【摘要】： 嵌入式系統(tǒng)是目前發(fā)展速度最快的一種應(yīng)用技術(shù)。到目前為止，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)從早期的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)嵌入結(jié)構(gòu)（包括軟件和硬件嵌入）發(fā)展成為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要方法。
【關(guān)鍵詞】： 嵌入式技術(shù)； 智能家居； 前景
中圖分類號(hào)：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1002-6908(2008)0320063-01
控制器(MCU)已經(jīng)在家庭和工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域得到了應(yīng)用，通稱嵌入式系統(tǒng)，因?yàn)橛?jì)算機(jī)芯片是嵌入在有關(guān)的設(shè)備中的，沒有自己獨(dú)立的外殼。目前大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)還處于單獨(dú)應(yīng)用的階段，以MCU為核心，與一些監(jiān)測(cè)、伺服、指示設(shè)備配合實(shí)現(xiàn)一定的功能。Internet現(xiàn)已成為社會(huì)重要的基礎(chǔ)信息設(shè)施之一，是信息流通的重要渠道，如果嵌入式系統(tǒng)能夠連接到Internet上面，則可以方便、低廉地將信息傳送到幾乎世界上的任何一個(gè)地方。隨著嵌入式技術(shù)的不斷進(jìn)步和更廣泛的運(yùn)用，嵌入式系統(tǒng)在智能家居中的運(yùn)用也會(huì)隨之有更加廣闊的發(fā)展前景。
1. 嵌入式技術(shù)的概念
嵌入式技術(shù)是將計(jì)算機(jī)作為一個(gè)信息處理部件，嵌入到應(yīng)用系統(tǒng)中的一種技術(shù)，也就是說，它將軟件固化集成到硬件系統(tǒng)中，將硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)一體化。嵌入式具有軟件代碼小、高度自動(dòng)化和響應(yīng)速度快等特點(diǎn)，因而進(jìn)入21世紀(jì)后其應(yīng)用越來越廣泛，例如，各種家用電器如電冰箱、自動(dòng)洗衣機(jī)、數(shù)字點(diǎn)電視機(jī)、數(shù)碼相機(jī)等廣泛應(yīng)用這種技術(shù)。
嵌入式系統(tǒng)是指將應(yīng)用程序、操作系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)硬件集成在一起的系統(tǒng)。它以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，而且軟硬件可以裁剪,因而是能滿足應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積和功耗的嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。這種系統(tǒng)具有高度自動(dòng)化，可靠性高等特點(diǎn)。嵌入式系統(tǒng)主要由硬件和軟件兩部分組成，嵌入式系統(tǒng)的硬件主要包括以下幾個(gè)模塊，嵌入式核心芯片(嵌入式微處理器、嵌入式微控制器、嵌入式數(shù)字信號(hào)處理器、嵌入式片上系統(tǒng)) 、存儲(chǔ)器、I/O 端口等。而嵌入式系統(tǒng)軟件由嵌入式操作系統(tǒng)和相應(yīng)的各種應(yīng)用程序構(gòu)成。有時(shí)把這兩種結(jié)合起來，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。
2. 嵌入式核心芯片的特點(diǎn)
嵌入式的關(guān)鍵部分還在于核心芯片的選擇，嵌入式核心芯片的特點(diǎn)有：
(1) 可擴(kuò)展的處理器結(jié)構(gòu),以能最迅速地開展出滿足應(yīng)用的最高性能的嵌入式微處理器。
(2) 嵌入式微處理器必須功耗很低。
(3) 對(duì)實(shí)時(shí)多任務(wù)有很強(qiáng)的支持能力。
(4) 具有功能很強(qiáng)的存儲(chǔ)區(qū)保護(hù)功能。這是由于嵌入式系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)已模塊化,而為了避免在軟件模塊之間出現(xiàn)錯(cuò)誤的交叉作用,需要設(shè)計(jì)強(qiáng)大的存儲(chǔ)區(qū)保護(hù)功能,同時(shí)也有利于軟件診斷。
3. 嵌入式技術(shù)在家庭智能控制系統(tǒng)中的應(yīng)用
嵌入式技術(shù),在家庭智能控制系統(tǒng)中的應(yīng)用,特別是DSP 的應(yīng)用和發(fā)展,使得系統(tǒng)的語(yǔ)音和圖像處理能力大大增強(qiáng),不僅可以最大限度地利用硬件投入,而且還避免了資源浪費(fèi)。嵌入式技術(shù)的應(yīng)用,使得系統(tǒng)的架構(gòu)更加清晰簡(jiǎn)捷。系統(tǒng)的軟件采用分層設(shè)計(jì),不僅方便維護(hù),而且大大提高了代碼的利用率, 縮短了開發(fā)周期。此外,由于嵌入式技術(shù)是伴隨In2 性能,可以增加更多的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。嵌入式Internet 的廣泛應(yīng)用必將使家居控制變得更加自動(dòng)化、智能化和人性化。
嵌入式技術(shù)是在Internet的基礎(chǔ)上產(chǎn)生和發(fā)展的,因此它具有更加卓越的網(wǎng)絡(luò)在智能家居控制中,具有安全性和能快速地與外界進(jìn)行信息交換,這就要求計(jì)算機(jī)對(duì)存儲(chǔ)器、運(yùn)算速度等性能指標(biāo)要求比較高,而嵌入式系統(tǒng)一般情況下都是小型的專用系統(tǒng),這樣就使得嵌入式系統(tǒng)很難承受占有大量系統(tǒng)資源的服務(wù)。如何實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)的Internet 接入、"瘦"Web 服務(wù)器技術(shù)以及嵌入式Internet 安全技術(shù), 是嵌入式系統(tǒng)Internet 技術(shù)的關(guān)鍵和核心。
4. 嵌入式智能家居控制系統(tǒng)主要可以對(duì)如下家居功能進(jìn)行控制
(1) 遠(yuǎn)程監(jiān)控。當(dāng)防盜報(bào)警被觸發(fā)后，也可以通過Internet 遠(yuǎn)程監(jiān)控家中事態(tài)的進(jìn)展情況。
(2) 報(bào)警�？梢苑譃榉辣I報(bào)警、防災(zāi)報(bào)警等。
(3) 三表抄送功能。將帶電子采集器的煤氣表、電表、水表的信息發(fā)送到終端。
(4) 室內(nèi)環(huán)境控制。比如可以將燈光、DVD 等設(shè)備可以集中控制,通過電話、Internet 等遠(yuǎn)程控制家中的設(shè)備。進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)家中的音響、視頻及燈光的集中控制。
將嵌入式系統(tǒng)與Internet結(jié)合起來的想法其實(shí)很早以前就有了，主要的困難在于，Internet上面的各種通信協(xié)議對(duì)于計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器、運(yùn)算速度等的要求比較高，而嵌入式系統(tǒng)中除部分32位處理器以外，大量存在的是8位和16位MCU，支持TCP/IP等Internet協(xié)議將占用大量系統(tǒng)資源，或根本不可能。文章將以嵌入式微控制器Internet技術(shù)(EMIT)及其在中國(guó)的技術(shù)開發(fā)中心BOL/TASKING公司的解決方案為基礎(chǔ)，描述如何實(shí)現(xiàn)嵌入式設(shè)備的Internet網(wǎng)絡(luò)化。
5. 嵌入式技術(shù)的進(jìn)展
嵌入式技術(shù)之所以能夠快速發(fā)展，一個(gè)重要的原因就是嵌入式技術(shù)具有技術(shù)靈活性。無論是軟件嵌入還是硬件嵌入，采用嵌入式技術(shù)都可以把復(fù)雜的系統(tǒng)設(shè)計(jì)變?yōu)楠?dú)立模塊的設(shè)計(jì)。特別是隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的獨(dú)立系統(tǒng)設(shè)計(jì)已經(jīng)無法適應(yīng)現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展需要。例如，在現(xiàn)有通信系統(tǒng)中應(yīng)用多媒體通信技術(shù)時(shí)，如果不采用嵌入式技術(shù)，則需要對(duì)整個(gè)通信系統(tǒng)進(jìn)行徹底更換。隨著電子信息技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，嵌入式技術(shù)正在變成最基本的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)。特別是隨著SoC技術(shù)和集成電路設(shè)計(jì)制造技術(shù)的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)成為SoC器件設(shè)計(jì)的基本結(jié)構(gòu)。同時(shí)，也正因?yàn)殡娮有畔⒓夹g(shù)的飛速發(fā)展，使得現(xiàn)有嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)平臺(tái)面臨著各種不同的挑戰(zhàn)。
參考文獻(xiàn)
[1] 嵌入式系統(tǒng)論文集, 中國(guó)嵌入式系統(tǒng)主題研討會(huì), 2000.
[2] 李哲英. 鐵路系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究，99'中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)工控專委會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)，1999.
[3] 令曉明, 范多旺. 嵌入式系統(tǒng)及其實(shí)時(shí)軟件的開發(fā)[J]. 甘肅科技，2004, 10.
[4] 謝凱. 開放的多媒體應(yīng)用平臺(tái)OMAP~(TM)[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用, 2001, 11.
[5] 余永權(quán). 嵌入式系統(tǒng)的技術(shù)和發(fā)展(上)[J]. 電子世界，2004, 9.
[6] 萬相奎, 丁建平, 秦樹人. 嵌入式系統(tǒng)及其典型開發(fā)模式[J]. 重慶大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2004.
【關(guān)鍵詞】： 嵌入式技術(shù)； 智能家居； 前景
中圖分類號(hào)：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1002-6908(2008)0320063-01
控制器(MCU)已經(jīng)在家庭和工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域得到了應(yīng)用，通稱嵌入式系統(tǒng)，因?yàn)橛?jì)算機(jī)芯片是嵌入在有關(guān)的設(shè)備中的，沒有自己獨(dú)立的外殼。目前大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)還處于單獨(dú)應(yīng)用的階段，以MCU為核心，與一些監(jiān)測(cè)、伺服、指示設(shè)備配合實(shí)現(xiàn)一定的功能。Internet現(xiàn)已成為社會(huì)重要的基礎(chǔ)信息設(shè)施之一，是信息流通的重要渠道，如果嵌入式系統(tǒng)能夠連接到Internet上面，則可以方便、低廉地將信息傳送到幾乎世界上的任何一個(gè)地方。隨著嵌入式技術(shù)的不斷進(jìn)步和更廣泛的運(yùn)用，嵌入式系統(tǒng)在智能家居中的運(yùn)用也會(huì)隨之有更加廣闊的發(fā)展前景。
1. 嵌入式技術(shù)的概念
嵌入式技術(shù)是將計(jì)算機(jī)作為一個(gè)信息處理部件，嵌入到應(yīng)用系統(tǒng)中的一種技術(shù)，也就是說，它將軟件固化集成到硬件系統(tǒng)中，將硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)一體化。嵌入式具有軟件代碼小、高度自動(dòng)化和響應(yīng)速度快等特點(diǎn)，因而進(jìn)入21世紀(jì)后其應(yīng)用越來越廣泛，例如，各種家用電器如電冰箱、自動(dòng)洗衣機(jī)、數(shù)字點(diǎn)電視機(jī)、數(shù)碼相機(jī)等廣泛應(yīng)用這種技術(shù)。
嵌入式系統(tǒng)是指將應(yīng)用程序、操作系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)硬件集成在一起的系統(tǒng)。它以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，而且軟硬件可以裁剪,因而是能滿足應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積和功耗的嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。這種系統(tǒng)具有高度自動(dòng)化，可靠性高等特點(diǎn)。嵌入式系統(tǒng)主要由硬件和軟件兩部分組成，嵌入式系統(tǒng)的硬件主要包括以下幾個(gè)模塊，嵌入式核心芯片(嵌入式微處理器、嵌入式微控制器、嵌入式數(shù)字信號(hào)處理器、嵌入式片上系統(tǒng)) 、存儲(chǔ)器、I/O 端口等。而嵌入式系統(tǒng)軟件由嵌入式操作系統(tǒng)和相應(yīng)的各種應(yīng)用程序構(gòu)成。有時(shí)把這兩種結(jié)合起來，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。
2. 嵌入式核心芯片的特點(diǎn)
嵌入式的關(guān)鍵部分還在于核心芯片的選擇，嵌入式核心芯片的特點(diǎn)有：
(1) 可擴(kuò)展的處理器結(jié)構(gòu),以能最迅速地開展出滿足應(yīng)用的最高性能的嵌入式微處理器。
(2) 嵌入式微處理器必須功耗很低。
(3) 對(duì)實(shí)時(shí)多任務(wù)有很強(qiáng)的支持能力。
(4) 具有功能很強(qiáng)的存儲(chǔ)區(qū)保護(hù)功能。這是由于嵌入式系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)已模塊化,而為了避免在軟件模塊之間出現(xiàn)錯(cuò)誤的交叉作用,需要設(shè)計(jì)強(qiáng)大的存儲(chǔ)區(qū)保護(hù)功能,同時(shí)也有利于軟件診斷。
3. 嵌入式技術(shù)在家庭智能控制系統(tǒng)中的應(yīng)用
嵌入式技術(shù),在家庭智能控制系統(tǒng)中的應(yīng)用,特別是DSP 的應(yīng)用和發(fā)展,使得系統(tǒng)的語(yǔ)音和圖像處理能力大大增強(qiáng),不僅可以最大限度地利用硬件投入,而且還避免了資源浪費(fèi)。嵌入式技術(shù)的應(yīng)用,使得系統(tǒng)的架構(gòu)更加清晰簡(jiǎn)捷。系統(tǒng)的軟件采用分層設(shè)計(jì),不僅方便維護(hù),而且大大提高了代碼的利用率, 縮短了開發(fā)周期。此外,由于嵌入式技術(shù)是伴隨In2 性能,可以增加更多的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。嵌入式Internet 的廣泛應(yīng)用必將使家居控制變得更加自動(dòng)化、智能化和人性化。
嵌入式技術(shù)是在Internet的基礎(chǔ)上產(chǎn)生和發(fā)展的,因此它具有更加卓越的網(wǎng)絡(luò)在智能家居控制中,具有安全性和能快速地與外界進(jìn)行信息交換,這就要求計(jì)算機(jī)對(duì)存儲(chǔ)器、運(yùn)算速度等性能指標(biāo)要求比較高,而嵌入式系統(tǒng)一般情況下都是小型的專用系統(tǒng),這樣就使得嵌入式系統(tǒng)很難承受占有大量系統(tǒng)資源的服務(wù)。如何實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)的Internet 接入、"瘦"Web 服務(wù)器技術(shù)以及嵌入式Internet 安全技術(shù), 是嵌入式系統(tǒng)Internet 技術(shù)的關(guān)鍵和核心。
4. 嵌入式智能家居控制系統(tǒng)主要可以對(duì)如下家居功能進(jìn)行控制
(1) 遠(yuǎn)程監(jiān)控。當(dāng)防盜報(bào)警被觸發(fā)后，也可以通過Internet 遠(yuǎn)程監(jiān)控家中事態(tài)的進(jìn)展情況。
(2) 報(bào)警�？梢苑譃榉辣I報(bào)警、防災(zāi)報(bào)警等。
(3) 三表抄送功能。將帶電子采集器的煤氣表、電表、水表的信息發(fā)送到終端。
(4) 室內(nèi)環(huán)境控制。比如可以將燈光、DVD 等設(shè)備可以集中控制,通過電話、Internet 等遠(yuǎn)程控制家中的設(shè)備。進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)家中的音響、視頻及燈光的集中控制。
將嵌入式系統(tǒng)與Internet結(jié)合起來的想法其實(shí)很早以前就有了，主要的困難在于，Internet上面的各種通信協(xié)議對(duì)于計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器、運(yùn)算速度等的要求比較高，而嵌入式系統(tǒng)中除部分32位處理器以外，大量存在的是8位和16位MCU，支持TCP/IP等Internet協(xié)議將占用大量系統(tǒng)資源，或根本不可能。文章將以嵌入式微控制器Internet技術(shù)(EMIT)及其在中國(guó)的技術(shù)開發(fā)中心BOL/TASKING公司的解決方案為基礎(chǔ)，描述如何實(shí)現(xiàn)嵌入式設(shè)備的Internet網(wǎng)絡(luò)化。
5. 嵌入式技術(shù)的進(jìn)展
嵌入式技術(shù)之所以能夠快速發(fā)展，一個(gè)重要的原因就是嵌入式技術(shù)具有技術(shù)靈活性。無論是軟件嵌入還是硬件嵌入，采用嵌入式技術(shù)都可以把復(fù)雜的系統(tǒng)設(shè)計(jì)變?yōu)楠?dú)立模塊的設(shè)計(jì)。特別是隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的獨(dú)立系統(tǒng)設(shè)計(jì)已經(jīng)無法適應(yīng)現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展需要。例如，在現(xiàn)有通信系統(tǒng)中應(yīng)用多媒體通信技術(shù)時(shí)，如果不采用嵌入式技術(shù)，則需要對(duì)整個(gè)通信系統(tǒng)進(jìn)行徹底更換。隨著電子信息技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，嵌入式技術(shù)正在變成最基本的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)。特別是隨著SoC技術(shù)和集成電路設(shè)計(jì)制造技術(shù)的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)成為SoC器件設(shè)計(jì)的基本結(jié)構(gòu)。同時(shí)，也正因?yàn)殡娮有畔⒓夹g(shù)的飛速發(fā)展，使得現(xiàn)有嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)平臺(tái)面臨著各種不同的挑戰(zhàn)。
參考文獻(xiàn)
[1] 嵌入式系統(tǒng)論文集, 中國(guó)嵌入式系統(tǒng)主題研討會(huì), 2000.
[2] 李哲英. 鐵路系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究，99'中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)工控專委會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)，1999.
[3] 令曉明, 范多旺. 嵌入式系統(tǒng)及其實(shí)時(shí)軟件的開發(fā)[J]. 甘肅科技，2004, 10.
[4] 謝凱. 開放的多媒體應(yīng)用平臺(tái)OMAP~(TM)[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用, 2001, 11.
[5] 余永權(quán). 嵌入式系統(tǒng)的技術(shù)和發(fā)展(上)[J]. 電子世界，2004, 9.
[6] 萬相奎, 丁建平, 秦樹人. 嵌入式系統(tǒng)及其典型開發(fā)模式[J]. 重慶大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2004.
