关于嵌入式系统的知识课堂（一）

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关于【关于嵌入式系统的知识课堂】

目录：

一、什么是嵌入式系统
二、嵌入式系统的历史发展
三、嵌入式系统的特点
四、嵌入式系统的应用领域
五、嵌入式系统的前景

一、什么是嵌入式系统

嵌入式是指将计算机系统嵌入到其他设备或系统中的设计思想和技术‌。嵌入式系统是一种专用计算机系统，以应用为中心，结合计算机硬件和软件，嵌入到一个较大的设备中，用于控制、监测或辅助设备执行特定任务。‌

二、嵌入式系统的历史发展

嵌入式系统的发展经历了多个阶段，从20世纪60年代的雏形到90年代的飞速发展，微电子技术的进步促使嵌入式技术广泛应用。公认的第一个现代嵌入式系统是阿波罗导航计算机，用于引导阿波罗飞船往返地球与月球。嵌入式系统的具体历史发展可以分为以下几个主要阶段‌：

‌早期阶段（20世纪40年代至70年代初）‌：嵌入式系统的前身可以追溯到20世纪40年代至50年代的早期计算机系统，这些系统最初是为了满足特定应用需求而设计的，如军事控制、科学研究和工业自动化等。这些应用领域对系统的可靠性、稳定性和实时性要求极高，嵌入式系统应运而生，并逐渐在这些领域中占据了重要地位‌。
‌单片机时代（20世纪70年代初至80年代末）‌：这一时期，嵌入式系统基于定制硬件和专用软件，主要用于控制、测量和监视应用，如航空航天、汽车电子、工业自动化和医疗设备。1970年代中期，微控制器的出现彻底改变了嵌入式系统的面貌，微控制器集成了处理器核、存储器和外设接口，使嵌入式系统的设计和开发变得更加简化‌。
‌微控制器时代（20世纪80年代至90年代末）‌：随着微处理器和微控制器性能的提升，嵌入式计算机开始崭露头角，用于自动化、通信和控制应用。这一时期，出现了更多的嵌入式系统，如Intel 8080、Zilog Z80等微处理器和Intel 8051、Motorola 68HC11等微控制器‌。
‌片上系统时代（20世纪90年代末至21世纪初）‌：嵌入式系统开始多样化，应用范围扩大到了通信、网络、消费电子和汽车电子等领域。嵌入式系统开始广泛使用更强大的处理器和操作系统‌。
‌智能化、网络化时代（21世纪初至今）‌：随着微处理器性能和功耗效率的持续提升，嵌入式系统取得了飞速发展。它们开始涵盖物联网（IoT）领域，如智能手机、智能家居、无人机、医疗设备和自动驾驶汽车等。无线通信技术的进步使得数十亿的设备能够互相连接，嵌入式系统在智能城市、工业4.0、智能农业等领域发挥关键作用‌。

三、嵌入式系统的特点

嵌入式系统的特点主要包括以下几个方面‌：‌

‌实时性和确定性操作‌：嵌入式系统能够在严格的时间限制内执行任务和响应输入，确保信息的处理和输出的生成具有极小的延迟，或者完全按照预定的时间界限进行。这种特性在需要精确时间控制的场景中至关重要，如自动驾驶汽车、医疗设备和工业控制系统等。
‌资源受限‌：嵌入式系统的资源通常有限，包括处理器性能、内存容量和存储容量等。为了满足电池供电或节能的要求，嵌入式系统设计时需要考虑低功耗。例如，智能手表在体积小、内存和存储资源有限的情况下，仍需保证低功耗以延长电池续航。
‌可靠性高‌：嵌入式系统在恶劣环境下仍需稳定工作，尤其在医疗设备和航空航天等关键领域，系统的可靠性至关重要。为了确保和维持系统的可靠性，通常会采用严格的测试程序和冗余设计等方法。
‌专用性强‌：嵌入式系统是为特定应用需求进行设计和优化的，其硬件和软件都经过精心裁剪以适应特定的任务需求。例如，智能家居中的智能摄像头可能会采用FreeRTOS来实现图像采集和传输的实时控制。
‌连接便捷性‌：嵌入式系统通常通过网络进行有线或无线连接，方便信息共享、远程监控和控制。这种网络集成使得系统能够高效地与其他设备进行通信。
‌模块化设计‌：嵌入式系统通常采用模块化设计，使得系统的各个部分或组件可以轻松更换，简化了升级、维修和维护过程。例如，智能手表集成了处理器、传感器、内存和显示屏等多种组件，所有这些都被巧妙地集成在手腕上的一个小巧空间内。
‌能效卓越‌：嵌入式系统设计时优先考虑能效性，以最低的能耗完成任务。例如，智能手机通过嵌入式系统管理各种功能，并智能地调节处理器的使用率、自动启动休眠模式算法等，从而有效延长电池续航时间。
‌低成本系统‌：嵌入式系统通常设计为低成本系统，尤其是在消费电子和物联网传感器行业中。通过实现大规模生产、专注于必要的功能以及简化硬件设计，嵌入式系统能够保持其低成本优势。

四、嵌入式系统的应用领域

嵌入式系统的应用领域非常广泛‌，包括但不限于工业控制、消费电子、通信设备、汽车电子、医疗设备等。例如，工业控制中的PLC（可编程逻辑控制器）、消费电子中的智能电视和冰箱、通信设备中的基站和路由器、汽车中的ECU（电子控制单元）以及医疗设备中的监护仪和诊断系统等，都是嵌入式系统的应用实例。具体包括：

5、网络及电子商务

公共交通无接触智能卡(Contactless Smart Card，CSC)发行系统、公共电话卡发行系统、自动售货机等智能ATM终端已全面走进人们的生活，在不远的将来手持一张卡就可以行遍天下。

6、环境工程与自然

在很多环境恶劣、地况复杂的地区需要进行水文资料实时监测、防洪体系及水土质量监测堤坝安全与地震监测、实时气象信息和空气污染监测等时，嵌入式系统将实现无人监测。

7、机器人

嵌入式芯片的发展将使机器人在微型化、高智能方面的优势更加明显，同时，会大幅度降低机器人的价格，使其在工业领域和服务领域获得更广泛的应用。

五、嵌入式系统的前景

嵌入式系统的前景非常广阔，它已经深入到人们的生活的方方面面。随着技术的发展和应用的推广，嵌入式系统将在更多的领域发挥作用，为社会带来更多的便利和创新。拓展知识：嵌入式系统的应用还可以包括军事、能源、环保、物流等众多领域。例如，嵌入式系统可以应用于军事装备中的通信系统、导航系统和目标跟踪系统，提供战场信息的处理和交互。嵌入式系统在能源行业中可以实现对能源的监测和管理，提高能源的利用效率。在环保领域，嵌入式系统可以应用于环境监测和污染治理等方面，帮助人们更好地保护环境。在物流领域，嵌入式系统可以实现物流信息的管理和跟踪，提高物流效率和准确性。