fā)商，他說(shuō)他的生意跟四十年前比起來(lái)幾乎沒(méi)什么變化，除了實(shí)體珠寶商店的數(shù)量因?yàn)樵诰€購(gòu)物而減少;我還有另一個(gè)兄弟是哲學(xué)家，則是利用現(xiàn)代化的工具來(lái)闡述古老的思想。

電子工程是一個(gè)只有“變化”是永恒不變的領(lǐng)域，有些人聲稱這個(gè)領(lǐng)域每?jī)赡陼?huì)重新改造一次，但這是個(gè)只考慮到我們的知識(shí)基礎(chǔ)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(duì)我們的工作來(lái)說(shuō)是基礎(chǔ)的科目，跟我們?cè)诖髮W(xué)里學(xué)的幾乎相同。

但是，技術(shù)本身是以令人眼花撩亂的步伐在演進(jìn)，像是上面那張圖片里的大型主機(jī)，現(xiàn)在完全可以塞進(jìn)比指甲蓋還小的芯片里，而且價(jià)格不再是動(dòng)輒數(shù)百萬(wàn)美元，今日這些芯片的價(jià)格便宜到能拿來(lái)當(dāng)做免費(fèi)贈(zèng)品。

要指出我們的技術(shù)有哪一些是完全沒(méi)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(jí)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(jié)構(gòu)的電路板在目前并不罕見(jiàn);更別說(shuō)埋孔(buried vias)…誰(shuí)在四十年前夢(mèng)想過(guò)這種結(jié)構(gòu)?

嵌入式軟件也有改變;在1970年代是匯編語(yǔ)言的天下，C與C++語(yǔ)言則是目前的主流;有人可能會(huì)說(shuō)，C語(yǔ)言自1990年代崛起之后就一直停滯不前，不過(guò)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(jià)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(dòng)糾錯(cuò)，還有其他工具能產(chǎn)生單元測(cè)試。

我們以往在開(kāi)發(fā)程序、修補(bǔ)二進(jìn)制代碼時(shí)習(xí)慣利用紙磁帶(reassembling)來(lái)大量?jī)?chǔ)存以節(jié)省時(shí)間，現(xiàn)在則有酷炫的整合開(kāi)發(fā)環(huán)境(IDE)，能以圖形顯示那些任務(wù)在何時(shí)執(zhí)行，或是從一個(gè)以每秒上百萬(wàn)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(lái)都像是小鎮(zhèn)里被忽視的孩子，所有的技術(shù)光輝都集中在PC、平板裝置等產(chǎn)品上;要設(shè)計(jì)平板裝置的SoC芯片，需要行數(shù)以億計(jì)的硬件描述語(yǔ)言(HDL)，這是驚人的工程成就，但對(duì)我來(lái)說(shuō)，更令人興奮的是市面上那些廉價(jià)卻能提供迷人性能的32位MCU。

我們正處于歷史的奇異點(diǎn)(singular point)，至少在嵌入式技術(shù)發(fā)展史上;今日那些既便宜、性能又強(qiáng)的32位MCU，不但內(nèi)建海量存儲(chǔ)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(chǔ)功能，正在重新定義我們這個(gè)業(yè)務(wù)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(jià)格也很高，現(xiàn)在只要幾塊錢就買得到;長(zhǎng)期以來(lái)，市場(chǎng)都渴望能擁有價(jià)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(guān)技術(shù)已經(jīng)到位，而且預(yù)期我們可以看到一些非?？岬漠a(chǎn)品問(wèn)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(gè)星球上最棒的職業(yè)!