基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的計算機嵌入式系統(tǒng)初探

張慶

摘 ? 要：信息時代，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在諸多領域均得到了較為廣泛的應用，作為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的代表，圍繞著嵌入式系統(tǒng)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(tǒng)的含義和特點，然后結(jié)合當今社會的實際情況，從機器人、消費電子等領域出發(fā)，對嵌入式系統(tǒng)的應用進行了探究，供相關(guān)人員參考。

關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng);消費電子;現(xiàn)代醫(yī)療

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

1 ? ?嵌入式系統(tǒng)的概述

嵌入式系統(tǒng)指的是完全被嵌入受控器件的內(nèi)部，針對特定應用所設計的計算機系統(tǒng)，有別于個人計算機等通用系統(tǒng)，嵌入式系統(tǒng)所執(zhí)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(tǒng)的作用是完成某項任務，因此，相關(guān)人員可以通過系統(tǒng)優(yōu)化的方式減小尺寸，達到降低成本的目的。通過上文的敘述可以看出，該系統(tǒng)主要具有以下特點：（1）面向特定的應用，嵌入式系統(tǒng)可以將需要板卡完成的各項任務在芯片內(nèi)部進行集成，增強移動能力。（2）將嵌入式系統(tǒng)與實時操作系統(tǒng)相結(jié)合，可以為程序執(zhí)行過程中具有的可靠性、實時性提供保證，減少開發(fā)需要花費的時間，提高軟件質(zhì)量。（3）高效完成對該系統(tǒng)硬件、軟件進行設計的工作，真正做到去除冗余，優(yōu)化系統(tǒng)。（4）正是由于該系統(tǒng)軟件被固化在單片機、存儲芯片中，因此，程序執(zhí)行的速度及可靠性能夠得到有力保障。（5）嵌入式系統(tǒng)需要處于專門的開發(fā)環(huán)境、利用特定的開發(fā)工具，才能完成開發(fā)工作。（6）系統(tǒng)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(tǒng)的產(chǎn)品生命周期通常較長[1]。在對嵌入式系統(tǒng)加以應用時，相關(guān)人員應著重考慮以上內(nèi)容，保證該系統(tǒng)的優(yōu)勢，能夠在應用的過程中得到充分發(fā)揮。

2 ? ?嵌入式系統(tǒng)的應用

2.1 ?機器人領域

不斷發(fā)展的高新技術(shù)，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(fā)展的原因，主要是嵌入式系統(tǒng)的出現(xiàn)。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(shù)，即數(shù)控技術(shù)。由此可見，機器人領域并非新興領域，只是受知識、技術(shù)制約，導致該領域在很長時間內(nèi)都沒有得到快速發(fā)展，機器人技術(shù)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(fā)展，使越來越多人開始將目光轉(zhuǎn)向機器人技術(shù)，該項技術(shù)也因此而成為科技企業(yè)展開競爭時，所依托的核心力量。不斷發(fā)展的嵌入式技術(shù)，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(chǎn)業(yè)越來越完善。幾年前，美國便斥巨資，利用嵌入式系統(tǒng)完成了對帶有機械手的火星車進行建造的工作，作為一臺能夠獨立對火星表面地況進行采集的機器人，“索杰納”號的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在擁有比其他火星車更高的精密度方面，即使不與地球保持聯(lián)系，也可以自主運行，并將所采集數(shù)據(jù)向地球進行傳輸。除此之外，智能機器寵物的出現(xiàn)，同樣依托于嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展，例如索尼機器狗，不僅具備運動的基本功能，還具備語音處理、圖像識別的交互功能，可以對動物的運動、表情進行模仿?！八鹘芗{”號和索尼機器狗的出現(xiàn)表明，嵌入式系統(tǒng)具有高度的穩(wěn)定性、可靠性，將其作為機器人的核心控制器，具有其他系統(tǒng)所不具備的優(yōu)勢。

2.2 ?消費電子領域

20世紀90年代，以消費類電子、計算機和信息通信為基礎的信息家電，開始在日常生活中得到廣泛應用，信息家電的功能，主要包括雙向網(wǎng)絡通信、視聽和信息處理，通常由嵌入式系統(tǒng)、處理器、應用層軟件包和相關(guān)支撐硬件組成。不斷發(fā)展的科學技術(shù)，加快了電子消費取代傳統(tǒng)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(xiàn)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(tǒng)的發(fā)展提供了動力。當今社會，移動電話取代了固定電話，數(shù)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(chǎn)品，可以在嵌入式系統(tǒng)的輔助下，實現(xiàn)與互聯(lián)網(wǎng)、家庭控制中心聯(lián)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(chǎn)品進行遠程操作，亦或是進行遠程教育、遠程醫(yī)療，機頂盒的作用也從最初的收看電視節(jié)目，逐漸向炒股、網(wǎng)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(nèi)得到快速發(fā)展，與嵌入式系統(tǒng)的應用存在著密不可分的關(guān)系。

2.3 ?現(xiàn)代醫(yī)療領域

不斷發(fā)展的信息技術(shù)推動著數(shù)字化產(chǎn)品的發(fā)展。對數(shù)字化產(chǎn)品進行創(chuàng)新、實現(xiàn)軟件增值的核心是對嵌入式系統(tǒng)加以應用，這也是體現(xiàn)市場競爭力的主要因素?，F(xiàn)代醫(yī)療領域的發(fā)展，既需要對傳感檢測技術(shù)進行大力推廣，還需要提高采集、分析、顯示和存儲信息的質(zhì)量，這對醫(yī)療儀器的計算能力、存儲能力提出了更高的要求。除此之外，要想實現(xiàn)社會的可持續(xù)發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)使醫(yī)療設備的環(huán)保等級得到顯著提高，具有突出的現(xiàn)實意義。綜上，如何提高醫(yī)療領域的小型化、智能化和專業(yè)化水平，并在此基礎上，實現(xiàn)零污染、低功耗的目標，已經(jīng)成為人們關(guān)注的焦點，嵌入式系統(tǒng)也因此擁有了更加廣闊的發(fā)展空間。

在現(xiàn)代醫(yī)療領域中，嵌入式系統(tǒng)的應用主要集中在以下方面：首先，醫(yī)療儀器所適用的系統(tǒng)、技術(shù)應與其特點相符，以放射設備、心臟起搏器為代表的醫(yī)療儀器，要想充分發(fā)揮出自身的作用，都需要對嵌入式系統(tǒng)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(tǒng)提供支持。其次，在設計醫(yī)療儀器時，設計人員應重視3點內(nèi)容：（1）利用模塊化的設計方法，在平臺上對型號不同的產(chǎn)品進行設計。（2）以大系統(tǒng)背板為依托展開設計，提高系統(tǒng)運行速度。（3）保證產(chǎn)品的便攜性。實踐證明，合理應用嵌入式系統(tǒng)可以使上述設計目標成為現(xiàn)實;最后，在設計醫(yī)療儀器時，需要重新對嵌入式系統(tǒng)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(tǒng)進行建立的工作，設計成本隨之降低。除此之外，嵌入式系統(tǒng)的作用，還包括將產(chǎn)品生命周期延長，為醫(yī)療儀器的生產(chǎn)、使用提供技術(shù)支持等。

2.4 ?工業(yè)控制領域

近年來，工業(yè)控制應用的嵌入式系統(tǒng)正由最初的8位逐漸轉(zhuǎn)為16位和32位，雖然以電網(wǎng)安全、數(shù)控機床為代表的工業(yè)控制產(chǎn)品，只需要應用8位的嵌入式系統(tǒng)就能夠達到控制的效果，但是16位、32位的嵌入式系統(tǒng)在該領域的應用正變得越發(fā)普遍，這一點需要引起相關(guān)人員的重視。

由于嵌入式系統(tǒng)的中心為應用，基礎為計算機技術(shù)，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(tǒng)加以應用的優(yōu)勢十分明顯。合理應用嵌入式系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)在硬件系統(tǒng)中對功能軟件、操作系統(tǒng)進行結(jié)合的目標，其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在響應速度快、軟件代碼小等方面。工業(yè)控制網(wǎng)絡的組成通常分為四個部分，分別是傳感器、數(shù)據(jù)顯示設備、數(shù)據(jù)記錄設備和執(zhí)行機構(gòu)，其作用是對電氣設備系統(tǒng)進行監(jiān)控，由此可見，工業(yè)控制系統(tǒng)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(yōu)勢的嵌入式系統(tǒng)很有必要。自動化生產(chǎn)的作用，主要是提高工業(yè)生產(chǎn)率，使工業(yè)成本大幅降低，要想全面推行自動化，關(guān)鍵是對嵌入式系統(tǒng)加以應用，這是因為嵌入式系統(tǒng)所對應處理器的性價比極高，不僅便于控制，進行后期養(yǎng)護的難度也較低，正是因為上述優(yōu)勢，才使得嵌入式系統(tǒng)在工業(yè)控制領域得到認可和廣泛應用[3]。

2.5 ?汽車電子領域

應當明確一個概念，嵌入式系統(tǒng)是指對設備、裝置或機器運行起輔助、控制或監(jiān)視作用的裝置，通常由操作系統(tǒng)、微處理器、特定程序及外圍硬件設備所組成?，F(xiàn)階段，嵌入式系統(tǒng)在車輛控制、監(jiān)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(tǒng)。汽車所裝載嵌入式控制器、傳感器的數(shù)量已經(jīng)多達數(shù)十個，其作用主要是輔助汽車主控系統(tǒng)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(tǒng)所占比例呈現(xiàn)出逐年提高的趨勢，由此可見，汽車電子領域為嵌入式系統(tǒng)提供了發(fā)展所需的動力和空間。研究表明，嵌入式系統(tǒng)在該領域的應用，以下列方向為主：首先，隨著智能交通技術(shù)、局域網(wǎng)技術(shù)的完善，嵌入式系統(tǒng)會逐漸轉(zhuǎn)向分布控制系統(tǒng)、網(wǎng)絡通信系統(tǒng)。高頻控制系統(tǒng)的基礎為C級網(wǎng)絡和D級網(wǎng)絡，網(wǎng)絡通信系統(tǒng)的基礎為無線通信。其次，嵌入式系統(tǒng)會具有更高的集成度和更靈活的體系結(jié)構(gòu)。最后，以現(xiàn)有標準為依據(jù)，對嵌入式系統(tǒng)進行開發(fā)，在降低成本的基礎上，達到提高硬件、軟件通用性的目的。

2.6 ?航空航天領域

最早對嵌入式系統(tǒng)加以應用的領域即為航空航天領域。隨著軍事裝備領域的發(fā)展，以火炮控制、導彈引爆為代表的武器控制系統(tǒng)，均需要在嵌入式技術(shù)的輔助下，才能充分發(fā)揮出自身的作用，將雷達、軍用電子設備與坦克、艦船等武器相結(jié)合，可以使遠距離通訊并協(xié)同作戰(zhàn)的目標成為現(xiàn)實。另外，無論是導航、衛(wèi)星還是航空電子設備、空間技術(shù)，現(xiàn)階段都已經(jīng)實現(xiàn)了與嵌入式系統(tǒng)的有效結(jié)合，可以說，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)成為推動該領域發(fā)展的主要動力之一。

3 ? ?結(jié)語

綜上所述，嵌入式系統(tǒng)需要借助特定的輔助工具，才可以充分實現(xiàn)自身的價值，近幾年，以物聯(lián)網(wǎng)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(fā)展的主要動力，如何在嵌入式系統(tǒng)的輔助下，使所提出概念成為現(xiàn)實，自然成為社會各界熱議的話題，希望上文中討論的內(nèi)容可以在某些方面給人以啟發(fā)。

[參考文獻]

[1]張凱龍，吳 ? 曉，苗克堅.面向新工科的嵌入式系統(tǒng)知識體系創(chuàng)新研究[J].無線互聯(lián)科技，2019，16（9）：110-114.

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

[3]王瑞敏，常 ? 瑞，唐永鶴.面向網(wǎng)絡空間安全人才培養(yǎng)的嵌入式系統(tǒng)課程教學內(nèi)容設計[J].計算機教育，2019（9）：143-146.