淺談嵌入式系統的現狀及發展趨勢


淺談嵌入式系統的現狀及發展趨勢

根據IEEE國際電氣和電子工程師協會定義,嵌入式系統是將計算機的硬件或者軟件嵌入其他機、電設備或者應用系統中用於控制、監視或者輔助操作機器和設置的裝置。現代嵌入式系統通常是基於微控制器(如含集成內存和/或外設接口的中央處理單元)的,但在較復雜的系統中普通微處理器使用外部存儲芯片和外設接口電路。與個人計算機這樣的通用計算機系統不同,嵌入式系統通常執行的是帶有特定要求的預先定義的任務。

由於嵌入式系統只針對一項特殊的任務,設計人員能夠對它進行優化,減小尺寸降低成本。嵌入式系統通常進行大量生產,所以單個的成本節約,能夠隨着產量進行成百上千的放大。

嵌入式系統在當下生活中應用非常廣泛,應用於電信系統、電子類產品、醫療設備、智能家居等領域,常見的有手機、MP3、手環、智能電飯煲、電子字典、可視電話、數字相機、數字攝像機、U-Disk、機頂盒、高清電視、游戲機、智能玩具、交換機、路由器、數控設備或儀表、汽車電子、家電控制系統、醫療儀器、航天航空設備等都是典型的嵌入式系統。

目前的嵌入式開發更傾向於智能化,即智能硬件(硬件+軟件),嵌入式產品的一個發展趨勢是更傾向與自動化控制和人機交互。目前嵌入式系統正在進入網絡化階段,伴隨着Internet技術與信息家電、工業控制、航空航天等技術結合日益密切,嵌入式設備與Internet的結合越發密切。

當下很多產品也逐步進入平常人的生活,小小設備實現大大的功能。僅僅在網購平台便能夠用便宜的價格買到性價比超高的嵌入式系統產品,例如天貓精靈智能音箱、百度機器人以及海爾掃地機器人。

天貓精靈智能音響,可進行語音識別、對話交互,應用與娛樂、生活、購物、智能家具控制等方面,屬於新一代音箱,組合口令就是能夠讓天貓精靈執行多個指令,比如設置口令“我回來了”,天貓精靈就會打開燈+打開空調+打開電視+播放音樂,而且支持用戶自定義設置。通過多傳感器等硬件以及相應的配套嵌入式應用軟件,並結合互聯網,完成智能化多種方式的操作,實現和諧人機交互。

百度機器人,通過深度學習、神經網絡等算法,實現“百度大腦”,具有自學習、自訓練能力,如最強大腦的小度機器人,基於嵌入式的人工智能機器人系統,包括處理器模塊,處理器模塊的一側與雲端模塊相連接,並且與紅外線傳感模塊、視頻采集模塊、視頻傳輸模塊、濕度傳感模塊依次連接,能夠有效的使得現有的已經工作的機器人進行嵌入相應的參數,大大的增加了機器人的實用性,使得機器人能夠實現相關人員想要的目的並且能夠進行實時更改。

海爾掃地機器人,能夠自動巡邏,自動繪制室內地圖,自動避障,自動清潔地面,機器人的核心是大腦,即是“數據和算法”,但機器人大腦想機器人身軀能夠像人類一樣活動,那么就必須得依靠嵌入式技術。

同時,當下年輕普遍喜歡佩戴的運動手環也是嵌入式開發的重要產品和集中智慧的結晶,小米手環3,可顯示微信、來電等消息內容,振動鬧鍾,心率計算,步數統計,實時運動數據查詢,睡眠質量監測等,內部不僅僅依靠各種必要的硬件裝備,而且依托現在新的應用軟件技術,能夠實現嵌入式技術結合相應網絡技術便利人民生活。嵌入式系統是設計完成復雜功能的硬件和軟件,並使硬件和軟件緊密耦合起來的計算機系統。

嵌入式系統用在一些特定專用設備上,通常這些設備的硬件資源(如處理器、存儲器等)非常有限,並且對成本很敏感,有時對實時響應要求很高等。

嵌入式系統系統內核小,專用性強,屬於專用型操作系統,系統精簡,具有高實時性的操作系統軟件。嵌入式開發在交叉平台開發,即在一個平台上開發,在另一個平台上運行,同時平台由硬件,操作系統和軟件開發工具組成。嵌入式系統屬於一個交叉學科,涵蓋了微電子技術、電子信息技術、計算機軟件和硬件等多項技術領域的應用。嵌入式開發是一項系統工程,因此要求嵌入式系統廠商不僅要提供嵌入式軟硬件系統本身,同時還需要提供強大的硬件開發工具和軟件包支持。

同時隨着因特網技術的成熟、帶寬的提高日益提高,以往單一功能的設備如電話、手機、冰箱、微波爐等功能不再單一,結構更加復雜,未來的嵌入式設備為了適應網絡發展的要求,必然要求硬件上提供各種網絡通信接口。

傳統的單片機對於網絡支持不足,而新一代的嵌入式處理器已經開始內嵌網絡接口,除了支持TCP/IP協議,還有的支持IEEE1394、USB、CAN、Bluetooth或IrDA通信接口中的一種或者幾種,同時也需要提供相應的通信組網協議軟件和物理層驅動軟件。軟件方面系統系統內核支持網絡模塊,甚至可以在設備上嵌入Web瀏覽器,真正實現隨時隨地用各種設備上網,同時嵌入式系統具有精簡系統內核、算法,降低功耗和軟硬件成本,提供友好的多媒體人機界面.

隨時人工智能的不斷發展和深入,人工智能實現智能化無處不依賴嵌入式技術,人工智能學科在不知不覺中帶動嵌入式技術革新,從一系列智能產品,包括無人機、智能音響、機器人控制、城市天眼系統、智能家具、自動駕駛汽車、掃地機器人、小米手環等等,都依靠嵌入式技術來實現,前沿嵌入式技術更傾向於嵌入式+智能學科的發展,由於嵌入式系統通常具有低功耗、體積小、集成度高等特點,因此隨着消費家電的智能化和廉價微處理器的出現,嵌入式系統必將在日常生活里形成更大的應用領域。


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