嵌入式系统的应用与发展趋势分析

2020-05-21 15:52:51分类:嵌入式硬件开发设计688

  在过去的几年中,整个嵌入式系统市场有了长足的发展。随着物联网和工业物联网的出现,嵌入式系统技术已成为智能和互联物联网生态系统快速发展的推动者。广泛,多样且高度分散的嵌入式系统市场包括软件,开发平台和硬件。现在越来越多的行业,产品和服务依赖于嵌入式系统。嵌入式系统的工业市场包括通信,汽车,航空航天,消费电子,军事系统,以及工业控制和他其包括智能城市。

  嵌入式系统通常是功能固定或可编程的硬件和软件的某种组合。嵌入式系统可以设计为支持较大系统中的一个或多个特定功能。示例包括工业控制系统和机器,汽车,诸如航空电子和武器系统的军事系统,医疗设备,消费产品,智能手机和楼宇自动化。

  对于面向消费市场的简单,大批量嵌入式设备,嵌入式系统成本可能是99%的硬件和1%的软件。但是,对于用于飞机,汽车或高度可靠的工业控件的高度专业化,小批量的嵌入式系统,如果包括测试并符合复杂应用程序的标准,则该软件可能占嵌入式系统成本的95%。更复杂的是,嵌入式系统和计算机之间没有明确的界限。即使在今天,关于智能手机或智能物联网网关是嵌入式系统还是独立计算机仍存在一些争论。在传统的物联网网关收集无线传感器数据并将其推送到云的地方,新的智能物联网网关和边缘设备可以支持LAN,WAN,嵌入式系统市场的硬件组件包括芯片,印刷电路板,固件,目标设备等。软件元素包括开发平台,实时操作系统(RTOS),测试等。当然,整个市场这些嵌入式系统支持的设备和机器要大得多。

  嵌入式设备通常由与硬件集成的软件提供动力,这些软件包括片上系统(SoC),现场可编程门阵列(FPGA),旨在由嵌入式开发人员针对特定功能进行编程的集成电路(IC),以及其他固件版本。这使得很难将软件和硬件完全分开。这个市场上的嵌入式系统供应商可能包括那些只提供软件的供应商,例如开发和测试工具以及实时操作系统(RTOS)。以及也提供FPGA,SoC和其他固件产品的产品。

  总体而言,嵌入式系统是一项非常成熟的技术,随着新的,功能更强大的处理器的不断发展,该技术现在可以支持下一代智能设备,机器,设备和工厂。嵌入式系统代表了智能互联产品,机器和系统的关键支持技术,这些技术包括工业物联网并支持整个行业的数字化转型。

  嵌入式领域的主要趋势之一是智能边缘设备的出现,这将有助于使工业生产系统和加工厂成为数字企业的一部分。传感器和其他计量设备中的嵌入式智能将允许访问,汇总和分析数据,以支持高级分析,使生产系统和设备成为工业物联网生态系统和数字双胞胎的一部分。这些正在成为关键的使能技术,以帮助优化资产生命周期,尤其是运营和维护阶段。

  为了抓住商机,云和边缘基础设施技术提供商都需要继续扩展以支持数十亿个传感器和数万个智能系统。边缘设备必须已连接并且是智能的。由于边缘对智能的巨大需求,整个嵌入式系统市场将实现显着增长。物联网生态系统的不断发展以及基于预测性和规范性分析的工业自动化向网络物理系统的稳步发展最终将导致自治和自我修复的系统。 这将成为嵌入式系统增长的主要行业驱动力。
 

嵌入式系统的应用与发展趋势分析
 

  行业中的嵌入式系统

  数十年来,嵌入式系统已成为航空航天和国防,汽车,医疗设备,通信和工业自动化等行业的主要技术。随着处理器体系结构的发展以及更多的计算能力可以嵌入系统和设备中,这些系统的智能和功能成倍增加。这使传统上使用嵌入式系统的产品变得更加智能和强大,并使其他行业(消费品,家用电器,体育用品等)的产品变得智能和互联。嵌入式系统正在成为我们生活中几乎所有事物的组成部分。

  汽车行业

  当前,汽车应用代表了嵌入式系统的最大用途,并且在未来几年中可能仍将是最大的部分。在汽车中,嵌入式系统用于信息娱乐,安全性,驾驶员意识,维护以及车辆的整体系统控制。具有高级导航,驾驶员辅助和车辆到街道通信功能的车辆的扩展需求只会增加对嵌入式系统的需求。此外,随着混合动力电动汽车和电动汽车的出现,智能系统控制也在扩展。

  另外,新兴的全自动驾驶汽车将需要高度智能的系统。远比当今车辆中的嵌入式系统复杂。这些车辆中的计算系统将需要运行多个复杂的人工智能软件和系统,以进行导航,道路和车辆感知,交通模式,行人感知,风险感知和评估等。正在为嵌入式系统开发新一代处理器,以满足这些计算和智能要求。

  汽车智能嵌入式系统

  当讨论汽车行业的AI主题时,大多数人首先想到的是自动驾驶汽车。毫无疑问,开发无人驾驶汽车是一个非常活跃的研究领域,并且该技术将在未来甚至不久的将来成为交通运输的可行组成部分。但是,当今的现实是,认知学习算法主要用于提高效率,安全性并为围绕传统手动驾驶车辆的流程增加价值。

  在汽车工业准备好让AI“驾驭车轮”之前,它首先希望将其应用于具有大量驾驶员辅助技术的当前生产的汽车中。AI非常适合为联网车辆提供高级安全功能。如今,在下线的车辆中嵌入的驾驶员辅助功能可帮助驾驶员在车辆完全实现自动驾驶之前对AI感到满意。

  通过监视数十个车载传感器,AI可以识别危险情况,自动刹车并控制车辆以避免事故发生,并检测并警告驾驶员其他车辆及其周围的危险。

  汽车客户当前正在使用AI的一个领域是用于预测性维护的基于AI的云服务。与常规车辆不同,联网车辆除了通过检查引擎灯和低轮胎警告来警告驾驶员以外,还可以做更多的事情。在许多最新模型中,嵌入式AI算法监视数百个传感器,并且可以在问题影响车辆运行之前对其进行检测。通过每秒监视数以千计的数据点,AI可以发现可能指示组件故障或故障的微小变化。

  卫生保健

  医疗保健是嵌入式系统开发最快的应用程序之一。例如,手持式和便携式治疗设备以及用于监测生命体征的设备和设备广泛使用嵌入式系统。有了监视心率或识别动脉阻塞的小型嵌入式系统,嵌入式技术也已进入复杂的手术程序。

  尽管医疗保健中使用的嵌入式系统中的半导体,处理器和芯片的物理尺寸减小了,但是我们也看到了智能和功能的指数级增长。这将使新一代的医疗设备能够以新颖的创新方式在人体的内部和器官中起作用和进行干预。微型但功能强大的设备将能够通过连接到基于网络的诊断中心的移动设备来远程监视和确定多个患者的状况。

  消费类电子产品

  几十年来,消费电子一直是嵌入式系统的主要市场,但是随着物联网的出现,该市场正具有新的意义。智能连接产品需要新的设计标准,嵌入式智能已成为主要组成部分。企业家工程师可能会将新型传感器和软件纳入他们设计的产品中。

  在工厂和基础设施中连接机器和资产的价值已经确立,特别是因为这与减少计划外停机时间和优化运营有关。反过来,将消费产品(智能电话,心率监测设备,智能家电,照明,安全性等)连接起来以进行跟踪,监视,控制和调整,将会带来巨大的价值。这不仅适用于产品的用户,而且适用于产品的使用寿命,将来会改进产品的设计,以及适用于这些产品所包含的较大系统。

  建筑自动化

  用于智能建筑和HVAC的自动化系统利用嵌入式软件和硬件以及该行业,并且在未来几年中将快速发展。随着我们进入智能建筑和智能城市时代,嵌入式智能将成为这些智能系统不可或缺的组成部分。楼宇自动化主要基于监视和维护环境条件,照明和访问控制。随着系统变得越来越智能,智能建筑功能可能会扩展到确定最佳条件的预测性和规范性系统中。最终,目标是转向完全自主和自我修复的系统。这些系统将基于人工智能和机器学习,全部基于嵌入式智能。

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