嵌入式系統在電子信息技術中的運用

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科學技術在不斷變革與發展中逐漸趨于成熟，作為第一生產力，科學技術為社會發展創造了較高的價值，將人類帶入一個全新的時代。而科學和產業的結合，為現代工業智能化、信息化發展奠定了良好的基礎。在現代工業制造中，智能技術得到了廣泛應用，不僅實現了生產質量、效率的提高，而且為工業生產智能化、自動化提供了保障。基于此，本文重點針對電子信息技術中，嵌入式系統的應用情況進行分析，僅供參考與借鑒。

1嵌入式系統工作原理

1.1概述

嵌入式系統主要用于控制、監視以及輔助操作機器或者設備的一種先進裝置。如果站在技術視角下分析嵌入式系統，此系統基于應用，結合計算機技術，使用的軟件硬件可以裁剪，但是對于功能、可靠性、成本、體積、功耗、應用環境要求較高，屬于專用型計算機系統；如果站在系統自身角度而言，此系統主要對復雜功能硬件、軟件進行設計，將其緊密相連。

1.2組成

一般情況下嵌入式系統由嵌入式硬件及軟件組合而成。其中硬件核心集成儲存器是微處理器，同時還具備了輸入及輸出功能；軟件包含初始化代碼及驅動、嵌入式操作系統、應用程序等，這些軟件相結合，構成系統特定一體化軟件。具體見圖1所示。

1.3關鍵技術

1.3.1處理器技術

此技術和實現系統功能的計算引擎結構有著密切聯系，而且無需編程，并不等同于通用處理器，根據特定功能專用化的不同，主要劃分為通用處理器、單用途處理器以及專用處理器。通用處理器主要應用于不同類型可編程器件中，也被稱之為是微處理器。最大的特點是程序存儲，通用數據路徑，大寄存器文檔，一個或多個通用算術邏輯單位；優點是上市時間縮短的同時，NRE成本節省，靈活性較高；當前使用最為廣泛的是Pentium系列，但除此之外，還有上百種其他的類型。單用途處理器主要應用于執行特定程序的數字電路，也叫做協處理器、加速器與外設；特點是只包括執行單獨程序的單元，沒有程序存儲器；優點是快速、低功耗、小尺寸。專用處理器主要針對的是某一特定類型應用進行優化程序處理器，通用處理器、單用途處理器的折中；特點是程序存儲器、數據路徑的優化、特定功能單元；優點是靈活性、性能尺寸以及功耗良好；當前具有代表性的技術是單片機和DSP。

1.3.2IC技術

IC技術指的是如何將數字實現（邏輯門級》映射到IC的方式，IC指的就是集成電路，也被稱之為是芯片。IC技術差別在于如何才能根據特定的設計來定制IC，與處理器技術沒有任何關聯性，任何類型處理器均可映射至任何類型IC技術中。具體見圖2所示。全定制/VISI主要是根據嵌入式系統數字實現來優化各層的，其中包括晶體管放置，目的就是為了將連線長度降低；調整晶體管大小是為了使信號傳輸優化；除此之外還有晶體管間的連線。優點是性能高，尺寸小，功耗低；缺點是NRE成本高，制造時間長。半定制指的是較低層全部或部分的構建，設計人員只需要連接各層或者完成邏輯門組合即可。優點是性能高，尺寸良好，而且與全定制相比較，NRE成本更低。缺點是需要幾個星期才能開發及完成。PLD可編程邏輯器件，所有層都已存在，設計人員可購買的IC，編程產生或燒斷邏輯門間的導線連接，FPGA是當前比較常用的編程邏輯器件。優點是成本低，幾乎馬上就可以拿到IC。缺點是體積大，單位成本高，功耗大，速度慢。

2嵌入式系統在電子信息技術中的具體應用

2.1產業集成化

產業集成化指的是產業間產業鏈通過橫縱向完成相應連接，形成完善且新穎的產業技術核心，本質在于技術、產品、市場三大層面的創新，促進全面集成的同時，以核心產業為基礎，構建與其相關聯、支持性產業發展共同體。一般情況，產業集成核心技術產業、支持性產業部門二者間是縱向關系，核心產業、技術（市場）產業部門間是橫向關系。在現代社會發展中，信息技術占據主導地位，產業集成化推進行業結構升級與改造，使傳統分工模式發生變化，各環間更好的結合，促進了市場經濟發展步伐。產業集成化中，產業模塊化是根本保障，將價值鏈條中企業、組織進行了細化，形成子系統，而且運行是獨立的，以法律法規為重要依據，構建集成化系統。產業集成化中產業鏈條各個環節銜接，需要有強大且統一信息鏈給予支持，對產品動態追蹤，達到信息共享目的。因此，嵌入式系統是集成化構建關鍵環節，不僅可在工業進程中產品內部集成，而且還能夠實現生產機器集成，實時調控運行模式，確保信息傳導更具時效性。嵌入式系統智能終端、元器件合理的應用，可保證產業集成化橫縱向信息有效共享，方便對產品質量更好的控制，將產業集成優勢充分發揮。

2.2物聯網搭建

智能家電以及物流管理概念逐漸被人們所熟知，而嵌入式系統也以其自身優勢、強大的功能性，緊跟物聯網發展步伐，在其中得到了廣泛應用。物聯網以互聯網技術為基礎，為保證功能的發揮，物品間實現信息高效互融互通，進而在物聯網終端智能系統中應用嵌入式系統。物聯網中的嵌入設備主要包括識別與傳感功能、網絡通信功能，識別與傳感功能中涉及到的設備有傳感器、RFID、IC卡、條碼、磁卡等；網絡通信功能主要包括4G/5G、LAN、WLAN、藍牙、紅外等。科學技術快速發展，物聯網最大的特點便是信息強大的交互功能、傳感技術、智能化、信息處理，實現有效控制物體。例如家電設備中應用嵌入式系統，軟硬件構建時，可有效控制電器設備，內嵌式模塊的設計使得設備操作更加方便。電視以及洗衣機中應用嵌入式系統，實現了和無線電銜接，居住者生活品質提高。另外多媒體家庭網關中應用嵌入式技術，多個設備可同時將嵌入式系統接入。在嵌入控制功能作用下，整合了平臺和傳感器優勢，拓展了功能性，物聯網物聯、感知優勢得以充分發揮。除此之外，嵌入式系統語音芯片在語音處理方面具備了識別、語音合成功能，實用價值較強。

2.3智能化及其平臺構建

這里所提及的智能化技術本質上是指在人們實際生活以及生產環節，不管是系統、機器，還是設備運行、生產等均實現了鏈條化、流水線，即使無人看管或者需要少部分人參與便能夠完成，整個過程與實際需求、要求相符，也能夠達到預期目標。嵌入式系統在工業、農業、國防、科研、交通等不同行業都得到了廣泛應用。例如在車輛綜合電子信息系統運行中核心部分便是嵌入式系統，操作過程中呈現多元化，以Linux操作系統為主，此系統在啟動時主要涉及到了3個流程：一是審查CPU、具體結構，CPU通電；二是BIOS的啟動，車輛綜合電子信息系統軟件為初始化狀態；三是BootLoader為引導，初始化工作完成，啟動程序。除此之外，車內娛樂系統采用的是移動媒體，由液晶屏、播放器組合而成，行駛中不需要手動操作，可通過語言識別系統便能夠點播；另外智能導航、雷達限速、溫度調控均采用的嵌入式系統，汽車綜合性能提升，實現了智能化發展。

3嵌入式系統在電子信息技術中的應用前景

3.1嵌入式系統性能方面

在嵌入式系統中，單片機雖然獨立發展已有一段時間，但是一直以來處于低層次的應用，研究人員在此方面涉足嵌入式系統相關內容較少，進而導致二者優勢并未得到充分發揮。所以在不久的將來，將單片機與嵌入式系統統一歸結成為重點，并且應用對象也逐漸會向著高層次邁進。當前嵌入式系統應用技術主要用于智能儀器儀表、計算機設備、網絡、信息家電、國防、工業、電子商務、生物微電子技術等方面，微控制器、在線可編程技術、數字信號處理器三者的有效結事形成MCU+ISP+DSP嵌入式系統，這是近期發展非常重要的方向。當前單片機、嵌入式系統開發已經經歷了一段很長的時間，市場體系逐漸完善，超微型嵌入式技術、產品需求日益增長，再加之半導體、系統設計方法也在不斷改進與優化，嵌入式系統發展形勢具體可以從以下3點談起：一是可靠性、應用水平會不斷提高，與網絡技術的結合是其未來發展非常重要的路徑；二是集成部件日益增多，如果從本質而言可以說是單片集成電路，但是如果從功能上來講則是萬用機；三是功耗會不斷降低，與模擬電路結合度逐漸加深。國家信息部門給予了嵌入式技術開發、應用大力支持，不管是芯片開發，還是嵌入式操作系統應用，或者數據庫的構建、應用等方面，政策給予引導，通過制定標準進行規范，同時還設立了基金，多方面的支持，推動了單片機與嵌入式技術的融合，促進節能降耗。

3.2嵌入式系統軟硬件開發方面

高新技術發展速度逐漸加快，市場需求也在發生變化，高速、可靠、低成本成為技術開發考慮的重點，而嵌入式視覺系統作為新型技術之一，基于計算機、半導體、電子3大技術優勢，在各行各業應用的范圍也會越來越廣。特別是隨著數字化時代的到來，嵌入式視覺系統等相關產品發展勢頭較猛，這也是未來嵌入式市場發展前景。網絡、通訊、微電子支持下，數字化信息產品需求越來越大，為嵌入式技術帶來了較好的發展空間，重點從以下5個層面進行分析：一是嵌入式開發屬于系統化的工程，所以嵌入式系統開發者需要基于軟件及硬件系統自身性能，在軟硬件開發工具方面加大力度。二是在日益成熟的網絡技術時代，信息化、網絡化程度日益加深，單一功能設備，例如電話、冰箱、微波爐等家用物品將不會只是僅僅滿足使用需求，在結構構建方面會變得更加復雜，更加智能，更加人性化；三是未來嵌入式設備更趨于網絡化，硬件需要與各種網絡通信接口有效鏈接，不僅給予TCP／IP協議、IEEE1394、USB、CAN、Bluetooth、IrDA支持，而且還會涉及到通信組網協議軟件、物理層驅動軟件；四是系統內核發、計算方法更加簡單易懂，功耗降低，成本減少。在不久的將來嵌入式產品會將軟件與硬件有效銜接，形成集成設備，成本及功耗大幅度降低，設計人員需要將系統內核進行精簡，確保系統功能性的同時，實現資源合理利用，在編程模型方面精心選擇，對計算方法進行不斷優化與改進，編譯器性能也會創新。軟件研發人員具備硬件知識的同時，加大對嵌入式軟件技術（Java、Web、WAP等）開發及利用的力度；五是多媒體人機界面的應用，實現嵌入式設備和用戶間更加密切聯系，使用戶能夠享受以及體驗到友好界面，不僅圖像要清晰，而且控制要靈活多變。在計算機以及微電子技術不斷完善與成熟中，各個領域中應用嵌入式系統的概率會越來越大，范圍也會越來越廣，尤其是當前人們提倡節能降耗、綠色環保理念，所以未來嵌入式系統將會逐漸朝著此方面發展。

4結語

總而言之，科學技術的發展速度會越來越快，嵌入式系統是電子信息技術中核心技術，發揮的作用是非常重要的，不僅推進了社會生產效率的提高，而且人們生活質量得到了改善。在時代發展進程中，嵌入式系統的應用也需要不斷完善與優化，才能積極應對挑戰，更好的發揮自身優勢，促進各行各業智能化、自動化發展，同時也為人們生活、生產帶來了更多的便利性，生活品質進一步提升。

參考文獻：

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作者:喻奎達 單位:重慶工貿職業技術學院