嵌入式系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)時代的應(yīng)用

崔傳文

(山東信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東 濰坊261061)

引言

21世紀(jì)是一個信息技術(shù)時代，計算機(jī)信息技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，改變了人們的生產(chǎn)、生活方式。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以實現(xiàn)不同類型信息之間的傳播，應(yīng)用嵌入式操作系統(tǒng)，可以確保信息的專一性，提高物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的服務(wù)水平。隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，必須充分認(rèn)識嵌入式系統(tǒng)的重要性，并有效應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)中，以優(yōu)化資源配置，提高資源利用率，降低勞動強(qiáng)度，實現(xiàn)智能化發(fā)展。

1 嵌入式系統(tǒng)的相關(guān)內(nèi)容

1.1 嵌入式系統(tǒng)

嵌入式系統(tǒng)可將計算機(jī)嵌入不同的應(yīng)用系統(tǒng)中，以滿足不同人群的需求。嵌入式系統(tǒng)的優(yōu)勢就在于其具有針對性，可服務(wù)于不同的對象，滿足多樣化的需求。在物聯(lián)網(wǎng)時代中運用嵌入式系統(tǒng)，在信息傳遞和性能方面有更大的優(yōu)勢。嵌入式系統(tǒng)依賴于先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，現(xiàn)代通信設(shè)備的發(fā)展，為嵌入式系統(tǒng)的運營提供了重要保障，可確保信息之間的有效傳遞，提高工作效率[1]。

1.2 嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

嵌入式系統(tǒng)必須完全嵌入受控器件內(nèi)部，常見的系統(tǒng)有兩種，一種是硬件系統(tǒng)，另一種則是軟件系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)設(shè)備也分為兩個部分：一部分是系統(tǒng)執(zhí)行設(shè)備，另一部分則是計算機(jī)系統(tǒng)。計算機(jī)系統(tǒng)由軟件層、系統(tǒng)軟件層、硬件層和硬件抽象層組成，具有較好的兼容性。硬件層系統(tǒng)性能一般，對指令信息的處理速度并不快。而硬件抽象層，則可以將軟件層和硬件層有效分離，形成獨立的功能區(qū)域。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢在于開發(fā)系統(tǒng)的時候，能夠避免兩者之間的相互干擾，保障開發(fā)效率[2]。

1.3 嵌入式操作系統(tǒng)

在嵌入式系統(tǒng)中，操作系統(tǒng)是重要的系統(tǒng)軟件，與其他硬件有著一定的關(guān)聯(lián)性。操作系統(tǒng)和硬件模塊具有一定的緊密性，有利于挑選功能性信息，也可豐富模塊內(nèi)容，提高硬件模塊的功能，滿足系統(tǒng)需求。嵌入式操作系統(tǒng)的應(yīng)用，在智能化時代逐漸完善，具有較好的獨立性，而且在運行方面比較穩(wěn)定，能夠支持網(wǎng)絡(luò)功能，接口處也較為標(biāo)準(zhǔn)。

1.4 嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展過程和特點

嵌入式系統(tǒng)主要經(jīng)過了三個發(fā)展階段，第一個發(fā)展階段即早期的嵌入式系統(tǒng)，主要是指專用計算機(jī)或是基于單片機(jī)的可編程控制器，其功能主要有伺服、監(jiān)測等，常被應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域中。第二階段的嵌入式系統(tǒng)，開始出現(xiàn)高端嵌入式CPU，產(chǎn)生了嵌入式操作系統(tǒng)，這一階段的嵌入式系統(tǒng)能夠?qū)?fù)雜的應(yīng)用程序進(jìn)行開發(fā)，支持操作系統(tǒng)。第三階段的嵌入式系統(tǒng)則主要以芯片技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為主，也是快速發(fā)展階段。

嵌入式系統(tǒng)具有以下特點：一是專用性和針對性強(qiáng)，主要是針對于某一個特定應(yīng)用來創(chuàng)建和設(shè)計。二是其體積比較小，嵌入式系統(tǒng)能夠利用芯片技術(shù)來負(fù)責(zé)計算機(jī)系統(tǒng)中的多項任務(wù)，所占空間并不大。三是具有實時性。在應(yīng)用嵌入式系統(tǒng)時，能夠?qū)崟r獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，進(jìn)行實時監(jiān)控，并作出相應(yīng)的處理和控制。四是具有可剪裁性。嵌入式系統(tǒng)的供應(yīng)者，能夠提供多樣化的硬件設(shè)備、軟件系統(tǒng)來供用戶選擇，同樣的硅片面積有著更高的性能。五是具有較好的可靠性。嵌入式系統(tǒng)在運行過程中具有安全性，適用于復(fù)雜的環(huán)境中，系統(tǒng)運行較為穩(wěn)定。六是功耗較低。由于嵌入式系統(tǒng)的宿主對象大多是一些小型應(yīng)用系統(tǒng)，無大容量電源的支持，只有不斷地降低功耗，才能滿足應(yīng)用需求[3]。

1.5 嵌入式系統(tǒng)具備的功能

嵌入式系統(tǒng)具備以下功能：一是具有管理能力。嵌入式操作系統(tǒng)通過應(yīng)用射頻識別技術(shù)和傳感技術(shù)，能夠?qū)嵤┯行У目刂乒芾砉ぷ鳎捎行Ы邮站W(wǎng)絡(luò)中的各項信息數(shù)據(jù)，并發(fā)送信息。例如，在工廠生產(chǎn)中應(yīng)用智能傳感器設(shè)計嵌入式系統(tǒng)時，可在短時間內(nèi)執(zhí)行命令，開啟睡眠狀態(tài)，降低能量消耗。二是具有擴(kuò)展性和可伸縮架構(gòu)。嵌入式系統(tǒng)在新技術(shù)支持下，具有一定的擴(kuò)展性，在操作處理方面也較為靈活。三是具有互聯(lián)網(wǎng)功能。具備一定有線通信功能和無線通信功能，也支持各類公共無線通信。無論是不同的鏈路層，還是物理接口上的協(xié)議之間，都能夠有效轉(zhuǎn)換，獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)，然后再發(fā)送其他協(xié)議報文，最終再回到互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議中。四是具有安全性能。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備所使用的多是資源微處理器，在安全保護(hù)方面更加便捷，而且逐漸成熟的加密技術(shù)能夠在一定程度上避免嵌入式系統(tǒng)設(shè)備受到威脅，安全性更高。五是充分發(fā)揮了云計算機(jī)技術(shù)，支持互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，在設(shè)備管理方面較為靈活，而且能夠升級遠(yuǎn)程固件，具有可靠的數(shù)據(jù)儲存能力[4]。

2 嵌入式系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是融合了多門學(xué)科的綜合性技術(shù)，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠使物體和物體、人和物體之間構(gòu)建關(guān)聯(lián)，充分利用信息傳感設(shè)備，實現(xiàn)人和物、物和物之間的信息交流。嵌入式系統(tǒng)是一種先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)，在不同的情況下應(yīng)用嵌入式系統(tǒng)，能夠呈現(xiàn)出不同的產(chǎn)物，可融合于多種技術(shù)之中，如傳感技術(shù)、自動控制技術(shù)等。基于此，對比嵌入式系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)可發(fā)現(xiàn)，前者主要是在計算機(jī)系統(tǒng)中嵌入具體的應(yīng)用，在專業(yè)性上更為專一，在服務(wù)上更具針對性，而后者則主要是利用物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備來提供通信服務(wù)、計算服務(wù)和感知服務(wù)等。目前，在某種程度上可以說嵌入式系統(tǒng)是物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備功能中的其中一部分，兩者之間的差異會隨著專業(yè)技術(shù)水平的提升而縮小。簡單的嵌入式系統(tǒng)，與物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備之間有一定的區(qū)別，復(fù)雜嵌入系統(tǒng)已經(jīng)達(dá)到了物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的定義要求[5]。

3 嵌入式系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)時代中的有效應(yīng)用

3.1 傳感器技術(shù)應(yīng)用

在嵌入式系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)中有效應(yīng)用傳感器技術(shù)，有利于實現(xiàn)物聯(lián)各對象之間的信息交換，為人們的生活帶來極大的便利。傳感器技術(shù)具有極高的信息感知能力，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)信息共享，還能夠在第一時間內(nèi)及時更新信息，有著較好的應(yīng)用效果，尤其是在智能化傳感器裝置的實際應(yīng)用中，更是取得了顯著的成效，是當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的傳輸設(shè)備之一。智能傳感器的應(yīng)用，需要嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的支持，根據(jù)實際情況來選擇適宜種類的傳感器，充分發(fā)揮傳感器技術(shù)的作用，保證信息計算的準(zhǔn)確性，避免重復(fù)性計算，有利于提高信息計算效率[6]。有效融合傳感器技術(shù)，能夠進(jìn)行人、物之間的信息數(shù)據(jù)采集，起到有效的通信連接作用，不僅可以輸出信息，而且還可接收信息。

3.2 全面智能技術(shù)應(yīng)用

在物聯(lián)網(wǎng)時代，嵌入式系統(tǒng)可引入綜合智能技術(shù)，在一定程度上規(guī)避信息傳遞過程中的信息干擾，通過對影響信息傳遞因素進(jìn)行分析，并采取相應(yīng)的預(yù)防措施，保證信息傳遞質(zhì)量。全面智能技術(shù)的應(yīng)用，依賴于科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新，隨著智能技術(shù)的大力發(fā)展，給人們的帶來了更為便捷的服務(wù)，也滿足了人們多功能需求。如各個社區(qū)的監(jiān)控系統(tǒng)是一種基于全面智能技術(shù)的嵌入式系統(tǒng)裝置，由以下幾個部分組成：一是檢測設(shè)備。對社區(qū)周圍的環(huán)境進(jìn)行全面監(jiān)督。二是控制裝置。具有一定的報警功能，可及時發(fā)現(xiàn)社區(qū)中外來非法入侵者，以及火災(zāi)、煤氣泄漏等威脅，并發(fā)出警報信息，直接傳送于智能主機(jī)，有利于及時補(bǔ)救解決，盡量避免人員傷亡，降低經(jīng)濟(jì)損失。三是智能主機(jī)。接收各類監(jiān)控信息和報警信息，并作出相應(yīng)的指令，給相關(guān)管理人員提供可靠的依據(jù)，規(guī)避危險的發(fā)生。監(jiān)控系統(tǒng)這種智能嵌入式系統(tǒng)設(shè)備的安裝，能夠提高社區(qū)環(huán)境的安全性，給人們的生活帶來保障。

3.3 射頻識別技術(shù)應(yīng)用

嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用離不開射頻識別技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)中，射頻識別技術(shù)有著重要地位，是嵌入式系統(tǒng)與傳感技術(shù)的有效融合，能夠在確定目標(biāo)之后，讀寫與目標(biāo)相關(guān)的各項數(shù)據(jù)。射頻識別系統(tǒng)中的標(biāo)志性組成部分有兩個，一是標(biāo)簽，二是讀卡器，每一個射頻識別設(shè)備都有相應(yīng)的識別碼，能夠進(jìn)行有效的標(biāo)記。接收標(biāo)記電路發(fā)送的特殊無線信號，能夠從中讀取識別碼的信息。運用射頻識別技術(shù)的優(yōu)勢在于，其所使用的電子標(biāo)簽無需額外進(jìn)行供電，標(biāo)簽體積較小，方便物體運輸，而且成本更低。基于此，物聯(lián)網(wǎng)時代下，嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用愈加廣泛，具有較好的時效性，處理信息的效率高、速度快，而且功能消耗量較少，符合社會發(fā)展需求。正是因為傳感器技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)提供了技術(shù)支持和保障，物聯(lián)網(wǎng)與嵌入式系統(tǒng)才能夠?qū)崿F(xiàn)有效融合。

4 嵌入式系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)時代中應(yīng)用的安全性

4.1 嵌入式系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)時代應(yīng)用中面臨的安全問題

嵌入式系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)時代應(yīng)用中還面臨著一系列的安全問題，主要表現(xiàn)在以下方面：一是物理性安全。如硬件組件受到物理性損傷，系統(tǒng)設(shè)備被人為破壞，或是其他因素帶來的物理性損傷，這都會導(dǎo)致嵌入式系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重安全事故，造成較大的危害，而且修復(fù)成本較高。二是網(wǎng)絡(luò)病毒。在物聯(lián)網(wǎng)中應(yīng)用嵌入式系統(tǒng)，需要與互聯(lián)網(wǎng)相連接，相對于局域網(wǎng)來說，互聯(lián)網(wǎng)感染網(wǎng)絡(luò)病毒的幾率要更大一些，如若受到病毒攻擊，則會影響嵌入式系統(tǒng)的運行，引發(fā)嚴(yán)重的安全問題。三是軟件安全性問題。在嵌入式系統(tǒng)運行過程中，如若人員違規(guī)操作，或是未對嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行有效的運行維護(hù)，則可能引發(fā)軟件方面的安全問題，大大降低嵌入式系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。

4.2 解決嵌入式系統(tǒng)安全問題的有效措施

在物聯(lián)網(wǎng)時代應(yīng)用嵌入式系統(tǒng)，為解決其安全問題，應(yīng)當(dāng)做到以下幾點：一是要做好物理安全防護(hù)工作。可根據(jù)嵌入式系統(tǒng)中存在的物理性安全問題，采取相應(yīng)的措施加強(qiáng)安全防護(hù)。一方面要設(shè)置安全的防護(hù)操作間，另一方面要制定完善的設(shè)備檢修制度，定期對設(shè)備進(jìn)行有效維護(hù)，發(fā)現(xiàn)其中存在的故障并及時處理，確保設(shè)備能夠正常運行。可通過巡檢的方式來保證嵌入式系統(tǒng)的運行質(zhì)量，使之更加穩(wěn)定。二是可在系統(tǒng)中安裝殺毒軟件，這也是當(dāng)前嵌入式系統(tǒng)安全防護(hù)的主要方式。常見的殺毒軟件如金山毒霸、360殺毒軟件等，均能夠起到有效的防護(hù)效果，可消滅系統(tǒng)中存在的病毒，按照指令來進(jìn)行信息傳輸，實時保護(hù)系統(tǒng)的運行。三是要定期更新軟件，這是因為軟件中涵蓋了較多的數(shù)據(jù)文件，部分文件是歷史性文件，還有部分則是系統(tǒng)中的垃圾文件，過多堆積會影響系統(tǒng)的運行效率，造成系統(tǒng)運行故障，影響其安全性。因此，需要通過更新和升級軟件來進(jìn)行清理和維護(hù)，保證嵌入式系統(tǒng)運行的可靠性。

5 結(jié)語

在物聯(lián)網(wǎng)時代中應(yīng)用嵌入式系統(tǒng)，具有重要的意義。通過加強(qiáng)對嵌入式系統(tǒng)的研究，明確嵌入式系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系，并將其有效應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)中，從而促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)的健康發(fā)展。與此同時，還要重視對物聯(lián)網(wǎng)中嵌入式系統(tǒng)運行的安全維護(hù)，針對其存在的安全問題，采取針對性措施來加以解決，以此來保障嵌入式系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，提高其運行效率。