嵌入式系統(tǒng)很普遍，但它們究竟是什么，它們在哪里使用？在本文，英銳恩單片機開發(fā)工程師將嵌入式系統(tǒng)與臺式機或筆記本電腦進行比較，考慮它們的優(yōu)缺點，并介紹一些應(yīng)用程序和示例。

我們都熟悉英特爾奔騰系列等微處理器，因為它們?yōu)槲覀兊娜粘ｋ娮釉O(shè)備提供動力：臺式機和筆記本電腦、平板電腦和智能手機。然而，這些微處理器以及許多其他類型的微處理器也促進了另一種同樣無處不在但不太明顯的機器——嵌入式系統(tǒng)。
事實上，2017年銷售的微處理器中只有53%是計算機CPU。32%用于平板電腦和智能手機，其余用于嵌入式處理(IC Insights)。
本文詳細(xì)介紹了嵌入式系統(tǒng)是什么，以及它的優(yōu)點和缺點。然后我們看一些嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用和例子。

一、什么是嵌入式系統(tǒng)？

與可以隨身攜帶并用于任何應(yīng)用程序的筆記本電腦不同，嵌入式系統(tǒng)專為特定設(shè)備或機器而設(shè)計，并用于控制其操作。“設(shè)備或機器”可以是從智能手表到大型醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)或機器人的任何東西，正如其名稱所暗示的那樣，嵌入式系統(tǒng)通常嵌入其中。

由于其控制功能，嵌入式系統(tǒng)必須能夠監(jiān)控傳感器輸入，如溫度、電壓或視頻，對測量數(shù)據(jù)執(zhí)行控制和可能的分析計算，并將輸出設(shè)置為執(zhí)行器，如顯示器、燈、電機、或相應(yīng)的閥門。因此，嵌入式系統(tǒng)必須有一組輸入端口，這些端口在電氣和物理上與它們所監(jiān)控的傳感器兼容。它們應(yīng)該具有正確的范圍和比例，并具有合適的精度和準(zhǔn)確度。還應(yīng)該內(nèi)置對電氣干擾造成的損壞或損壞的抵抗力。還必須提供具有足夠功率來驅(qū)動執(zhí)行器的輸出，以及電源和控制電路之間的電氣隔離。

嵌入式系統(tǒng)封裝——容納電子設(shè)備和電源的外殼，這也是一個重要的考慮因素，因為嵌入式系統(tǒng)經(jīng)常安裝在具有挑戰(zhàn)性的環(huán)境條件的位置。例如，灰塵和其他物體、濕氣甚至水的進入都可能是一種威脅。解決方案是將嵌入式系統(tǒng)構(gòu)建到“IP（入口保護）等級”外殼中，其IP等級足以承受目標(biāo)環(huán)境。IP等級由IEC60529定義。

溫度管理是另一個關(guān)鍵因素，特別是因為嵌入式系統(tǒng)通常內(nèi)置于狹小、受限的空間中，無法輕松排出熱量——如果操作環(huán)境溫度升高，這種情況可能會加劇。盡管可以設(shè)計主動冷卻系統(tǒng)，但如果可能，更好的解決方案是使用無風(fēng)扇運行的冷運行CPU。這節(jié)省了空間和冷卻能源，還提高了可靠性，因為沒有風(fēng)扇故障。此外，消除通風(fēng)使IP保護更容易。

固態(tài)硬盤驅(qū)動器和隔振安裝套件的使用也可能是安裝到易受沖擊和振動的位置（例如火車或輪船）或進行爆破和鉆孔作業(yè)的礦井中所必需的。

嵌入式系統(tǒng)的大小差異很大，這取決于它們必須控制的輸入和輸出的數(shù)量，以及所需控制功能的速度和復(fù)雜性。例如，智能手表控制器需要在單個小型印刷電路板上實現(xiàn)。然而，對于大型應(yīng)用程序，更典型的方法是使用工業(yè)PC，因為它具有靈活性和可擴展性，并且在某種程度上，它使用了標(biāo)準(zhǔn)化的硬件和軟件組件。

在架構(gòu)上，嵌入式PC類似于其臺式機，但由于上述環(huán)境原因，其硬件實現(xiàn)將大不相同。然而，另一個主要區(qū)別在于操作系統(tǒng)。像Windows10這樣的桌面環(huán)境不太適合，因為它的設(shè)計目的不是提供處理實時事件的控制功能。相反，實時操作系統(tǒng)(RTOS)用于提供實時控制必不可少的功能。

首先，RTOS對其正在測量的事件提供快速且確定性的響應(yīng)；“確定性”意味著“能夠在有保證的時間范圍內(nèi)做出響應(yīng)”。然后，RTOS必須能夠在任務(wù)之間快速切換，以有效響應(yīng)發(fā)生的多個可能隨機事件。為了優(yōu)化應(yīng)用程序的實現(xiàn)，必須可以為任務(wù)分配優(yōu)先級，以反映它們支持的進程的優(yōu)先級。
RTOS還應(yīng)表現(xiàn)出高度的安全性和可靠性。它們應(yīng)該包括對看門狗定時器的支持，允許它們在軟件鎖定后自動復(fù)位。

二、嵌入式系統(tǒng)優(yōu)缺點

與臺式機或筆記本電腦相比，嵌入式系統(tǒng)既有優(yōu)勢也有劣勢——盡管某些功能的優(yōu)勢或劣勢在一定程度上取決于應(yīng)用程序。

三、嵌入式系統(tǒng)的優(yōu)勢

它們可以通過專用于單個應(yīng)用程序來降低成本。例如，可以排除高性能圖形；有些系統(tǒng)可能根本沒有圖形用戶界面。如果目標(biāo)應(yīng)用程序不需要高性能處理，其他系統(tǒng)可能具有有限性能和功率需求的處理器。此類系統(tǒng)的功率要求也較低，有些甚至可能依靠電池運行。嵌入式系統(tǒng)也可以非常緊湊且易于定位，特別是如果它們不需要圍繞它們的大的自由空間外殼進行通風(fēng)。

此外，嵌入式系統(tǒng)非?？煽浚驗樗鼈儽仨殱M足其應(yīng)用程序的需求。它們可以在惡劣的環(huán)境和電氣條件下存活，甚至可能被故意濫用，例如，在公共場所就很有用。

四、嵌入式系統(tǒng)的缺點

由于嵌入式系統(tǒng)往往被設(shè)計為僅處理一項特定任務(wù)，將它們重新分配給不同的應(yīng)用程序可能很困難?？赡芎苌倩驔]有備用通信端口或擴展卡插槽。此外，他們的RTOS在支持廣泛的軟件應(yīng)用程序方面不會像桌面Windows一樣——即使它支持，處理它們的能力和內(nèi)存也可能是有限的。

在比較性能相似的臺式機和嵌入式系統(tǒng)時，嵌入式系統(tǒng)可能會更貴。這是因為嵌入式系統(tǒng)的生產(chǎn)量以及成本攤銷的機會將會減少。嵌入式系統(tǒng)設(shè)計還傾向于使用更高質(zhì)量和更昂貴的材料和組件，以提高耐用性和可靠性。

五、嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用

上面，我們已經(jīng)提到嵌入式系統(tǒng)可以在各種規(guī)模的應(yīng)用程序中找到，比如智能手表。其他小例子包括：

（1）GPS接收器；
（2）數(shù)碼相機；
（3）游戲機；
（4）無線路由器；
（5）復(fù)印機。

在這種情況下，智能手機是有趣的設(shè)備。它們展示了嵌入式系統(tǒng)的許多特征——但它們也可以接受和運行用戶指定的應(yīng)用程序，使它們在這方面就像臺式機一樣！

類似的論點也適用于工業(yè)中廣泛使用的可編程邏輯控制器(PLC)。它們通?；诠I(yè)PC架構(gòu)，因此，盡管它們具有嵌入式系統(tǒng)特性，例如堅固的結(jié)構(gòu)和RTOS，但它們也具有桌面PC類型的能力來接受不同的應(yīng)用程序。其他更專業(yè)更大規(guī)模的應(yīng)用程序包括：

（1）工業(yè)機器人手臂控制器；
（2）交通燈控制器；
（3）安全系統(tǒng)；
（4）航空航天應(yīng)用；
（5）制造過程中使用的過程控制系統(tǒng)。

以上就是英銳恩單片機開發(fā)工程師分享的“嵌入式系統(tǒng)在哪些地方用的比較多？”。英銳恩專注單片機應(yīng)用方案設(shè)計與開發(fā)，提供8位單片機、16位單片機、32位單片機。