基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的計算機嵌入式系統(tǒng)分析

郭亞楠 肖菡

摘 ?要：在信息時代背景下，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)被人們廣泛地應用到生活的各個領(lǐng)域。且在人們對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究的日益深入下，該技術(shù)在各個領(lǐng)域的應用也逐漸深入、具體、明確。該文以計算機嵌入式系統(tǒng)為研究切入點，在闡述嵌入式系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)涵的基礎(chǔ)上，分析二者的關(guān)聯(lián)，并就嵌入式系統(tǒng)中所引入的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進行分析，探討計算機嵌入式系統(tǒng)在各個領(lǐng)域的應用。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) ? 計算機 ? 嵌入式系統(tǒng) ? 應用

中圖分類號：TD672 ? 文獻標識碼：A ? 文章編號：1672-3791（2021）12（a）-0000-00

Analysis of Computer Embedded System Based on Internet of Things Technology

GUO Yanan XIAO Han

（Xuchang Electric Vocational College， Xuchang， Henan Province， 461000China）

Abstract： In the context of the information age， Internet of things technology is widely used in various fields of life. With the deepening of people's research on Internet of things technology， the application of this technology in various fields is also gradually in-depth， specific and clear. Taking the computer embedded system as the research starting point， this paper analyzes the relationship between the embedded system and the Internet of things， analyzes the Internet of things technology introduced into the embedded system， and discusses the application of computer embedded system in various fields.

Key Words： Internet of things technology; Computer; Embedded system; Application

物聯(lián)網(wǎng)的信息傳遞離不開互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支持，但是物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)之間本身不會產(chǎn)生較大的關(guān)聯(lián)，二者是通過嵌入式系統(tǒng)來連接在一起的。嵌入式系統(tǒng)具備專用性、針對性、方便性、快捷性的特點，會根據(jù)使用者的需要來將物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融合在一起，從而更好地發(fā)揮出網(wǎng)絡系統(tǒng)功能。為此，該文在闡述物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和計算機嵌入式系統(tǒng)內(nèi)涵、關(guān)聯(lián)的基礎(chǔ)上，就嵌入式系統(tǒng)的具體應用問題進行探究。

1物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)是通過射頻識別裝置、紅外線感應器、激光掃描器、全球定位系統(tǒng)等設(shè)備，按照規(guī)定好的協(xié)議要求，將所需要的物品和網(wǎng)絡連接在一起，由此實現(xiàn)信息的交換和通信，全面打造出融合跟蹤、定位、識別為一體的智能化網(wǎng)絡。在物聯(lián)網(wǎng)中，無線射頻識別是一種非接觸的自動化識別技術(shù)，該技術(shù)會借助無線射頻通信技術(shù)來完成讀寫器和電子標簽之間的信息傳輸，最終達到目標識別和交換的目的[1]。

2嵌入式系統(tǒng)概述

2.1內(nèi)涵

嵌入式系統(tǒng)是指完全能夠被嵌入受控制件內(nèi)部，針對特定應用所設(shè)計出來的一種計算機系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)以信息的應用為基本中心，以計算機技術(shù)作為重要基礎(chǔ)，會根據(jù)用戶對信息的需要來裁剪信息，從而能夠更好地滿足人們對各類信息的使用要求。

2.2功能

和傳統(tǒng)意義上的計算機系統(tǒng)相比，嵌入式系統(tǒng)的運行十分穩(wěn)定，且計算精良，總體運行消耗較少，性價比高。同時，在實際開發(fā)應用的角度來看，嵌入式系統(tǒng)的體積比較小，在平時的生活中十分方便被人們攜帶和使用，在保障系統(tǒng)功能的同時還能夠有效提升系統(tǒng)空間的使用率。嵌入式系統(tǒng)對時間會表現(xiàn)出敏感的狀態(tài)，因而在使用的時候會表現(xiàn)出良好的敏感性以及實時性[2]。

2.3特點

第一，面向特定的應用。嵌入式系統(tǒng)能夠?qū)⑿枰蹇ú僮魍瓿傻娜蝿赵谛酒瑑?nèi)部就實現(xiàn)集成化處理，由此在系統(tǒng)運行的時候會強化系統(tǒng)本身的移動能力。第二，將嵌入式系統(tǒng)和實施操作系統(tǒng)結(jié)合在一起，能夠為程序的執(zhí)行提供切實可靠的保障，提高軟件開發(fā)應用質(zhì)量。第三，將嵌入式系統(tǒng)和實時操作系統(tǒng)融合在一起，會進一步優(yōu)化系統(tǒng)的軟硬件，去除系統(tǒng)中的冗余。第四，嵌入式系統(tǒng)需要在專門的開發(fā)環(huán)境中，使用專門的開發(fā)工具才能夠完成一系列的開發(fā)工作。第五，嵌入式系統(tǒng)的更新?lián)Q代往往需要一定的時間，所有操作要按照既定的順序進行，工作人員要遵循規(guī)范的標準循序漸進地進行[3]。

2.4意義

嵌入式系統(tǒng)被廣泛地應用到人們的日常生活中，為人們的生活提供了更多便利支持，如智慧家居、智慧城市、智慧管理等的發(fā)展都離不開嵌入式系統(tǒng)的支持，即在嵌入式系統(tǒng)的支持下將各個軟硬件融合在一起使用。

3物聯(lián)網(wǎng)和嵌入式系統(tǒng)的交互關(guān)系分析

嵌入式系統(tǒng)能夠為我們的工作與生活帶來極大的便捷性，并且能夠很好銜接物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)。合理利用嵌入式系統(tǒng)，讓其在物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中發(fā)揮應有的作用，主要體現(xiàn)在以下三個方面。

3.1聯(lián)合傳感器技術(shù)

在傳感器技術(shù)的支持下能夠更為全面地收集數(shù)據(jù)信息，收集上來的信息會通過嵌入式系統(tǒng)的接口被反饋到網(wǎng)絡系統(tǒng)中，由此實現(xiàn)人和機械設(shè)備、物和物之間的順利溝通。傳感器技術(shù)所具備的多元化特點會充分滿足嵌入式系統(tǒng)的特定需求，因此，將嵌入式系統(tǒng)引入到物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)能夠滿足提升信息傳遞的精準度和速率[4]。

3.2聯(lián)合智能技術(shù)

智能技術(shù)在嵌入式系統(tǒng)中的應用能夠防止多種不良情況的發(fā)生，提高物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域的安全性與準確性。從智能家居的系統(tǒng)運行角度來看，在智能技術(shù)的綜合應用下會實現(xiàn)信息的層級反饋和組合應用，由此打造出一個閉合系統(tǒng)。

3.3聯(lián)合無線射頻識別技術(shù)

無線射頻識別技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域中扮演著越來越重要的角色，具體包含讀取器和標簽。將無線射頻識別標簽加入到商品、書本、汽車等物品中，而后和嵌入式系統(tǒng)IO接口的連接就能夠?qū)崿F(xiàn)對物品的高效率管理。比如以圖書館的建設(shè)來看，在無線射頻識別技術(shù)的支持下能夠?qū)崿F(xiàn)各個圖書的有序化管理，從而為有需要的人提供精準的圖書信息支持。無線射頻識別技術(shù)配合嵌入式系統(tǒng)在工業(yè)、快遞運輸、通信管理領(lǐng)域得到了廣泛的應用，且該技術(shù)的應用價格低廉，應用前景十分廣泛。

4基于嵌入式系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)安全

在當前社會發(fā)展中，商業(yè)行為、通信、金融交易、娛樂在很大程度上依賴互聯(lián)網(wǎng)。越來越多的設(shè)備被連接在物聯(lián)網(wǎng)。各個行業(yè)對互聯(lián)網(wǎng)的依賴性不斷增加。在系統(tǒng)運行的時候如果設(shè)備不健全，就會使得整個互聯(lián)網(wǎng)出現(xiàn)較多的安全漏洞，甚至更加容易受到外界環(huán)境的攻擊和破壞。為了能夠保障嵌入式系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，要從以下幾個方面來保障基于嵌入式系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)安全。

4.1物聯(lián)網(wǎng)安全特征

在嵌入式系統(tǒng)運行的時候，為了能夠更好地保護MCU和MPU，嵌入式系統(tǒng)需要保障自身的安全功能。借助標準信息技術(shù)來制定出切實可行的安全解決方案是嵌入式MCU和MPU產(chǎn)品安全的關(guān)鍵。在整個系統(tǒng)運行的過程中，TLS、IPSec/VPN、HTTPS、安全的無線連接會保障通信系統(tǒng)的安全[5]。

4.2物聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)安全

只有嵌入式系統(tǒng)中最薄弱連接和組件可靠，才能夠有效保障嵌入式系統(tǒng)的運行安全。同時，為了能夠在真正意義上保障嵌入式系統(tǒng)的安全，所有文件信息的傳遞和存儲系統(tǒng)的運輸操作需要始終保持在安全的狀態(tài)。再有，安全系統(tǒng)的另外一個關(guān)鍵要素是分層安全，即在系統(tǒng)運行的時候為系統(tǒng)設(shè)計出既定的運行原則，打造出獨有的安全管理機制，從而規(guī)避整個嵌入式系統(tǒng)的運行安全。

4.4物聯(lián)網(wǎng)的通信安全

通信安全協(xié)議的制定能夠保障嵌入式系統(tǒng)的通信安全。在嵌入式系統(tǒng)運行的時候通過建立一個可以被信賴的等級能夠選增強信息通信的安全性。TLS以及前身的SSL是為TCP套接字流，并按照順序交付的保障通信安全的重要方式。IPSec以及虛擬專用網(wǎng)絡是在TCP協(xié)議基礎(chǔ)上所使用的虛擬鏈路安全技術(shù)形式，整個鏈路的設(shè)計雖然復雜，但是通過鏈路通信能夠 為系統(tǒng)的穩(wěn)定運行提供重要的保障支持。HTTPS是在LIS基礎(chǔ)上簽訂的網(wǎng)絡服務器訪問協(xié)議，在整個服務器的支持下能夠為系統(tǒng)的穩(wěn)定運行提供必要的服務支持，并為遠程用戶提供安全的模擬終端訪問。在使用加密操作程序保護數(shù)據(jù)信息的時候，SNMPv3在保障數(shù)據(jù)信息安全性方面起到了十分重要的作用。同時，防火墻還能夠通過過濾的方式來加密數(shù)據(jù)信息，避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的損失問題，保障整個系統(tǒng)的運行安全。

4.5物聯(lián)網(wǎng)的安全啟動

安全啟動是嵌入式安全系統(tǒng)的重要組成，整個固件更新可以通過安全的方式來完成系統(tǒng)的更新。固件在更新的時候會刪除所有工廠的固件，并通過自動回退機制來強化整個系統(tǒng)的功能。在自動回退的影響下，如果新的固件失靈就會使得整個系統(tǒng)的啟動失敗，這個時候就可以使用舊的安全版本來重新啟動系統(tǒng)。Unison操作系統(tǒng)分層安全機制會通過解釋器或者其他加載的程序運行來破壞系統(tǒng)。Unison操作系統(tǒng)的分層安全機制會通過解釋器或其他方式加載程序運行的時候就會破壞整個操作系統(tǒng)。Unison操作系統(tǒng)在底層運作時會提供額外的安全啟動功能，由此實現(xiàn)對系統(tǒng)的保護，減少外界各個因素對系統(tǒng)的破壞[6]。

4.6系統(tǒng)安全地啟動

MCU或者資源有限的MPU需要多個協(xié)議的支持，以Unison操作系統(tǒng)作為研究對象，來對這個問題進行解釋說明。Unison操作系統(tǒng)是一個小型的POSIX實時性的操作系統(tǒng)，整個系統(tǒng)在運作的時候會通過非常小的代碼來提供一些安全功能。第一，Unison操作系統(tǒng)在運行的時候使用了安全通信協(xié)議，目標設(shè)備的使用處于一種安全的狀態(tài)，具體應用操作包含手機應用、面向小型網(wǎng)絡服務器的安全訪問。在Unison系統(tǒng)運行的時候很少會占用關(guān)聯(lián)資源，且在系統(tǒng)運行到時候可以使用無線網(wǎng)絡進行運行。另外，在Unison操作系統(tǒng)運行的時候可以使用終端通過SSH協(xié)議來遠程配備設(shè)備。和使用網(wǎng)絡服務器相比，使用腳本的方式能夠更好地優(yōu)化系統(tǒng)配置，授權(quán)的時候可以根據(jù)用戶的需要來完善系統(tǒng)的配備以及功能[7]。第二，通過加密設(shè)備存儲數(shù)據(jù)來減少系統(tǒng)信息的損壞。在系統(tǒng)被破壞之后不需要使用本地數(shù)據(jù)信息就能夠?qū)崿F(xiàn)對文件系統(tǒng)的優(yōu)化處理。另外，系統(tǒng)在運行的時候還可以通過密碼的配置來進一步增強系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。對MCU或一些MPU來說，程序是一個運行在Flash中的單個映像文件。這種情況下，由于整個映像在Flash中運行，并且如果啟動機制和刷新機制是安全的，不可能添加任何東西到系統(tǒng)中，因此入侵者不能加入新的代碼。

5嵌入式系統(tǒng)的實際應用分析

5.1在機器人領(lǐng)域的應用

社會科學技術(shù)的快速發(fā)展提升了機器人的利用率，追根究底，機器人的快速發(fā)展離不開嵌入式系統(tǒng)的支持。在20世紀50年代的時候，MIT提出了機器人技術(shù)，在當時的機器人技術(shù)是數(shù)控技術(shù)。在后來的長期發(fā)展中，機器人技術(shù)的使用限制逐漸被打破。而后在智能理論、MCU的支持下，越來越多的人開始進一步重視機器人技術(shù)，該技術(shù)也成為各個領(lǐng)域競爭的關(guān)鍵。嵌入式系統(tǒng)的引入加速了機器人領(lǐng)域的開發(fā)力度，使得機器人的核心能力被提升。在嵌入式系統(tǒng)的支持下逐漸出現(xiàn)了智能機器寵物，如索尼機器狗。

5.2在消費電子領(lǐng)域的應用

在20世紀90年代的時候，以電子通信技術(shù)為基礎(chǔ)的信息家電開始被人們應用到日常生活中。信息家電的雙向網(wǎng)絡通信功能、視聽功能、信息處理功能依托嵌入式系統(tǒng)的支持，在嵌入式系統(tǒng)的支持下能夠充分整合各個網(wǎng)絡處理器、應用層軟件包、關(guān)聯(lián)支撐硬件等。

快速發(fā)展的科學技術(shù)加快了電子消費替代傳統(tǒng)消費的速度，電子消費對人們的日常生活產(chǎn)生了深刻的影響，一方面為人們的生活提供了重要便利支持，另外啊一個方面也為嵌入式系統(tǒng)提供了重要發(fā)展動力。在嵌入式系統(tǒng)的輔助支持下，電視機也開始能夠和家庭控制中心、網(wǎng)絡等連接在疫情，人們借助手機設(shè)備就能夠?qū)崿F(xiàn)對各個家電的遠程操作控制。遠程教育、遠程醫(yī)療、機頂盒開始朝著更寬廣的范圍延續(xù)發(fā)展[8]。

5.3在現(xiàn)代醫(yī)療服務領(lǐng)域的應用

不斷發(fā)展的信息技術(shù)和科學技術(shù)推動了數(shù)字化產(chǎn)品的深化發(fā)展，數(shù)字產(chǎn)品的創(chuàng)新水平也在不斷提升。在嵌入式系統(tǒng)塑造和應用的過程中整個系統(tǒng)的開發(fā)應用會充分彰顯市場的競爭力。現(xiàn)代醫(yī)療技術(shù)在深入發(fā)展的過程中既需要加大對傳感檢測技術(shù)的推廣應用，而且還需要通過采集、分析和顯示以及存儲等來有效存儲信息。依托嵌入式會有效提升醫(yī)療服務領(lǐng)域的小型化、智能化、專業(yè)化發(fā)展水平，在保障醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)穩(wěn)定發(fā)展的同時減少污染，提升資源利用率。

在現(xiàn)代醫(yī)療衛(wèi)生服務領(lǐng)域，嵌入式系統(tǒng)的應用主要體現(xiàn)在以下幾個方面：第一，實現(xiàn)醫(yī)療器械和所在應用系統(tǒng)的協(xié)調(diào)、技術(shù)的配合。在嵌入式系統(tǒng)的支持下能夠提升放射設(shè)備、心臟起搏器設(shè)備的應用水平，提高電療描記器、分光光度計使用精準度。第二，在嵌入式系統(tǒng)的支持下能夠依托模塊平臺實現(xiàn)對各個型號設(shè)備的針對性設(shè)計，并以大系統(tǒng)為依托提升系統(tǒng)的運行速度。第三，通過對嵌入式系統(tǒng)的反復編程來減少系統(tǒng)多次試驗的風險。在嵌入式系統(tǒng)的支持下設(shè)計人員可以通過對公共硬件平臺的反復測試和應用來強化系統(tǒng)的適用性。

5.4在工業(yè)控制領(lǐng)域的應用

嵌入式系統(tǒng)的應用基礎(chǔ)是計算機技術(shù)，在軟硬件的配合試用下能夠按照工業(yè)領(lǐng)域的生產(chǎn)要求來進一步完善操作系統(tǒng)以及功能軟件的性能，從而提升系統(tǒng)的響應速率。

在嵌入式系統(tǒng)的支持下，傳感器、數(shù)據(jù)顯示設(shè)備、數(shù)據(jù)記錄設(shè)備、數(shù)據(jù)執(zhí)行機構(gòu)共同構(gòu)成了工業(yè)控制網(wǎng)絡，在工業(yè)控制網(wǎng)絡的作用下能夠?qū)崿F(xiàn)對電氣設(shè)備的全過程監(jiān)督控制，從而有效增強整個系統(tǒng)的時效性、可靠性、穩(wěn)定性，并將這個過程中降低產(chǎn)品生產(chǎn)成本。

5.5在汽車電子領(lǐng)域的應用

嵌入式系統(tǒng)對設(shè)備、裝置和機器的運行會起到十分重要的輔助作用，一般由操作系統(tǒng)、微處理器、特定操作程序共同組成。嵌入式系統(tǒng)在汽車電子領(lǐng)域有著十分廣泛的應用前景，突出表現(xiàn)在車輛控制、車輛運行監(jiān)控、車輛導航、汽車服務領(lǐng)域。在車輛導航中借助嵌入式系統(tǒng)能夠為車輛的穩(wěn)定運行提供支持，保障車輛的平穩(wěn)運行。在未來，伴隨智能交通技術(shù)、局域網(wǎng)技術(shù)的深入發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)的應用范圍擴展，系統(tǒng)運行成本也會得到降低。

6結(jié)語

綜上所述，在信息技術(shù)和網(wǎng)絡通信技術(shù)的快速發(fā)展下，嵌入式系統(tǒng)迎來了廣闊的應用前景，自身價值也日益凸現(xiàn)出來。伴隨物聯(lián)網(wǎng)、智慧地球理念的提出下，嵌入式系統(tǒng)開始在越來越多的領(lǐng)域得到應用，在該系統(tǒng)的支持下一些概念擁有了成為現(xiàn)實的可能。在未來，需要相關(guān)人員加強對嵌入式系統(tǒng)的應用重視，在分析和把握嵌入式系統(tǒng)功能作用的基礎(chǔ)上，將其引入到更多應用操作領(lǐng)域。

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