定議
嵌入式系統(tǒng)，英文全稱是embedded system。是為特定功能設(shè)計的計算機(jī)硬件和軟件的組合。嵌入式系統(tǒng)也可以在更大的系統(tǒng)中運行。系統(tǒng)可以編程或具有固定功能。工業(yè)機(jī)械、消費電子產(chǎn)品、農(nóng)業(yè)和加工業(yè)設(shè)備、汽車、醫(yī)療設(shè)備、相機(jī)、數(shù)字手表、家用電器、飛機(jī)、自動售貨機(jī)和玩具以及移動設(shè)備都是嵌入式系統(tǒng)的可能位置。
雖然嵌入式系統(tǒng)是計算系統(tǒng)，但它們的范圍可以從沒有用戶界面（UI）（例如，在設(shè)計用于執(zhí)行單個任務(wù)的設(shè)備上）到復(fù)雜的圖形用戶界面（GUI），例如在移動設(shè)備中。用戶界面可以包括按鈕、LED（發(fā)光二極管）和觸摸屏感應(yīng)。某些系統(tǒng)也使用遠(yuǎn)程用戶界面。
企業(yè)對企業(yè)（B2B）研究公司MarketsandMarkets預(yù)測，到2025年，嵌入式市場的價值將達(dá)到1162億美元。嵌入式系統(tǒng)的芯片制造商包括許多知名科技公司，如蘋果、IBM、英特爾和德州儀器。預(yù)期增長部分是由于對人工智能（AI）、移動計算的持續(xù)投資以及對專為高級處理而設(shè)計的芯片的需求。
嵌入式系統(tǒng)示例
嵌入式系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)的各種技術(shù)中。一些例子包括：
汽車。現(xiàn)代汽車通常由許多計算機(jī)（有時多達(dá)100臺）或嵌入式系統(tǒng)組成，旨在執(zhí)行車輛內(nèi)的不同任務(wù)。其中一些系統(tǒng)執(zhí)行基本的實用程序功能，而其他系統(tǒng)則提供娛樂或面向用戶的功能。消費類車輛中的一些嵌入式系統(tǒng)包括巡航控制、備用傳感器、懸架控制、導(dǎo)航系統(tǒng)和安全氣囊系統(tǒng)。
手機(jī)。它們由許多嵌入式系統(tǒng)組成，包括GUI軟件和硬件，操作系統(tǒng)（OS），相機(jī)，麥克風(fēng)和USB（通用串行總線）I / O（輸入/輸出）模塊。
工業(yè)機(jī)器。它們可以包含嵌入式系統(tǒng)，如傳感器，也可以是嵌入式系統(tǒng)本身。工業(yè)機(jī)器通常具有嵌入式自動化系統(tǒng)，可執(zhí)行特定的監(jiān)視和控制功能。
醫(yī)療設(shè)備。這些可能包含嵌入式系統(tǒng)，如傳感器和控制機(jī)制。醫(yī)療設(shè)備，如工業(yè)機(jī)器，也必須非常用戶友好，這樣人類健康就不會因可預(yù)防的機(jī)器錯誤而受到危害。這意味著它們通常會包含為適當(dāng)?shù)?UI 設(shè)計的更復(fù)雜的操作系統(tǒng)和 GUI。
嵌入式系統(tǒng)如何工作？
嵌入式系統(tǒng)（embedded system）始終作為完整設(shè)備的一部分運行 - 這就是術(shù)語嵌入式的含義。它們是嵌入其他機(jī)械或電氣系統(tǒng)的低成本、低功耗的小型計算機(jī)。通常，它們包括處理器、電源以及內(nèi)存和通信端口。嵌入式系統(tǒng)使用通信端口在處理器和外圍設(shè)備（通常是其他嵌入式系統(tǒng)）之間傳輸數(shù)據(jù)，使用通信協(xié)議。處理器借助存儲在內(nèi)存上的最小軟件來解釋這些數(shù)據(jù)。該軟件通常高度特定于嵌入式系統(tǒng)所服務(wù)的功能。
處理器可以是微處理器或微控制器。微控制器只是帶有外設(shè)接口和集成存儲器的微處理器。微處理器使用單獨的集成電路用于存儲器和外設(shè)，而不是將它們包含在芯片上。兩者都可以使用，但微處理器通常需要比微控制器更多的支持電路，因為微處理器的集成度較少。經(jīng)常使用術(shù)語片上系統(tǒng) （SoC）。SoC 在單個芯片上包括多個處理器和接口。它們通常用于大批量嵌入式系統(tǒng)。一些示例 SoC 類型是專用集成電路 （ASIC） 和現(xiàn)場可編程門陣列 （FPGA）。
嵌入式系統(tǒng)用于實時操作環(huán)境，并使用實時操作系統(tǒng)（RTOS）與硬件進(jìn)行通信。近實時方法適用于更高水平的芯片功能，由設(shè)計人員定義，他們越來越多地認(rèn)為系統(tǒng)通常足夠快，并且任務(wù)可以容忍反應(yīng)的微小變化。在這些情況下，通常部署精簡版本的Linux操作系統(tǒng)，盡管其他操作系統(tǒng)已被縮減為在嵌入式系統(tǒng)上運行，包括嵌入式Java和Windows IoT（以前稱為Windows Embedded）。
嵌入式系統(tǒng)的特點
嵌入式系統(tǒng)的主要特征是它們是特定于任務(wù)的。此外，嵌入式系統(tǒng)可以包括以下特征：
由硬件、軟件和固件組成;
可以嵌入到更大的系統(tǒng)中以執(zhí)行特定功能，因為它們是為系統(tǒng)內(nèi)的專門任務(wù)而不是各種任務(wù)而構(gòu)建的;
可以基于微處理器或基于微控制器 - 兩者都是提供系統(tǒng)計算能力的集成電路;
通常用于物聯(lián)網(wǎng) （IoT） 設(shè)備中的傳感和實時計算，這些設(shè)備是連接互聯(lián)網(wǎng)且不需要用戶操作的設(shè)備;
復(fù)雜性和功能可能有所不同，這會影響他們使用的軟件、固件和硬件的類型;和
通常需要在時間限制下執(zhí)行其功能，以保持較大的系統(tǒng)正常運行。
嵌入式系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
嵌入式系統(tǒng)的復(fù)雜性各不相同，但通常由三個主要元素組成：
硬件。嵌入式系統(tǒng)的硬件基于微處理器和微控制器。微處理器與微控制器非常相似，通常是指與其他基本計算組件（如存儲芯片和數(shù)字信號處理器（DSP））集成的CPU（中央處理器）。微控制器將這些組件內(nèi)置到一個芯片中。
軟件和固件。嵌入式系統(tǒng)軟件的復(fù)雜性各不相同。然而，工業(yè)級微控制器和嵌入式物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)通常運行非常簡單的軟件，只需要很少的內(nèi)存。
實時操作系統(tǒng)。這些并不總是包含在嵌入式系統(tǒng)中，尤其是較小規(guī)模的系統(tǒng)中。RTOS通過在程序執(zhí)行期間監(jiān)督軟件和設(shè)置規(guī)則來定義系統(tǒng)的工作方式。
在硬件方面，基本的嵌入式系統(tǒng)將包括以下元素：
傳感器將物理傳感數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為電信號。
模數(shù) （A-D） 轉(zhuǎn)換器將模擬電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字電信號。
處理器處理數(shù)字信號并將其存儲在內(nèi)存中。
數(shù)模 （D-A） 轉(zhuǎn)換器將來自處理器的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為模擬數(shù)據(jù)。
執(zhí)行器將實際輸出與內(nèi)存存儲輸出進(jìn)行比較，并選擇正確的輸出。
傳感器讀取外部輸入，轉(zhuǎn)換器使該輸入對處理器可讀，處理器將該信息轉(zhuǎn)換為嵌入式系統(tǒng)的有用輸出。
