嵌入式系統是為特定功能而設計的計算機硬件和軟件的組合。嵌入式系統也可以在更大的系統內運行。這些系統可以是可編程的，也可以具有固定的功能。工業機器、消費類電子產品、農業和加工行業設備、汽車、醫療設備、攝像機、數字手表、家用電器、飛機、自動售貨機和玩具，以及移動設備都是嵌入式系統可能存在的地方。

雖然嵌入式系統是計算系統，但其范圍可以從沒有用戶界面(UI)——例如，用于執行單一任務的設備——到復雜的圖形用戶界面(GUI)，例如在移動設備中。用戶界面可以包括按鈕、LED(發光二極管)和觸摸屏感應。有些系統也使用遠程用戶界面。

一、嵌入式系統的示例

嵌入式系統在各種技術和各個行業中被廣泛應用。一些例子包括：

1.汽車

現代汽車通常包含許多計算機(有時多達100臺)，或稱為嵌入式系統，旨在在車輛內執行不同的任務。其中一些系統執行基本的實用功能，而其他系統提供娛樂或面向用戶的功能。消費型汽車中的一些嵌入式系統包括巡航控制、倒車傳感器、懸掛控制、導航系統和氣囊系統。

2.手機

這些包括許多嵌入式系統，包括GUI軟件和硬件、操作系統(OSes)、攝像頭、麥克風以及USB(通用串行總線)I/O(輸入/輸出)模塊。

3.工業機器

它們可能包含傳感器等嵌入式系統，并且它們本身也可以是嵌入式系統。工業機器通常具有執行特定監控和控制功能的嵌入式自動化系統。

二、嵌入式系統如何工作?

嵌入式系統始終作為完整設備的一部分運行——這就是“嵌入”一詞的含義。它們是嵌入在其他機械或電氣系統中的低成本、低功耗、小型計算機。通常，它們包括處理器、電源和存儲器以及通信端口。嵌入式系統使用通信端口通過通信協議在處理器和外圍設備之間傳輸數據——通常是其他嵌入式系統。處理器借助存儲在存儲器中的最小軟件來解釋這些數據。這些軟件通常與嵌入式系統提供的功能高度相關。

處理器可以是微處理器或微控制器。微控制器只是帶有外圍接口和集成內存的微處理器。微處理器使用單獨的集成電路來處理內存和外圍設備，而不是將它們包含在芯片上。兩者都可以使用，但是微處理器通常需要更多的支持電路，因為微處理器集成的功能較少。術語片上系統(SoC)經常被使用。SoC在單個芯片上包含多個處理器和接口。它們通常用于高產量的嵌入式系統。一些SoC類型的例子是特定應用集成電路(ASIC)和可編程門陣列(FPGA)。

通常，嵌入式系統在實時操作環境中使用實時操作系統(RTOS)與硬件通信。在芯片能力較高的情況下，設計師們通常會選擇近乎實時的方法，這些方法由設計師定義，認為系統通常足夠快，任務能夠容忍輕微的反應變化。在這些情況下，通常會部署精簡版的Linux操作系統，雖然也有其他操作系統被精簡用于嵌入式系統，包括嵌入式Java和Windows IoT(之前稱為Windows Embedded)。

三、嵌入式系統的特點

嵌入式系統的主要特點是它們是面向特定任務的。

此外，嵌入式系統可能具有以下特點：

通常由硬件、軟件和固件組成;

可以嵌入到較大系統中執行特定功能，因為它們是針對系統內的專業任務構建的，而不是各種任務;

可以基于微處理器或微控制器——兩者都是提供系統計算能力的集成電路;

通常用于物聯網(IoT)設備中的傳感和實時計算，這些設備是連接到互聯網的，不需要用戶操作;

可以在復雜性和功能上有所不同，這影響它們使用的軟件、固件和硬件類型;

通常需要在時間限制下執行其功能，以保持較大系統正常運行。

四、嵌入式系統的結構

嵌入式系統的復雜性各不相同，但通常包括三個主要元素：

1.硬件

嵌入式系統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，通常指的是集成有其他基本計算組件(如存儲器芯片和數字信號處理器(DSP))的CPU(中央處理單元)。微控制器將這些組件構建到一個芯片中。

2.軟件和固件

嵌入式系統的軟件復雜性各不相同。然而，工業級微控制器和嵌入式物聯網系統通常運行非常簡單的軟件，需要很少的內存。

3.實時操作系統

這些并不總是包含在嵌入式系統中，特別是較小規模的系統。RTOS通過監督軟件并在程序執行期間設置規則來定義系統的工作方式。

在硬件方面，基本的嵌入式系統將包括以下元素：

傳感器將物理感知數據轉換為電信號。

模數轉換器將模擬電信號轉換為數字信號。

處理器處理數字信號并將其存儲在內存中。

數字模數轉換器將處理器的數字數據轉換為模擬數據。

執行器將實際輸出與存儲在內存中的輸出進行比較，并選擇正確的輸出。

傳感器讀取外部輸入，轉換器使該輸入對處理器可讀，處理器將該信息轉換為嵌入式系統的有用輸出。

五、嵌入式系統的類型

有幾種基本的嵌入式系統類型，它們在功能需求上有所不同。它們分別是：

移動嵌入式系統是設計為便攜的小型系統。數碼相機就是一個例子。

網絡嵌入式系統連接到網絡，向其他系統提供輸出。例如家庭安全系統和銷售點(POS)系統。

獨立嵌入式系統不依賴于主機系統。像任何嵌入式系統一樣，它們執行特定的任務。但是，它們不一定屬于主機系統，不同于其他嵌入式系統。計算器或MP3播放器就是一個例子。

實時嵌入式系統在定義的時間間隔內提供所需的輸出。它們通常用于醫療、工業和軍事領域，因為它們負責時間關鍵任務。交通控制系統就是一個例子。

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