嵌入式设备

什么是嵌入式设备？

嵌入式设备是更大计算系统的一部分，具有特定用途。嵌入式设备也称为专用或单一用途设备，嵌入或包含在更大的系统中。这个更大的系统通常服务于更大的目的，一个或多个嵌入式设备支持它满足此目的。

嵌入式设备是负责执行特定任务或一组任务的独立设备。与包含一些电路和电池的硬件设备不同，嵌入式设备能够进行数字处理-尽管与功能齐全的计算设备的规模不同。

虽然大多数嵌入式设备都集成在较大的系统中，但某些设备也可以是独立的。通常，其操作系统（OS）运行单个应用程序，帮助设备完成其特定工作。因此，嵌入式设备消耗少量功率。

此外，设备硬件很小。因此，它可能只有一个8位微控制器或专用集成电路（ASIC）芯片或专用数字信号处理器（DSP），而不是功能齐全的CPU。
以下是嵌入式设备的一些常见示例项：

• 洗碗机
• 微波
• 银行自动柜员机
• 路由器
• 零售销售点（POS）终端
• 智能手机

停车计时器，无人机，飞机和宇宙飞船由许多嵌入式设备组成。在现代数字经济中，嵌入式设备在几乎所有电子设备中无处不在。

嵌入式设备的组件

所有嵌入式设备都由硬件和软件组成。微控制器、微处理器、ASIC或DSP是嵌入式设备的元件。其他硬件元素可能包括：

• 图形处理单元（图形处理器）)
• 存储器（易失性和/或非易失性）
• 现场可编程门阵列（FPGA）
• 通信接口和端口
• 电源或电池

此外，所有嵌入式设备都包括操作系统或固件形式的软件。该软件包括设备的编程指令。由于嵌入式系统的计算资源有限且功耗要求严格，因此为嵌入式设备编写软件是一个需要硬件组件和编程知识的专业领域。外围设备（如LCD显示器）也可以连接到嵌入式设备或系统。

智能嵌入式设备与哑嵌入式设备

并非所有嵌入式设备都连接到互联网。传统设备是为了在更大的系统中实现专用目的而构建的。他们与其他设备或互联网的连接也有限。无法（或未）连接到互联网的设备称为哑嵌入式设备。哑嵌入式设备的例子是传统的洗碗机、数码相机和微波炉。
连接到互联网的嵌入式设备称为智能或智能。这些设备对于物联网（IoT）应用至关重要。以下是智能或智能嵌入式设备的示例：

• 智能手机
• 智能手表
• 智能冰箱
• 智能健身追踪器
• 智能医疗设备

在这些设备中，许多嵌入式系统协同工作并通过互联网相互通信。该系统包括支持连接并促进各种嵌入式设备之间通信的软件，通常是操作系统或固件。哑和智能嵌入式设备之间的主要区别在于连接性和互联网驱动的通信。

无头嵌入式设备

复杂系统中的嵌入式设备，如汽车或飞机，通常是无头的。在无外设嵌入式设备中，该软件没有用户界面（UI）或内置屏幕，例如显示器或LCD面板。换句话说，它没有人机界面（HMI）。
无外设设备没有键盘或鼠标等输入设备。这减少了使用的系统资源量。在此类设备中，在设备和外部计算机之间临时安装在线仿真器（ICE），以调试或更新软件。
其中许多系统需要手动配置以满足用户的特定偏好或要求。授权用户应该能够更改设备的某些操作参数。例如，用户可能想要更改扬声器系统上的音量设置。另一个可能想要更改网络路由器上的DNS服务器设置。手动配置无需更改设备的固件或操作系统即可满足各个用户的要求。

嵌入式设备的优缺点

由于嵌入式设备体积小且功耗低，因此它们适用于尺寸、重量或功率受限的系统。与整个系统相比，它们需要的维护也更少。由于它们是独立的，因此非常适合执行特定任务，很少或不涉及人工输入。
大多数嵌入式设备以不间断的方式运行，并具有高度的容错能力。尽管它们具有独立性和有限的功能，但它们确实有助于更大系统的整体功能。作为物联网系统的一部分，嵌入式设备在一系列实际应用的智能设备中发挥着关键作用。

嵌入式设备的尺寸和有限的功能也是其主要缺点。与全功能系统相比，嵌入式设备无法执行一系列任务。由于它的资源有限，它只能处理特定的任务。

嵌入式设备的应用

嵌入式设备和系统广泛应用于一系列行业，包括消费电子、商业电子、汽车、工业和医疗保健。这些设备可以是智能的，也可以是非智能的。
在消费电子产品中，嵌入式设备最常用于以下领域：

• 家用电器
• 娱乐系统
• 收银系统
• 自动取款机

在商业和工业电子产品中，它们用于以下领域：

• 企业安全系统
• 装配线制造系统
• 数据路由器
• 网络交换机

在医疗保健和汽车行业，嵌入式设备用于起搏器、MRI扫描仪、PET扫描仪和车辆。航空航天工业在空中交通管制（ATC）系统、雷达和飞行控制系统、导航系统、飞机管理系统、飞行记录仪和防撞系统中使用嵌入式设备。
嵌入式设备和系统还用于国防应用，例如：

• 无人机
• 电子战系统
• 指挥和控制系统
• 武器和制导系统