嵌入式系統(tǒng)技術具有非常廣闊的應用前景,其應用領域可以包括:
1、人工智能
嵌入式系統(tǒng)的主頻、功耗一般比較低,計算能力相對較弱。人工智能算法的復雜度較高,很多情況下需要服務器、GPU的介入才能實現(xiàn)算法的實時性。然而,嵌入式產品也具備對人工智能算法的需求,如人臉識別、語音識別等。嵌入式系統(tǒng)可以作為復雜人工智能產品的數(shù)據(jù)采集終端,或者人機交互終端,依靠云端完成人工智能系統(tǒng)的復雜計算任務。但是,網絡接入的流量限制和帶寬限制會影響用戶體驗的流暢性和實時性,“離線”人工智能計算引擎的開發(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、計算能力強、功能定制靈活的特點,有可能成為未來“離線”人工智能產品的主要計算部件。
當FPGA作為算法加速部件出現(xiàn)時,產品的設計可以考慮采取CPU+FPGA的架構,CPU與ARM可通過雙口RAM、DDR、總線等方式進行通信,也可以在FPGA內部構造軟核,用來移植部分對實時性要求不高的代碼。
目前,主流的FPGA廠商已經開始將CPU硬核(如ARM)與FPGA集成到一個IC內部,與軟核相比,這些硬核具備更強的計算能力,與片內FPGA之間的交互更加方便。同時,片內FPGA為系統(tǒng)的可定制化及復雜算法的硬件加速提供了保證,這種結構為“離線”人工智能嵌入式產品的設計拓寬了思路。
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的運行基礎,而以嵌入式為主的交通管理系統(tǒng)就像人體內的神經系統(tǒng)一樣在ITS中起著至關重要的作用。嵌入式系統(tǒng)應用在測速雷達(返回數(shù)字式速度值)、運輸車隊遙控指揮系統(tǒng)、車輛導航系統(tǒng)等方面,在這些應用系統(tǒng)中能對交通數(shù)據(jù) 進行獲取、存儲 、管理、傳輸、分析和顯示,以提供交通管理者或決策者對交通狀況現(xiàn)狀進行決策和研究。
對于目前發(fā)展迅速的信息產品來說,其最關鍵的核心技術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,如能夠有效管理越來越復雜的系統(tǒng)資源;能夠把硬件虛擬化 ,使得開發(fā)人員從繁忙的驅動程序移植和維護中解脫出來;能夠提供庫函數(shù)、驅動程序、工具集以及應用程序;另外,嵌入式操作系統(tǒng)在系統(tǒng)實時高效性、硬件的相關依賴性、軟件固態(tài)化以及應用的專用性等方面具有較為突出的特點。
智能交通系統(tǒng)對產品的要求比較嚴格,而嵌入式系統(tǒng)產品的各種優(yōu)勢都可以 非常好地符合要求。對于嵌入式一體化的智能化產品在智能交通領域內的應用已得到越來越多的人的認同。
在車輛導航、流量控制、信息監(jiān)測與汽車服務方面,嵌入式系統(tǒng)技術已經獲得了廣泛的應用,內嵌GPS模塊,GSM模塊的移動定位終端已經在各種運輸行業(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)網中廣泛運用,智能家居控制系統(tǒng),對住宅內的家用電器、照明燈光進行智能控制,并實現(xiàn)家庭安全防范,并結合其他系統(tǒng)為住戶提供一個溫馨舒適、安全節(jié)能、先進高尚的家居環(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。
智能家居網絡通常能夠分為家庭數(shù)據(jù)網絡和家庭控制網絡兩種:家庭數(shù)據(jù)網絡,提供高速率的數(shù)據(jù)傳輸服務,如家用計算機和數(shù)字電視、視頻和音頻播放器、資源共享及高速上網等;家庭控制網絡,提供便捷的和低速率的控制和互連網絡,用于燈光照明控制、家居安防、家居環(huán)境監(jiān)測以及家庭應急求助等功能。
智能家庭控制網絡是智能住宅系統(tǒng)的重要組成部分,家庭控制網絡子網和遠程管理是該系統(tǒng)的重點和難點。與家居數(shù)據(jù)通信網絡的應用目的不一樣,數(shù)據(jù)通信網絡中音、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)需要的是經濟、低功耗的控制網絡,該控制網絡的主要功能在于設備的連接與控制,基本上無需高速的通信方式來支撐。在這些設備中,嵌入式系統(tǒng)將大有用武之地。
就遠程家電控制而言,除了開發(fā)出支持TCP/IP的嵌入式系統(tǒng)之外,家電產品控制協(xié)議也需要制訂和統(tǒng)一,這需要家電生產廠家來做。同樣的道理,所有基于網絡的遠程控制器件都需要與嵌入式系統(tǒng)之間實現(xiàn)接口,然后再由嵌入式系統(tǒng)來控制并通過網絡實現(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、煤氣表的遠程自動抄表,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,并實現(xiàn)更高,更準確和更安全的性能。目前在服務領域,如遠程點菜器等已經體現(xiàn)了嵌入式系統(tǒng)的優(yōu)勢。
5、嵌入式系統(tǒng)在機電產品方面的應用
相對于其他的領域,機電產品可以說是嵌入式系統(tǒng)應用最典型最廣泛的領域之一。從最初的單片機到現(xiàn)在的工控機、SOC在各種機電產品中均有著巨大的市場。
工業(yè)設備是機電產品中最大的一類,在目前的工業(yè)控制設備中,工控機的使用非常廣泛,這些工控機一般采用的是工業(yè)級的處理器和各種設備,其中以X86的MPU最多。工控的要求往往較高,需要各種各樣的設備接口,除了進行實時控制,還須將設備狀態(tài),傳感器的信息等在顯示屏上實時顯示。這些要求8位的單片機是無法滿足的,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。不過這些工控機采用的往往是DOS或者Windows系統(tǒng),雖然具有嵌入式的特點,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,采用最先進的0.18微米CMOS嵌入式閃存處理技術,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)領域中對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實時多任務內核,可應用于便攜設備、無線控制設備、數(shù)據(jù)采集設備、工業(yè)控制與工業(yè)自動化設備以及其它需要控制處理的設備。
6、機器人
機器人技術的發(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。最早的機器人技術是50年代MIT提出的數(shù)控技術,當時使用的還遠未達到芯片水平,只是簡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,機器人技術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),機器人逐漸成為研究熱點,并且獲得了長足的發(fā)展。近來由于嵌入式處理器的高度發(fā)展,機器人從硬件到軟件也呈現(xiàn)了新的發(fā)展趨勢。
嵌入式芯片的發(fā)展將使機器人在微型化,高智能方面優(yōu)勢更加明顯,同時會大幅度降低機器人的價格,使其在工業(yè)領域和服務領域獲得更廣泛的應用。
7、工業(yè)控制
基于嵌入式芯片的工業(yè)自動化設備將獲得長足的發(fā)展,目前已經有大量的8、16、32 位嵌入式微控制器在應用中,網絡化是提高生產效率和產品質量、減少人力資源主要途徑,如工業(yè)過程控制、數(shù)字機床、電力系統(tǒng)、電網安全、電網設備監(jiān)測、石油化工系統(tǒng)。就傳統(tǒng)的工業(yè)控制產品而言,低端型采用的往往是8位單片機。但是隨著技術的發(fā)展,32位、64位的處理器逐漸成為工業(yè)控制設備的核心,在近幾年也有了長足的發(fā)展。
8、POS網絡及電子商務
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),自動售貨機,各種智能ATM終端將全面走入人們的生活,到時手持一卡就可以行遍天下。
9、環(huán)境工程與自然
水文資料實時監(jiān)測,防洪體系及水土質量監(jiān)測、堤壩安全,地震監(jiān)測網,實時氣象信息網,水源和空氣污染監(jiān)測。在很多環(huán)境惡劣,地況復雜的地區(qū),嵌入式系統(tǒng)將實現(xiàn)無人監(jiān)測。