1、 嵌入式系统论文姓名：赵志祥学号：154611078嵌入式系统发展与应用综述嵌入式系统发展与应用综述赵志祥【摘要】嵌入式系统被定义为以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。 嵌入式系统是用来控制处理外部世界各种中断信号的计算机系统,【关键词】嵌入式；智能手机；无人机；智能家居1 引言嵌 入 式 系 统 无 疑 是 当 前 最 热 门 最 有 发 展 前 途 的 IT 应用 领 域 之 一 。 嵌 入 式 系 统 用 在 一 些 特 定 专 用 设 备 上 ， 通 常这 些 设 备 的 硬 件 资 源 （ 如 处 理
2、 器 、 存 储 器 等 ） 非 常 有 限 ，并 且 对 成 本 很 敏 感 ， 有 时 对 实 时 响 应 要 求 很 高 等 。 特 别 是随 着 消 费 家 电 的 智 能 化 ， 嵌 入 式 更 显 重 要 。 像 我 们 平 常 常见 到 的 手 机 、 PDA、 电 子 字 典 、 可 视 电 话 、VCD/DVD/MP3 Player、 数 字 相 机 （ DC） 、 数 字 摄 像 机(DV)、 U-Disk、 机 顶 盒 (Set Top Box)、 高 清 电 视 (HDTV)、游 戏 机 、 智 能 玩 具 、 交 换 机 、 路 由 器 、 数 控 设 备 或 仪 表
3、 、汽 车 电 子 、 家 电 控 制 系 统 、 医 疗 仪 器 、 航 天 航 空 设 备 等 等都 是 典 型 的 嵌 入 式 系 统 。相 对 而 言 ， 嵌 入 式 应 用 系 统 软 件 具 有 很 大 的 优 势 ， 首先 ， 它 是 系 统 应 用 软 件 和 系 统 硬 件 的 一 体 化 ， 在 节 省 空 间的 同 时 ， 提 高 处 理 能 力 。 其 次 ， 它 具 有 代 码 小 、 高 度 自 动化 的 特 点 。 针 对 这 些 特 点 ， 本 文 对 嵌 入 式 应 用 的 三 个 发 展方 向 进 行 叙 述 ： 移 动 嵌 入 式 设 备 智 能 手 机
4、， 无 人 机 ，智 能 家 居 。2 智能手机智能手机作为当今最热点的嵌入式设备，在广大的用户群以及不断的需求下持续发展。每年每个季度硬件和系统都在不断向前进步。虽然现在智能手机市场已逐渐进入饱和，但是全球庞大的市场还是让无数厂家趋之若鹜。正如嵌入式系统与硬件的不可分割的关系一样，智能手机的系统和硬件也是紧密相连的。现在主流的手机嵌入式系统主要有 iOS，Android,Windows Phone,BlackBerry 等。手机市场的 CPU 几乎都被 ARM 架构的产品包揽了。下面针对 iOS,Android，Windows Phone 三个手机操作系统来进行描述。2.1 iOSiOS 可
5、以说是整个苹果公司的核心竞争力的来源，围绕 iOS 建立的生态圈也是其他手机操作系统无法比拟的。iOS 的的底层是基于 unix 应用层,开发的语言是obj-c，其应用开发语言现在有独立的 swift。当今苹果公司的 CPU 基本上是由三星公司和台积电公司制造的，而这两家公司的芯片都是基于 ARM 架构设计的，各自都有其独立的 SoC 设计技术。iOS 系统的软件与硬件的整合度相当高，使其分化大大降低，在这方面要远胜于碎片化严重的 Android。这样也增加了整个系统的稳定性，用户体验优越。iOS 所拥有的应用程序是所有移动操作系统中最多的，iOS 平台拥有数量庞大的 app 和第三方开发者，
6、几乎每类 app 都有数千款,并且优质应用极多，这是其他移动操作系统无法比拟的。苹果现在智能设备，Apple pay 等嵌入式应用方面不断发力，依托其庞大的用户群，苹果未来几年的发展前景还是光明的。2.2 AndroidAndroid 是 Google 公司开发的一套操作系统，国产手机在 Android 平台上战火纷飞，也极大促进手机行业的发展。众所周知，Android 是开源的，“开源”是指系统源码可以被公众使用，并且对其修改和发行不受许可证的限制。Android 底层是基于 Linux 的，应用开发语言是基于 java 的 。Android 系统的开源意味着允许任何移动终端厂商加入到 An
7、droid 联盟中来，这一点得到了国内外各大手机厂商的支持。同时，专业人士也可以利用源代码进行二次开发，打造出个性化的 Android，例如国产的 MIUI 就是基于 Android 原生系统深度开发的系统，其与原生系统相比有了较大的改动。并且，开放性可以缩短开发周期，降低开发成本，有利于 Android 的发展。说到 Android，就不得不提它那超高的自由度，系统具有多种简单实用的 widget（桌面插件），用户可以根据自身的喜好或使用习惯定制专属桌面，界面可谓千变万化,这也是 Android 的优势所在。然而 Android 也存在一些问题，如碎片化和过分依赖硬件。碎片化，通俗的讲就是差
8、异化越来越大，体现在设备繁多、品牌繁多、Android 版本各异、分辨率各异，碎片化影响了整个 Android 的生存环境，包括用户、开发者、设备制造商、品牌和网络等等。因为随着设备的不断增加，屏幕尺寸、硬件的不同和定制 ROM 给 Android 的开发带来了麻烦，要一个程序去适配如此多的设备需花费很大的时间，必然加大了开发者对软件的开发难度和成本，造成比较严重的后果就是是软件开发者们会逐渐失去开发兴趣。同时使用过Android 和 iOS 的朋友可能会发现，在手机配置接近的情况下，Android 手机的操作体验和 iOS 相比总是差一点点。原因之一就是在 iOS 中，UI 渲染过程具有最高
9、的优先等级，当用户的手指接触到 iPhone 的触摸屏后,iOS 中所有的进程都将停止，系统会将所有硬件资源用于渲染 UI 过程。而在 Android 中 UI 渲染过程的优先级别没有 IOS 那么高，也就是说当你触摸 Android 手机屏幕的时候，系统后台的程序并没有停止，仍然在继续运行之中，比如下载文件和收发短信，后台进程并不会为界面渲染让路。在这种情况上，Android 不得不靠提升硬件水平来弥补，进而提升整体的操作体验。前几年国产手机的 CPU 核数大战让人印象深刻，双核，四核，八核不断在刷新着我们的眼界。出于个人的国产情怀，这里想特别提一句华为。众所周知，华为是做通讯起家的，但开始
10、进入手机行业后就投入很多资源在研发上，而不是像很多厂商只是组装不同的零件进行整合调试而已。华为是国内少数家有独立研发 CPU 能力的大型手机厂商，海思和麒麟芯片也在发展中。虽然现在华为自己的 CPU 不像高通和三星成熟，但是也在不断进步中。而 Android 平台上有众多手机厂商为其保驾护航，加上价格与硬件的多样性，相信以后能发展的更好。2.3 Windows Phone谈起 Windows Phone，首先想到的肯定就是它与众不同的动态磁贴，也就是我们说的 Metro UI。MetroUI强调带给用户 glance and go 的体验，一接触它就能能直观地感觉到它与 iOS 和 Andro
11、id 的设计理念完全不同，它的界面与后两者最大的区别在于：后两种的主要呈现对象是应用，而 Metro 强调的是信息本身，而不是冗余的界面元素或是 widget，这在视觉效果方面，有助于形成一种身临其境之感。WP8 系统对硬件要求比较低，不像安卓那样需要靠高配置来保证流畅性。WP8 的系统应用的优先度最高，占用极少的硬件资源即可获得如丝般的顺滑操作，同时较低的硬件规格也消耗相对较少的电量，避免无电的囧况。Windows Phone 由于错过了智能手机发展的黄金时期，加之早期的 Windows Moblie 发展不顺畅，所以现在一直处于被动。Windows Phone 比 iOS 和 Androi
12、d 起步较晚，加之受到后两者的强力阻击，发展速度和规模大大落后于 iOS 和 Android，主要表现在第三方开发者热情不高，应用数量尤其是精品应用远落后于其他，虽然基本应用都有，但是品质比较一般，用的时候可能要忍受各种功能残缺或者小 BUG。但是 Windows Phone 作为一款优秀的手机操作系统，加之微软强大的研发能力，我相信未来还是在手机市场能有立足之地的。Android 刚出现时就像一棵枝叶繁茂的大树，它的设计者希望它具有多种多样的功能，但由于很难去兼顾各种功能，因此每种功能刚开始并不是都很出色，造成它的枝叶看起来十分杂乱，往往给人混乱不堪的感觉，因此现在系统所进行的每一次更新都是
13、为了修剪其杂乱的枝叶，保留其中最必要、最实用的，使其看起来不在杂乱不堪而是简洁美观；iOS 与 Android 却完全相反，它刚出现时就像一根精美的树干，没有多余的杂支，而之后的每一次系统更新都是在这根树干的最合适的部位插上最精美的枝干，从而使其成为最美丽的树；而 Windows Phone 由于较之 iOS 和 Android 起步较晚，更像是一颗树种，拥有纯洁的本质和无限的生长空间。三者共同促进了移动嵌入式设备的发展和进步，在其推动下未来会有例如智能手表等更多的便携式嵌入式设备出现和发展。3 无人机近些年来，一种飞行器活跃在市场。无人驾驶飞行器（UAV, Unmanned Aerial V
14、ehicle），又称“无人机”，它能够依靠无线电遥控设备和自备的程序控制装置按照预定的程序进行自主飞行。近年来，随着新型材料，微惯性测量单元（MIMU, Micro Inertial Measurement Unit）以及飞行控制技术的飞速发展，微小型无人机凭借其体积小、重量轻、机动性强、隐蔽性好、续航时间长等卓越性能，在军事上和民用上均取得了广泛的应用。它不仅可以作为空中侦察平台或武器平台，对敌机进行侦察监视、电子干扰、定点轰炸等，还可以执行线路巡查、交通管理、气象探测、森林火灾救护等任务。无人机的核心部分是导航控制系统，要求具有高可靠性和高抗干扰能力。现在的无人机飞控系统都是典型的嵌入式系
15、统，基本上是基于 LINUX 进行编写的。从总体上来讲,飞控系统分为姿态控制、加速度控制和高度控制。姿态控制足加速度控制的基础。只有了稳定的姿态控制,才可以进行加速度控制和高度控制。利用嵌入式系统来进行对无人机的整个飞行过程来进行控制，实现悬停，翻转以及更加复杂的路径规划的功能。无人机作为嵌入式的一个典型的应用，在世界已经成为热点。中国的大疆公司已经占领了消费级无人机全球 70%的市场份额,以年营业额 30 亿成为该行业的领航者。国内已经有超过 100 家的无人机公司，如零度，亿航等。国外也有许多大型的无人机厂商，无人机领域已经越来越受到人们的关注。近年来，无人机在民用方面的应用越来越多，各国
16、在无人机的民用方面逐渐开放。无人机已经广泛应用于公共安全、应急搜救、农林、环保、交通、通信、气象、影视航拍等多个领域。据 2015年中国无人机发展现状及前景分析预计，在航空装备无人化、小型化和智能化的趋势下，未来 20 年我国民用无人机需求有望达到 460 亿元。接下来几年，无人机嵌入式系统还将飞速发展，也会推动芯片厂商的不断更新换代，是一个蓬勃发展的产业。4 智能家居智 能家居系统更是一个典型的嵌入式系统应用。嵌入式技术的蓬勃兴起为智能家居行业的发展指明了技术发展趋势，也提供了技术革新的有利武器。目前很多中国智能家居厂商研制的基于单片机架构的智能控制系统在实际技术更加广泛的应用，随着成本的逐
17、步降低，以及新功能的增加和性能的提升，将处理能力大大增强的具有网络功能的嵌入式操作系统和单片机的控制软件程序作了相应的调整，使之有机地结合成完整的嵌入式系统。智能家居是一个多功能的系统，它包括可视对讲、家庭内部的安全防范、家电控制、远程的视频监控、远程医疗诊断及护理系统、网上教育系统、家庭的影音系统等。智能家居的基本目标是将家庭中各种与信息相关的通信设备、家用电器和家用安防等装置连接到一个智能化系统上进行集中或异地的监视、控制和家庭事务性管理，并保持这些家庭设施与住宅环境的和谐与协调。随着技术发展，智能家居系统内容更丰富，操作更方便，系统越复杂。嵌入式智能家居有很多优点：A.系统的处理能力大大
18、增强，可以给您带来更加逼真的图象以及更加真实的语音等。 B.根据系统定制的实时操作系统不仅可以最大限度的利用硬件资源而且还避免了过于庞大的系统造成的系统冗余。 C.一般只有一颗主处理芯片(一般采用 ARM 架构的芯片)，系统架构更加清晰简捷。 D.软件采用分层设计方便维护和升级，大大提高了代码利用率，缩短开发周期。智能家居在中国乃至世界都有广阔的前景，就目前的发展趋势分析，未来世界将有近 2-4 亿的家庭构建家庭网络，可见其中的利润将是最大的，在 20011 年至 2015年短短四年的时间里，智能家居生产商由最初的几家公司增加到如今的百余家企业，其行业发展之迅速是目前国内任何其它行业所无法比拟
19、的。5 结论嵌入式系统是先进的计算机技术、半导体技术、电子技术以及各种具体应用相结合的产物，是技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的新型集成知识系统。它起源于微型机时代，近几年网络、通信、多媒体技术的发展为嵌入式系统应用开辟了广阔的天地，使嵌入式系统成为继 PC 和 Internet 之后，IT 界的新技术热点。信息时代，数字时代使得嵌入式产品获得了巨大的发展契机，为嵌入式市场展现了美好的前景。中国的嵌入式软件发展速度一直高于中国软件产业的发展速度和全球嵌入式软件的发展速度，在中国软件产业和全球嵌入式软件产业中所占的比重越来越大。目前，中国嵌入式软件产业在整个软件产业中的比重已经超过了三分之一。同时嵌入式相关的系统及应用开发行业不断兴起，也给整个嵌入式行业注入了新的活力。随着如智能手机，无人机，智能家居等行业的发展，相信嵌入式有更广阔的发展空间。.
