1.6 嵌入式系统的应用

嵌入式系统的应用覆盖航空、通信、金融、智能电器、交通、网络、电子、智能建筑、仪器仪表、工业自动控制、数控机床、掌上电脑、智能IC卡等各种领域，如图1-4所示。

目前，最值得关注的嵌入式系统应用领域主要有如下几类：

（1）信息家电网络

智能家居是利用先进的计算机技术、网络通信技术、综合布线技术等与家居生活有关的各种子系统有机地结合在一起，通过统筹管理，让家居生活更加舒适、安全、有效。所有能够通过网络系统交互信息的家电产品，都可以称为信息家电。例如，信息家电产品如图1-5所示。

信息家电的特点是与Internet连接，用户与信息家电双向交流，应用嵌入式操作系统。家电智能化涉及家电控制、家电上网、家庭安全及家庭实现处理的有关理论与技术。以太网能与Internet进行无缝链接，需要比较大的带宽，能适应家庭语音、视频等数据量较大的通信场合。用于太网组建智能家居网络平台具有其他网络无法达到的优点。嵌入式设备可以通过以太网口直接与Internet进行交互，无须增加额外的设备，如协议转换网关等，而且不用担心未来的技术支持问题。智能家居系统是为适应现代家庭生活而设计的家庭网络智能控制体系结构，它集成了当今的网络技术、自动化技术、计算机技术。

智能家居的一个普遍要求就是将家用电器设备、安全设施等接入Internet。研究现代嵌入式系统网络的相关理论与技术实现家庭网络信息化，从而使主人生活在一个舒适、安全、自动化的现代家庭，成为嵌入式系统应用的一个重要方面。而解决家庭设备的网络接入问题，就是实现网络底层驱动，并把TCP/IP协议进行移植，实现家庭设备Internet的无缝接入。

在众多嵌入式操作系统中，Linux操作系统以其自身的特色和优势成为嵌入式操作系统研究中的新特点，具有在信息家电网络中应用的优势。

■ 充分满足硬件设备的实时性要求。严格要求的实时性的决定因素与中断例程本身和内核中的其他驱动程序有关，而影响延迟时间主要受中断的优先级和其他进程暂时也关闭中断响应的影响。因此，管理和驱动中断的机制必须保证实时要求，大多数嵌入式系统并不具备严格的实时性，而嵌入式Linux可以很好地满足实时性要求。

■ 具有广泛的适应性和高度的可靠性。和其他运行于PC的系统相比，Linux在适应和稳定方面性能是非常突出的，嵌入式Linux也是如此。嵌入式Linux不仅支持x86芯片，而且其跨平台的系统可支持包括家电业的CPU芯片。

■ 具有小巧的功能完善的内核。一般来说，需要使用嵌入式操作系统的硬件体积都十分有限，不能像一般的计算机那样采用海量存储器进行数据存储。一般是采用软件固化的方法，将程序和操作系统嵌入到整个产品里面。在这个技术中减少操作系统的体积是关键。嵌入式Linux除了本身体积较小以外，还保留了Linux操作系统中非常有特色的一点：用户可以自己裁减内核。用户完全可以根据不同的任务来选定操作内核的模块，而将不用的部分去掉，减小体积，从根本上解决了体积和功能的矛盾。

（2）军事国防

在20世纪60年代武器控制中就开始采用嵌入式计算机系统了，后来用于军事指挥控制和通信系统，所以，军事国防历来就是嵌入式系统的一个重要应用领域。现在各种武器控制，如坦克、舰艇、轰炸机等，陆海空各种军用电子装备，如雷达，电子对抗军事通信装备，野战指挥作战用各种专用设备等都可以看到嵌入式系统的影子。嵌入式技术的武器在伊拉克战争中就曾经被广泛使用。例如，火箭发射升空如图1-6所示。

（3）交通电子设备

随着中国汽车工业的发展，汽车保有量的直线上升推动着汽车电子迅速成长为一个新兴的产业，融合先进的电子、计算机和通信技术的智能交通系统也成为各方研究的热点。我国研究智能交通系统的起步较晚，但近几年理论研究与技术产品的开发也取得了很大进步。基于我国路况信息化水平较低，道路的管理系统与服务设施和发达国家还有很大差距的现实，必须开发适合中国城市特点的智能交通系统产品。国内目前关于汽车定位导航、汽车安防等方面的智能交通系统产品很多，但大多功能单一，没有形成系统服务，或者采用国外的商业操作系统，其昂贵的费用很难打开市场。

汽车智能驾驶设备、汽车模拟驾驶器、汽车喷油泵调试台、轮船智能驾驶设备等都面临更新换代，而这类新型设备都离不开嵌入式系统。中国汽车业的发展必然为汽车电子的嵌入式系统应用带来良好商机。因此，嵌入式系统在交通指挥系统、高速公路收费监控、汽车自导航、GPS车载终端、电子警察和汽车检测中的将会拥有良好的市场前景。

交通电子设备融合了无线传输、卫星定位、现场总线等先进技术，DEMO测试系统经严格测试，各功能实现稳定可靠、实时性好、可操作性强的特点。交通电子设备建立了用户、汽车终端、远程服务中心三位一体的智能化汽车服务体系，设计贴近生活，顺应汽车电子工业发展的时代潮流，具有很高的商业应用价值。

（4）医疗仪器

随着科学技术的发展，越来越多的医疗仪器都需要进行高速的数据采集、分析与处理。心电图、脑电图等生理参数检测设备，各类型的监护仪器，超声波、X射线成像、核磁共振等设备，以及各式各样的物理治疗仪都开始在各大医院广泛使用。

医疗保健行业取得很多进步都与嵌入式系统有关，医院里很多方面用到嵌入式系统，包括各种检验设备，如X射线机的控制部件、EEG和ECG、CT、超声波检测、核磁共振等设备，以及其他用于诊断检查的设备，如结肠镜和内窥镜等。现在基于计算机的EEG和ECG设备也投入使用，它们属于另一类型的嵌入式系统。此类系统使用了计算机的附加卡采集ECG信号并进行处理；计算机监视器用于显示，计算机的外存储设备用来存储ECG记录。这些计算机附加卡包括处理信号的处理器和相关电路，这些卡插在计算机主板的基于EISA或PCI体系插槽中。

除此以外，嵌入式医疗设备和保健设备也在不断地发展，如家用心电监测设备，随着医用传感器技术的发展，用于家庭远程诊断的嵌入式设备将不断地被开发出来。

（5）工业控制

工业控制网络是由传感器、执行机构、显示和数据记录设备等组成，用于监视和控制电气设备的系统。通常除遇到系统不能自愈的故障需要人工干预排除外，均应有自动实现监控功能。在工业应用中，控制网络可以用于监视设备的状态、调节转速和流量等，采集模拟输入量、顺序开关/起停设备和与主控机通信并在显示器或专门定制的显示设备上显示各参量的大小和状态。由于工业控制系统特别强调可靠性和实时性。控制网络数据通信以引发物质或能量的运动为最终目的。用于测量与控制的数据通信的主要特点：允许对实时的事件进行驱动通信，具有很高的数据完整性。例如，工业控制网络结构如图1-7所示。

工业控制、工业设备是机电产品中最大的一类。过去应用在工业过程控制、数字机床、电力系统、电网安全、电网设备监测、石油化工系统等方面，大部分低端型设备主要采用的是8位单片机。随着技术发展，目前许多设备除了进行实时控制，还须将设备状态、传感器的信息等在显示屏上实时显示。例如，工业设备产品如图1-8所示。

智能仪表的出现推动着工业控制网络的发展，新一代的工业控制网络呼唤功能更强大的仪表和控制器的出现，面向工业控制的嵌入式系统应势而生。