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嵌入式系统在电子信息技术中的应用分析

作者:忘忧期刊网 来源:文阅范文部 日期:2022-11-15 09:58人气:
摘    要:随着经济的快速增长,科学技术发展步伐日益加快,各个领域开始引进先进的技术手段,为社会经济建设提供动力。在此环境背景之下,电子系统以及信息技术应运而生,并且为生产生活带来了便利性,推动了现代社会发展步伐。嵌入式系统是科学技术具有代表性的产物,将其应用到电子信息技术中,不仅推进产业实现集成化发展,强化物联网搭建效果,而且为自动化平台的构建提供技术支撑。本文在对嵌入式系统工作原理进行分析的基础之上,探讨嵌入式系统在电子信息技术中的应用,进而给予应用前景。
 
关键词:嵌入式系统;电子信息技术;应用;
 
科学技术在不断变革与发展中逐渐趋于成熟,作为第一生产力,科学技术为社会发展创造了较高的价值,将人类带入一个全新的时代。而科学和产业的结合,为现代工业智能化、信息化发展奠定了良好的基础。在现代工业制造中,智能技术得到了广泛应用,不仅实现了生产质量、效率的提高,而且为工业生产智能化、自动化提供了保障。基于此,本文重点针对电子信息技术中,嵌入式系统的应用情况进行分析,仅供参考与借鉴。
 
1 嵌入式系统工作原理
1.1 概述
嵌入式系统主要用于控制、监视以及辅助操作机器或者设备的一种先进装置。如果站在技术视角下分析嵌入式系统,此系统基于应用,结合计算机技术,使用的软件硬件可以裁剪,但是对于功能、可靠性、成本、体积、功耗、应用环境要求较高,属于专用型计算机系统;如果站在系统自身角度而言,此系统主要对复杂功能硬件、软件进行设计,将其紧密相连。
 
1.2 组成
一般情况下嵌入式系统由嵌入式硬件及软件组合而成。其中硬件核心集成储存器是微处理器,同时还具备了输入及输出功能;软件包含初始化代码及驱动、嵌入式操作系统、应用程序等,这些软件相结合,构成系统特定一体化软件。具体见图1所示。
 
1.3 关键技术
1.3.1 处理器技术
此技术和实现系统功能的计算引擎结构有着密切联系,而且无需编程,并不等同于通用处理器,根据特定功能专用化的不同,主要划分为通用处理器、单用途处理器以及专用处理器。通用处理器主要应用于不同类型可编程器件中,也被称之为是微处理器。最大的特点是程序存储,通用数据路径,大寄存器文档,一个或多个通用算术逻辑单位;优点是上市时间缩短的同时,NRE成本节省,灵活性较高;当前使用最为广泛的是Pentium系列,但除此之外,还有上百种其他的类型。
 
图1 嵌入式硬件平台示意图   
 
单用途处理器主要应用于执行特定程序的数字电路,也叫做协处理器、加速器与外设;特点是只包括执行单独程序的单元,没有程序存储器;优点是快速、低功耗、小尺寸。
 
专用处理器主要针对的是某一特定类型应用进行优化程序处理器,通用处理器、单用途处理器的折中;特点是程序存储器、数据路径的优化、特定功能单元;优点是灵活性、性能尺寸以及功耗良好;当前具有代表性的技术是单片机和DSP。
 
1.3.2 IC技术
IC技术指的是如何将数字实现(逻辑门级》映射到IC的方式,IC指的就是集成电路,也被称之为是芯片。IC技术差别在于如何才能根据特定的设计来定制IC,与处理器技术没有任何关联性,任何类型处理器均可映射至任何类型IC技术中。具体见图2所示。
 
全定制/VISI主要是根据嵌入式系统数字实现来优化各层的,其中包括晶体管放置,目的就是为了将连线长度降低;调整晶体管大小是为了使信号传输优化;除此之外还有晶体管间的连线。优点是性能高,尺寸小,功耗低;缺点是NRE成本高,制造时间长。半定制指的是较低层全部或部分的构建,设计人员只需要连接各层或者完成逻辑门组合即可。优点是性能高,尺寸良好,而且与全定制相比较,NRE成本更低。缺点是需要几个星期才能开发及完成。PLD可编程逻辑器件,所有层都已存在,设计人员可购买的IC,编程产生或烧断逻辑门间的导线连接,FPGA是当前比较常用的编程逻辑器件。优点是成本低,几乎马上就可以拿到IC。缺点是体积大,单位成本高,功耗大,速度慢。
 
2 嵌入式系统在电子信息技术中的具体应用
2.1 产业集成化
产业集成化指的是产业间产业链通过横纵向完成相应连接,形成完善且新颖的产业技术核心,本质在于技术、产品、市场三大层面的创新,促进全面集成的同时,以核心产业为基础,构建与其相关联、支持性产业发展共同体。
 
一般情况,产业集成核心技术产业、支持性产业部门二者间是纵向关系,核心产业、技术(市场)产业部门间是横向关系。在现代社会发展中,信息技术占据主导地位,产业集成化推进行业结构升级与改造,使传统分工模式发生变化,各环间更好的结合,促进了市场经济发展步伐。产业集成化中,产业模块化是根本保障,将价值链条中企业、组织进行了细化,形成子系统,而且运行是独立的,以法律法规为重要依据,构建集成化系统。产业集成化中产业链条各个环节衔接,需要有强大且统一信息链给予支持,对产品动态追踪,达到信息共享目的。因此,嵌入式系统是集成化构建关键环节,不仅可在工业进程中产品内部集成,而且还能够实现生产机器集成,实时调控运行模式,确保信息传导更具时效性。嵌入式系统智能终端、元器件合理的应用,可保证产业集成化横纵向信息有效共享,方便对产品质量更好的控制,将产业集成优势充分发挥。
 
2.2 物联网搭建
智能家电以及物流管理概念逐渐被人们所熟知,而嵌入式系统也以其自身优势、强大的功能性,紧跟物联网发展步伐,在其中得到了广泛应用。物联网以互联网技术为基础,为保证功能的发挥,物品间实现信息高效互融互通,进而在物联网终端智能系统中应用嵌入式系统。物联网中的嵌入设备主要包括识别与传感功能、网络通信功能,识别与传感功能中涉及到的设备有传感器、RFID、IC卡、条码、磁卡等;网络通信功能主要包括4G/5G、LAN、WLAN、蓝牙、红外等。科学技术快速发展,物联网最大的特点便是信息强大的交互功能、传感技术、智能化、信息处理,实现有效控制物体。例如家电设备中应用嵌入式系统,软硬件构建时,可有效控制电器设备,内嵌式模块的设计使得设备操作更加方便。电视以及洗衣机中应用嵌入式系统,实现了和无线电衔接,居住者生活品质提高。另外多媒体家庭网关中应用嵌入式技术,多个设备可同时将嵌入式系统接入。在嵌入控制功能作用下,整合了平台和传感器优势,拓展了功能性,物联网物联、感知优势得以充分发挥。除此之外,嵌入式系统语音芯片在语音处理方面具备了识别、语音合成功能,实用价值较强。
 
2.3 智能化及其平台构建
这里所提及的智能化技术本质上是指在人们实际生活以及生产环节,不管是系统、机器,还是设备运行、生产等均实现了链条化、流水线,即使无人看管或者需要少部分人参与便能够完成,整个过程与实际需求、要求相符,也能够达到预期目标。嵌入式系统在工业、农业、国防、科研、交通等不同行业都得到了广泛应用。例如在车辆综合电子信息系统运行中核心部分便是嵌入式系统,操作过程中呈现多元化,以Linux操作系统为主,此系统在启动时主要涉及到了3个流程:一是审查CPU、具体结构,CPU通电;二是BIOS的启动,车辆综合电子信息系统软件为初始化状态;三是BootLoader为引导,初始化工作完成,启动程序。除此之外,车内娱乐系统采用的是移动媒体,由液晶屏、播放器组合而成,行驶中不需要手动操作,可通过语言识别系统便能够点播;另外智能导航、雷达限速、温度调控均采用的嵌入式系统,汽车综合性能提升,实现了智能化发展。
 
3 嵌入式系统在电子信息技术中的应用前景
3.1 嵌入式系统性能方面
在嵌入式系统中,单片机虽然独立发展已有一段时间,但是一直以来处于低层次的应用,研究人员在此方面涉足嵌入式系统相关内容较少,进而导致二者优势并未得到充分发挥。所以在不久的将来,将单片机与嵌入式系统统一归结成为重点,并且应用对象也逐渐会向着高层次迈进。当前嵌入式系统应用技术主要用于智能仪器仪表、计算机设备、网络、信息家电、国防、工业、电子商务、生物微电子技术等方面,微控制器、在线可编程技术、数字信号处理器三者的有效结事形成MCU+ISP+DSP嵌入式系统,这是近期发展非常重要的方向。当前单片机、嵌入式系统开发已经经历了一段很长的时间,市场体系逐渐完善,超微型嵌入式技术、产品需求日益增长,再加之半导体、系统设计方法也在不断改进与优化,嵌入式系统发展形势具体可以从以下3点谈起:一是可靠性、应用水平会不断提高,与网络技术的结合是其未来发展非常重要的路径;二是集成部件日益增多,如果从本质而言可以说是单片集成电路,但是如果从功能上来讲则是万用机;三是功耗会不断降低,与模拟电路结合度逐渐加深。国家信息部门给予了嵌入式技术开发、应用大力支持,不管是芯片开发,还是嵌入式操作系统应用,或者数据库的构建、应用等方面,政策给予引导,通过制定标准进行规范,同时还设立了基金,多方面的支持,推动了单片机与嵌入式技术的融合,促进节能降耗。
 
3.2 嵌入式系统软硬件开发方面
高新技术发展速度逐渐加快,市场需求也在发生变化,高速、可靠、低成本成为技术开发考虑的重点,而嵌入式视觉系统作为新型技术之一,基于计算机、半导体、电子3大技术优势,在各行各业应用的范围也会越来越广。特别是随着数字化时代的到来,嵌入式视觉系统等相关产品发展势头较猛,这也是未来嵌入式市场发展前景。网络、通讯、微电子支持下,数字化信息产品需求越来越大,为嵌入式技术带来了较好的发展空间,重点从以下5个层面进行分析:一是嵌入式开发属于系统化的工程,所以嵌入式系统开发者需要基于软件及硬件系统自身性能,在软硬件开发工具方面加大力度。二是在日益成熟的网络技术时代,信息化、网络化程度日益加深,单一功能设备,例如电话、冰箱、微波炉等家用物品将不会只是仅仅满足使用需求,在结构构建方面会变得更加复杂,更加智能,更加人性化;三是未来嵌入式设备更趋于网络化,硬件需要与各种网络通信接口有效链接,不仅给予TCP/IP协议、IEEE1394、USB、CAN、Bluetooth、IrDA支持,而且还会涉及到通信组网协议软件、物理层驱动软件;四是系统内核发、计算方法更加简单易懂,功耗降低,成本减少。在不久的将来嵌入式产品会将软件与硬件有效衔接,形成集成设备,成本及功耗大幅度降低,设计人员需要将系统内核进行精简,确保系统功能性的同时,实现资源合理利用,在编程模型方面精心选择,对计算方法进行不断优化与改进,编译器性能也会创新。软件研发人员具备硬件知识的同时,加大对嵌入式软件技术(Java、Web、WAP等)开发及利用的力度;五是多媒体人机界面的应用,实现嵌入式设备和用户间更加密切联系,使用户能够享受以及体验到友好界面,不仅图像要清晰,而且控制要灵活多变。在计算机以及微电子技术不断完善与成熟中,各个领域中应用嵌入式系统的概率会越来越大,范围也会越来越广,尤其是当前人们提倡节能降耗、绿色环保理念,所以未来嵌入式系统将会逐渐朝着此方面发展。
 
4 结语
总而言之,科学技术的发展速度会越来越快,嵌入式系统是电子信息技术中核心技术,发挥的作用是非常重要的,不仅推进了社会生产效率的提高,而且人们生活质量得到了改善。在时代发展进程中,嵌入式系统的应用也需要不断完善与优化,才能积极应对挑战,更好的发挥自身优势,促进各行各业智能化、自动化发展,同时也为人们生活、生产带来了更多的便利性,生活品质进一步提升。
 
参考文献
[1] 王森.嵌入式系统的应用领域与发展研究[J].电脑编程技巧与维护,2020(05):23-24+42.
[2] 徐玉菁,郁佳佳.嵌入式系统在车辆综合电子信息系统中的应用研究[J].信息与电脑(理论版),2019,31(18):16-18.
[3] 张明超,嵌入式系统在电子信息技术中的意义分析[J].中国新通信,2019,21(09):67.
 
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