英国QUB嵌入式系统常见问题解答

嵌入式系统是一种基于微处理器和软件的硬件系统，设计用于执行特定功能，既可作为独立系统，也可作为更大系统的一部分。系统的核心是一个集成电路，用于执行实时操作所需的计算。‍嵌入式系统的应用范围很广，从数字时钟和微波到混合动力汽车和航空电子设备。多达 98% 的微处理器用于嵌入式系统。

复杂程度从单个微控制器到带有连接外设和网络的处理器组件;从无用户界面到复杂的图形用户界面。嵌入式系统的复杂程度因其设计任务的不同而有很大差异。

‍1.嵌入式系统如何工作

嵌入式系统由微控制器或数字信号处理器 (DSP)、专用集成电路 (ASIC)、现场可编程门阵列 (FPGA)、GPU 技术和门阵列控制。这些处理系统与管理电气和/或机械接口的专用组件集成在一起。

‍嵌入式系统的编程指令被称为固件，专门存储在只读存储器或闪存芯片中，利用计算机有限的硬件资源运行。嵌入式系统通过外设与外部世界相连，连接输入和输出设备。

‍2.嵌入式系统的基本结构

嵌入式系统的基本架构由以下部分组成：

a.传感器：传感器测量物理量并将其转换为电信号，嵌入式系统工程师或任何电子仪器均可读取该信号。传感器将测量的数量存储在内存中。

b.模数转换器：模数转换器将传感器发出的模拟信号转换成数字信号。

c.处理器和专用集成电路： 处理器分析数据以测量输出值，并将其存储在内存中。

d.数模转换器：数模转换器将处理器发送的数字数据转换为模拟数据。

e.执行器：执行器将 D-A 转换器的输出数据与实际存储的输出数据进行比较，并存储核准的输出数据。

3.嵌入式操作系统的历史

第一个现代实时嵌入式计算系统是阿波罗制导计算机，由美国麻省理工学院的 Charles Stark Draper 博士于 20 世纪 60 年代为阿波罗计划开发。阿波罗制导计算机旨在为阿波罗指令舱和登月舱自动收集数据并执行关键计算。

‍1971 年，英特尔发布了第一个商用微处理器模块--英特尔 4004，这是早期的微处理器，仍需要参考芯片和外部存储器;1978 年，美国国家工程制造商协会发布了可编程微控制器标准，改进了嵌入式系统设计;20 世纪 80 年代初，系统的存储器、输入和输出组件与处理器集成在同一芯片上，形成微控制器。

‍基于微控制器的嵌入式系统将进入消费者日常生活的各个领域，从信用卡读卡器和移动电话到交通信号灯和恒温器。

4.嵌入式系统的未来趋势

由于人工智能 (AI)、虚拟现实 (VR) 和增强现实 (AR)、机器学习、深度学习和物联网 (IoT) 的不断发展，嵌入式系统行业预计将继续快速增长。嵌入式认知系统将支持以下趋势：降低功耗、提高嵌入式设备的安全性、与云和网状网络的连接、深度学习应用和实时数据可视化工具。

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