嵌入式控制系统应用领域及发展趋势

高靖 王芳

【摘 要】嵌入式系统已经有了近50年的发展历史，它为自动化控制开辟了广阔的发展空间。本文主要就嵌入式控制系统的一些应用领域做简单的说明，并介绍其发展趋势。

【关键词】嵌入式 控制系统

【中图分类号】TP393 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2013）03-0095-01

从20世纪70年代单片机的出现到今天各式各样的嵌入式微处理器、微控制器的大规模应用，由于嵌入式系统具有功能强大、开发方便的优点，目前已经得到广泛的应用，同时，随着信息化时代的到来，用户对嵌入式生产厂商提出了更高的要求，嵌入式控制系统将会有更大的发展。

1嵌入式系统的介绍

1.1定义：根据英国电器工程师协会（U.K. Institution of Electrical Engineer）的定义，嵌入式系统为控制、监视或辅助设备、机器或用于工厂运作的设备。

1.2系统结构：嵌入式系统有硬件和软件两大部分组成。

a.硬件包括微处理器、存储器、 外部设备和I/O口、图形控制器等。

b.软件部分包括操作系统，和应用程序。

1.3特点：系统内核小、系统精简、高实时性和高可靠性、智能化和网络化、专用性强、需要有专用的开发工具和环境等。

2嵌入式控制系统应用领域

嵌入式系统以其组网灵活﹑可靠性高﹑抗干扰能力强﹑低功耗和网络容量大等特点在计算机控制领域发挥着显著的作用。嵌入式控制器体积小、可靠性高、功能强、灵活方便等许多优点，使其应用深入到各个领域，包括：工业控制、交通管理、信息家电、消费类电子产品及家庭智能管理系统、POS网络及电子商务、农业及环境工程监测、机器人领域、军事国防领域等。

2.1.工业控制。

随着工业智能化和控制对性能的要求提高，基于嵌入式工业自动化获得长足发展，目前已经有大量的8、16、32 位嵌入式微控制器在应用在如工业过程控制、数铣机床、电力系统、电网安全、电网设备监测、石油化工等系统中。另外，在工业控制器和设备控制器方面采用的嵌入式处理器往往采用16位以上的处理器，各种MCU、ARM、MIPS、DSP、FPGA、68000系列的处理器在控制器中占据核心地位。这些处理器提供丰富的接口总线资源，可以事先数据采集，数据处理，通信及显示。就传统的工业控制产品而言，低端型采用的往往是8位单片机。但是随着技术的发展，32位、64位的处理器逐渐成为工业控制设备的核心，在未来几年内必将获得长足的发展。

2.2.交通管理。

智能交通系统由交通状况监视、交通控制、交通信息采集、信息发布和通信5大子系统组成。在这些应用系统中能对交通数据进行获取、存储、管理、传输、分析和显示，以提供交通管理者或决策者对交通状况现状进行决策和研究。智能交通及其管理系统，要求系统能够在无人监控的状态下全天候不间断的进行运行，在稳定性方面的要求非常高，不允许死机的现象出现，在稳定特性方面嵌入式产品完全可以胜任。

2.3.信息家电、消费类电子产品及家庭智能管理系统。

家电行业是嵌入式应用的另一大行业，具有用户界面、能远程控制、智能管理的电器是未来的趋势。据IDG发布的统计数据表明，未来信息家电将会增长五到十倍。

而我们日常生活中必不可少的消费类电子产品则是各种嵌入式控制系统的天下，手机、MP3、录影机、平板电脑等，这些电子产品的核心部分就是嵌入式系统。

另外，在家庭智能管理系统方面，嵌有的专用控制芯片将代替传统的人工检查，并实现更高，更准确和更安全的性能。

2.4.军事国防领域。

在20实际60年代武器控制中就开始采用嵌入式计算机系统了，后来用于军事指挥控制和通信系统，所以军事国防历来就是嵌入式系统的一个重要应用领域。现在各种武器控制系统（火炮控制，导弹控制，智能炸弹制导引爆系统），坦克，舰艇，轰炸机等，各种电子产品在三军当中的运用，雷达，电子战对抗设施，野战指挥作战用各种专用设备等都可以看到嵌入式系统的影子。使用嵌入式技术的武器在伊拉克战争中就曾经被广泛使用。例子：央视报道过嵌入式系统可使老坦克行进中快准狠打击运动目标。

3嵌入式控制系统发展趋势

数字时代，信息时代使得嵌入式产品获得了巨大的飞跃契机，为嵌入式市场展现了美好的前景，在不久的将来嵌入式系统的几大发展趋势：

3.1.嵌入式开发是一项系统工程，因此要求嵌入式系统厂商不仅要提供嵌入式软硬件系统本身，同时还需要提供强大的硬件开发工具和软件包支持。

目前很多厂商已经充分考虑到这一点，在主推系统的同时，将开发环境也作为重点推广。比如WindowCE在主推系统时也提供Embedded VC++作为开发工具，还有Vxworks的Tonado开发环境，DeltaOS的Limda编译环境，而三星在推广Arm7，Arm9芯片的同时还提供开发板和板级支持包（BSP）等都是这一趋势的具体现象。这就是竞争导致的市场现象。

3.2. 信息化、网络化的要求随着带宽的提高以及因特网技术的成熟度而日益提高，当代家用电气的功能不够全面，因此必须使设备变得不再功能简单，要具备更加多样性的功能。

这就要求芯片设计厂商在芯片上集成更多的功能，单片机的设计者们采用更强大的嵌入式处理器，同时增加功能接口，如USB，扩展总线类型，如CAN BUS，加强对图形、多媒体等的处理，逐步实施片上系统（SOC）的概念。软件方面采用实时多任务编程技术和交叉开发工具技术来控制功能复杂性，简化应用程序设计、保障软件质量和缩短开发周期。

3.3.网络互联成为必然趋势。

当代的嵌入式系统更追求多通信和拓展性，因此要求接口的复杂化和多样化，在硬件上支持网络互联成为必然。以往的单片机系统涉足网络的内容并不多，新的嵌入式处理器已经开始内嵌各种网络接口，支持IEEE1394、TCP/IP协议、IrDA、Bluetooth CAN或USB通信接口，同时也需要提供相应的物理层驱动软件以及通信组网协议软件。软件方面可以在设备上嵌入Web浏览器，也可以在系统内核支持网络模块，实现各种网络资源的综合运用。

3.4.精简系统算法、内核，降低功耗和软硬件成本。

未来的嵌入式产品是软硬件紧密结合的设备，为了减低成本和功耗，只保留和系统功能紧密相关的软硬件，需要设计者尽量精简系统，用最低的资源实现必须的功能，这就要求设计者不断改进算法并最大程度的优化编译性能，选用最佳的编程模型。

3.5.提供友好的多媒体人机界面。

用户与嵌入式设备能零距离接触，最重要的因素就是它能提供非常友好的用户界面。图像界面，灵活的控制方式，这要求使得嵌入式软件设计者要在图形界面，多媒体技术上花费更多的精力。语音拨号上网、手写文字输入、收发电子邮件以及图像、彩色图形都会使使用者获得更好的感受。

4总结

嵌入式控制系统因其强大的功能以及高可靠性而被应用在各种领域，巨大的市场需求推动着嵌入式系统的迅猛发展。随着时代的进步，人们对产品的要求越来越高，这将会对嵌入式供应商提出了更高的挑战，但这也是一个难得的机遇，它将会促使嵌入式控制系统不仅从数量上还有质量上发生质的改变。

参考文献：

[1]孙鹤旭，林涛.嵌入式控制系统[M].清华大学出版社，2007