嵌入式系統的應用與發(fā)展趨勢分析

　　在過(guò)去的幾年中，整個(gè)嵌入式系統市場(chǎng)有了長(cháng)足的發(fā)展。隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的出現，嵌入式系統技術(shù)已成為智能和互聯(lián)物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統快速發(fā)展的推動(dòng)者。廣泛，多樣且高度分散的嵌入式系統市場(chǎng)包括軟件，開(kāi)發(fā)平臺和硬件?，F在越來(lái)越多的行業(yè)，產(chǎn)品和服務(wù)依賴(lài)于嵌入式系統。嵌入式系統的工業(yè)市場(chǎng)包括通信，汽車(chē)，航空航天，消費電子，軍事系統，以及工業(yè)控制和他其包括智能城市。

　　嵌入式系統通常是功能固定或可編程的硬件和軟件的某種組合。嵌入式系統可以設計為支持較大系統中的一個(gè)或多個(gè)特定功能。示例包括工業(yè)控制系統和機器，汽車(chē)，諸如航空電子和武器系統的軍事系統，醫療設備，消費產(chǎn)品，智能手機和樓宇自動(dòng)化。

　　對于面向消費市場(chǎng)的簡(jiǎn)單，大批量嵌入式設備，嵌入式系統成本可能是99%的硬件和1%的軟件。但是，對于用于飛機，汽車(chē)或高度可靠的工業(yè)控件的高度專(zhuān)業(yè)化，小批量的嵌入式系統，如果包括測試并符合復雜應用程序的標準，則該軟件可能占嵌入式系統成本的95%。更復雜的是，嵌入式系統和計算機之間沒(méi)有明確的界限。即使在今天，關(guān)于智能手機或智能物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)是嵌入式系統還是獨立計算機仍存在一些爭論。在傳統的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)收集無(wú)線(xiàn)傳感器數據并將其推送到云的地方，新的智能物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)和邊緣設備可以支持LAN，WAN，嵌入式系統市場(chǎng)的硬件組件包括芯片，印刷電路板，固件，目標設備等。軟件元素包括開(kāi)發(fā)平臺，實(shí)時(shí)操作系統(RTOS)，測試等。當然，整個(gè)市場(chǎng)這些嵌入式系統支持的設備和機器要大得多。

　　嵌入式設備通常由與硬件集成的軟件提供動(dòng)力，這些軟件包括片上系統(SoC)，現場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)，旨在由嵌入式開(kāi)發(fā)人員針對特定功能進(jìn)行編程的集成電路(IC)，以及其他固件版本。這使得很難將軟件和硬件完全分開(kāi)。這個(gè)市場(chǎng)上的嵌入式系統供應商可能包括那些只提供軟件的供應商，例如開(kāi)發(fā)和測試工具以及實(shí)時(shí)操作系統(RTOS)。以及也提供FPGA，SoC和其他固件產(chǎn)品的產(chǎn)品。

　　總體而言，嵌入式系統是一項非常成熟的技術(shù)，隨著(zhù)新的，功能更強大的處理器的不斷發(fā)展，該技術(shù)現在可以支持下一代智能設備，機器，設備和工廠(chǎng)。嵌入式系統代表了智能互聯(lián)產(chǎn)品，機器和系統的關(guān)鍵支持技術(shù)，這些技術(shù)包括工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)并支持整個(gè)行業(yè)的數字化轉型。

　　嵌入式領(lǐng)域的主要趨勢之一是智能邊緣設備的出現，這將有助于使工業(yè)生產(chǎn)系統和加工廠(chǎng)成為數字企業(yè)的一部分。傳感器和其他計量設備中的嵌入式智能將允許訪(fǎng)問(wèn)，匯總和分析數據，以支持高級分析，使生產(chǎn)系統和設備成為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統和數字雙胞胎的一部分。這些正在成為關(guān)鍵的使能技術(shù)，以幫助優(yōu)化資產(chǎn)生命周期，尤其是運營(yíng)和維護階段。

　　為了抓住商機，云和邊緣基礎設施技術(shù)提供商都需要繼續擴展以支持數十億個(gè)傳感器和數萬(wàn)個(gè)智能系統。邊緣設備必須已連接并且是智能的。由于邊緣對智能的巨大需求，整個(gè)嵌入式系統市場(chǎng)將實(shí)現顯著(zhù)增長(cháng)。物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統的不斷發(fā)展以及基于預測性和規范性分析的工業(yè)自動(dòng)化向網(wǎng)絡(luò )物理系統的穩步發(fā)展最終將導致自治和自我修復的系統。 這將成為嵌入式系統增長(cháng)的主要行業(yè)驅動(dòng)力。
 

 

　　行業(yè)中的嵌入式系統

　　數十年來(lái)，嵌入式系統已成為航空航天和國防，汽車(chē)，醫療設備，通信和工業(yè)自動(dòng)化等行業(yè)的主要技術(shù)。隨著(zhù)處理器體系結構的發(fā)展以及更多的計算能力可以嵌入系統和設備中，這些系統的智能和功能成倍增加。這使傳統上使用嵌入式系統的產(chǎn)品變得更加智能和強大，并使其他行業(yè)(消費品，家用電器，體育用品等)的產(chǎn)品變得智能和互聯(lián)。嵌入式系統正在成為我們生活中幾乎所有事物的組成部分。

　　汽車(chē)行業(yè)

　　當前，汽車(chē)應用代表了嵌入式系統的最大用途，并且在未來(lái)幾年中可能仍將是最大的部分。在汽車(chē)中，嵌入式系統用于信息娛樂(lè )，安全性，駕駛員意識，維護以及車(chē)輛的整體系統控制。具有高級導航，駕駛員輔助和車(chē)輛到街道通信功能的車(chē)輛的擴展需求只會(huì )增加對嵌入式系統的需求。此外，隨著(zhù)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)和電動(dòng)汽車(chē)的出現，智能系統控制也在擴展。

　　另外，新興的全自動(dòng)駕駛汽車(chē)將需要高度智能的系統。遠比當今車(chē)輛中的嵌入式系統復雜。這些車(chē)輛中的計算系統將需要運行多個(gè)復雜的人工智能軟件和系統，以進(jìn)行導航，道路和車(chē)輛感知，交通模式，行人感知，風(fēng)險感知和評估等。正在為嵌入式系統開(kāi)發(fā)新一代處理器，以滿(mǎn)足這些計算和智能要求。

　　汽車(chē)智能嵌入式系統

　　當討論汽車(chē)行業(yè)的AI主題時(shí)，大多數人首先想到的是自動(dòng)駕駛汽車(chē)。毫無(wú)疑問(wèn)，開(kāi)發(fā)無(wú)人駕駛汽車(chē)是一個(gè)非?；钴S的研究領(lǐng)域，并且該技術(shù)將在未來(lái)甚至不久的將來(lái)成為交通運輸的可行組成部分。但是，當今的現實(shí)是，認知學(xué)習算法主要用于提高效率，安全性并為圍繞傳統手動(dòng)駕駛車(chē)輛的流程增加價(jià)值。

　　在汽車(chē)工業(yè)準備好讓AI“駕馭車(chē)輪”之前，它首先希望將其應用于具有大量駕駛員輔助技術(shù)的當前生產(chǎn)的汽車(chē)中。AI非常適合為聯(lián)網(wǎng)車(chē)輛提供高級安全功能。如今，在下線(xiàn)的車(chē)輛中嵌入的駕駛員輔助功能可幫助駕駛員在車(chē)輛完全實(shí)現自動(dòng)駕駛之前對AI感到滿(mǎn)意。

　　通過(guò)監視數十個(gè)車(chē)載傳感器，AI可以識別危險情況，自動(dòng)剎車(chē)并控制車(chē)輛以避免事故發(fā)生，并檢測并警告駕駛員其他車(chē)輛及其周?chē)奈ｋU。

　　汽車(chē)客戶(hù)當前正在使用AI的一個(gè)領(lǐng)域是用于預測性維護的基于A(yíng)I的云服務(wù)。與常規車(chē)輛不同，聯(lián)網(wǎng)車(chē)輛除了通過(guò)檢查引擎燈和低輪胎警告來(lái)警告駕駛員以外，還可以做更多的事情。在許多最新模型中，嵌入式AI算法監視數百個(gè)傳感器，并且可以在問(wèn)題影響車(chē)輛運行之前對其進(jìn)行檢測。通過(guò)每秒監視數以千計的數據點(diǎn)，AI可以發(fā)現可能指示組件故障或故障的微小變化。

　　衛生保健

　　醫療保健是嵌入式系統開(kāi)發(fā)最快的應用程序之一。例如，手持式和便攜式治療設備以及用于監測生命體征的設備和設備廣泛使用嵌入式系統。有了監視心率或識別動(dòng)脈阻塞的小型嵌入式系統，嵌入式技術(shù)也已進(jìn)入復雜的手術(shù)程序。

　　盡管醫療保健中使用的嵌入式系統中的半導體，處理器和芯片的物理尺寸減小了，但是我們也看到了智能和功能的指數級增長(cháng)。這將使新一代的醫療設備能夠以新穎的創(chuàng )新方式在人體的內部和器官中起作用和進(jìn)行干預。微型但功能強大的設備將能夠通過(guò)連接到基于網(wǎng)絡(luò )的診斷中心的移動(dòng)設備來(lái)遠程監視和確定多個(gè)患者的狀況。

　　消費類(lèi)電子產(chǎn)品

　　幾十年來(lái)，消費電子一直是嵌入式系統的主要市場(chǎng)，但是隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)的出現，該市場(chǎng)正具有新的意義。智能連接產(chǎn)品需要新的設計標準，嵌入式智能已成為主要組成部分。企業(yè)家工程師可能會(huì )將新型傳感器和軟件納入他們設計的產(chǎn)品中。

　　在工廠(chǎng)和基礎設施中連接機器和資產(chǎn)的價(jià)值已經(jīng)確立，特別是因為這與減少計劃外停機時(shí)間和優(yōu)化運營(yíng)有關(guān)。反過(guò)來(lái)，將消費產(chǎn)品(智能電話(huà)，心率監測設備，智能家電，照明，安全性等)連接起來(lái)以進(jìn)行跟蹤，監視，控制和調整，將會(huì )帶來(lái)巨大的價(jià)值。這不僅適用于產(chǎn)品的用戶(hù)，而且適用于產(chǎn)品的使用壽命，將來(lái)會(huì )改進(jìn)產(chǎn)品的設計，以及適用于這些產(chǎn)品所包含的較大系統。

　　建筑自動(dòng)化

　　用于智能建筑和HVAC的自動(dòng)化系統利用嵌入式軟件和硬件以及該行業(yè)，并且在未來(lái)幾年中將快速發(fā)展。隨著(zhù)我們進(jìn)入智能建筑和智能城市時(shí)代，嵌入式智能將成為這些智能系統不可或缺的組成部分。樓宇自動(dòng)化主要基于監視和維護環(huán)境條件，照明和訪(fǎng)問(wèn)控制。隨著(zhù)系統變得越來(lái)越智能，智能建筑功能可能會(huì )擴展到確定最佳條件的預測性和規范性系統中。最終，目標是轉向完全自主和自我修復的系統。這些系統將基于人工智能和機器學(xué)習，全部基于嵌入式智能。