嵌入式系统的应用研究进展

郑钰鹏

[摘    要] 嵌入式系统具备高运行可靠性、高适时性、强专用性、内核小、系统精简等优势，当前已经成为信息应用领域中最为热议的研究方向。基于此，对嵌入式系统的相关概念以及应用研究进展做出细致、深入的分析，以推动嵌入式系统的持续性、稳定性发展。

[关键词]嵌入式系统;应用;研究进展

[中图分类号]TP368.1 [文献标志码]A [文章编号]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

嵌入式系统就是对各种装置做出管控、辅助，推动仪器正常运行的一种特定式计算机系统，由于其具备众多的优势，因此，在各行各业中均得到广泛应用。由此可见，了解嵌入式系统的概念、结构、特点以及其当下的应用研究进展，是推动嵌入式系统长远、稳定发展的核心因素。

1 嵌入式系统的相关概念

嵌入式系统属于极为独特的一种计算机系统，同样，也隶属于定制性、多样性、专用性的一种操作系统。其中，主要包含完整的软件与硬件计算机系统，“依托于计算机技术，并且依据软硬件剪裁以及应用，在具备严格要求，即功耗、体积、成本、可靠性、功能等计算机系统当中具备较高的适用性。”属于嵌入式系统的定义。嵌入式系统不仅具备高速固化的软硬件标准与性能、多任务操作系统以及内核小巧精简等特点，同时，还具备高软硬件切合度、高实时性、高专用性、应用开发随发展所需以及市场导向迅速革新的特点。针对于嵌入式系统的结构而言，主要包含以下几个方面。

（1）微处理器。属于整体嵌入式系统的关键要素，高度专一性、高可靠性、运行高效率、微型化是其主要的特征。现在其使用的目标才是嵌入式微处理器的主要根据，具有多种体系，另外，相同的体系因为外部链接设施和接口、数据宽度、频率存在一定的差异，因此，主流体系也存在差异，例如：PowerPC、X86、MIPS、SH、ARM等。

（2）硬件。其中主要包含三部分：显示部件、设施通信、储存器。而储存器则是重中之重，可以直接被访问，主要是对系统程序进行存放和对代码执行，通常主要由辅助存储设施、缓存、主存构成。外部设施与嵌入式系统能够连接的关键在于设施通信接口。从显示器部件来看，主要是进行人机交互，主要包含各种射线管、触摸屏以及液晶显示屏等。

（3）操作系统。随着不同外部设施，特别是电子商务以及信息家电的大力发展，针对于嵌入式系统而言，同样也提出了更为严苛的要求，促使嵌入式操作系统能够朝着功能化、专业化方向发展。同以往的PC操作系统相比，嵌入式操作系统不仅具备数据同步、文件处理、任务协调等功能，同时，还能够兼顾支持网络连接、界面友好、操作便捷、实时、可拆卸等特征。

（4）应用软件。从应用软件来看，其主要是位于硬件与操作系统中，可以按照用户在硬件平台上的需求，对设定的目标达成。利用软件的稳定性、复用性以及开发可控性等，应用软件可以划分为通用组件、用户图形接口、网络系统、文件系统等。

2 嵌入式系统的应用研究进展

2.1 工业控制

嵌入式工业应用，实际上，具体指的是在制造业设施更新、优质高效生产、投放市场领域内呈持续性增长。例如：交通、航天、医疗电子等领域。现在，由于3C技术得到飞速发展以及持续研究，工业嵌入式控制系统已经从以往的DCS（集成控制）逐步向FCS（现象总线）转变，同时，将为以往的工业自动化体系结构形成革命性的改革，对控制功能的分散化、仪表的智能化起到一定的促进作用。在嵌入式设施网络中，能够达成数据加密、电源低耗、无限便携等目标，因此需要嵌入式网络处理方案能够具有智能性。

2.2 消费电子

早在2004年，环球资源发布了一份联合研究报告，在其报告中指出，在嵌入式系统中，亚太地区的消费电子是需求量最大的产业，2021年来，FPGA技术得到不可估量的发展，且将这种技术广泛应用在嵌入式消费电子中。从消费电子层面来看，最低可保持8个月的电量同时可做成监测智能手环、联网的咖啡机、电动滑轮，大至高解析度广播电视传播标准、全球数字、等离子显示技术、LCD、多媒体娱乐系统、游戏、安全系统、通信系统、电子信息物流、汽车AR系统、VR技术、家用3D打印等。此类消费电子需求与应用正在不断提高，预示着嵌入式消费电子产品在人民群众的日常生活、工作与学习中正在不断深入。

2.3 机器人与人工智能

美国工业互联网战略以及德国工业4.0战略的颁布，促使我国也在不断推行智能战略计划，即中国制造2050。嵌入式芯片的飞速发展不仅在其他方面得到广泛应用，在高智能机器人方面同样如此。利用机器替代人工，是制造行业未来的必然形式。另外，它也是智能制造的前提，为确保以后工业进入智能化和数字化以及自动化的基础。针对轻工、化工、汽车、国防军工以及机械等领域的要求，机器人必然会成为这些行业里面的标准。从机器人的解决办法以及应用实际来看，本质上都属于互联网智能设备，对机器进行整合，以此来对生产线进行建立，最终让资源合理化的目的实现，让生产效率增加，同时，能够将我国的智能化水平整体提高。在互动性方面，机器人具备更为显著的优势，例如：百度旗下的机器人“度秘”。不仅可以跟人类无障碍交流，还可以在生活中帮助客户完成点餐支付的服务。从家庭陪护机器人层面来看，利用嵌入式系统，可以对身体的生理反应以及健康状况（如血压）等进行监测，并通过网络反映出来，在特殊情况下，可主动进行求助与亲人联系。在未来，嵌入式系统制造的机器人会有更加高级的“功能”，比如进行推理和自我判断等。而且在互联网領域，人工智能在未来必将是一项惊人的发明。预计到2025年，其市场规模可以超过千亿。机器人也会在人们生活中变得更加常见，价格也相对便宜，不管在工业领域还是其他领域必将有着更为广泛的应有。

2.4 物联网

从嵌入式系统来看，通过当前掌握的科学技术和积累的经验，利用已经发明出来的产品和现有的平台前提下与应用传感单元结合，对物联网感知能力扩展进行实现，并挖掘出新的物联网应。尤其是不断风靡的POS系统网络，智能城市公共自行车系统、无人机飞行器送货系统、自助快递取货机等各种ATM智能终端将会全面迈进人们的日常生活，对人们的生活方式悄然做出转变，实现人们衣食住行的便捷性。物联网实际上就是互联网，能够促使互联网因素在生产制造中正式介入，将生产管理信息数据实施收集、整合与分析。但是，需要通过硬件设施技术的支持，例如：激光扫描器、全球定位系统、红外感应器、射频识别等信息传感设施，并且将相应的协议作为依据，链接互联网与任何物品，将资源的优化与信息的交互得以实现。而在物联网的组成技术中，嵌入式系统往往能够通过信息化、工程化的视角对物联网的本质做出全面、深刻的了解。

2.5 交通管理

嵌入式系统在众多交通管理工作方面起到了极为显著的作用，例如：检修汽车、监测违章、控制车流、限制车流、车船导航等。GSM内置组件形成的移动导航终端在交通运输的各式各样领域中得到了大力普及与广泛应用。现如今，针对于GPS终端设施而言，已经属于普通性的电子商品，平板电脑、智能手机等各种移动终端均已配置GPS模块，能够将用户的需求作为依据，对目标展开随时定位。

2.6 家用智能设施

以往在故障检测、抄录天然气表、电表、水表时，主要采取人工的形式，而通过嵌入式系统的功能化、微型化发展，已经在天然气表、电表、水表中得到了大量普及，将远程监测故障、自动抄表得以实现。除此以外，自动控温控湿设施、安全防火防盗设施也都已经同嵌入式系统相结合。在家庭服务中，预约排队、远程订票、远程点餐同样也呈现了嵌入式系统的发展态势及应用潜力。

2.7 电子商务

自动取/售票机、POS刷卡机、自动缴费机、自动柜员机、公共电话卡系统、公共交通智能系统等智能终端都已经实现嵌入式系统的配备，能够为人们的生活便利性起到一定的促进作用，同时，也正在对人民群众的生活习惯做出巨大变革。

3 结语

嵌入式系统凭借其微能耗、微型化、智能化、个性化等特征，目前在各行各业中已经得到广泛的使用。通过分析嵌入式系统的概念与应用研究进展，目的在于推动嵌入式系统迈向软硬件成本与功耗降低、精简系统内核、功能多样化、系统工程化、超级网络化、交互友好化的发展进程，促使嵌入式系统能够更好地服务人民，实现科技领域的进一步创新与发展。

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