淺談嵌入式系統(tǒng)應用

沈銳

摘要：文章主要針對嵌入式系統(tǒng)在各領域中的應用進行淺談，簡單的介紹了嵌入式的各處理器的特點和用處，以及嵌入式在各領域中對不同軟硬件的應用，并對嵌入式系統(tǒng)在工業(yè)和生活方面的影響進行7分析。

關鍵詞：嵌入式系統(tǒng) 應用 處理器 硬件 軟件

引言

隨著如今計算機的發(fā)展，單片機技術逐漸走向成熟，嵌入式系統(tǒng)也隨之有了質的飛躍。在這個智能領先的時代，隨處可見的智能工具都有著嵌入式系統(tǒng)的身影，嵌入式系統(tǒng)已成為了我們生活最重要的一部分應用。比如電子產品方面的數碼相機，掌上游戲機等，汽車電子領域的導航定位系統(tǒng)，以及軍工方面的航空技術等，這些都是嵌入式系統(tǒng)應用的領域。

根據IEEE（電氣和電子工程協(xié)會）的定義，嵌入式系統(tǒng)是一個控制、監(jiān)視或者輔助裝置、機器和設備運行的裝置，它的核心是由一個或幾個預先已編程的微處理機和單片機組成的專用計算機系統(tǒng)。雖然它的存儲容量不是特別大，但是它體積小，實時性強，而且成本較低，所以才能廣泛應用于各個領域。

1嵌入式系統(tǒng)中的處理器

嵌入式系統(tǒng)的核心部件是嵌入式處理器，可以說嵌入式處理器就是嵌入式系統(tǒng)的“心臟”，它不僅可以完成多任務，還有較短的中斷響應時間，使內部的代碼和實時內核的執(zhí)行時間減少到最低限度，并且還具有較強的存儲區(qū)保護功能。一般可根據處理器的用途將嵌入式處理器分為四類：

1.1嵌入式微控制器（MCU）

MCU是將計算機系統(tǒng)集成到一塊芯片上，它的典型代表就是單片機。在許多的嵌入式系統(tǒng)應用中，會根據產品的應用需求，對功能的設置和外設的配置進行必要的修改和裁剪，從而使得一個系列的單片機具有多種不同的衍生產品，這樣不僅可以使應用系統(tǒng)的體積大大減小，功能和成本也大幅度下降。

1.2嵌入式微處理器（MPU）

MPU是由計算機的CPU發(fā)展而來，因為嵌入式系統(tǒng)一般應用于比較惡劣的環(huán)境中，所以MPU在工作溫度、電磁兼容性等方面都比標準微處理器好。和工業(yè)控制計算機相比，MPU組成的系統(tǒng)具有體積小、重量輕、可靠性高、成本低的優(yōu)點，但相對于嵌入式微控制器來說，嵌入式微處理器的可靠性沒有嵌入式控制器好，保密性也較差。

1.3嵌入式數字信號處理器（DSP）

DSP是專門用于信號處理方面的處理器，它的系統(tǒng)結構和指令算法進行了特殊的設計，具有很高的編譯效率和指令執(zhí)行速度。嵌入式DPS處理器主要應用于有智能邏輯的產品，比如，帶有解密算法的鍵盤，虛擬現(xiàn)實顯示，實時語音壓解系統(tǒng)等。這類的產品的智能化算法一般都比較大，特別向量運算、指針線性尋址等運算，這也是DSP處理器的優(yōu)勢所在。

1.4嵌入片上系統(tǒng)（soc）

soc是追求產品系統(tǒng)最大包容的集成器件，它實現(xiàn)了軟硬件的無縫結合，可以直接在處理器片內嵌入操作系統(tǒng)的代碼模塊。它的優(yōu)點在于用戶不用再像傳統(tǒng)的系統(tǒng)設計一樣，繪制和焊接龐大的電路板，只需使用精確的語言，綜合時序設計直接在器件庫中調用處理器標準，然后通過仿真之后，完成設計。

2嵌入式系統(tǒng)的應用

2.1智能家居監(jiān)控系統(tǒng)

智能家居監(jiān)控系統(tǒng)具體指的用戶無論是在室內還是室外，都可以通過智能手機發(fā)送數據，來控制家中的各種家具，最主要的應用是對屋內用戶的生活環(huán)境和安全進行監(jiān)控，若是家中出現(xiàn)火災情況，那么系統(tǒng)將會自動感應到環(huán)境的變化，從而自動的向用戶手機進行撥打電話和發(fā)送短信，若是家中有老人，則可以通過手機實時的查看老人的情況。

此系統(tǒng)主要是利用樹莓派處理器和其他軟硬件的相互配合實現(xiàn)的，樹莓派處理器是一臺基于Linux系統(tǒng)的小型計算機，可以進行復雜的數據處理運算和多設備控制，它雖然只有信用卡大小，但是它可以實現(xiàn)很多的功能，比如文字處理、玩游戲、看視頻、放音頻等，可以說是“麻雀雖小，五臟俱全”。

在家居監(jiān)控系統(tǒng)中，樹莓派在硬件設備上，它不僅連接了監(jiān)控設備，還連接了溫濕度傳感器、煙霧傳感器等，并配合51單片機自帶的AD/DA轉換功能，將傳感器的數字量轉換成模擬量，再通過GSM通過單片機的串口通信撥打指定的號碼。在軟件方面主要應用Java對手機上的APP進行程序設計。

2.2嵌入式系統(tǒng)在工業(yè)污染物監(jiān)測中的應用

由于生活的需要，建立了越來越多的工廠，隨之造成的環(huán)境污染也日益嚴重，于是對污染物檢測的系統(tǒng)要求也越來越高。嵌入式系統(tǒng)在此應用中主要是為了實現(xiàn)對工業(yè)現(xiàn)場污染物現(xiàn)場數據的采集、處理、上傳等功能，進而為上位機提供可靠及時的污染物數據。

為實現(xiàn)以上功能，檢測系統(tǒng)在硬件設計方面，主要采用的是通主控芯片來連接和控制不同類型的傳感器、現(xiàn)場機、上位機和傳輸網絡等硬件設備。通過用不同的傳感器采集各種污染物的數據，再用現(xiàn)場機對數據進行處理、匯總，然后通過網絡和檢測設備進行數據傳輸。在軟件方面的主要設計是監(jiān)測系統(tǒng)的參數設置、數據采集、數據處理和數據的傳輸。其中的數據采集主要采用的是Modbus協(xié)議，：MocPous協(xié)議是一種公開通用的串行通信協(xié)議，常用于連接工業(yè)電子設備，在此系統(tǒng)中，此協(xié)議主要是用來控制系統(tǒng)與傳感器的串口數據通信。

2.3嵌入式系統(tǒng)傳感器應用

傳感器是一種監(jiān)測裝置，主要功能是采集、控制、處理電子信息，將非電信號轉換成電信號。其在嵌入式系統(tǒng)的硬件電路設計上主要采用的是反射型光電傳感器設計，由于芯片大部分都是黑色，黑色具有較強的吸光效果，而紅外光對常見光的干擾具有較強的抵抗能力，所以傳感器一般采用的是紅外發(fā)射管發(fā)出的光照。

在本應用中的系統(tǒng)軟件設計主要就是對微控制器的的編碼，在以上幾個應用中都有提到過嵌入式系統(tǒng)的軟件設計，它的功能就是通過軟件編程，選擇單片機的端口和引腳，以實現(xiàn)軟硬件的無縫銜接。

2.4基于嵌入式系統(tǒng)的人臉檢測算法研究

隨著計算機科學的發(fā)展，人臉技術逐漸受到大大眾的關注和歡迎。 在此應用中最復雜核心的是軟件編程方面，因為要通過機器識別各種人臉的區(qū)別并認證需要通過復雜的算法和指令才能配合硬件完成。

這里主要采用AdaBoost人臉識檢測算法的原理，對人臉進行識別，此方法是固定一個窗口大小，然后將窗口分割成一個個大小一致的小窗口，再去除人臉的背景區(qū)域，然后對每一個小的區(qū)域進行數據對比，從而實現(xiàn)識別功能。為實現(xiàn)這一原理，在計算機編碼之前我們就要先對代碼中的算法進行研究和計算，主要的算法有協(xié)方差矩陣對角化、矩陣相乘和向量內積等方法。

現(xiàn)在已有軟件在使用此應用，雖然帶給了我們很大的便利，但是使用的人并不多，畢竟現(xiàn)如今的攝影技術發(fā)展的發(fā)展已經比較前衛(wèi)，若是有人用照片冒充別人進行面部識別，也是一個很大的安全問題。

3總結

現(xiàn)如今嵌入式系統(tǒng)應用廣泛，無論是以前的電子產品還是現(xiàn)在的各種智能工具，這些都離不開嵌入式系統(tǒng)應用，嵌入式已經成為我們生活的一部分，它不僅提高了我們的生活水平，使我們的生活質量有了質的飛躍，還帶動了其他行業(yè)的科技水平和發(fā)展，我相信嵌入式行業(yè)不管是在以前、現(xiàn)在還是將來，它的潛力和發(fā)展空間都是不可估量的。

本文雖然提到很多嵌入式系統(tǒng)的應用，但是都僅是淺談嵌入式系統(tǒng)在各工業(yè)生產的貢獻以及對我們生活的影響，并未對其進行專業(yè)的深度探討和研究，若是想要深入了解以上應用，可參考參考文獻。

參考文獻

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