嵌入式系統(tǒng)是一種基于微處理器和軟件的硬件系統(tǒng)，設(shè)計(jì)用于執(zhí)行特定功能，既可作為獨(dú)立系統(tǒng)，也可作為更大系統(tǒng)的一部分。系統(tǒng)的核心是一個集成電路，用于執(zhí)行實(shí)時操作所需的計(jì)算。‍嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用范圍很廣，從數(shù)字時鐘和微波到混合動力汽車和航空電子設(shè)備。多達(dá) 98% 的微處理器用于嵌入式系統(tǒng)。

復(fù)雜程度從單個微控制器到帶有連接外設(shè)和網(wǎng)絡(luò)的處理器組件;從無用戶界面到復(fù)雜的圖形用戶界面。嵌入式系統(tǒng)的復(fù)雜程度因其設(shè)計(jì)任務(wù)的不同而有很大差異。

‍1.嵌入式系統(tǒng)如何工作

嵌入式系統(tǒng)由微控制器或數(shù)字信號處理器 (DSP)、專用集成電路 (ASIC)、現(xiàn)場可編程門陣列 (FPGA)、GPU 技術(shù)和門陣列控制。這些處理系統(tǒng)與管理電氣和/或機(jī)械接口的專用組件集成在一起。

‍嵌入式系統(tǒng)的編程指令被稱為固件，專門存儲在只讀存儲器或閃存芯片中，利用計(jì)算機(jī)有限的硬件資源運(yùn)行。嵌入式系統(tǒng)通過外設(shè)與外部世界相連，連接輸入和輸出設(shè)備。

‍2.嵌入式系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

嵌入式系統(tǒng)的基本架構(gòu)由以下部分組成：

a.傳感器：傳感器測量物理量并將其轉(zhuǎn)換為電信號，嵌入式系統(tǒng)工程師或任何電子儀器均可讀取該信號。傳感器將測量的數(shù)量存儲在內(nèi)存中。

b.模數(shù)轉(zhuǎn)換器：模數(shù)轉(zhuǎn)換器將傳感器發(fā)出的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。

c.處理器和專用集成電路： 處理器分析數(shù)據(jù)以測量輸出值，并將其存儲在內(nèi)存中。

d.數(shù)模轉(zhuǎn)換器：數(shù)模轉(zhuǎn)換器將處理器發(fā)送的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為模擬數(shù)據(jù)。

e.執(zhí)行器：執(zhí)行器將 D-A 轉(zhuǎn)換器的輸出數(shù)據(jù)與實(shí)際存儲的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，并存儲核準(zhǔn)的輸出數(shù)據(jù)。

3.嵌入式操作系統(tǒng)的歷史

第一個現(xiàn)代實(shí)時嵌入式計(jì)算系統(tǒng)是阿波羅制導(dǎo)計(jì)算機(jī)，由美國麻省理工學(xué)院的 Charles Stark Draper 博士于 20 世紀(jì) 60 年代為阿波羅計(jì)劃開發(fā)。阿波羅制導(dǎo)計(jì)算機(jī)旨在為阿波羅指令艙和登月艙自動收集數(shù)據(jù)并執(zhí)行關(guān)鍵計(jì)算。

‍1971 年，英特爾發(fā)布了第一個商用微處理器模塊--英特爾 4004，這是早期的微處理器，仍需要參考芯片和外部存儲器;1978 年，美國國家工程制造商協(xié)會發(fā)布了可編程微控制器標(biāo)準(zhǔn)，改進(jìn)了嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì);20 世紀(jì) 80 年代初，系統(tǒng)的存儲器、輸入和輸出組件與處理器集成在同一芯片上，形成微控制器。

‍基于微控制器的嵌入式系統(tǒng)將進(jìn)入消費(fèi)者日常生活的各個領(lǐng)域，從信用卡讀卡器和移動電話到交通信號燈和恒溫器。

4.嵌入式系統(tǒng)的未來趨勢

由于人工智能 (AI)、虛擬現(xiàn)實(shí) (VR) 和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí) (AR)、機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)和物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 的不斷發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)行業(yè)預(yù)計(jì)將繼續(xù)快速增長。嵌入式認(rèn)知系統(tǒng)將支持以下趨勢：降低功耗、提高嵌入式設(shè)備的安全性、與云和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的連接、深度學(xué)習(xí)應(yīng)用和實(shí)時數(shù)據(jù)可視化工具。

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