嵌入式系統(tǒng)技術(shù)具有非常廣闊的應(yīng)用前景,其應(yīng)用領(lǐng)域可以包括:
1、人工智能
嵌入式系統(tǒng)的主頻、功耗一般比較低,計(jì)算能力相對(duì)較弱。人工智能算法的復(fù)雜度較高,很多情況下需要服務(wù)器、GPU的介入才能實(shí)現(xiàn)算法的實(shí)時(shí)性。然而,嵌入式產(chǎn)品也具備對(duì)人工智能算法的需求,如人臉識(shí)別、語音識(shí)別等。嵌入式系統(tǒng)可以作為復(fù)雜人工智能產(chǎn)品的數(shù)據(jù)采集終端,或者人機(jī)交互終端,依靠云端完成人工智能系統(tǒng)的復(fù)雜計(jì)算任務(wù)。但是,網(wǎng)絡(luò)接入的流量限制和帶寬限制會(huì)影響用戶體驗(yàn)的流暢性和實(shí)時(shí)性,“離線”人工智能計(jì)算引擎的開發(fā)顯得非常有必要。值得一提的是,F(xiàn)PGA具備功耗低、并行度高、計(jì)算能力強(qiáng)、功能定制靈活的特點(diǎn),有可能成為未來“離線”人工智能產(chǎn)品的主要計(jì)算部件。
當(dāng)FPGA作為算法加速部件出現(xiàn)時(shí),產(chǎn)品的設(shè)計(jì)可以考慮采取CPU+FPGA的架構(gòu),CPU與ARM可通過雙口RAM、DDR、總線等方式進(jìn)行通信,也可以在FPGA內(nèi)部構(gòu)造軟核,用來移植部分對(duì)實(shí)時(shí)性要求不高的代碼。
目前,主流的FPGA廠商已經(jīng)開始將CPU硬核(如ARM)與FPGA集成到一個(gè)IC內(nèi)部,與軟核相比,這些硬核具備更強(qiáng)的計(jì)算能力,與片內(nèi)FPGA之間的交互更加方便。同時(shí),片內(nèi)FPGA為系統(tǒng)的可定制化及復(fù)雜算法的硬件加速提供了保證,這種結(jié)構(gòu)為“離線”人工智能嵌入式產(chǎn)品的設(shè)計(jì)拓寬了思路。
2、智能交通
智能交通 系統(tǒng)(ITS)主要由交通信 息采集、交通狀況監(jiān)視、交通控制、信息 發(fā)布和通信5大子系統(tǒng)組成。各種信息都是ITS的運(yùn)行基礎(chǔ),而以嵌入式為主的交通管理系統(tǒng)就像人體內(nèi)的神經(jīng)系統(tǒng)一樣在ITS中起著至關(guān)重要的作用。嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用在測(cè)速雷達(dá)(返回?cái)?shù)字式速度值)、運(yùn)輸車隊(duì)遙控指揮系統(tǒng)、車輛導(dǎo)航系統(tǒng)等方面,在這些應(yīng)用系統(tǒng)中能對(duì)交通數(shù)據(jù) 進(jìn)行獲取、存儲(chǔ) 、管理、傳輸、分析和顯示,以提供交通管理者或決策者對(duì)交通狀況現(xiàn)狀進(jìn)行決策和研究。
對(duì)于目前發(fā)展迅速的信息產(chǎn)品來說,其最關(guān)鍵的核心技術(shù)就是嵌入式操作系統(tǒng)。嵌入式操作系統(tǒng)EOS(Embedded Operating System)是一種支持嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的操作系統(tǒng)軟件。嵌入式操作系統(tǒng)具有通用操作系統(tǒng)的基本特點(diǎn),如能夠有效管理越來越復(fù)雜的系統(tǒng)資源;能夠把硬件虛擬化 ,使得開發(fā)人員從繁忙的驅(qū)動(dòng)程序移植和維護(hù)中解脫出來;能夠提供庫函數(shù)、驅(qū)動(dòng)程序、工具集以及應(yīng)用程序;另外,嵌入式操作系統(tǒng)在系統(tǒng)實(shí)時(shí)高效性、硬件的相關(guān)依賴性、軟件固態(tài)化以及應(yīng)用的專用性等方面具有較為突出的特點(diǎn)。
智能交通系統(tǒng)對(duì)產(chǎn)品的要求比較嚴(yán)格,而嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品的各種優(yōu)勢(shì)都可以 非常好地符合要求。對(duì)于嵌入式一體化的智能化產(chǎn)品在智能交通領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用已得到越來越多的人的認(rèn)同。
在車輛導(dǎo)航、流量控制、信息監(jiān)測(cè)與汽車服務(wù)方面,嵌入式系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)獲得了廣泛的應(yīng)用,內(nèi)嵌GPS模塊,GSM模塊的移動(dòng)定位終端已經(jīng)在各種運(yùn)輸行業(yè)獲得了成功的使用。
3、智慧家庭
隨著嵌入式系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)中廣泛運(yùn)用,智能家居控制系統(tǒng),對(duì)住宅內(nèi)的家用電器、照明燈光進(jìn)行智能控制,并實(shí)現(xiàn)家庭安全防范,并結(jié)合其他系統(tǒng)為住戶提供一個(gè)溫馨舒適、安全節(jié)能、先進(jìn)高尚的家居環(huán)境,讓住戶充分享受到現(xiàn)代科技給生活帶來的方便與精彩。
智能家居網(wǎng)絡(luò)通常能夠分為家庭數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和家庭控制網(wǎng)絡(luò)兩種:家庭數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò),提供高速率的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù),如家用計(jì)算機(jī)和數(shù)字電視、視頻和音頻播放器、資源共享及高速上網(wǎng)等;家庭控制網(wǎng)絡(luò),提供便捷的和低速率的控制和互連網(wǎng)絡(luò),用于燈光照明控制、家居安防、家居環(huán)境監(jiān)測(cè)以及家庭應(yīng)急求助等功能。
智能家庭控制網(wǎng)絡(luò)是智能住宅系統(tǒng)的重要組成部分,家庭控制網(wǎng)絡(luò)子網(wǎng)和遠(yuǎn)程管理是該系統(tǒng)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。與家居數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用目的不一樣,數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)中音、視頻等大數(shù)據(jù)傳輸需要高速的數(shù)據(jù)通信接口,而家居控制系統(tǒng)需要的是經(jīng)濟(jì)、低功耗的控制網(wǎng)絡(luò),該控制網(wǎng)絡(luò)的主要功能在于設(shè)備的連接與控制,基本上無需高速的通信方式來支撐。在這些設(shè)備中,嵌入式系統(tǒng)將大有用武之地。
就遠(yuǎn)程家電控制而言,除了開發(fā)出支持TCP/IP的嵌入式系統(tǒng)之外,家電產(chǎn)品控制協(xié)議也需要制訂和統(tǒng)一,這需要家電生產(chǎn)廠家來做。同樣的道理,所有基于網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程控制器件都需要與嵌入式系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)接口,然后再由嵌入式系統(tǒng)來控制并通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)控制。所以,開發(fā)和探討嵌入式系統(tǒng)有著十分重要的意義。
4、家庭智能管理系統(tǒng)
水、電、煤氣表的遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表,安全防火、防盜系統(tǒng),其中嵌有的專用控制芯片將代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工檢查,并實(shí)現(xiàn)更高,更準(zhǔn)確和更安全的性能。目前在服務(wù)領(lǐng)域,如遠(yuǎn)程點(diǎn)菜器等已經(jīng)體現(xiàn)了嵌入式系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。
5、嵌入式系統(tǒng)在機(jī)電產(chǎn)品方面的應(yīng)用
相對(duì)于其他的領(lǐng)域,機(jī)電產(chǎn)品可以說是嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用最典型最廣泛的領(lǐng)域之一。從最初的單片機(jī)到現(xiàn)在的工控機(jī)、SOC在各種機(jī)電產(chǎn)品中均有著巨大的市場(chǎng)。
工業(yè)設(shè)備是機(jī)電產(chǎn)品中最大的一類,在目前的工業(yè)控制設(shè)備中,工控機(jī)的使用非常廣泛,這些工控機(jī)一般采用的是工業(yè)級(jí)的處理器和各種設(shè)備,其中以X86的MPU最多。工控的要求往往較高,需要各種各樣的設(shè)備接口,除了進(jìn)行實(shí)時(shí)控制,還須將設(shè)備狀態(tài),傳感器的信息等在顯示屏上實(shí)時(shí)顯示。這些要求8位的單片機(jī)是無法滿足的,以前多數(shù)使用16位的處理器,隨著處理器快速的發(fā)展,目前32位、64位的處理器逐漸替代了16位處理器,進(jìn)一步提升了系統(tǒng)性能。采用PC104總線的系統(tǒng),體積小,穩(wěn)定可靠,受到了很多用戶的青睞。不過這些工控機(jī)采用的往往是DOS或者Windows系統(tǒng),雖然具有嵌入式的特點(diǎn),卻不能稱作純粹的嵌入式系統(tǒng)。
另外在工業(yè)控制器和設(shè)備控制器方面,則是各種嵌入式處理器的天下。這些控制器往往采用16位以上的處理器,各種MCU,Arm、Mips、68K系列的處理器在控制器中占據(jù)核心地位。這些處理器上提供了豐富的接口總線資源,可以通過它們實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集,數(shù)據(jù)處理,通訊以及顯示(顯示一般是連接LED或者LCD)。最近飛利浦和ARM共同推出32位RISC嵌入式控制器,適用于工業(yè)控制,采用最先進(jìn)的0.18微米CMOS嵌入式閃存處理技術(shù),操作電壓可以低至1.2伏,它還能降低25%到30%的制造成本,在工業(yè)領(lǐng)域中對(duì)最終用戶而言是一套極具成本效益的解決方案。美國TERN工業(yè)控制器基于Am188/186ES、i386EX、NEC V25、Am586(Elan SC520),采用了SUPERTASK實(shí)時(shí)多任務(wù)內(nèi)核,可應(yīng)用于便攜設(shè)備、無線控制設(shè)備、數(shù)據(jù)采集設(shè)備、工業(yè)控制與工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備以及其它需要控制處理的設(shè)備。
6、機(jī)器人
機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展從來就是與嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展緊密聯(lián)系在一起的。最早的機(jī)器人技術(shù)是50年代MIT提出的數(shù)控技術(shù),當(dāng)時(shí)使用的還遠(yuǎn)未達(dá)到芯片水平,只是簡(jiǎn)單的與非門邏輯電路。之后由于處理器和智能控制理論的發(fā)展緩慢從50年代到70年代初期,機(jī)器人技術(shù)一直未能獲得充分的發(fā)展。70年代中期之后,由于智能理論的發(fā)展和MCU出現(xiàn),機(jī)器人逐漸成為研究熱點(diǎn),并且獲得了長(zhǎng)足的發(fā)展。近來由于嵌入式處理器的高度發(fā)展,機(jī)器人從硬件到軟件也呈現(xiàn)了新的發(fā)展趨勢(shì)。
嵌入式芯片的發(fā)展將使機(jī)器人在微型化,高智能方面優(yōu)勢(shì)更加明顯,同時(shí)會(huì)大幅度降低機(jī)器人的價(jià)格,使其在工業(yè)領(lǐng)域和服務(wù)領(lǐng)域獲得更廣泛的應(yīng)用。
7、工業(yè)控制
基于嵌入式芯片的工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備將獲得長(zhǎng)足的發(fā)展,目前已經(jīng)有大量的8、16、32 位嵌入式微控制器在應(yīng)用中,網(wǎng)絡(luò)化是提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量、減少人力資源主要途徑,如工業(yè)過程控制、數(shù)字機(jī)床、電力系統(tǒng)、電網(wǎng)安全、電網(wǎng)設(shè)備監(jiān)測(cè)、石油化工系統(tǒng)。就傳統(tǒng)的工業(yè)控制產(chǎn)品而言,低端型采用的往往是8位單片機(jī)。但是隨著技術(shù)的發(fā)展,32位、64位的處理器逐漸成為工業(yè)控制設(shè)備的核心,在近幾年也有了長(zhǎng)足的發(fā)展。
8、POS網(wǎng)絡(luò)及電子商務(wù)
公共交通無接觸智能卡(Contactless Smartcard, CSC)發(fā)行系統(tǒng),公共電話卡發(fā)行系統(tǒng),自動(dòng)售貨機(jī),各種智能ATM終端將全面走入人們的生活,到時(shí)手持一卡就可以行遍天下。
9、環(huán)境工程與自然
水文資料實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),防洪體系及水土質(zhì)量監(jiān)測(cè)、堤壩安全,地震監(jiān)測(cè)網(wǎng),實(shí)時(shí)氣象信息網(wǎng),水源和空氣污染監(jiān)測(cè)。在很多環(huán)境惡劣,地況復(fù)雜的地區(qū),嵌入式系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)無人監(jiān)測(cè)。