從iPad與iPhone看嵌入式系統潛力

進入了 2010 年之後，Apple 在一月底推出了近三年來最重要的新產品：iPad 在 Apple 公關團隊「有意」的透露下成為電子產業及金融投資圈最受關注的議題，其他消息人士則透露這可能是 Steve Jobs「近幾年來感到最興奮的產品計畫」。經過了八週的等待後，第一批 iPad 已於四月初在美國市場問世，全球發售將於五月下旬開始。日前 Steve Jobs 又發表了 Apple iPhone OS 4.0 作業系統，新版作業系統的功能提升意義重大，與 iPad 搭配後有望開拓廣泛的應用市場。

▲Apple iPhone OS 4.0系統的功能提升意義重大，與 iPad 搭配後有望開拓廣泛的應用市場。（圖片來源：Apple 官網）

iPad 發售順利搶灘

打從一月底發表開始，iPad 的市場定位與規格就飽受爭議。iPad 被定位成一款觸控螢幕平板電腦（雖然沒有完整電腦功能）、螢幕大小為 9.7 英吋、重量則只有 680 克。在 iPhone 問世時，Apple 在智慧型手機市場上是後來者，智慧手機市場已經被國際品牌如 NOKIA、微軟 Windows Mobile、Palm、Sony Ericsson 及 BlackBerry 所割據。但經過了近三年的努力，iPad 問世時 Apple 的身份已經變為智慧型手機市場上的領導廠商。雖然仍有產業研究單位對 iPad 提出不少質疑：他們認為 iPad 產品定位不倫不類，主流大眾沒有強烈需要這種產品。但截至 4 月 8 日的銷售成績：45 萬台至少證明 iPad 已經站穩腳步。閱讀軟體 iBook 的下載超過 60 萬次，iPad 軟體商店的下載次數達到 350 萬次。


▲過去 8 季搭載 Apple iPhone OS 產品的出貨量大幅成長。

質疑 iPad 未來潛力人士所抱持的最主要理由是該產品的功能性與一般電腦相比時較為侷限，真正的原因則是 iPad 所採用的作業系統：iPhone OS 3.1.3 的「檔案管理封閉」與「無法多工（Multitasking）」，這與一般人對現代電腦作業系統傳統認知有所差距。iPhone 在推出時也曾被嘲笑成花而不實的科技玩具，但之後它卻改變了智慧型手機市場的格局，並促使其他競爭者倉促地推出了自己的觸控螢幕手機和應用商店。前述事實證明了 Apple 真正的競爭力在於軟體平台與服務，而非硬體功能領先競爭對手。就在媒體焦點仍集中在 iPad 開賣首日的銷售成績時，Steve Jobs 選在美西時間 4 月 8 日發表了新一代作業系統 iPhone OS 4.0。

開放多工功能水到渠成

雖然較眾人預期的時間遲了兩個月（先前預計將於一月底 iPad 產品發表時同步推出），但新系統內的七大功能仍讓 Apple 使用者感到興奮不已，新的 iPhone OS 4.0 將允許程式在背景執行，同時還能保證系統的速度和電池續航能力。這項改變解決了過去 iPhone 系統最受詬病的遺憾，多工（Multitasking）的細節為：雙擊 Home 鍵可彈出後台任務列表（不過 Home 鍵的耗損速度也將加倍）；還提供包括了第三方音樂軟體播放、VoIP 網路電話、背景 GPS 定位、推送通知（Notification）、本地通知、背景任務執行和快速切換等特性。企業功能則加入了過去 BlackBerry 企業客戶熟悉的 MIS 管理者功能，增加了安全性、可擴展性和相容性之類跨國企業用戶需要。在 iPhone OS 4.0 系統中，遊戲類別的程式將被單獨獨立並作為 App Store 的延伸。遊戲中心（Game Center）實際就是一個遊戲社交平台，iPhone 用戶可邀請朋友進行多人遊戲，並有全球成績排行等紀錄功能。新增加的企業功能與遊戲中心特色更清楚顯示了 Apple 希望透過 iPhone 爭取更多商務人士與遊戲玩家成為客戶，拓展這塊過去由 BlackBerry 及 NDS / PSP 所壟斷的市場。


▲新的 Apple iPhone OS 4.0 將允許程式在背景執行，同時還能保證系統的速度和電池續航能力。

從 Apple iPhone 問世至今，iPhone OS 已有兩次重大更新：1.x 到 2.x 及2.x 到現在的 3.x。其中 iPhone OS 2.0 是為了 iPhone 3G 版本而同時誕生，在後續的版本（2.1、2.2、2.2.1）中 Apple 不斷修補漏洞和針對 iPhone 2 代和 1 代進行強化。目前 2.2.1 系統是所有版本中 Bug 最少的，沒有 Wi-Fi 連接問題也沒有音樂排序問題（音樂排序問題出現在 3.x 版本），iPhone 2 代和 1 代的硬體規格執行速度也最佳，這也是為什麼 iPhone OS 2.2.1 被 iPhone 玩家稱為最適合 1 代和 2 代機種的最佳作業系統。隨著 iPhone 3GS 的問世與性能提升，Apple 也準備了 iPhone OS 3.0 與之對應。 iPhone OS 3.0 在功能上進行大幅度更新：加入了包括搜索、定位、輔助等更高級功能。


▲回顧 Apple iPhone OS 1.0，我們可以發現巨大的進步。

隨著預裝軟體的數量上升（由於系統功能增加），系統也因為內部記憶體被佔用而變慢，這也就是 3.0 系統一開始在iPhone 1 代和 2 代上運作速度不很理想的原因。後來 Apple 工程師雖然不斷改版，但重心在於加強 iPhone 3GS 用戶的使用體驗，雖然一代和二代的運行速度也有提升，但效果依舊不是很理想。依照 Apple 過去的產品策略，OS 4.0 系統最可能是為迎接新機型（iPhone 4 代）而進行的準備。iPhone 3GS 機種與前兩代相比，iPhone 3GS 不但在提升了 AP 處理器的運算速度，更重要的是記憶體從 128MB 提升至 256MB，依照筆者的實際測試，iPhone 2 代和 1 代裝上 iPhone OS 3.x 系統後的可用記憶體僅剩下 50MB 左右、若執行大型軟體如遊戲或 Safari 瀏覽器，可用記憶體可輕易下降至個位數字。而在記憶體加倍之後，iPhone 3GS 裝上 iPhone OS 3.x 系統仍有約 150MB 的可用記憶體，不但操作順暢、進行多工任務也游刃有餘，由此可推斷 Apple 過去不開放多工主要的考量仍是硬體限制，在前兩代產品逐漸退出第一線、下一代產品性能又將有所提升的背景下，順勢開放多工功能可說是水到渠成。


▲透過功能不斷提升，Apple iPhone OS 的市佔率也不斷上升。

嵌入式系統市場受 iPhone OS 影響深遠

Apple iPhone OS 4.0 的推出象徵了嵌入式系統的另一個里程碑。與一般大家所熟知的傳統個人電腦作業系統（儲存於電腦的硬碟中）不同，嵌入式系統（Embedded system）是一種「完全嵌入受控器件內部，為特定應用而設計的專用電腦系統」，過去嵌入式系統常見於控制、監視或輔助設備、機器或工業用的裝置。早期的嵌入式系統只針對特殊任務，程式設計人員能夠對它進行最佳化，減小尺寸並降低成本。1990 年代個人數位助理（Personal Digital Assistant、簡稱 PDA）及其他手持裝置誕生後，雖然基於產品特性在軟體擴充性比其他裝置來得好，但普遍也被認為是嵌入式系統領域。


▲第一個被公認的現代嵌入式系統是麻省理工學院儀器研究室研發的阿波羅太空船導航電腦。（圖片來源：NASA）

第一個被公認的現代嵌入式系統是麻省理工學院儀器研究室研發的阿波羅太空船導航電腦。阿波羅導航電腦被認為是整個阿波羅計劃風險最大的部分，為了減小尺寸和重量而使用的當時最新的單片積體電路更加大了阿波羅計劃的風險。在登陸月球任務圓滿達成後，電腦工程師們認可了嵌入式系統的可靠性與功能。第一款大批量生產的嵌入式系統是 1961 年問世的「民兵式洲際彈道飛彈」上的 D-17 自動導航控制電腦。經過了將近 50 年的發展後，目前嵌入式系統應用領域廣泛並深入日常生活，包括家庭自動化產品（如恆溫器、冷氣機、安全監視系統）、家用電器（包括微波爐、洗衣機、電視機、DVD 播放器）、醫療裝置（如 X 光機、核磁共振成像儀）、多媒體電器（如電視機頂盒、數位衛星解碼器）以及各類電視遊戲機和攜帶型遊戲機。


▲新增加的企業功能與遊戲中心特色更清楚顯示了 Apple 希望透過 iPhone 爭取更多商務人士與遊戲玩家成為客戶。

過去嵌入式作業系統市場的龍頭老大無可爭議的屬於微軟，以 Windows CE 為代表的微軟嵌入式作業系統不但領先於競爭對手如 Android、iPhone OS 在數年前就投入市場，很多使用者甚至不知道他們正在使用微軟的系統，以 Windows CE 為內核的系統出現在客廳（Xbox 360）、掌上型電腦（Windows CE）與智慧型手機（Windows Mobile）內。但隨著 iPhone OS 及 Android OS 誕生之後，市場競爭態勢有了改變，Apple iPhone OS 的出現更大幅改變了嵌入式系統的使用體驗與設計思維！

從「功能取向」轉為「使用者取向」

Apple iPhone OS 可謂是「以使用者為中心的設計」之典範，呼應了 Apple 過去一貫強調的「軟體設計和消費者體驗的完美佳作」精神，其成功讓工程師重新考慮消費者使用電子設備的方式。反過使得設計重點從嵌入到產品的硬體，轉向能夠實現應用並詳細描述使用者介面的軟體。過去許多嵌入式系統受限於成本而很難以直覺來操作，最好的例子就是家庭 VCR 錄影機，有很多人從來都沒有搞懂如何去設置他們的 VCR，甚至連時間設定都不會。但 VCR 的後繼者：TiVo 卻憑著「在幾分鐘之內讓小孩和非科技背景人士學會操作」而席捲美國市場。TiVo 驚人的成功是軟體帶來的成果，其系統不僅可靠還有一個優秀的使用者介面，同樣的例子也發生在 Windows Mobile 與 iPhone 系統的對比上。事實上要簡化一個電子產品以使之更簡單易用，反而需要更複雜的軟體設計。每件消費電子產品都有超過 1,000 種以上的應用程式介面（Application Programming Interface，簡稱 API），其中沒有一個是緊密關聯的。要解決這一問題需要另一個本身就很複雜的軟體層，讓一個非常複雜的應用顯得非常簡單。


▲VCR 的後繼者：TiVo 卻憑著「在幾分鐘之內讓小孩和非科技背景人士學會操作」而席捲美國市場。

Apple 工程師過去在 OS X 作業系統上累積了珍貴的經驗並將之移植至 iPhone OS 系統上。作業系統的優勢甚至延續了 Apple 產品的壽命：按照摩爾定律，所有電子產品約每隔 18 個月就可在運算性能和功能上成長一倍，但使用者接受產品的速度卻跟不上這麼快，因為人的大腦功能不可能每 18 個月就增強一倍。隨著晶片運算能力提高到一個的水準（2010 年問世的入門智慧型手機AP應用處理器晶片運算速度都有 600MHz 左右），前一年的硬體運算功能其實已經足夠。這時候需要的是軟體創新替舊晶片帶來新活力，過去認為「產品硬體創新才是成功關鍵」的思維已經落伍。與其智慧型手機上的競爭對手相比，Apple 產品更新速度相對較慢：iPhone 問世以來僅僅推出了兩款新版本。由於作業系統繼續更新，一代 iPhone 從今天來看也不會顯得過於落伍。


▲Apple 工程師過去在 OS X 作業系統及其前身 NeXT OS 系統上累積了珍貴的經驗並將之移植至 iPhone OS 系統上。

未來應用潛力廣大

嵌入式系統本身的最大特點是為行業應用的創新服務，反之各類新的行業應用對於嵌入式系統發展亦有影響。除了過去活躍的工業自動化、醫療和資訊安全系統外，未來幾年嵌入式系統在消費電子，尤其是手持裝置的發展讓人期待。從剛剛結束的 2010 年 CES 展會中，我們不難看出嵌入式作業系統的應用有多麼廣：除了智慧型手機之外還包含 Smartbook、Tablet Computer 平板電腦、電子書閱讀器、Set-top box 電視機上盒甚至網路電視等產品都不約而同的裝上了嵌入式作業系統（主要為開放式系統 Android），這種 Android 裝置「遍地開花」的情況已象徵嵌入式系統已不再拘泥手持裝置，未來將積極往消費性電子市場滲透的趨勢。一月底 Apple 發表的新產品 iPad 使用該公司自主嵌入式作業系統 iPhone OS 則是另一個證明，繼 iPhone、iPod Touch 與 iPad 之後、下一代 Apple TV 可能是第四個裝上 iPhone OS 系統的產品。


▲繼 iPhone、iPod Touch 與 iPad 之後、下一代 Apple TV 可能是第四個裝上 iPhone OS 系統的產品。（圖片來源：Apple 台灣官網）

iPad 使用的多點觸摸技術是由 iPhone 率先推出後帶動了一批手機應用，之後隨著 Windows 7 作業系統的支持而滲透至 PC 產品，iPad 上市後將帶動一批各種嵌入式系統產品效仿。侷限於過去傳統 PC 作業系統的使用思維，許多人認為類似 iPad 的產品無法給予如同 PC 般的使用體驗。但來自使用者的反應顯示在「非強度的工作應用需求」下，iPad 與 iPhone 此類作業系統可完美達成如上網瀏覽、回覆電子郵件、更新社交網路、遊戲及影音播放等任務，幾乎可滿足輕度電腦使用者的多數需求。而隨著過去最希望被加入的功能：多工執行特色加入 iPhone 4.0 之後，各類商業與通信應用功能也可望被納入。即使消費者不在意產品的使用愉悅性、操作介面細節、表面拋光、外型設計等，iPad 的實用功能仍有吸引力。Apple 軟體商店中的確有一些可有可無的應用，但用於醫療、軍事和工業等領域的應用也越來越多。未來我們有機會在快遞業、零售業、餐飲業及庫存管理行業上看到 iPad 及其他平板電腦的大量出現。


▲來自使用者的反應顯示在「非強度的工作應用需求」下，iPad 與 iPhone 此類作業系統可完美達成如上網瀏覽、回覆電子郵件、更新社交網路、遊戲及影音播放等任務。

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