嵌入式控制系統應用領域及發展趨勢

高靖 王芳

【摘 要】嵌入式系統已經有了近50年的發展歷史，它為自動化控制開辟了廣闊的發展空間。本文主要就嵌入式控制系統的一些應用領域做簡單的說明，并介紹其發展趨勢。

【關鍵詞】嵌入式 控制系統

【中圖分類號】TP393 【文獻標識碼】A 【文章編號】1672-5158（2013）03-0095-01

從20世紀70年代單片機的出現到今天各式各樣的嵌入式微處理器、微控制器的大規模應用，由于嵌入式系統具有功能強大、開發方便的優點，目前已經得到廣泛的應用，同時，隨著信息化時代的到來，用戶對嵌入式生產廠商提出了更高的要求，嵌入式控制系統將會有更大的發展。

1嵌入式系統的介紹

1.1定義：根據英國電器工程師協會（U.K. Institution of Electrical Engineer）的定義，嵌入式系統為控制、監視或輔助設備、機器或用于工廠運作的設備。

1.2系統結構：嵌入式系統有硬件和軟件兩大部分組成。

a.硬件包括微處理器、存儲器、 外部設備和I/O口、圖形控制器等。

b.軟件部分包括操作系統，和應用程序。

1.3特點：系統內核小、系統精簡、高實時性和高可靠性、智能化和網絡化、專用性強、需要有專用的開發工具和環境等。

2嵌入式控制系統應用領域

嵌入式系統以其組網靈活﹑可靠性高﹑抗干擾能力強﹑低功耗和網絡容量大等特點在計算機控制領域發揮著顯著的作用。嵌入式控制器體積小、可靠性高、功能強、靈活方便等許多優點，使其應用深入到各個領域，包括：工業控制、交通管理、信息家電、消費類電子產品及家庭智能管理系統、POS網絡及電子商務、農業及環境工程監測、機器人領域、軍事國防領域等。

2.1.工業控制。

隨著工業智能化和控制對性能的要求提高，基于嵌入式工業自動化獲得長足發展，目前已經有大量的8、16、32 位嵌入式微控制器在應用在如工業過程控制、數銑機床、電力系統、電網安全、電網設備監測、石油化工等系統中。另外，在工業控制器和設備控制器方面采用的嵌入式處理器往往采用16位以上的處理器，各種MCU、ARM、MIPS、DSP、FPGA、68000系列的處理器在控制器中占據核心地位。這些處理器提供豐富的接口總線資源，可以事先數據采集，數據處理，通信及顯示。就傳統的工業控制產品而言，低端型采用的往往是8位單片機。但是隨著技術的發展，32位、64位的處理器逐漸成為工業控制設備的核心，在未來幾年內必將獲得長足的發展。

2.2.交通管理。

智能交通系統由交通狀況監視、交通控制、交通信息采集、信息發布和通信5大子系統組成。在這些應用系統中能對交通數據進行獲取、存儲、管理、傳輸、分析和顯示，以提供交通管理者或決策者對交通狀況現狀進行決策和研究。智能交通及其管理系統，要求系統能夠在無人監控的狀態下全天候不間斷的進行運行，在穩定性方面的要求非常高，不允許死機的現象出現，在穩定特性方面嵌入式產品完全可以勝任。

2.3.信息家電、消費類電子產品及家庭智能管理系統。

家電行業是嵌入式應用的另一大行業，具有用戶界面、能遠程控制、智能管理的電器是未來的趨勢。據IDG發布的統計數據表明，未來信息家電將會增長五到十倍。

而我們日常生活中必不可少的消費類電子產品則是各種嵌入式控制系統的天下，手機、MP3、錄影機、平板電腦等，這些電子產品的核心部分就是嵌入式系統。

另外，在家庭智能管理系統方面，嵌有的專用控制芯片將代替傳統的人工檢查，并實現更高，更準確和更安全的性能。

2.4.軍事國防領域。

在20實際60年代武器控制中就開始采用嵌入式計算機系統了，后來用于軍事指揮控制和通信系統，所以軍事國防歷來就是嵌入式系統的一個重要應用領域。現在各種武器控制系統（火炮控制，導彈控制，智能炸彈制導引爆系統），坦克，艦艇，轟炸機等，各種電子產品在三軍當中的運用，雷達，電子戰對抗設施，野戰指揮作戰用各種專用設備等都可以看到嵌入式系統的影子。使用嵌入式技術的武器在伊拉克戰爭中就曾經被廣泛使用。例子：央視報道過嵌入式系統可使老坦克行進中快準狠打擊運動目標。

3嵌入式控制系統發展趨勢

數字時代，信息時代使得嵌入式產品獲得了巨大的飛躍契機，為嵌入式市場展現了美好的前景，在不久的將來嵌入式系統的幾大發展趨勢：

3.1.嵌入式開發是一項系統工程，因此要求嵌入式系統廠商不僅要提供嵌入式軟硬件系統本身，同時還需要提供強大的硬件開發工具和軟件包支持。

目前很多廠商已經充分考慮到這一點，在主推系統的同時，將開發環境也作為重點推廣。比如WindowCE在主推系統時也提供Embedded VC++作為開發工具，還有Vxworks的Tonado開發環境，DeltaOS的Limda編譯環境，而三星在推廣Arm7，Arm9芯片的同時還提供開發板和板級支持包（BSP）等都是這一趨勢的具體現象。這就是競爭導致的市場現象。

3.2. 信息化、網絡化的要求隨著帶寬的提高以及因特網技術的成熟度而日益提高，當代家用電氣的功能不夠全面，因此必須使設備變得不再功能簡單，要具備更加多樣性的功能。

這就要求芯片設計廠商在芯片上集成更多的功能，單片機的設計者們采用更強大的嵌入式處理器，同時增加功能接口，如USB，擴展總線類型，如CAN BUS，加強對圖形、多媒體等的處理，逐步實施片上系統（SOC）的概念。軟件方面采用實時多任務編程技術和交叉開發工具技術來控制功能復雜性，簡化應用程序設計、保障軟件質量和縮短開發周期。

3.3.網絡互聯成為必然趨勢。

當代的嵌入式系統更追求多通信和拓展性，因此要求接口的復雜化和多樣化，在硬件上支持網絡互聯成為必然。以往的單片機系統涉足網絡的內容并不多，新的嵌入式處理器已經開始內嵌各種網絡接口，支持IEEE1394、TCP/IP協議、IrDA、Bluetooth CAN或USB通信接口，同時也需要提供相應的物理層驅動軟件以及通信組網協議軟件。軟件方面可以在設備上嵌入Web瀏覽器，也可以在系統內核支持網絡模塊，實現各種網絡資源的綜合運用。

3.4.精簡系統算法、內核，降低功耗和軟硬件成本。

未來的嵌入式產品是軟硬件緊密結合的設備，為了減低成本和功耗，只保留和系統功能緊密相關的軟硬件，需要設計者盡量精簡系統，用最低的資源實現必須的功能，這就要求設計者不斷改進算法并最大程度的優化編譯性能，選用最佳的編程模型。

3.5.提供友好的多媒體人機界面。

用戶與嵌入式設備能零距離接觸，最重要的因素就是它能提供非常友好的用戶界面。圖像界面，靈活的控制方式，這要求使得嵌入式軟件設計者要在圖形界面，多媒體技術上花費更多的精力。語音撥號上網、手寫文字輸入、收發電子郵件以及圖像、彩色圖形都會使使用者獲得更好的感受。

4總結

嵌入式控制系統因其強大的功能以及高可靠性而被應用在各種領域，巨大的市場需求推動著嵌入式系統的迅猛發展。隨著時代的進步，人們對產品的要求越來越高，這將會對嵌入式供應商提出了更高的挑戰，但這也是一個難得的機遇，它將會促使嵌入式控制系統不僅從數量上還有質量上發生質的改變。

參考文獻：

[1]孫鶴旭，林濤.嵌入式控制系統[M].清華大學出版社，2007