計算機嵌入式系統的概念及其應用

馮瀚樺 黃永 謝嘉豪

摘 要：信息時代，物聯網技術在諸多領域均得到了較為廣泛的應用，作為物聯網技術的代表，圍繞著嵌入式系統展開的討論，正在變得深入且具體。首先簡明扼要地概括了嵌入式系統的含義和特點，然后結合當今社會的實際情況，從機器人、消費電子等領域出發，對嵌入式系統的應用進行了探究，供相關人員參考。

關鍵詞：嵌入式系統; 消費電子; 現代醫療

作為當今社會最富有生命力的技術之一，嵌入式系統在諸多領域都已經得到了廣泛的應用。換句話說，被嵌入式系統多方覆蓋已經成為社會前進的方向，無論是微型數碼產品還是航空航天領域的發展，均與嵌入式系統存在著密不可分的聯系。由此可見，圍繞嵌入式系統的具體應用展開探究，具有突出的現實意義。

1、 嵌入式系統的概述

嵌入式系統指的是完全被嵌入受控器件的內部，針對特定應用所設計的計算機系統，有別于個人計算機等通用系統，嵌入式系統所執行的任務，通常具有兩方面特點，一個是預先定義，另一個是帶有特定要求。正是因為嵌入式系統的作用是完成某項任務，因此，相關人員可以通過系統優化的方式減小尺寸，達到降低成本的目的。

嵌入式系統主要具有以下特點：（1）面向特定的應用，嵌入式系統可以將需要板卡完成的各項任務在芯片內部進行集成，增強移動能力。（2）將嵌入式系統與實時操作系統相結合，可以為程序執行過程中具有的可靠性、實時性提供保證，減少開發需要花費的時間，提高軟件質量。（3）高效完成對該系統硬件、軟件進行設計的工作，真正做到去除冗余，優化系統。（4）正是由于該系統軟件被固化在單片機、存儲芯片中，因此，程序執行的速度及可靠性能夠得到有力保障。（5）嵌入式系統需要處于專門的開發環境、利用特定的開發工具，才能完成開發工作。（6）系統升級和換代需要和對應的應用同步完成，研究表明，嵌入式系統的產品生命周期通常較長[1]。在對嵌入式系統加以應用時，相關人員應著重考慮以上內容，保證該系統的優勢，能夠在應用的過程中得到充分發揮。

2、 嵌入式系統的應用

2.1、 機器人領域

不斷發展的高新技術，在很大程度上提高了機器人的應用率，而機器人能夠得到快速發展的原因，主要是嵌入式系統的出現。應當明確一點，早在20世紀50年代，MIT就提出了最初的機器人技術，即數控技術。由此可見，機器人領域并非新興領域，只是受知識、技術制約，導致該領域在很長時間內都沒有得到快速發展，機器人技術的應用方向也局限于簡單的控制。直至20世紀70年代，智能理論、MCU的發展，使越來越多人開始將目光轉向機器人技術，該項技術也因此而成為科技企業展開競爭時，所依托的核心力量。不斷發展的嵌入式技術，在無形中加快了機器人領域前進的速度，以機器人為核心的產業越來越完善。

2.2、 消費電子領域

不斷發展的科學技術，加快了電子消費取代傳統消費的速度，電子消費成為社會主流是大勢所趨，由此而帶來的積極影響，主要體現在兩個方面，一方面是使人們的生活變得更加便利，另一方面是為嵌入式系統的發展提供了動力。當今社會，移動電話取代了固定電話，數碼相機取代了膠卷相機，儲蓄卡、信用卡也逐漸取代了紙幣，開始在市場上流通，以微波爐、電視機為代表的家電產品，可以在嵌入式系統的輔助下，實現與互聯網、家庭控制中心聯通的目標[2]。除此之外，人們還可以利用手機等移動設備，對上述家電產品進行遠程操作，亦或是進行遠程教育、遠程醫療，機頂盒的作用也從最初的收看電視節目，逐漸向炒股、網上購物等方向延伸，由此可見，消費電子領域之所以能夠在短時間內得到快速發展，與嵌入式系統的應用存在著密不可分的關系。

2.3、 現代醫療領域

在現代醫療領域中，嵌入式系統的應用主要集中在以下方面：首先，醫療儀器所適用的系統、技術應與其特點相符，以放射設備、心臟起搏器為代表的醫療儀器，要想充分發揮出自身的作用，都需要對嵌入式系統加以應用，而以分光光度計、電療描記器為代表的化驗設備，要想具備良好的速度和精度，同樣需要嵌入式系統提供支持。其次，在設計醫療儀器時，設計人員應重視3點內容：（1）利用模塊化的設計方法，在平臺上對型號不同的產品進行設計。（2）以大系統背板為依托展開設計，提高系統運行速度。（3）保證產品的便攜性。實踐證明，合理應用嵌入式系統可以使上述設計目標成為現實;最后，在設計醫療儀器時，需要重新對嵌入式系統進行編程，目的是盡量避免多次試驗帶來的風險，設計人員可以通過對公共硬件平臺進行反復應用的方式，以基本設計為基礎，完成對支持不同功能的系統進行建立的工作，設計成本隨之降低。除此之外，嵌入式系統的作用，還包括將產品生命周期延長，為醫療儀器的生產、使用提供技術支持等。

2.4 、工業控制領域

由于嵌入式系統的中心為應用，基礎為計算機技術，所涉及的硬件、軟件都滿足可裁剪的要求。因此，對在體積、功能、成本等方面均具有嚴格要求的計算機而言，對該系統加以應用的優勢十分明顯。合理應用嵌入式系統，能夠實現在硬件系統中對功能軟件、操作系統進行結合的目標，其優勢主要體現在響應速度快、軟件代碼小等方面。工業控制網絡的組成通常分為四個部分，分別是傳感器、數據顯示設備、數據記錄設備和執行機構，其作用是對電氣設備系統進行監控，由此可見，工業控制系統對實時性、可靠性具有極高的要求，應用在實時性、可靠性方面具有突出優勢的嵌入式系統很有必要。自動化生產的作用，主要是提高工業生產率，使工業成本大幅降低，要想全面推行自動化，關鍵是對嵌入式系統加以應用，這是因為嵌入式系統所對應處理器的性價比極高，不僅便于控制，進行后期養護的難度也較低，正是因為上述優勢，才使得嵌入式系統在工業控制領域得到認可和廣泛應用[3]。

2.5、 汽車電子領域

現階段，嵌入式系統在車輛控制、監控、導航及汽車服務等方面，均得到了較為廣泛的應用，其中，最具代表的應用為車載導航系統。汽車所裝載嵌入式控制器、傳感器的數量已經多達數十個，其作用主要是輔助汽車主控系統完成各項工作，提高汽車駕駛的人性化水平。整車價值中，電子系統所占比例呈現出逐年提高的趨勢，由此可見，汽車電子領域為嵌入式系統提供了發展所需的動力和空間。研究表明，嵌入式系統在該領域的應用，以下列方向為主：首先，隨著智能交通技術、局域網技術的完善，嵌入式系統會逐漸轉向分布控制系統、網絡通信系統。高頻控制系統的基礎為C級網絡和D級網絡，網絡通信系統的基礎為無線通信。其次，嵌入式系統會具有更高的集成度和更靈活的體系結構。最后，以現有標準為依據，對嵌入式系統進行開發，在降低成本的基礎上，達到提高硬件、軟件通用性的目的。

3、 結語

綜上所述，嵌入式系統需要借助特定的輔助工具，才可以充分實現自身的價值，近幾年，以物聯網和智慧地球為代表的新概念被不斷提出，作為推動各領域發展的主要動力，如何在嵌入式系統的輔助下，使所提出概念成為現實，自然成為社會各界熱議的話題，希望上文中討論的內容可以在某些方面給人以啟發。

參考文獻

[1] 張凱龍，吳曉，苗克堅.面向新工科的嵌入式系統知識體系創新研究[J].無線互聯科技，2019，16（9）：110-114.

[2] 薛粵平.基于嵌入式系統的網絡視頻監控系統設計及網絡信息安全[J].信息與電腦：理論版，2019（12）：78-79.