計算機嵌入式系統(tǒng)的概念及其應(yīng)用

馮瀚樺 黃永 謝嘉豪

摘 要：信息時代，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在諸多領(lǐng)域均得到了較為廣泛的應(yīng)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(lǐng)域出發(fā)，對嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)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(lǐng)域都已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)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(lǐng)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(yīng)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(yīng)用所設(shè)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(wù)，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(wù)，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。

嵌入式系統(tǒng)主要具有以下特點：（1）面向特定的應(yīng)用，嵌入式系統(tǒng)可以將需要板卡完成的各項任務(wù)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(shè)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(yīng)的應(yīng)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(yīng)用時，相關(guān)人員應(yīng)著重考慮以上內(nèi)容，保證該系統(tǒng)的優(yōu)勢，能夠在應(yīng)用的過程中得到充分發(fā)揮。

2、 嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用

2.1、 機器人領(lǐng)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(yīng)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(yīng)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(lǐng)域并非新興領(lǐng)域，只是受知識、技術(shù)制約，導致該領(lǐng)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(yīng)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(lǐng)域前進的速度，以機器人為核心的產(chǎn)業(yè)越來越完善。

2.2、 消費電子領(lǐng)域

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(shè)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(lǐng)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(yīng)用存在著密不可分的關(guān)系。

2.3、 現(xiàn)代醫(yī)療領(lǐng)域

在現(xiàn)代醫(yī)療領(lǐng)域中，嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)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(yīng)與其特點相符，以放射設(shè)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(yīng)用，而以分光光度計、電療描記器為代表的化驗設(shè)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(shè)計醫(yī)療儀器時，設(shè)計人員應(yīng)重視3點內(nèi)容：（1）利用模塊化的設(shè)計方法，在平臺上對型號不同的產(chǎn)品進行設(shè)計。（2）以大系統(tǒng)背板為依托展開設(shè)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(yīng)用嵌入式系統(tǒng)可以使上述設(shè)計目標成為現(xiàn)實;最后，在設(shè)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(shè)計人員可以通過對公共硬件平臺進行反復應(yīng)用的方式，以基本設(shè)計為基礎(chǔ)，完成對支持不同功能的系統(tǒng)進行建立的工作，設(shè)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(lǐng)域

由于嵌入式系統(tǒng)的中心為應(yīng)用，基礎(chǔ)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(yīng)用的優(yōu)勢十分明顯。合理應(yīng)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(yīng)速度快、軟件代碼小等方面。工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的組成通常分為四個部分，分別是傳感器、數(shù)據(jù)顯示設(shè)備、數(shù)據(jù)記錄設(shè)備和執(zhí)行機構(gòu)，其作用是對電氣設(shè)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(yīng)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(yīng)用，這是因為嵌入式系統(tǒng)所對應(yīng)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(lǐng)域得到認可和廣泛應(yīng)用[3]。

2.5、 汽車電子領(lǐng)域

現(xiàn)階段，嵌入式系統(tǒng)在車輛控制、監(jiān)控、導航及汽車服務(wù)等方面，均得到了較為廣泛的應(yīng)用，其中，最具代表的應(yīng)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(lǐng)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(lǐng)域的應(yīng)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(luò)通信系統(tǒng)。高頻控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)為C級網(wǎng)絡(luò)和D級網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)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(chǔ)上，達到提高硬件、軟件通用性的目的。

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(lǐng)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(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計及網(wǎng)絡(luò)信息安全[J].信息與電腦：理論版，2019（12）：78-79.