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計算機嵌入式系統的概念及其應用

時間:2019-12-13 09:51作者:張慶
本文導讀:這是一篇關于計算機嵌入式系統的概念及其應用的文章,作為當今社會最富有生命力的技術之一,嵌入式系統在諸多領域都已經得到了廣泛的應用。換句話說,被嵌入式系統多方覆蓋已經成為社會前進的方向,無論是微型數碼產品還是航空航天領域的發展,均與嵌入式系統存在著密不

  摘    要: 信息時代,物聯網技術在諸多領域均得到了較為廣泛的應用,作為物聯網技術的代表,圍繞著嵌入式系統展開的討論,正在變得深入且具體。首先簡明扼要地概括了嵌入式系統的含義和特點,然后結合當今社會的實際情況,從機器人、消費電子等領域出發,對嵌入式系統的應用進行了探究,供相關人員參考。

  關鍵詞: 嵌入式系統; 消費電子; 現代醫療;

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

  1、 嵌入式系統的概述

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

  2、 嵌入式系統的應用

  2.1、 機器人領域

  不斷發展的高新技術,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展的原因,主要是嵌入式系統的出現。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,即數控技術。由此可見,機器人領域并非新興領域,只是受知識、技術制約,導致該領域在很長時間內都沒有得到快速發展,機器人技術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的發展,使越來越多人開始將目光轉向機器人技術,該項技術也因此而成為科技企業展開競爭時,所依托的核心力量。不斷發展的嵌入式技術,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業越來越完善。幾年前,美國便斥巨資,利用嵌入式系統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”號的優勢主要體現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系,也可以自主運行,并將所采集數據向地球進行傳輸。除此之外,智能機器寵物的出現,同樣依托于嵌入式系統的發展,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。“索杰納”號和索尼機器狗的出現表明,嵌入式系統具有高度的穩定性、可靠性,將其作為機器人的核心控制器,具有其他系統所不具備的優勢。
 

計算機嵌入式系統的概念及其應用
 

  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,主要包括雙向網絡通信、視聽和信息處理,通常由嵌入式系統、處理器、應用層軟件包和相關支撐硬件組成。不斷發展的科學技術,加快了電子消費取代傳統消費的速度,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的發展提供了動力。當今社會,移動電話取代了固定電話,數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品,可以在嵌入式系統的輔助下,實現與互聯網、家庭控制中心聯通的目標[2]。除此之外,人們還可以利用手機等移動設備,對上述家電產品進行遠程操作,亦或是進行遠程教育、遠程醫療,機頂盒的作用也從最初的收看電視節目,逐漸向炒股、網上購物等方向延伸,由此可見,消費電子領域之所以能夠在短時間內得到快速發展,與嵌入式系統的應用存在著密不可分的關系。

  2.3、 現代醫療領域

  不斷發展的信息技術推動著數字化產品的發展。對數字化產品進行創新、實現軟件增值的核心是對嵌入式系統加以應用,這也是體現市場競爭力的主要因素,F代醫療領域的發展,既需要對傳感檢測技術進行大力推廣,還需要提高采集、分析、顯示和存儲信息的質量,這對醫療儀器的計算能力、存儲能力提出了更高的要求。除此之外,要想實現社會的可持續發展,嵌入式系統使醫療設備的環保等級得到顯著提高,具有突出的現實意義。綜上,如何提高醫療領域的小型化、智能化和專業化水平,并在此基礎上,實現零污染、低功耗的目標,已經成為人們關注的焦點,嵌入式系統也因此擁有了更加廣闊的發展空間。

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

  2.4 、工業控制領域

  近年來,工業控制應用的嵌入式系統正由最初的8位逐漸轉為16位和32位,雖然以電網安全、數控機床為代表的工業控制產品,只需要應用8位的嵌入式系統就能夠達到控制的效果,但是16位、32位的嵌入式系統在該領域的應用正變得越發普遍,這一點需要引起相關人員的重視。

  由于嵌入式系統的中心為應用,基礎為計算機技術,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,對該系統加以應用的優勢十分明顯。合理應用嵌入式系統,能夠實現在硬件系統中對功能軟件、操作系統進行結合的目標,其優勢主要體現在響應速度快、軟件代碼小等方面。工業控制網絡的組成通常分為四個部分,分別是傳感器、數據顯示設備、數據記錄設備和執行機構,其作用是對電氣設備系統進行監控,由此可見,工業控制系統對實時性、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勢的嵌入式系統很有必要。自動化生產的作用,主要是提高工業生產率,使工業成本大幅降低,要想全面推行自動化,關鍵是對嵌入式系統加以應用,這是因為嵌入式系統所對應處理器的性價比極高,不僅便于控制,進行后期養護的難度也較低,正是因為上述優勢,才使得嵌入式系統在工業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,嵌入式系統是指對設備、裝置或機器運行起輔助、控制或監視作用的裝置,通常由操作系統、微處理器、特定程序及外圍硬件設備所組成,F階段,嵌入式系統在車輛控制、監控、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。汽車所裝載嵌入式控制器、傳感器的數量已經多達數十個,其作用主要是輔助汽車主控系統完成各項工作,提高汽車駕駛的人性化水平。整車價值中,電子系統所占比例呈現出逐年提高的趨勢,由此可見,汽車電子領域為嵌入式系統提供了發展所需的動力和空間。研究表明,嵌入式系統在該領域的應用,以下列方向為主:首先,隨著智能交通技術、局域網技術的完善,嵌入式系統會逐漸轉向分布控制系統、網絡通信系統。高頻控制系統的基礎為C級網絡和D級網絡,網絡通信系統的基礎為無線通信。其次,嵌入式系統會具有更高的集成度和更靈活的體系結構。最后,以現有標準為依據,對嵌入式系統進行開發,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展,以火炮控制、導彈引爆為代表的武器控制系統,均需要在嵌入式技術的輔助下,才能充分發揮出自身的作用,將雷達、軍用電子設備與坦克、艦船等武器相結合,可以使遠距離通訊并協同作戰的目標成為現實。另外,無論是導航、衛星還是航空電子設備、空間技術,現階段都已經實現了與嵌入式系統的有效結合,可以說,嵌入式系統已經成為推動該領域發展的主要動力之一。

  3、 結語

  綜上所述,嵌入式系統需要借助特定的輔助工具,才可以充分實現自身的價值,近幾年,以物聯網和智慧地球為代表的新概念被不斷提出,作為推動各領域發展的主要動力,如何在嵌入式系統的輔助下,使所提出概念成為現實,自然成為社會各界熱議的話題,希望上文中討論的內容可以在某些方面給人以啟發。

  參考文獻

  [1] 張凱龍,吳曉,苗克堅.面向新工科的嵌入式系統知識體系創新研究[J].無線互聯科技,2019,16(9):110-114.
  [2] 薛粵平.基于嵌入式系統的網絡視頻監控系統設計及網絡信息安全[J].信息與電腦:理論版,2019(12):78-79.
  [3] 王瑞敏,常瑞,唐永鶴.面向網絡空間安全人才培養的嵌入式系統課程教學內容設計[J].計算機教育,2019(9):143-146.

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