浅谈嵌入式系统应用

沈锐

摘要：文章主要針对嵌入式系统在各领域中的应用进行浅谈，简单的介绍了嵌入式的各处理器的特点和用处，以及嵌入式在各领域中对不同软硬件的应用，并对嵌入式系统在工业和生活方面的影响进行7分析。

关键词：嵌入式系统 应用 处理器 硬件 软件

引言

随着如今计算机的发展，单片机技术逐渐走向成熟，嵌入式系统也随之有了质的飞跃。在这个智能领先的时代，随处可见的智能工具都有着嵌入式系统的身影，嵌入式系统已成为了我们生活最重要的一部分应用。比如电子产品方面的数码相机，掌上游戏机等，汽车电子领域的导航定位系统，以及军工方面的航空技术等，这些都是嵌入式系统应用的领域。

根据IEEE（电气和电子工程协会）的定义，嵌入式系统是一个控制、监视或者辅助装置、机器和设备运行的装置，它的核心是由一个或几个预先已编程的微处理机和单片机组成的专用计算机系统。虽然它的存储容量不是特别大，但是它体积小，实时性强，而且成本较低，所以才能广泛应用于各个领域。

1嵌入式系统中的处理器

嵌入式系统的核心部件是嵌入式处理器，可以说嵌入式处理器就是嵌入式系统的“心脏”，它不仅可以完成多任务，还有较短的中断响应时间，使内部的代码和实时内核的执行时间减少到最低限度，并且还具有较强的存储区保护功能。一般可根据处理器的用途将嵌入式处理器分为四类：

1.1嵌入式微控制器（MCU）

MCU是将计算机系统集成到一块芯片上，它的典型代表就是单片机。在许多的嵌入式系统应用中，会根据产品的应用需求，对功能的设置和外设的配置进行必要的修改和裁剪，从而使得一个系列的单片机具有多种不同的衍生产品，这样不仅可以使应用系统的体积大大减小，功能和成本也大幅度下降。

1.2嵌入式微处理器（MPU）

MPU是由计算机的CPU发展而来，因为嵌入式系统一般应用于比较恶劣的环境中，所以MPU在工作温度、电磁兼容性等方面都比标准微处理器好。和工业控制计算机相比，MPU组成的系统具有体积小、重量轻、可靠性高、成本低的优点，但相对于嵌入式微控制器来说，嵌入式微处理器的可靠性没有嵌入式控制器好，保密性也较差。

1.3嵌入式数字信号处理器（DSP）

DSP是专门用于信号处理方面的处理器，它的系统结构和指令算法进行了特殊的设计，具有很高的编译效率和指令执行速度。嵌入式DPS处理器主要应用于有智能逻辑的产品，比如，带有解密算法的键盘，虚拟现实显示，实时语音压解系统等。这类的产品的智能化算法一般都比较大，特别向量运算、指针线性寻址等运算，这也是DSP处理器的优势所在。

1.4嵌入片上系统（soc）

soc是追求产品系统最大包容的集成器件，它实现了软硬件的无缝结合，可以直接在处理器片内嵌入操作系统的代码模块。它的优点在于用户不用再像传统的系统设计一样，绘制和焊接庞大的电路板，只需使用精确的语言，综合时序设计直接在器件库中调用处理器标准，然后通过仿真之后，完成设计。

2嵌入式系统的应用

2.1智能家居监控系统

智能家居监控系统具体指的用户无论是在室内还是室外，都可以通过智能手机发送数据，来控制家中的各种家具，最主要的应用是对屋内用户的生活环境和安全进行监控，若是家中出现火灾情况，那么系统将会自动感应到环境的变化，从而自动的向用户手机进行拨打电话和发送短信，若是家中有老人，则可以通过手机实时的查看老人的情况。

此系统主要是利用树莓派处理器和其他软硬件的相互配合实现的，树莓派处理器是一台基于Linux系统的小型计算机，可以进行复杂的数据处理运算和多设备控制，它虽然只有信用卡大小，但是它可以实现很多的功能，比如文字处理、玩游戏、看视频、放音频等，可以说是“麻雀虽小，五脏俱全”。

在家居监控系统中，树莓派在硬件设备上，它不仅连接了监控设备，还连接了温湿度传感器、烟雾传感器等，并配合51单片机自带的AD/DA转换功能，将传感器的数字量转换成模拟量，再通过GSM通过单片机的串口通信拨打指定的号码。在软件方面主要应用Java对手机上的APP进行程序设计。

2.2嵌入式系统在工业污染物监测中的应用

由于生活的需要，建立了越来越多的工厂，随之造成的环境污染也日益严重，于是对污染物检测的系统要求也越来越高。嵌入式系统在此应用中主要是为了实现对工业现场污染物现场数据的采集、处理、上传等功能，进而为上位机提供可靠及时的污染物数据。

为实现以上功能，检测系统在硬件设计方面，主要采用的是通主控芯片来连接和控制不同类型的传感器、现场机、上位机和传输网络等硬件设备。通过用不同的传感器采集各种污染物的数据，再用现场机对数据进行处理、汇总，然后通过网络和检测设备进行数据传输。在软件方面的主要设计是监测系统的参数设置、数据采集、数据处理和数据的传输。其中的数据采集主要采用的是Modbus协议，：MocPous协议是一种公开通用的串行通信协议，常用于连接工业电子设备，在此系统中，此协议主要是用来控制系统与传感器的串口数据通信。

2.3嵌入式系统传感器应用

传感器是一种监测装置，主要功能是采集、控制、处理电子信息，将非电信号转换成电信号。其在嵌入式系统的硬件电路设计上主要采用的是反射型光电传感器设计，由于芯片大部分都是黑色，黑色具有较强的吸光效果，而红外光对常见光的干扰具有较强的抵抗能力，所以传感器一般采用的是红外发射管发出的光照。

在本应用中的系统软件设计主要就是对微控制器的的编码，在以上几个应用中都有提到过嵌入式系统的软件设计，它的功能就是通过软件编程，选择单片机的端口和引脚，以实现软硬件的无缝衔接。

2.4基于嵌入式系统的人脸检测算法研究

隨着计算机科学的发展，人脸技术逐渐受到大大众的关注和欢迎。 在此应用中最复杂核心的是软件编程方面，因为要通过机器识别各种人脸的区别并认证需要通过复杂的算法和指令才能配合硬件完成。

这里主要采用AdaBoost人脸识检测算法的原理，对人脸进行识别，此方法是固定一个窗口大小，然后将窗口分割成一个个大小一致的小窗口，再去除人脸的背景区域，然后对每一个小的区域进行数据对比，从而实现识别功能。为实现这一原理，在计算机编码之前我们就要先对代码中的算法进行研究和计算，主要的算法有协方差矩阵对角化、矩阵相乘和向量内积等方法。

现在已有软件在使用此应用，虽然带给了我们很大的便利，但是使用的人并不多，毕竟现如今的摄影技术发展的发展已经比较前卫，若是有人用照片冒充别人进行面部识别，也是一个很大的安全问题。

3总结

现如今嵌入式系统应用广泛，无论是以前的电子产品还是现在的各种智能工具，这些都离不开嵌入式系统应用，嵌入式已经成为我们生活的一部分，它不仅提高了我们的生活水平，使我们的生活质量有了质的飞跃，还带动了其他行业的科技水平和发展，我相信嵌入式行业不管是在以前、现在还是将来，它的潜力和发展空间都是不可估量的。

本文虽然提到很多嵌入式系统的应用，但是都仅是浅谈嵌入式系统在各工业生产的贡献以及对我们生活的影响，并未对其进行专业的深度探讨和研究，若是想要深入了解以上应用，可参考参考文献。

参考文献

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