嵌入式系統(tǒng)是以應用為中心，以計算機技術為基礎，并且軟硬件可裁剪，適用于應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。它一般由嵌入式微處理器、外圍硬件設備、嵌入式操作系統(tǒng)以及用戶的應用程序等四個部分組成，用于實現(xiàn)對其他設備的控制、監(jiān)視或管理等功能。
基本特點
嵌入式系統(tǒng)一般指非PC系統(tǒng)，它包括硬件和軟件兩部分。硬件包括處理器／微處理器、存儲器及外設器件和I／O端口、圖形控制器等。軟件部分包括操作系統(tǒng)軟件（OS）（要求實時和多任務操作）和應用程序編程。有時設計人員把這兩種軟件組合在一起。應用程序控制著系統(tǒng)的運作和行為；而操作系統(tǒng)控制著應用程序編程與硬件的交互作用。
1.嵌入式系統(tǒng)通常是面向特定應用的 嵌入式CPU與通用型的最大不同就是嵌入式CPU大多工作在為特定用戶群設計的 系統(tǒng)中，它通常都具有低功耗、體積小、集成度高等特點，能夠把通用CPU中許多由板卡完成的任務集成在芯片內(nèi)部，從而有利于嵌入式系統(tǒng)設計趨于小型化，移動能力大大增強，跟網(wǎng)絡的耦合也越來越緊密。
2.嵌入式系統(tǒng)是將先進的計算機技術、半導體技術和電子技術與各個行業(yè)的具體應用相結合后的產(chǎn)物。這一點就決定了它必然是一個技術密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識集成系統(tǒng)。
3.嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件都必須高效率地設計，量體裁衣、去除冗余，力爭在同樣的硅片面積上實現(xiàn)更高的性能，這樣才能在具體應用中對處理器的選擇更具有競爭力
4.嵌入式系統(tǒng)和具體應用有機地結合在一起，它的升級換代也是和具體產(chǎn)品同步進行，因此嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品一旦進入市場，具有較長的生命周期。
5.為了提高執(zhí)行速度和系統(tǒng)可靠性，嵌入式系統(tǒng)中的軟件一般都固化在存儲器芯片或單片機本身中，而不是存貯于磁盤等載體中。
6.嵌入式系統(tǒng)本身不具備自舉開發(fā)能力，即使設計完成以后用戶通常也是不能對其中的程序功能進行修改的，必須有一套開發(fā)工具和環(huán)境才能進行開發(fā)。
智能嵌入技術-在家居中的應用
控制器(MCU)已經(jīng)在家庭和工業(yè)的各個領域得到了應用,通稱嵌入式系統(tǒng),因為計算機芯片是嵌入在有關的設備中的,沒有自己獨立的外殼。目前大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)還處于單獨應用的階段,以MCU為核心,與一些監(jiān)測、伺服、指示設備配合實現(xiàn)一定的功能。Internet現(xiàn)已成為社會重要的基礎信息設施之一,是信息流通的重要渠道,如果嵌入式系統(tǒng)能夠連接到Internet上面,則可以方便、低廉地將信息傳送到幾乎世界上的任何一個地方。隨著嵌入式技術的不斷進步和更廣泛的運用,嵌入式系統(tǒng)在智能家居中的運用也會隨之有更加廣闊的發(fā)展前景。
嵌入式技術的概念
嵌入式技術是將計算機作為一個信息處理部件,嵌入到應用系統(tǒng)中的一種技術,也就是說,它將軟件固化集成到硬件系統(tǒng)中,將硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)一體化。嵌入式具有軟件代碼小、高度自動化和響應速度快等特點,因而進入21世紀后其應用越來越廣泛,例如,各種家用電器如電冰箱、自動洗衣機、數(shù)字點電視機、數(shù)碼相機等廣泛應用這種技術。
嵌入式系統(tǒng)是指將應用程序、操作系統(tǒng)與計算機硬件集成在一起的系統(tǒng)。它以應用為中心,以計算機技術為基礎,而且軟硬件可以裁剪,因而是能滿足應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積和功耗的嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。這種系統(tǒng)具有高度自動化,可靠性高等特點。嵌入式系統(tǒng)主要由硬件和軟件兩部分組成,嵌入式系統(tǒng)的硬件主要包括以下幾個模塊,嵌入式核心芯片(嵌入式微處理器、嵌入式微控制器、嵌入式數(shù)字信號處理器、嵌入式片上系統(tǒng)) 、存儲器、I/O 端口等。而嵌入式系統(tǒng)軟件由嵌入式操作系統(tǒng)和相應的各種應用程序構成。有時把這兩種結合起來,應用程序控制著系統(tǒng)的運作和行為,而操作系統(tǒng)控制著應用程序編程與硬件的交互作用。
嵌入式核心芯片的特點
嵌入式的關鍵部分還在于核心芯片的選擇,嵌入式核心芯片的特點有:
(1) 可擴展的處理器結構,以能最迅速地開展出滿足應用的最高性能的嵌入式微處理器。
(2) 嵌入式微處理器必須功耗很低。
(3) 對實時多任務有很強的支持能力。
(4) 具有功能很強的存儲區(qū)保護功能。這是由于嵌入式系統(tǒng)的軟件結構已模塊化,而為了避免在軟件模塊之間出現(xiàn)錯誤的交叉作用,需要設計強大的存儲區(qū)保護功能,同時也有利于軟件診斷。
嵌入式技術在家庭智能控制系統(tǒng)中的應用
嵌入式技術,在家庭智能控制系統(tǒng)中的應用,特別是DSP 的應用和發(fā)展,使得系統(tǒng)的語音和圖像處理能力大大增強,不僅可以最大限度地利用硬件投入,而且還避免了資源浪費。嵌入式技術的應用,使得系統(tǒng)的架構更加清晰簡捷。系統(tǒng)的軟件采用分層設計,不僅方便維護,而且大大提高了代碼的利用率, 縮短了開發(fā)周期。此外,由于嵌入式技術是伴隨In2 性能,可以增加更多的網(wǎng)絡應用。嵌入式Internet 的廣泛應用必將使家居控制變得更加自動化、智能化和人性化。
嵌入式技術是在Internet的基礎上產(chǎn)生和發(fā)展的,因此它具有更加卓越的網(wǎng)絡在智能家居控制中,具有安全性和能快速地與外界進行信息交換,這就要求計算機對存儲器、運算速度等性能指標要求比較高,而嵌入式系統(tǒng)一般情況下都是小型的專用系統(tǒng),這樣就使得嵌入式系統(tǒng)很難承受占有大量系統(tǒng)資源的服務。如何實現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)的Internet 接入、"瘦"Web 服務器技術以及嵌入式Internet 安全技術, 是嵌入式系統(tǒng)Internet 技術的關鍵和核心。
主要可以對如下家居功能進行控制
(1) 遠程監(jiān)控。當防盜報警被觸發(fā)后,也可以通過Internet 遠程監(jiān)控家中事態(tài)的進展情況。
(2) 報警�？梢苑譃榉辣I報警、防災報警等。
(3) 三表抄送功能。將帶電子采集器的煤氣表、電表、水表的信息發(fā)送到終端。
(4) 室內(nèi)環(huán)境控制。比如可以將燈光、DVD 等設備可以集中控制,通過電話、Internet 等遠程控制家中的設備。進而實現(xiàn)對家中的音響、視頻及燈光的集中控制。
將嵌入式系統(tǒng)與Internet結合起來的想法其實很早以前就有了,主要的困難在于,Internet上面的各種通信協(xié)議對于計算機存儲器、運算速度等的要求比較高,而嵌入式系統(tǒng)中除部分32位處理器以外,大量存在的是8位和16位MCU,支持TCP/IP等Internet協(xié)議將占用大量系統(tǒng)資源,或根本不可能。文章將以嵌入式微控制器Internet技術(EMIT)及其在中國的技術開發(fā)中心BOL/TASKING公司的解決方案為基礎,描述如何實現(xiàn)嵌入式設備的Internet網(wǎng)絡化。
嵌入式技術的進展
嵌入式技術之所以能夠快速發(fā)展,一個重要的原因就是嵌入式技術具有技術靈活性。無論是軟件嵌入還是硬件嵌入,采用嵌入式技術都可以把復雜的系統(tǒng)設計變?yōu)楠毩⒛K的設計。特別是隨著信息技術的飛速發(fā)展,傳統(tǒng)的獨立系統(tǒng)設計已經(jīng)無法適應現(xiàn)代信息技術的發(fā)展需要。例如,在現(xiàn)有通信系統(tǒng)中應用多媒體通信技術時,如果不采用嵌入式技術,則需要對整個通信系統(tǒng)進行徹底更換。隨著電子信息技術的不斷發(fā)展和應用領域的不斷擴大,嵌入式技術正在變成最基本的電子系統(tǒng)設計技術。特別是隨著SoC技術和集成電路設計制造技術的發(fā)展,嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)成為SoC器件設計的基本結構。同時,也正因為電子信息技術的飛速發(fā)展,使得現(xiàn)有嵌入式系統(tǒng)設計平臺面臨著各種不同的挑戰(zhàn)。
智能嵌入技術-發(fā)展趨勢
以信息家電為代表的互聯(lián)網(wǎng)時代嵌入式產(chǎn)品，不僅為嵌入式市場展現(xiàn)了美好前景，注入了新的生命；同時也對嵌入式系統(tǒng)技術，特別是軟件技術提出新的挑戰(zhàn)。這主要包括：支持日趨增長的功能密度、靈活的網(wǎng)絡聯(lián)接、輕便的移動應用和多媒體的信息處理，此外，當然還需對付更加激烈的市場競爭。
1.嵌入式應用軟件的開發(fā)需要強大的開發(fā)工具和操作系統(tǒng)的支持
隨著因特網(wǎng)技術的成熟、帶寬的提高，ICP和ASP在網(wǎng)上提供的信息內(nèi)容日趨豐富、應用項目多種多樣，像電話手機、電話座機及電冰箱、微波爐等嵌入式電子設備的功能不再單一，電氣結構也更為復雜。為了滿足應用功能的升級，設計師們一方面采用更強大的嵌入式處理器如32位、64位RISC芯片或信號處理器DSP增強處理能力；同時還采用實時多任務編程技術和交叉開發(fā)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(zhì)量和縮短開發(fā)周期。
目前，國外商品化的嵌入式實時操作系統(tǒng)，已進入我國市場的有WindRiver、Microsoft、QNX和Nuclear等產(chǎn)品。我國自主開發(fā)的嵌入式系統(tǒng)軟件產(chǎn)品如科銀(CoreTek)公司的嵌入式軟件開發(fā)平臺DeltaSystem,它不僅包括DeltaCore嵌入式實時操作系統(tǒng),而且還包括LamdaTools交叉開發(fā)工具套件、測試工具、應用組件等；此外，中科院也推出了Hopen嵌入式操作系統(tǒng)。
2.聯(lián)網(wǎng)成為必然趨勢
為適應嵌入式分布處理結構和應用上網(wǎng)需求，面向21世紀的嵌入式系統(tǒng)要求配備標準的一種或多種網(wǎng)絡通信接口。針對外部聯(lián)網(wǎng)要求，嵌入設備必需配有通信接口,相應需要TCP/IP協(xié)議簇軟件支持；由于家用電器相互關聯(lián)(如防盜報警、燈光能源控制、影視設備和信息終端交換信息)及實驗現(xiàn)場儀器的協(xié)調(diào)工作等要求，新一代嵌入式設備還需具備IEEE1394、USB、CAN、Bluetooth或IrDA通信接口，同時也需要提供相應的通信組網(wǎng)協(xié)議軟件和物理層驅動軟件。為了支持應用軟件的特定編程模式，如Web或無線Web編程模式，還需要相應的瀏覽器，如HTML、WML等。
3.支持小型電子設備實現(xiàn)小尺寸、微功耗和低成本
為滿足這種特性，要求嵌入式產(chǎn)品設計者相應降低處理器的性能，限制內(nèi)存容量和復用接口芯片。這就相應提高了對嵌入式軟件設計技術要求。如，選用最佳的編程模型和不斷改進算法，采用Java編程模式，優(yōu)化編譯器性能。因此，既要軟件人員有豐富經(jīng)驗，更需要發(fā)展先進嵌入式軟件技術，如Java、Web和WAP等。
4.提供精巧的多媒體人機界面
嵌入式設備之所以為億萬用戶樂于接受，重要因素之一是它們與使用者之間的親和力，自然的人機交互界面，如司機操縱高度自動化的汽車主要還是通過習慣的方向盤、腳踏板和操縱桿。人們與信息終端交互要求以GUI屏幕為中心的多媒體界面。手寫文字輸入、語音撥號上網(wǎng)、收發(fā)電子郵件以及彩色圖形、圖像已取得初步成效。目前一些先進的PDA在顯示屏幕上已實現(xiàn)漢字寫入、短消息語音發(fā)布，但離掌式語言同聲翻譯還有很大距離。
智能嵌入技術-Word組件嵌入技術在試題庫智能組卷系統(tǒng)中的應用研究 方便快捷的實現(xiàn)文本、圖形圖像及公式等圖文混合信息的錄入、編排及輸出,是試題庫系統(tǒng)研究中的一個重點和難點,在以前的應用中都沒有達到很好的效果.本文在研究Word組件嵌入技術的基礎上,實現(xiàn)了在Delphi環(huán)境下利用0leContainer組件實現(xiàn)Office自動化服務器的創(chuàng)建和對Word組件的功能調(diào)用和控制,給出了此技術在試題庫智能組卷系統(tǒng)中的具體實現(xiàn)過程,方便用戶的使用.
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