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聯(lián)系用芯

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關(guān)于嵌入式技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用

隨著IT技術(shù)飛速發(fā)展,互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)進(jìn)入了“物聯(lián)網(wǎng)”時(shí)代。物聯(lián)網(wǎng)中需要的大量設(shè)備不在依賴(lài)人與人之間的交互產(chǎn)生聯(lián)系,更多通過(guò)協(xié)議、通信、程序設(shè)計(jì)等方式連接到處。即 “物聯(lián)網(wǎng)”的目的則是讓全數(shù)的物品都具有計(jì)算機(jī)的智能但并不以通用計(jì)算機(jī)的形式出現(xiàn),并把這些“聰明”了的物品與網(wǎng)絡(luò)連接在起,這就需要嵌入式技術(shù)的支持。嵌入式技術(shù)是計(jì)算機(jī)技術(shù)的種應(yīng)用,該技術(shù)主要針對(duì)具體的應(yīng)用特點(diǎn)設(shè)計(jì)專(zhuān)用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)——嵌入式系統(tǒng)。

嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心,以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的,并且軟硬件可量身訂做,它適用于對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴(yán)格要求的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)通常嵌入在更大的物理設(shè)備當(dāng)中而不被人們所察覺(jué),如手機(jī)、PDA、甚至空調(diào)、微波爐、冰箱中的控制部件都屬于嵌入式系統(tǒng),如下面聯(lián)接在互聯(lián)網(wǎng)上的設(shè)備中就都有個(gè)嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng),但平時(shí)我們可能根本沒(méi)有注意到這些計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的存在。

嵌入式技術(shù)和通用計(jì)算機(jī)技術(shù)有所不同,我們知道通用計(jì)算機(jī)多用來(lái)和人進(jìn)行交互并根據(jù)人發(fā)出的指令進(jìn)行工作;而嵌入式系統(tǒng)大多數(shù)情況下可能根據(jù)自己“感知”到的事件自主地進(jìn)行處理,所以它對(duì)時(shí)間性,可靠性要求更高。

般來(lái)說(shuō),嵌入式系統(tǒng)應(yīng)該具有以下些特征:專(zhuān)用性、可封裝性、實(shí)時(shí)性、可靠性。

專(zhuān)用性是指嵌入式系統(tǒng)用于特定設(shè)備完成特定任務(wù),而不像通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以完成各種不同任務(wù)。

可封裝性指嵌入式系統(tǒng)般隱藏于目標(biāo)系統(tǒng)內(nèi)部而不被操作者察覺(jué)。實(shí)時(shí)性指與外部實(shí)際事件的發(fā)生頻率相比,嵌入式系統(tǒng)能夠在可預(yù)知的時(shí)間內(nèi)對(duì)事件或用戶(hù)的干預(yù)做出響應(yīng)。

可靠性是指嵌入式系統(tǒng)隱藏在系統(tǒng)或設(shè)備中,旦開(kāi)始工作,可能長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有操作人員的監(jiān)測(cè)和維護(hù),因此要求它能夠可靠運(yùn)行。像通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)樣,嵌入式系統(tǒng)也包括硬件和軟件兩部分。硬件包括處理器/微處理器(就是我們平時(shí)所說(shuō)的CPU)、存儲(chǔ)器及外設(shè)器件和輸入輸出端口、圖形控制器等。軟件部分包括操作系統(tǒng)軟件和專(zhuān)門(mén)解決某類(lèi)問(wèn)題的應(yīng)用軟件,有時(shí)設(shè)計(jì)人員把這兩種軟件組合在起,應(yīng)用程序控制著系統(tǒng)的運(yùn)作和行為,而操作系統(tǒng)控制著應(yīng)用程序編程與硬件的交互作用。

嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)同通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相比具有以下特點(diǎn):

1、嵌入式系統(tǒng)通常是面向特定應(yīng)用的,嵌入式CPU與通用型的大不同就是嵌入式CPU大多工作在為特定用戶(hù)群設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中,它通常都具有功耗低、體積小、集成度高等特點(diǎn),能夠把通用CPU中許多由板卡完成的任務(wù)集成在芯片內(nèi)部,從而有利于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)小型化,移動(dòng)能力大大增強(qiáng),跟網(wǎng)絡(luò)的耦合也越來(lái)越緊密。

2、嵌入式系統(tǒng)是將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和電子技術(shù)與各個(gè)行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合的產(chǎn)物。這點(diǎn)就決定了它必然是個(gè)技術(shù)密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識(shí)集成系統(tǒng)。

3、嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件都必須高效率地設(shè)計(jì),量體裁衣、去除不需要的多余功能,力爭(zhēng)在更小的硅片面積上實(shí)現(xiàn)同樣的性能,這樣才能在具體應(yīng)用中更具有競(jìng)爭(zhēng)力。

4、嵌入式系統(tǒng)和具體應(yīng)用有機(jī)地結(jié)合在起,它的升級(jí)換代也是和具體產(chǎn)品同步進(jìn)行,因此嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品旦進(jìn)入市場(chǎng),具有較長(zhǎng)的生命周期。

5、為了提高執(zhí)行速度和系統(tǒng)可靠性,嵌入式系統(tǒng)中的軟件般都固化在存儲(chǔ)器芯片或單片機(jī)本身中,而不是存儲(chǔ)于磁盤(pán)等載體中。

6、嵌入式系統(tǒng)本身不具備自主開(kāi)發(fā)能力,即使設(shè)計(jì)完成以后用戶(hù)通常也是不能對(duì)其中的程序功能進(jìn)行修改的,必須有套與通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)連接的開(kāi)發(fā)工具和環(huán)境才能進(jìn)行開(kāi)發(fā)。

信息時(shí)代、數(shù)字時(shí)代使得嵌入式產(chǎn)品獲得了巨大的發(fā)展契機(jī),為嵌入式市場(chǎng)展現(xiàn)了美好的前景,同時(shí)也對(duì)嵌入式生產(chǎn)廠商提出了新的挑戰(zhàn),從中我們可以看出未來(lái)嵌入式系統(tǒng)的幾大發(fā)展趨勢(shì):

1、嵌入式開(kāi)發(fā)是項(xiàng)系統(tǒng)工程,因此要求嵌入式系統(tǒng)廠商不僅要提供嵌入式軟硬件系統(tǒng)本身,同時(shí)還需要提供強(qiáng)大的硬件開(kāi)發(fā)工具和軟件包支持,以方便用戶(hù)以低的成本、短的時(shí)間推出自己的產(chǎn)品。

目前很多廠商已經(jīng)充分考慮到這點(diǎn),在主推系統(tǒng)的同時(shí),將開(kāi)發(fā)環(huán)境也作為重點(diǎn)推廣。比如三星在推廣Arm7,Arm9芯片的同時(shí)還提供開(kāi)發(fā)板和板級(jí)支持包(BSP),而WindowCE在主推系統(tǒng)時(shí)也提供Embedded VC++作為開(kāi)發(fā)工具,還有Vxworks的Tonado開(kāi)發(fā)環(huán)境,DeltaOS的Limda編譯環(huán)境等等都是這趨勢(shì)的典型體現(xiàn)。當(dāng)然,這也是市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果。

2、網(wǎng)絡(luò)化、信息化的要求隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的成熟、帶寬的提高日益提高,使得以往單功能的設(shè)備如電話、手機(jī)、冰箱、微波爐等功能不再單,結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。

這就要求芯片設(shè)計(jì)廠商在芯片上集成更多的功能,為了滿足應(yīng)用功能的升級(jí),設(shè)計(jì)師們方面采用更強(qiáng)大的嵌入式處理器如32位、64位芯片或信號(hào)處理器DSP增強(qiáng)處理能力,同時(shí)增加功能接口,如USB,擴(kuò)展總線類(lèi)型,如CAN總線,加強(qiáng)對(duì)多媒體、圖形等的處理,逐步實(shí)施片上系統(tǒng)(SOC,就是把所需功能都集中在個(gè)芯片上)的概念。軟件方面采用實(shí)時(shí)多任務(wù)編程技術(shù)和交叉開(kāi)發(fā)工具技術(shù)來(lái)控制功能復(fù)雜性,簡(jiǎn)化應(yīng)用程序設(shè)計(jì)、保障軟件質(zhì)量和縮短開(kāi)發(fā)周期。

3、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)成為必然趨勢(shì)。未來(lái)的嵌入式設(shè)備為了適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的要求,必然要求硬件上提供各種網(wǎng)絡(luò)通信接口。傳統(tǒng)的單片機(jī)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)支持不足,

而新代的嵌入式處理器已經(jīng)開(kāi)始內(nèi)嵌網(wǎng)絡(luò)接口,除了支持TCP/IP協(xié)議,還有的支持IEEE1394、USB、CAN、Bluetooth、RFID或IrDA通信接口中的種或者幾種,同時(shí)也需要提供相應(yīng)的通信組網(wǎng)協(xié)議軟件和物理層驅(qū)動(dòng)軟件。軟件方面,系統(tǒng)內(nèi)核支持網(wǎng)絡(luò)模塊,以實(shí)現(xiàn)嵌入式設(shè)備隨時(shí)隨地以各種方式聯(lián)入互聯(lián)網(wǎng)。

4、精簡(jiǎn)系統(tǒng)內(nèi)核、算法,降低功耗和軟硬件成本。未來(lái)的嵌入式產(chǎn)品是軟硬件緊密結(jié)合的設(shè)備,為了減低功耗和成本,需要設(shè)計(jì)者盡量精簡(jiǎn)系統(tǒng)內(nèi)核,

只保留和系統(tǒng)功能緊密相關(guān)的軟硬件,利用低的資源實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)墓δ埽@就要求設(shè)計(jì)者選用佳的編程模型和不斷改進(jìn)算法,化編譯器性能。因此,既要軟件人員有豐富的硬件知識(shí),又需要發(fā)展先進(jìn)嵌入式軟件技術(shù),如Java、Web和WAP等。

5、提供友好的多媒體人機(jī)界面嵌入式設(shè)備要能與用戶(hù)親密接觸,重要的因素就是它能提供非常友好的用戶(hù)界面。圖形界面、靈活的控制方式,使得人們感覺(jué)嵌入式設(shè)備就象是個(gè)熟悉的老朋友。

這方面的要求使得嵌入式軟件設(shè)計(jì)者要在圖形界面,語(yǔ)音交互、以及其他多媒體技術(shù)上痛下苦功。手寫(xiě)文字輸入、語(yǔ)音撥號(hào)上網(wǎng)、收發(fā)電子郵件以及彩色圖形、圖像都會(huì)使使用者獲得自由的感受。

總之,如果說(shuō)其他技術(shù)涉及到的是物聯(lián)網(wǎng)的某個(gè)特定方面,如感知、計(jì)算、通信等,嵌入式技術(shù)則是物聯(lián)網(wǎng)中各種物品的表現(xiàn)形式,在這些嵌入式設(shè)備中綜合運(yùn)用了其他各項(xiàng)技術(shù)。

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