物联网嵌入式系统

物联网嵌入式系统

一、物联网

物联网的英文名称是“the internet of things”，就是物物相连的互联网。指将各种信息传感设备，如射频识别（RFID）装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等种种装置与互联网结合起来而形成的一个巨大网络，将沟通从任何时间、任何地点、任何人之间的沟通连接扩展到人与物和物与物之间的沟通连接。物联网技术并不是一个单独的技术，而是多种已有技术的融合：如互联网技术、嵌入式系统技术、传感器网络技术、通信技术、rfid技术、epc技术。

物联网的体系结构

物联网包含感知层、网络层、应用层三层。最底层负责采集物和物相关的信息;第二层是异构融合的泛在通信网络,包括现有的互联网、通信网、广电网以及各种接入网和专用网,通信网络对采集到的物体信息进行传输和处理; 第三层是应用和业务,为手机、pc 等各种终端设备提供感知信息的应用服务。发展物联网的关键在于射频标签、传感器、嵌入式系统及传输数据计算等领域。

二、嵌入式系统

嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。因此，嵌入式系统一般指非PC系统，它包括硬件和软件两部分。硬件包括微处理器、存储器及外设器件和I/O端口等。软件部分包括操作系统软件(OS)和应用程序，应用过程控制着系统的运作和行为，而操作系统控制着应用程序与硬件的交互作用。嵌入式系统如同物联网的“大脑“和“中枢神经”，物联网内的所有个体都需要嵌入式系统来传输和处理处理信息，嵌入式系统的好坏将直接影响物联网的运作。

嵌入式系统的应用领域

嵌入式系统技术具有非常广阔的应用前景，其应用领域可以包括工业控制、交通管理、信息家电、家庭智能管理系统、POS网络及电子商务、环境工程与自然以及机器人等领域。

基于嵌入式芯片的工业自动化设备将获得长足的发展，目前已经有大量的8、16、32位嵌入式微控制器在应用中，网络化是提高生产效率和产品质量、减少人力资源主要途径，如工业过程控制、数字机床、电力系统、电网安全、电网设备监测、石油化工系统。同时在车辆导航、流量控制、信息监测与汽车服务方面，嵌入式系统技术也已经获得了广泛的应用，内嵌GPS模块，GSM模块的移动定位终端在各种运输行业获得了成功的使用。目前GPS设备已经从尖端产品进入了普通百姓的家庭，只需要几千元，就可以随时随地找到你的位置。在家庭智能管理系统方面，水、电、煤气表的远程自动抄表，安全防火、防盗系统，其中前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。在POS网络及电子商务方面，公共交通无接触智能卡发行系统，公共电话卡发行系统，自动售货机，各种智能ATM终端将全面走入人们的生活。嵌入式芯片的发展将使机器人在微型化、高智能方面优势更加明显，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。

嵌入式系统的发展现状

随着信息化，智能化，网络化的发展，嵌入式系统技术也将获得广阔的发展空间。进入20世纪90年代，嵌入式技术全面展开，目前已成为通信和消费类产品的共同发展方向。在通信领域，数字技术正在全面取代模拟技术。在广播电视领域，美国已开始由模拟电视向数字电视转变，欧洲的DVB（数字电视广播）技术已在全球大多数国家推广。数字音频广播（DAB）也已进入商品化试播阶段。而软件、集成电路和新型元器件在产业发展中的作用日益重要。所有上述产品中，都离不开嵌入式系统技术。在个人领域中，嵌入式产品将主要是个人商用，作为个人移动的数据处理和通讯软件。由于嵌入式设备具有自然的人机交互界面，GUI 屏幕为中心的多媒体界面给人很大的亲和力。手写文字输入、语音拨号上网、收发电子邮件以及彩色图形、图像已取得初步成效。

硬件方面，不仅有各大公司的微处理器芯片，还有用于学习和研发的各种配套开发包。目前低层系统和硬件平台经过若干年的研究，已经相对比较成熟，实现各种功能的芯片应有尽有，而且巨大的市场需求给我们提供了学习研发的资金和技术力量。

软件方面，也有相当部分的成熟软件系统。国外商品化的嵌入式实时操作系统，已进入我国市场的有WindRiver、Microsoft、QNX和Nuclear等产品。我国自主开发的嵌入式系统软件产品如科银(CoreTek)公司的嵌入式软件开发平台Delta-System，中科院推出的Hopen嵌入式操作系统（虽然还不够完善）。同时由于是研究热点，所以我们可以在网上找到各种各样的免费资源，从各大厂商的开发文档，到各种驱动，程序源代码，甚至很多厂商还提供微处理器的样片。这对于我们从事这方面的研发，无疑是个资源宝库。对于软件设计来说，不管是上手还是进一步开发，都相对来说比较容易。这就使得很多生手能够比较快的进入研究状态，利于发挥大家的积极创造性。

三、嵌入式系统和物联网之间的区别与联系

物联网是集多种专用或通用系统于一体，因而备具有信息采集、处理、传输、交互等功能；嵌入式系统强调的是嵌入到宿主对象的专用计算系统，相对物联网而言更具备专用性，实现某些单一特定对的功能。因而物联网的功能包括了嵌入式系统的功能，但随着嵌入式系统的不断发展，其功能日趋复杂化。如现今发展已经比较成熟的手机、gps定位等系统，均可以直接融入到物联网当中。

从技术的角度来看，首先物联网与嵌入式系统融合了非常相似的技术，其次物联网技术中又包含有嵌入式系统技术。举例来说，物联网和嵌入式系统均具备如电子硬件技术、软件技术；而在射频识别技术、传感器技术、通信技术等方面物联网是必须具备的而嵌入式系统不一定全部具备。

目前的很多嵌入式系统，只要能提升系统设备的网络通信能力和加入智能信息处理的技术都可以应用于物联网。两者之间的系统构成也非常相似。唯一嵌入式系统不具备的是标签识别模块。

四、物联网的未来、嵌入式系统的机遇

物联网是新兴的通信应用网络，从全球范围来看，产业化还处于新兴阶段，然而，我国的物联网应用始终处于国际领先的水平，国家政策也给予了物联网产业较多的支持，多个国家科技重大项目都以物联网作为主要方向之一。国内先后有近百个单位开展了传感研究和应用，并建立起了中科院上海微系统所、北京大学等研发和生产基地，取得了丰硕的成果。