嵌入式系统技术及其应用前景
作者：陈奕儒
来源：《科技视界》2013年第24期
【摘要】嵌入式系统作为电子计算机操作系统之一，已经逐步应用到各个行业中。本文介绍了嵌入式系统的特点和分类，叙述了嵌入式在国内外的应用情况，总结了该行业未来的发展趋势。
【关键词】嵌入式系统；应用；发展趋势
0 引言
嵌入式系统是以计算机技术作为技术支持，直接与外界环境接口交互信息的处理系统，实现软件的可编程化。“嵌入式”是指要系统实现的过程中要将该系统嵌入到对方的环境中，并根据环境的特点进行有目的性的程序编制，进而采集外界环境的真实数据，采集后的数据再经过处理，完成人机交互的功能，即实时工作方式。
目前，嵌入式系统以自身的可调性、多样化、稳定性等诸多优点，经常用于解决接口设备以及集成环境的各类问题。嵌入式系统经常要与宿主设备实现接口交互，这种方式不但可以弥补宿主设备功能的单一化，还可以简化宿主设备各个方面的操作步骤，实现了智能化功能，使这些功能各异的设备在加强功能性的同时也增强了实时性。
本文将主要介绍嵌入式系统的特点和分类，叙述嵌入式在国内外的应用情况，总结该行业未来的发展趋势。
1 嵌入式系统的特点
嵌入式系统往往会被定义为是一种以应用为核心，以计算机技术为基础，实现软件与硬件一体化的操作系统。主要特点包括：
（1）嵌入式系统的CPU工作环境一般是在为特定用户群设计的系统中，在工作过程中可以讲CPU中的许多由卡板完成的任务集成在芯片内部，因其工作时耗能低、尺寸小等特点，更加有助于小型化嵌入式系统的实现，提高网络耦合性。
（2）嵌入式系统技术融合了计算机技术、半导体技术和电子技术的各项优点后，与各个行业进行耦合后的新时代的技术。标志了新兴产业时代的到来，也注定了嵌入式系统一定会成为一个技术与资金密集，不断进步的高水准的基础系统。
（3）为了保证嵌入式系统硬件与软件一体化的实现，开发人员为其添加了异构特征，该异构特征具有唯一性、独特性与固定性。在设计过程中，充分考虑到了硬件部分的需求，接口
部分的设置等细节问题，设计了执行结构，用于处理异步和并发事件，针对不同的系统环境或是对象采取不同的应对方案。
（4）评价一个系统的性能指标，需要考察该系统的运行速度、运行稳定性以及故障发生率等。嵌入式系统在编制程序时，要考虑如何提高该系统的性能，解决性能方面易于出现的问题，进而完成在宿主环境中的响应控制等任务。在开发过程中，可以通过以往软件编制的经验，因地制宜，将嵌入式系统的特点植入进去，实现新算法和新结构的建立。
2 嵌入式系统的分类
嵌入式系统主要构成有嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及应用软件系统等。根据应用方式的不同，可将嵌入式系统分为知识产权核（IP）级、芯片级和模块级等3种不同的体系结构形式，可以根据不同的工作对象采取不同的方式进行数据处理，实现功能或模块的嵌入。所以，嵌入式系统是一个可以实现硬件与软件一体化的工作系统。
目前根据其发展现状，应用方位，将嵌入式计算机进行适当的分类：
2.1 单个微处理器
单个微处理器往往用于小型设备中，例如温度传感器、烟雾和气体探测器及断路器，这类设备是供应商根据设备的用途来设计的。
2.2 不带计时功能的微处理器装置
在一些信号放大器、位置传感器及阀门传动器的工作过程中，会需要一种不带计时功能的微处理器装置。但是，如果这些设备需要在内部安装可操作的时钟，那么这个时钟通常会受到一些问题的影响。
2.3 带计时功能的组件
这类系统可见于开关装置、控制器、电话交换机、电梯、数据采集系统、医药监视系统、诊断及实时控制系统等。它们是一个大系统的局部组件，由它们的传感器收集数据并传递给该系统。这种组体可同PC机一起操作，并可包括某种数据库（如事件数据库）。
2.4 在制造或过程控制中使用的计算机系统
对于这类系统，计算机与仪器、机械及设备相连来控制这些装置的工作。这类系统包括自动仓储系统和自动发货系统。在这些系统中，计算机用于总体控制和监视，而不是对单个设备直接控制。过程控制系统可与业务系统连接（如根据销售额和库存量来决定定单或产品量）。
3 嵌入式系统的应用
常说的嵌入式应用就是将这类系统嵌入于各种设备及应用产品内部的计算机应用，相应的设备（产品）称之为嵌入式设备（产品）。大多数嵌入式系统都十分轻巧，完全可以放在人的拇指尖上。
通常，这些系统都隐藏在比它们大得多、也复杂得多的移动计算或电子设备中，不太容易为人们所注意。由于被嵌入对象的体系结构应用环境要求不同，嵌入式系统有许多类型，已广泛渗透到国民经济各个领域，如工业控制、交通管理、信息家电、农业与机械领域、军事领域、国防等。
（1）嵌入式工业自动化已经在工业生产全面发展，嵌入式微控制器的八位、十六位、三十二位已经广泛应用在工业过程控制、数铣机床、电力系统、石油化工等系统中。这些处理器可以提高接口资源，进行数据的采集、处理，以及通信等功能。
（2）在家电行业、电子产品行业中，嵌入式系统已经成为这些产品的核心部分，包括电视剧、电冰箱、移动电话等产品，嵌入式系统的植入，丰富了界面的样式，完成了智能化操作。
在家庭智能管理系统中，通过嵌入式系统逐步实现了远程控制和智能管理，代替了人工检查，在未来的一段时间内，智能电器产品将会是一种趋势。
（3）在我国的军事领域中，嵌入式系统的应用以及遍布于军事指挥和控制系统中。各种武器装备的控制系统中也都植入了嵌入式系统，例如火炮、导弹、坦克等，各种军事电子产品中如雷达、电子对抗设施等也都有嵌入式系统。通过嵌入式系统，发射车可以向敌方发射反辐射导弹；军舰在冲突海域降低雷达发射信号功率，设置反辐射以为诱饵。
4 嵌入式系统的发展趋势
21世纪是一个信息化、数字化、网络化的时代，所以为嵌入式系统的发展提供了契机，在未来，嵌入式的主要发展趋势包括以下几个：
（1）嵌入式系统首先要提高的就是自身的硬件，然后是软件的开发；
（2）丰富各类电子、电气产品的功能，以满足带宽的提高和网络技术的成熟；
（3）实现与互联网的接口，丰富接口的各类特性，以便内接各种网络接口，嵌入Web浏览器，也可以在系统内核支持网络模块，实现各种网络资源的综合运用；
（4）简化算法，提高运行速度，降低成本，用最少的资源和最快的速度，实现最丰富的功能；
