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物联网与嵌入式技术 作者：张苏 (河北工业大学计算机学院，廊坊分校)

摘要: 嵌入式系统是物联网平台的半边天。物联网、云计算给嵌入式系统带来新的机遇。单片、嵌入、物联是嵌入式系统的三个基本特性，体现了嵌入式系统的三个时代特征。物联网是多学科的大科技概念，要有多学科视野，嵌入式系统应该用自己的语言来诠释物联网。目前，物联网平台的许多嵌入式技术已经成熟，建设物联网的大型国家工程迫在眉睫。本文从物联网及其体系结构谈起，介绍了嵌入技术及嵌入式处理器，并对嵌入式技术在物联网中的作用及发展前景做 了阐述。

关键词：物联网，嵌入式技术，物联网平台，物联网国家工程 InternetofThingsandEmbeddedTechnology zhangsu Abstract:Embedded system holds up half the sky of the Internet of Things platform. The Internet of Things and cloud computing bring about new opportunities for embedded systems. Single chip, embedding and connection of things are the three basic characteristics of embedded systems. The Internet of Things requires a multidisciplinary perspective, and embedded system should interpret the Internet of Things in its own language. At present, many embedded system technologies for the Internet of Things platform are already mature, and it is a matter of urgency to construct major national projects of the Internet of Things.The paper speaks from the internet of things and it’s system structure,introduces embedded technology and embedded processor and elaborates the roles and prospects of embedded technology inInternet of things．

Keywords: InternetofThings;EmbeddedTechnology

1 引言： 随着IT技术飞速发展，互联网已经进入了“物联网”时代。如果说，之前互联网上大量存在的设备主要是以通用计算机（像大型机、小型机、个人电脑等等）的形式出现，“物联网”的目的则是让所有的物品都具有计算机的智能但并不以通用计算机的形式出现，并把这些“聪明”了的物品与网络连接在一起，这就需要嵌入式技术的支持。嵌入式技术是计算机技术的一种应用，该技术主要针对具体的应用特点设计专用的计算机系统——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的，并且软硬件可量身订做，它适用于对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。嵌入式系统通常嵌入在更大的物理设备当中而不被人们所察觉，如手机、PDA、甚至空调、微波炉、冰箱中的控制部件都属于嵌入式系统，如下面联接在互联网上的设备中就都有一个嵌入式计算机系统，但平时我们可能根本没有注意到这些计算机系统的存在。

2 嵌入式技术 2.1基本概念 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。一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备和嵌入式操作系统构成。嵌入式系统是将先进的计算机技术、 半导体技术、电子技术和各个行业的具体应用相结合后的产物，这一点就决定了它必然是一个技术密集、 资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。嵌入式系统一般包括硬件和软件两部分，硬件部分包括处理器／微处理器、存储器、I／O端口、图形控制端口及外设器件；软件部分包括实时、多任务操作系统（OS）和应用程序部分，应用程序控制着系统的运行和作为，而操作系统控制着应用程序编程和与硬件的交互。嵌入式系统具有系统内核小、专用性强、系统精简、高实时性等特点。 嵌入式技术就是将计算机作为一个信息处理部件，嵌入到应用系统中的一种技术。 也就是说，它将软件固化集成到硬件系统中，将软件与硬件系统一体化，具有软件代码小，高度自动化和响应速度快等特点。随着技术的发展，嵌入式技术现已广泛应用到工业、农业、医疗、交通、家庭等等各方面并发挥着巨大作用。 2.2嵌入式处理器 由于嵌入式系统分为硬件和软件两部分，而嵌入式处理器是嵌入式系统硬件的最核心部分，可以分为以下几类： （1）嵌入式微处理器 （MicroProcessorUnit，MPU）。嵌入式微处理器具有32位以上的处理器，具有较高的性能。但与计算机处理器不同的是，在实际嵌入式应用中，只保留和嵌入式应用紧密相关的功能硬件，去除其他的冗余功能部分，这样就以最低的功耗和资源实现嵌入式应用的特殊要求。和工业控制计算机相比，嵌入式微处理器具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高的优点。目前主要的嵌入式处理器类型有Am186／88、 386EX、SC－400、PowerPC、68000、2011年4月 第2期电脑学习MDCC移动开发者大会精彩荟萃智能硬件 移动开发 产品体验 粉丝经济 社交游戏 MIPS、ARM／StrongARM系列等。其中Arm／StrongArm是专为手持设备开发的嵌入式微处理器。 （2）嵌入式微控制器（MicrocontrollerUnit,MCU）。嵌入式微控制器的典型代表是单片机，这种8位的电子器件目前在嵌入式设备中仍然有着极其广泛的应用。单片机芯片内部集成ROM／EPROM、RAM、总线、总线逻辑、定时／计数器、看门狗、I／O、串行口、脉宽调制输出、A／D、D／A、FlashR－AM、EEPROM等各种必要功能和外设。和嵌入式微处理器相比，微控制器的最大特点是单片化，体积大大减小，从而使功耗和成本下降、 可靠性提高。微控制器是目前嵌入式系统工业的主流。微控制器的片上外设资源一般比较丰富，适合于控制，因此称微控制器。MCU比较有代表性的包括8051、MCS－251、MCS－96／196／296、P51XA、C166／167、68K系列以及MCU8XC930／931、C540、C541，并且有支持I2C、CAN－Bus、LCD及众多专用MCU和兼容系列。近来Atmel出产的Avr单片机由于其集成了FPGA等器件，所以具有很高的性价比，势必将推动单片机获得更高的发展。 （3）嵌入式DSP处理器（EmbeddedDigitalSignalPr－ocessor,EDSP）。DSP处理器是专门用于信号处理方面的处理器，其在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计，具有很高的编译效率和指令的执行速度。 在数字滤波、FFT、谱分析等各种仪器上DSP获得了大规模的应用。目前最为广泛应用的是TI的TMS320C2000／C5000系列，另外如Intel的MCS－296和Siemens的TriCore也有各自的应用范围。 （4）嵌入式片上系统（SystemOnChip，SoC）。SOC最大的特点是成功实现了软硬件无缝结合，直接在处理器片内嵌入操作系统的代码模块。而且SOC具有极高的综合性，在一个硅片内部运用VHDL等硬件描述语言，实现一个复杂的系统。由于绝大部分系统构件都是在系统内部，整个系统就特别简洁，不仅减小了系统的体积和功耗，而且提高了系统的可靠性，提高了设计生产效率。由于SOC往往是专用的，所以大部分都不为用户所知，比较典型的SOC产品是Philips的SmartXA。少数通用系列如Siemens的TriCore，Motorola的M－Core，某些ARM系列器件，Echelon和Motorola联合研制的Neuron芯片等。不久的将来，SOC芯片也将在声音、图像、影视、网络及系统逻辑等应用领域中发挥重要作用。 3 嵌入式技术在物联网中的应用 2005年ITU（国际电信联盟）重新定义了物联网的概念，主要是从信息和通信的角度去考虑，集中在三个“Any”（anytime、anyplace、anyone）去获取信息。从此概念能看出，RFID技术、传感器技术以及嵌入式智能技术是物联网的基础部分，即底层技术。物联网的发展主要是2008年IBM从商业角度提出所谓的“智慧地球”。基于物联网的三个层次，智慧地球的核心技术有三个：物联化（instrument）、互联化（i－nterconnected）、智能化（intelligent）。 在当前数字信息技术和网络技术高速发展的后PC时代，嵌入式系统已经广泛地渗透到科学研究、工程设计、军事技术、各类产业和商业文化艺术以及人们的日常生活等方方面面中。随着国内外各种嵌入式产品的进一步开发和推广，嵌入式技术越来越和人们的生活紧密结合。 温总理用经典的四个字“感知中国”全面描述和定义了物联网产业的内涵。从字面上来理解，“感”既是信息采集（传感器）；“知”信息处理（运算、处理、控制、通信并通过互联网进行信息传递和控制）。这些都是嵌入式系统的特征实质。如果归纳一句话来理解总理“感知中国”的含义，即是通过嵌入式系统智能终端产品网络化的过程实现感知的目的。嵌入式系统无所不在，物联网就是基于互联网的嵌入式系统。物联网的产生是嵌入式系统高速发展的必然产物，更多的嵌入式智能终端产品有了联网的需求，催生了物联网这个概念的产生。 无论是物联网三要素（感知行），还是智慧地球3i，CPS的3C，实际上都是在讲一件事：人、机、物的和谐发展。这对嵌入式系统的发展提出了要求：第一要多功能化、低功耗、微型化，比如无线传感器结点的智能汇集，传感器的设计趋向一体化。第二是嵌入式系统要网络化。 在2010英特尔信息技术峰会（IDF）的前一天，英特尔CTO贾斯汀和英特尔研究院方之熙院长一起宣布了英特尔中国研究院全新的研究战略—致力于打造世界一流的嵌入式系统研究院。 方院长讲到：作为英特尔研究院全球5大节点之一，英特尔中国研究院将承担嵌入式系统的前瞻性研究任务，放眼全球嵌入式增长机遇，融合国人智慧做世界级的研究，并将国际水准的研究成果直接贡献于中国的发展。中国手机、互联网、有线电视用户人数均居全球第一，也已成为名副其实的世界第一汽车市场。从智能交通到车载信息设备，从“物联网”到智能家电，嵌入式移动互联在中国发展前景广阔。中国这么大的市场规模、这么快的增长速度，提供了很多非常好的研究课题。这些研究课题在世界上也都是非常前沿的，为企业提供了很多的发展机会。