嵌入式計算機的定義特征及元素組成

嵌入式計算機在日常設備，辦公用品，汽車，工業(yè)，醫(yī)療和農(nóng)業(yè)中無處不在。從計算器到電話，相機、電梯，交通信號燈，工廠控制器和核電站控制系統(tǒng)，幾乎所有現(xiàn)代設備中都存在物理嵌入式系統(tǒng)。這些是什么？它們?nèi)绾芜\作？嵌入式計算機有哪些應用程序？

嵌入式計算機可以廣義地定義為使用計算機硬件和軟件執(zhí)行特定功能的任何計算機，與現(xiàn)代臺式計算機和服務器所進行的一般處理相反。這些嵌入式系統(tǒng)的專用特性使它們能夠利用輕量級的軟件或固件基礎和板載ASICS的優(yōu)勢，以最大程度地降低功耗和硬件要求。

現(xiàn)代處理器包含用于加密，數(shù)據(jù)和視頻圖形處理的眾多集成加速器。

大多數(shù)嵌入式計算機的幾乎所有組件都放置在單個PCB或主板上。由于具有較少的可更換組件，例如RAM，CPU和存儲，嵌入式板看起來與傳統(tǒng)的消費型主板截然不同。通常嵌入式板上沒有開槽的組件，大多數(shù)組件都焊接在了CPU上。

嵌入式計算機的定義特征可以分為四個方面：

1、體積?。和ǔ２捎脝蝹€高密度PCB設計，以最大程度地提高空間效率

2、較低功率的組件：具有較低TDP的高能效處理器，用于被動或最小冷卻，以消除風扇和移動組件。

3、最小的可升級性或擴展性：很少有插槽組件限制了其初始設計和功能之外的可升級性和擴展性。

4、硬件成本低：放棄了用于焊接組件的擴展插槽，而SoC降低了總體成本和組件復雜性。針對這些嵌入式板的低成本批量生產(chǎn)進行了優(yōu)化。

嵌入式系統(tǒng)必須針對低功耗，代碼復雜性，尺寸大小，重量和成本進行優(yōu)化。許多人甚至缺乏專用的板載用戶界面（鼠標，鍵盤和屏幕），這些用戶界面主要是通過遠程管理界面，安全外殼甚至直接固件更新來控制的。

典型的嵌入式計算機主要由以下元素組成：

CPU和微控制器（一個或多個）：含有晶體管和算術處理單元（ALU的）的邏輯門在單個芯片內(nèi)包裝的－它們是嵌入式系統(tǒng)。處理器和控制器的腦中是負責執(zhí)行主系統(tǒng)的操作和計算從各級緩存（L1，L2，L3）和系統(tǒng)內(nèi)存（RAM）中獲取數(shù)據(jù)。

CPU高速緩存（L1，L2，L3）：由于其針對極速的優(yōu)化，占據(jù)了裸片的相當大一部分，它使用單級單元架構（SLC）來提高速度。這意味著每個單元都包含1位數(shù)據(jù)，這是由于此數(shù)據(jù)以及該高速存儲器的高晶體管數(shù)所致。在CPU上，此高速緩存僅限于極少量，其中L1高速緩存最快，但僅限于00 KB，L2？1024KB和L3？2－16MB。此緩存的速度和與CPU的接近程度對處理器的性能至關重要。

系統(tǒng) 內(nèi)存（RAM）：比緩存慢一個數(shù)量級，但比非易失性存儲（如硬盤驅(qū)動器和固態(tài)NAND驅(qū)動器）快很多倍，并且更具彈性，系統(tǒng)內(nèi)存用于存儲正在運行的應用程序，以便快速訪問和傳輸?shù)教幚砥骶彺?。當應用程序四處移動?shù)據(jù)并執(zhí)行復雜的操作時，此內(nèi)存每分鐘寫入數(shù)千次，因此不會遭受單元降級和有限的寫入／擦除周期的影響。

非易失性存儲：硬盤，SSD，NAND和其他非易失性存儲技術是系統(tǒng)中最慢但容量最大的存儲。這里存儲了較大的系統(tǒng)文件和數(shù)據(jù)文件，供系統(tǒng)正常使用。

CMOS－RAM：該組件負責存儲重要的系統(tǒng)配置和實時信息。由小型紐扣電池供電，可以關閉系統(tǒng)電源，而又不會失去其計時功能和系統(tǒng)喚醒功能。

I ／ O端口：從以太網(wǎng)RJ45端口到3．5mm音頻插孔的任何連接都屬于此類別。它們使系統(tǒng)通常可以通過標準化接口（例如USB和HDMI）接受和處理外部輸入。

應用實例

可以使用嵌入式計算機的例子很多，從小型的單用途設備如計算器到復雜的系統(tǒng)如汽車巡航控制。它們現(xiàn)在無處不在，是我們?nèi)粘Ｉ钪胁豢杀苊獾?。諸如計算器、數(shù)碼相機、汽車嵌入式系統(tǒng)（ABS中斷，汽車警報器，發(fā)動機傳感器系統(tǒng)）、自動售貨機、電梯、影印機、印表機、全球定位系統(tǒng)、網(wǎng)絡設備（交換機，調(diào)制解調(diào)器，路由器，接入點）、電子游戲機

家用電器（交流電，微波爐，冰箱）。

一些嵌入式系統(tǒng)被設計為在更極端的條件下運行，例如工業(yè)級系統(tǒng)就是這種情況，要求寬工作溫度，電場隔離，抗振性等等。企業(yè)級系統(tǒng)要求關鍵任務服務具有計算能力，可靠性和冗余性。

機器視覺：包括所有工業(yè)和非工業(yè)應用，其中功能強大的硬件和受過訓練的軟件的結合為基于圖像感測數(shù)據(jù)的捕獲和分析的設備執(zhí)行功能提供了操作指導。

工廠自動化：使用實時或近時計算技術來控制和監(jiān)視工業(yè)過程，設備和機器。通常，任何重復功能都是自動化的理想選擇，使系統(tǒng)通過定義明確的過程運行，以將人與人之間的互動減少到最低限度。

數(shù)字標牌：使用通過LED面板，高分辨率顯示器和投影儀之類的屏幕廣播的數(shù)字內(nèi)容。

我們可以看出幾乎生活中的所有電子產(chǎn)品都依賴于嵌入式系統(tǒng)。憑借可靠的嵌入式低成本設計，它們始終處于開啟狀態(tài)。大部分時間都隱藏在面板和光亮的外觀后面，而肉眼卻看不見，但它們?yōu)樗鞋F(xiàn)代技術和互連的系統(tǒng)提供了動力。嵌入式智能設備的智能使用和進步將繼續(xù)為我們的生活提高能力和效率。

編輯：hfy