嵌入式系統的應用與發展趨勢分析

2020-05-21 15:52:51分類:嵌入式硬件開發設計7261

  在過去的幾年中,整個嵌入式系統市場有了長足的發展。隨著物聯網和工業物聯網的出現,嵌入式系統技術已成為智能和互聯物聯網生態系統快速發展的推動者。廣泛,多樣且高度分散的嵌入式系統市場包括軟件,開發平臺和硬件。現在越來越多的行業,產品和服務依賴于嵌入式系統。嵌入式系統的工業市場包括通信,汽車,航空航天,消費電子,軍事系統,以及工業控制和他其包括智能城市。

  嵌入式系統通常是功能固定或可編程的硬件和軟件的某種組合。嵌入式系統可以設計為支持較大系統中的一個或多個特定功能。示例包括工業控制系統和機器,汽車,諸如航空電子和武器系統的軍事系統,醫療設備,消費產品,智能手機和樓宇自動化。

  對于面向消費市場的簡單,大批量嵌入式設備,嵌入式系統成本可能是99%的硬件和1%的軟件。但是,對于用于飛機,汽車或高度可靠的工業控件的高度專業化,小批量的嵌入式系統,如果包括測試并符合復雜應用程序的標準,則該軟件可能占嵌入式系統成本的95%。更復雜的是,嵌入式系統和計算機之間沒有明確的界限。即使在今天,關于智能手機或智能物聯網網關是嵌入式系統還是獨立計算機仍存在一些爭論。在傳統的物聯網網關收集無線傳感器數據并將其推送到云的地方,新的智能物聯網網關和邊緣設備可以支持LAN,WAN,嵌入式系統市場的硬件組件包括芯片,印刷電路板,固件,目標設備等。軟件元素包括開發平臺,實時操作系統(RTOS),測試等。當然,整個市場這些嵌入式系統支持的設備和機器要大得多。

  嵌入式設備通常由與硬件集成的軟件提供動力,這些軟件包括片上系統(SoC),現場可編程門陣列(FPGA),旨在由嵌入式開發人員針對特定功能進行編程的集成電路(IC),以及其他固件版本。這使得很難將軟件和硬件完全分開。這個市場上的嵌入式系統供應商可能包括那些只提供軟件的供應商,例如開發和測試工具以及實時操作系統(RTOS)。以及也提供FPGA,SoC和其他固件產品的產品。

  總體而言,嵌入式系統是一項非常成熟的技術,隨著新的,功能更強大的處理器的不斷發展,該技術現在可以支持下一代智能設備,機器,設備和工廠。嵌入式系統代表了智能互聯產品,機器和系統的關鍵支持技術,這些技術包括工業物聯網并支持整個行業的數字化轉型。

  嵌入式領域的主要趨勢之一是智能邊緣設備的出現,這將有助于使工業生產系統和加工廠成為數字企業的一部分。傳感器和其他計量設備中的嵌入式智能將允許訪問,匯總和分析數據,以支持高級分析,使生產系統和設備成為工業物聯網生態系統和數字雙胞胎的一部分。這些正在成為關鍵的使能技術,以幫助優化資產生命周期,尤其是運營和維護階段。

  為了抓住商機,云和邊緣基礎設施技術提供商都需要繼續擴展以支持數十億個傳感器和數萬個智能系統。邊緣設備必須已連接并且是智能的。由于邊緣對智能的巨大需求,整個嵌入式系統市場將實現顯著增長。物聯網生態系統的不斷發展以及基于預測性和規范性分析的工業自動化向網絡物理系統的穩步發展最終將導致自治和自我修復的系統。 這將成為嵌入式系統增長的主要行業驅動力。
 

嵌入式系統的應用與發展趨勢分析
 

  行業中的嵌入式系統

  數十年來,嵌入式系統已成為航空航天和國防,汽車,醫療設備,通信和工業自動化等行業的主要技術。隨著處理器體系結構的發展以及更多的計算能力可以嵌入系統和設備中,這些系統的智能和功能成倍增加。這使傳統上使用嵌入式系統的產品變得更加智能和強大,并使其他行業(消費品,家用電器,體育用品等)的產品變得智能和互聯。嵌入式系統正在成為我們生活中幾乎所有事物的組成部分。

  汽車行業

  當前,汽車應用代表了嵌入式系統的最大用途,并且在未來幾年中可能仍將是最大的部分。在汽車中,嵌入式系統用于信息娛樂,安全性,駕駛員意識,維護以及車輛的整體系統控制。具有高級導航,駕駛員輔助和車輛到街道通信功能的車輛的擴展需求只會增加對嵌入式系統的需求。此外,隨著混合動力電動汽車和電動汽車的出現,智能系統控制也在擴展。

  另外,新興的全自動駕駛汽車將需要高度智能的系統。遠比當今車輛中的嵌入式系統復雜。這些車輛中的計算系統將需要運行多個復雜的人工智能軟件和系統,以進行導航,道路和車輛感知,交通模式,行人感知,風險感知和評估等。正在為嵌入式系統開發新一代處理器,以滿足這些計算和智能要求。

  汽車智能嵌入式系統

  當討論汽車行業的AI主題時,大多數人首先想到的是自動駕駛汽車。毫無疑問,開發無人駕駛汽車是一個非常活躍的研究領域,并且該技術將在未來甚至不久的將來成為交通運輸的可行組成部分。但是,當今的現實是,認知學習算法主要用于提高效率,安全性并為圍繞傳統手動駕駛車輛的流程增加價值。

  在汽車工業準備好讓AI“駕馭車輪”之前,它首先希望將其應用于具有大量駕駛員輔助技術的當前生產的汽車中。AI非常適合為聯網車輛提供高級安全功能。如今,在下線的車輛中嵌入的駕駛員輔助功能可幫助駕駛員在車輛完全實現自動駕駛之前對AI感到滿意。

  通過監視數十個車載傳感器,AI可以識別危險情況,自動剎車并控制車輛以避免事故發生,并檢測并警告駕駛員其他車輛及其周圍的危險。

  汽車客戶當前正在使用AI的一個領域是用于預測性維護的基于AI的云服務。與常規車輛不同,聯網車輛除了通過檢查引擎燈和低輪胎警告來警告駕駛員以外,還可以做更多的事情。在許多最新模型中,嵌入式AI算法監視數百個傳感器,并且可以在問題影響車輛運行之前對其進行檢測。通過每秒監視數以千計的數據點,AI可以發現可能指示組件故障或故障的微小變化。

  衛生保健

  醫療保健是嵌入式系統開發最快的應用程序之一。例如,手持式和便攜式治療設備以及用于監測生命體征的設備和設備廣泛使用嵌入式系統。有了監視心率或識別動脈阻塞的小型嵌入式系統,嵌入式技術也已進入復雜的手術程序。

  盡管醫療保健中使用的嵌入式系統中的半導體,處理器和芯片的物理尺寸減小了,但是我們也看到了智能和功能的指數級增長。這將使新一代的醫療設備能夠以新穎的創新方式在人體的內部和器官中起作用和進行干預。微型但功能強大的設備將能夠通過連接到基于網絡的診斷中心的移動設備來遠程監視和確定多個患者的狀況。

  消費類電子產品

  幾十年來,消費電子一直是嵌入式系統的主要市場,但是隨著物聯網的出現,該市場正具有新的意義。智能連接產品需要新的設計標準,嵌入式智能已成為主要組成部分。企業家工程師可能會將新型傳感器和軟件納入他們設計的產品中。

  在工廠和基礎設施中連接機器和資產的價值已經確立,特別是因為這與減少計劃外停機時間和優化運營有關。反過來,將消費產品(智能電話,心率監測設備,智能家電,照明,安全性等)連接起來以進行跟蹤,監視,控制和調整,將會帶來巨大的價值。這不僅適用于產品的用戶,而且適用于產品的使用壽命,將來會改進產品的設計,以及適用于這些產品所包含的較大系統。

  建筑自動化

  用于智能建筑和HVAC的自動化系統利用嵌入式軟件和硬件以及該行業,并且在未來幾年中將快速發展。隨著我們進入智能建筑和智能城市時代,嵌入式智能將成為這些智能系統不可或缺的組成部分。樓宇自動化主要基于監視和維護環境條件,照明和訪問控制。隨著系統變得越來越智能,智能建筑功能可能會擴展到確定最佳條件的預測性和規范性系統中。最終,目標是轉向完全自主和自我修復的系統。這些系統將基于人工智能和機器學習,全部基于嵌入式智能。

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