嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用研究進(jìn)展

鄭鈺鵬

[摘? ? 要] 嵌入式系統(tǒng)具備高運行可靠性、高適時性、強(qiáng)專用性、內(nèi)核小、系統(tǒng)精簡等優(yōu)勢，當(dāng)前已經(jīng)成為信息應(yīng)用領(lǐng)域中最為熱議的研究方向。基于此，對嵌入式系統(tǒng)的相關(guān)概念以及應(yīng)用研究進(jìn)展做出細(xì)致、深入的分析，以推動嵌入式系統(tǒng)的持續(xù)性、穩(wěn)定性發(fā)展。

[關(guān)鍵詞]嵌入式系統(tǒng);應(yīng)用;研究進(jìn)展

[中圖分類號]TP368.1 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（21）04–0–02

Research Progress of Embedded System Application

Zheng Yu-peng

[Abstract]Embedded system has the advantages of high operation reliability， high timeliness， strong specificity， small kernel and simple system. Based on this， this paper will make a detailed and in-depth analysis of the related concepts and application research progress of embedded system in order to promote the sustainable and stable development of embedded system.

[Keywords]embedded system; application; research progress

嵌入式系統(tǒng)就是對各種裝置做出管控、輔助，推動儀器正常運行的一種特定式計算機(jī)系統(tǒng)，由于其具備眾多的優(yōu)勢，因此，在各行各業(yè)中均得到廣泛應(yīng)用。由此可見，了解嵌入式系統(tǒng)的概念、結(jié)構(gòu)、特點以及其當(dāng)下的應(yīng)用研究進(jìn)展，是推動嵌入式系統(tǒng)長遠(yuǎn)、穩(wěn)定發(fā)展的核心因素。

1 嵌入式系統(tǒng)的相關(guān)概念

嵌入式系統(tǒng)屬于極為獨特的一種計算機(jī)系統(tǒng)，同樣，也隸屬于定制性、多樣性、專用性的一種操作系統(tǒng)。其中，主要包含完整的軟件與硬件計算機(jī)系統(tǒng)，“依托于計算機(jī)技術(shù)，并且依據(jù)軟硬件剪裁以及應(yīng)用，在具備嚴(yán)格要求，即功耗、體積、成本、可靠性、功能等計算機(jī)系統(tǒng)當(dāng)中具備較高的適用性。”屬于嵌入式系統(tǒng)的定義。嵌入式系統(tǒng)不僅具備高速固化的軟硬件標(biāo)準(zhǔn)與性能、多任務(wù)操作系統(tǒng)以及內(nèi)核小巧精簡等特點，同時，還具備高軟硬件切合度、高實時性、高專用性、應(yīng)用開發(fā)隨發(fā)展所需以及市場導(dǎo)向迅速革新的特點。針對于嵌入式系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)而言，主要包含以下幾個方面。

（1）微處理器。屬于整體嵌入式系統(tǒng)的關(guān)鍵要素，高度專一性、高可靠性、運行高效率、微型化是其主要的特征。現(xiàn)在其使用的目標(biāo)才是嵌入式微處理器的主要根據(jù)，具有多種體系，另外，相同的體系因為外部鏈接設(shè)施和接口、數(shù)據(jù)寬度、頻率存在一定的差異，因此，主流體系也存在差異，例如：PowerPC、X86、MIPS、SH、ARM等。

（2）硬件。其中主要包含三部分：顯示部件、設(shè)施通信、儲存器。而儲存器則是重中之重，可以直接被訪問，主要是對系統(tǒng)程序進(jìn)行存放和對代碼執(zhí)行，通常主要由輔助存儲設(shè)施、緩存、主存構(gòu)成。外部設(shè)施與嵌入式系統(tǒng)能夠連接的關(guān)鍵在于設(shè)施通信接口。從顯示器部件來看，主要是進(jìn)行人機(jī)交互，主要包含各種射線管、觸摸屏以及液晶顯示屏等。

（3）操作系統(tǒng)。隨著不同外部設(shè)施，特別是電子商務(wù)以及信息家電的大力發(fā)展，針對于嵌入式系統(tǒng)而言，同樣也提出了更為嚴(yán)苛的要求，促使嵌入式操作系統(tǒng)能夠朝著功能化、專業(yè)化方向發(fā)展。同以往的PC操作系統(tǒng)相比，嵌入式操作系統(tǒng)不僅具備數(shù)據(jù)同步、文件處理、任務(wù)協(xié)調(diào)等功能，同時，還能夠兼顧支持網(wǎng)絡(luò)連接、界面友好、操作便捷、實時、可拆卸等特征。

（4）應(yīng)用軟件。從應(yīng)用軟件來看，其主要是位于硬件與操作系統(tǒng)中，可以按照用戶在硬件平臺上的需求，對設(shè)定的目標(biāo)達(dá)成。利用軟件的穩(wěn)定性、復(fù)用性以及開發(fā)可控性等，應(yīng)用軟件可以劃分為通用組件、用戶圖形接口、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、文件系統(tǒng)等。

2 嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用研究進(jìn)展

2.1 工業(yè)控制

嵌入式工業(yè)應(yīng)用，實際上，具體指的是在制造業(yè)設(shè)施更新、優(yōu)質(zhì)高效生產(chǎn)、投放市場領(lǐng)域內(nèi)呈持續(xù)性增長。例如：交通、航天、醫(yī)療電子等領(lǐng)域。現(xiàn)在，由于3C技術(shù)得到飛速發(fā)展以及持續(xù)研究，工業(yè)嵌入式控制系統(tǒng)已經(jīng)從以往的DCS（集成控制）逐步向FCS（現(xiàn)象總線）轉(zhuǎn)變，同時，將為以往的工業(yè)自動化體系結(jié)構(gòu)形成革命性的改革，對控制功能的分散化、儀表的智能化起到一定的促進(jìn)作用。在嵌入式設(shè)施網(wǎng)絡(luò)中，能夠達(dá)成數(shù)據(jù)加密、電源低耗、無限便攜等目標(biāo)，因此需要嵌入式網(wǎng)絡(luò)處理方案能夠具有智能性。

2.2 消費電子

早在2004年，環(huán)球資源發(fā)布了一份聯(lián)合研究報告，在其報告中指出，在嵌入式系統(tǒng)中，亞太地區(qū)的消費電子是需求量最大的產(chǎn)業(yè)，2021年來，F(xiàn)PGA技術(shù)得到不可估量的發(fā)展，且將這種技術(shù)廣泛應(yīng)用在嵌入式消費電子中。從消費電子層面來看，最低可保持8個月的電量同時可做成監(jiān)測智能手環(huán)、聯(lián)網(wǎng)的咖啡機(jī)、電動滑輪，大至高解析度廣播電視傳播標(biāo)準(zhǔn)、全球數(shù)字、等離子顯示技術(shù)、LCD、多媒體娛樂系統(tǒng)、游戲、安全系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、電子信息物流、汽車AR系統(tǒng)、VR技術(shù)、家用3D打印等。此類消費電子需求與應(yīng)用正在不斷提高，預(yù)示著嵌入式消費電子產(chǎn)品在人民群眾的日常生活、工作與學(xué)習(xí)中正在不斷深入。

2.3 機(jī)器人與人工智能

美國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略以及德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略的頒布，促使我國也在不斷推行智能戰(zhàn)略計劃，即中國制造2050。嵌入式芯片的飛速發(fā)展不僅在其他方面得到廣泛應(yīng)用，在高智能機(jī)器人方面同樣如此。利用機(jī)器替代人工，是制造行業(yè)未來的必然形式。另外，它也是智能制造的前提，為確保以后工業(yè)進(jìn)入智能化和數(shù)字化以及自動化的基礎(chǔ)。針對輕工、化工、汽車、國防軍工以及機(jī)械等領(lǐng)域的要求，機(jī)器人必然會成為這些行業(yè)里面的標(biāo)準(zhǔn)。從機(jī)器人的解決辦法以及應(yīng)用實際來看，本質(zhì)上都屬于互聯(lián)網(wǎng)智能設(shè)備，對機(jī)器進(jìn)行整合，以此來對生產(chǎn)線進(jìn)行建立，最終讓資源合理化的目的實現(xiàn)，讓生產(chǎn)效率增加，同時，能夠?qū)⑽覈闹悄芑秸w提高。在互動性方面，機(jī)器人具備更為顯著的優(yōu)勢，例如：百度旗下的機(jī)器人“度秘”。不僅可以跟人類無障礙交流，還可以在生活中幫助客戶完成點餐支付的服務(wù)。從家庭陪護(hù)機(jī)器人層面來看，利用嵌入式系統(tǒng)，可以對身體的生理反應(yīng)以及健康狀況（如血壓）等進(jìn)行監(jiān)測，并通過網(wǎng)絡(luò)反映出來，在特殊情況下，可主動進(jìn)行求助與親人聯(lián)系。在未來，嵌入式系統(tǒng)制造的機(jī)器人會有更加高級的“功能”，比如進(jìn)行推理和自我判斷等。而且在互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，人工智能在未來必將是一項驚人的發(fā)明。預(yù)計到2025年，其市場規(guī)模可以超過千億。機(jī)器人也會在人們生活中變得更加常見，價格也相對便宜，不管在工業(yè)領(lǐng)域還是其他領(lǐng)域必將有著更為廣泛的應(yīng)有。

2.4 物聯(lián)網(wǎng)

從嵌入式系統(tǒng)來看，通過當(dāng)前掌握的科學(xué)技術(shù)和積累的經(jīng)驗，利用已經(jīng)發(fā)明出來的產(chǎn)品和現(xiàn)有的平臺前提下與應(yīng)用傳感單元結(jié)合，對物聯(lián)網(wǎng)感知能力擴(kuò)展進(jìn)行實現(xiàn)，并挖掘出新的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)。尤其是不斷風(fēng)靡的POS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，智能城市公共自行車系統(tǒng)、無人機(jī)飛行器送貨系統(tǒng)、自助快遞取貨機(jī)等各種ATM智能終端將會全面邁進(jìn)人們的日常生活，對人們的生活方式悄然做出轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)人們衣食住行的便捷性。物聯(lián)網(wǎng)實際上就是互聯(lián)網(wǎng)，能夠促使互聯(lián)網(wǎng)因素在生產(chǎn)制造中正式介入，將生產(chǎn)管理信息數(shù)據(jù)實施收集、整合與分析。但是，需要通過硬件設(shè)施技術(shù)的支持，例如：激光掃描器、全球定位系統(tǒng)、紅外感應(yīng)器、射頻識別等信息傳感設(shè)施，并且將相應(yīng)的協(xié)議作為依據(jù)，鏈接互聯(lián)網(wǎng)與任何物品，將資源的優(yōu)化與信息的交互得以實現(xiàn)。而在物聯(lián)網(wǎng)的組成技術(shù)中，嵌入式系統(tǒng)往往能夠通過信息化、工程化的視角對物聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)做出全面、深刻的了解。

2.5 交通管理

嵌入式系統(tǒng)在眾多交通管理工作方面起到了極為顯著的作用，例如：檢修汽車、監(jiān)測違章、控制車流、限制車流、車船導(dǎo)航等。GSM內(nèi)置組件形成的移動導(dǎo)航終端在交通運輸?shù)母魇礁鳂宇I(lǐng)域中得到了大力普及與廣泛應(yīng)用。現(xiàn)如今，針對于GPS終端設(shè)施而言，已經(jīng)屬于普通性的電子商品，平板電腦、智能手機(jī)等各種移動終端均已配置GPS模塊，能夠?qū)⒂脩舻男枨笞鳛橐罁?jù)，對目標(biāo)展開隨時定位。

2.6 家用智能設(shè)施

以往在故障檢測、抄錄天然氣表、電表、水表時，主要采取人工的形式，而通過嵌入式系統(tǒng)的功能化、微型化發(fā)展，已經(jīng)在天然氣表、電表、水表中得到了大量普及，將遠(yuǎn)程監(jiān)測故障、自動抄表得以實現(xiàn)。除此以外，自動控溫控濕設(shè)施、安全防火防盜設(shè)施也都已經(jīng)同嵌入式系統(tǒng)相結(jié)合。在家庭服務(wù)中，預(yù)約排隊、遠(yuǎn)程訂票、遠(yuǎn)程點餐同樣也呈現(xiàn)了嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展態(tài)勢及應(yīng)用潛力。

2.7 電子商務(wù)

自動取/售票機(jī)、POS刷卡機(jī)、自動繳費機(jī)、自動柜員機(jī)、公共電話卡系統(tǒng)、公共交通智能系統(tǒng)等智能終端都已經(jīng)實現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)的配備，能夠為人們的生活便利性起到一定的促進(jìn)作用，同時，也正在對人民群眾的生活習(xí)慣做出巨大變革。

3 結(jié)語

嵌入式系統(tǒng)憑借其微能耗、微型化、智能化、個性化等特征，目前在各行各業(yè)中已經(jīng)得到廣泛的使用。通過分析嵌入式系統(tǒng)的概念與應(yīng)用研究進(jìn)展，目的在于推動嵌入式系統(tǒng)邁向軟硬件成本與功耗降低、精簡系統(tǒng)內(nèi)核、功能多樣化、系統(tǒng)工程化、超級網(wǎng)絡(luò)化、交互友好化的發(fā)展進(jìn)程，促使嵌入式系統(tǒng)能夠更好地服務(wù)人民，實現(xiàn)科技領(lǐng)域的進(jìn)一步創(chuàng)新與發(fā)展。

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