基于物联网技术的计算机嵌入式系统初探

摘   要：信息时代，物联网技术在诸多领域均得到了较为广泛的应用，作为物联网技术的代表，围绕着嵌入式系统展开的讨论，正在变得深入且具体。首先简明扼要地概括了嵌入式系统的含义和特点，然后结合当今社会的实际情况，从机器人、消费电子等领域出发，对嵌入式系统的应用进行了探究，供相关人员参考。

关键词：嵌入式系统;消费电子;现代医疗

作为当今社会最富有生命力的技术之一，嵌入式系统在诸多领域都已经得到了广泛的应用。换句话说，被嵌入式系统多方覆盖已经成为社会前进的方向，无论是微型数码产品还是航空航天领域的发展，均与嵌入式系统存在着密不可分的联系。由此可见，围绕嵌入式系统的具体应用展开探究，具有突出的现实意义。

1    嵌入式系统的概述

嵌入式系统指的是完全被嵌入受控器件的内部，针对特定应用所设计的计算机系统，有别于个人计算机等通用系统，嵌入式系统所执行的任务，通常具有两方面特点，一个是预先定义，另一个是带有特定要求。正是因为嵌入式系统的作用是完成某项任务，因此，相关人员可以通过系统优化的方式减小尺寸，达到降低成本的目的。通过上文的叙述可以看出，该系统主要具有以下特点：（1）面向特定的应用，嵌入式系统可以将需要板卡完成的各项任务在芯片内部进行集成，增强移动能力。（2）将嵌入式系统与实时操作系统相结合，可以为程序执行过程中具有的可靠性、实时性提供保证，减少开发需要花费的时间，提高软件质量。（3）高效完成对该系统硬件、软件进行设计的工作，真正做到去除冗余，优化系统。（4）正是由于该系统软件被固化在单片机、存储芯片中，因此，程序执行的速度及可靠性能够得到有力保障。（5）嵌入式系统需要处于专门的开发环境、利用特定的开发工具，才能完成开发工作。（6）系统升级和换代需要和对应的应用同步完成，研究表明，嵌入式系统的产品生命周期通常较长[1]。在对嵌入式系统加以应用时，相关人员应着重考虑以上内容，保证该系统的优势，能够在应用的过程中得到充分发挥。

2    嵌入式系统的应用

2.1  机器人领域

不断发展的高新技术，在很大程度上提高了机器人的应用率，而机器人能够得到快速发展的原因，主要是嵌入式系统的出现。应当明确一点，早在20世纪50年代，MIT就提出了最初的机器人技术，即数控技术。由此可见，机器人领域并非新兴领域，只是受知识、技术制约，导致该领域在很长时间内都没有得到快速发展，机器人技术的应用方向也局限于简单的控制。直至20世纪70年代，智能理论、MCU的发展，使越来越多人开始将目光转向机器人技术，该项技术也因此而成为科技企业展开竞争时，所依托的核心力量。不断发展的嵌入式技术，在无形中加快了机器人领域前进的速度，以机器人为核心的产业越来越完善。几年前，美国便斥巨资，利用嵌入式系统完成了对带有机械手的火星车进行建造的工作，作为一台能够独立对火星表面地况进行采集的机器人，“索杰纳”号的优势主要体现在拥有比其他火星车更高的精密度方面，即使不与地球保持联系，也可以自主运行，并将所采集数据向地球进行传输。除此之外，智能机器宠物的出现，同样依托于嵌入式系统的发展，例如索尼机器狗，不仅具备运动的基本功能，还具备语音处理、图像识别的交互功能，可以对动物的运动、表情进行模仿。“索杰纳”号和索尼机器狗的出现表明，嵌入式系统具有高度的稳定性、可靠性，将其作为机器人的核心控制器，具有其他系统所不具备的优势。

2.2  消费电子领域

20世纪90年代，以消费类电子、计算机和信息通信为基础的信息家电，开始在日常生活中得到广泛应用，信息家电的功能，主要包括双向网络通信、视听和信息处理，通常由嵌入式系统、处理器、应用层软件包和相关支撑硬件组成。不断发展的科学技术，加快了电子消费取代传统消费的速度，电子消费成为社会主流是大势所趋，由此而带来的积极影响，主要体现在两个方面，一方面是使人们的生活变得更加便利，另一方面是为嵌入式系统的发展提供了動力。当今社会，移动电话取代了固定电话，数码相机取代了胶卷相机，储蓄卡、信用卡也逐渐取代了纸币，开始在市场上流通，以微波炉、电视机为代表的家电产品，可以在嵌入式系统的辅助下，实现与互联网、家庭控制中心联通的目标[2]。除此之外，人们还可以利用手机等移动设备，对上述家电产品进行远程操作，亦或是进行远程教育、远程医疗，机顶盒的作用也从最初的收看电视节目，逐渐向炒股、网上购物等方向延伸，由此可见，消费电子领域之所以能够在短时间内得到快速发展，与嵌入式系统的应用存在着密不可分的关系。

2.3  现代医疗领域

不断发展的信息技术推动着数字化产品的发展。对数字化产品进行创新、实现软件增值的核心是对嵌入式系统加以应用，这也是体现市场竞争力的主要因素。现代医疗领域的发展，既需要对传感检测技术进行大力推广，还需要提高采集、分析、显示和存储信息的质量，这对医疗仪器的计算能力、存储能力提出了更高的要求。除此之外，要想实现社会的可持续发展，嵌入式系统使医疗设备的环保等级得到显著提高，具有突出的现实意义。综上，如何提高医疗领域的小型化、智能化和专业化水平，并在此基础上，实现零污染、低功耗的目标，已经成为人们关注的焦点，嵌入式系统也因此拥有了更加广阔的发展空间。

在现代医疗领域中，嵌入式系统的应用主要集中在以下方面：首先，医疗仪器所适用的系统、技术应与其特点相符，以放射设备、心脏起搏器为代表的医疗仪器，要想充分发挥出自身的作用，都需要对嵌入式系统加以应用，而以分光光度计、电疗描记器为代表的化验设备，要想具备良好的速度和精度，同样需要嵌入式系统提供支持。其次，在设计医疗仪器时，设计人员应重视3点内容：（1）利用模块化的设计方法，在平台上对型号不同的产品进行设计。（2）以大系统背板为依托展开设计，提高系统运行速度。（3）保证产品的便携性。实践证明，合理应用嵌入式系统可以使上述设计目标成为现实;最后，在设计医疗仪器时，需要重新对嵌入式系统进行编程，目的是尽量避免多次试验带来的风险，设计人员可以通过对公共硬件平台进行反复应用的方式，以基本设计为基础，完成对支持不同功能的系统进行建立的工作，设计成本随之降低。除此之外，嵌入式系统的作用，还包括将产品生命周期延长，为医疗仪器的生产、使用提供技术支持等。

2.4  工业控制领域

近年来，工业控制应用的嵌入式系统正由最初的8位逐渐转为16位和32位，虽然以电网安全、数控机床为代表的工业控制产品，只需要应用8位的嵌入式系统就能够达到控制的效果，但是16位、32位的嵌入式系统在该领域的应用正变得越发普遍，这一点需要引起相关人员的重视。

由于嵌入式系统的中心为应用，基础为计算机技术，所涉及的硬件、软件都满足可裁剪的要求。因此，对在体积、功能、成本等方面均具有严格要求的计算机而言，对该系统加以应用的优势十分明显。合理应用嵌入式系统，能够实现在硬件系统中对功能软件、操作系统进行结合的目标，其优势主要体现在响应速度快、软件代码小等方面。工业控制网络的组成通常分为四个部分，分别是传感器、数据显示设备、数据记录设备和执行机构，其作用是对电气设备系统进行监控，由此可见，工业控制系统对实时性、可靠性具有极高的要求，应用在实时性、可靠性方面具有突出优势的嵌入式系统很有必要。自动化生产的作用，主要是提高工业生产率，使工业成本大幅降低，要想全面推行自动化，关键是对嵌入式系统加以应用，这是因为嵌入式系统所对应处理器的性价比极高，不仅便于控制，进行后期养护的难度也较低，正是因为上述优势，才使得嵌入式系统在工业控制领域得到认可和广泛应用[3]。

2.5  汽车电子领域

应当明确一个概念，嵌入式系统是指对设备、装置或机器运行起辅助、控制或监视作用的装置，通常由操作系统、微处理器、特定程序及外围硬件设备所组成。现阶段，嵌入式系统在车辆控制、监控、导航及汽车服务等方面，均得到了较为广泛的应用，其中，最具代表的应用为车载导航系统。汽车所装载嵌入式控制器、传感器的数量已经多達数十个，其作用主要是辅助汽车主控系统完成各项工作，提高汽车驾驶的人性化水平。整车价值中，电子系统所占比例呈现出逐年提高的趋势，由此可见，汽车电子领域为嵌入式系统提供了发展所需的动力和空间。研究表明，嵌入式系统在该领域的应用，以下列方向为主：首先，随着智能交通技术、局域网技术的完善，嵌入式系统会逐渐转向分布控制系统、网络通信系统。高频控制系统的基础为C级网络和D级网络，网络通信系统的基础为无线通信。其次，嵌入式系统会具有更高的集成度和更灵活的体系结构。最后，以现有标准为依据，对嵌入式系统进行开发，在降低成本的基础上，达到提高硬件、软件通用性的目的。

2.6  航空航天领域

最早对嵌入式系统加以应用的领域即为航空航天领域。随着军事装备领域的发展，以火炮控制、导弹引爆为代表的武器控制系统，均需要在嵌入式技术的辅助下，才能充分发挥出自身的作用，将雷达、军用电子设备与坦克、舰船等武器相结合，可以使远距离通讯并协同作战的目标成为现实。另外，无论是导航、卫星还是航空电子设备、空间技术，现阶段都已经实现了与嵌入式系统的有效结合，可以说，嵌入式系统已经成为推动该领域发展的主要动力之一。

3    结语

综上所述，嵌入式系统需要借助特定的辅助工具，才可以充分实现自身的价值，近几年，以物联网和智慧地球为代表的新概念被不断提出，作为推动各领域发展的主要动力，如何在嵌入式系统的辅助下，使所提出概念成为现实，自然成为社会各界热议的话题，希望上文中讨论的内容可以在某些方面给人以启发。

[参考文献]

[1]张凯龙，吴   晓，苗克坚.面向新工科的嵌入式系统知识体系创新研究[J].无线互联科技，2019，16（9）：110-114.

[2]薛粤平.基于嵌入式系统的网络视频监控系统设计及网络信息安全[J].信息与电脑：理论版，2019（12）：78-79.

[3]王瑞敏，常   瑞，唐永鹤.面向网络空间安全人才培养的嵌入式系统课程教学内容设计[J].计算机教育，2019（9）：143-146.

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