嵌入式系統(tǒng)設(shè)計中的新興趨勢和挑戰(zhàn)

嵌入式系統(tǒng)是一種基于微處理器的硬件系統(tǒng)，與軟件集成，旨在處理特定功能或整個系統(tǒng)功能。隨著微控制器技術(shù)的快速增長和發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)也以各種形式發(fā)展。

嵌入式軟件通常用于處理操作系統(tǒng)中的專用硬件，如RTOS，Linux，Windows等。此外，隨著嵌入式系統(tǒng)在機器學(xué)習(xí)、智能可穿戴設(shè)備、家庭自動化、電子設(shè)計自動化領(lǐng)域的采用急劇增加，以及多核處理的進步，嵌入式系統(tǒng)市場的未來看起來非常有吸引力。聯(lián)合市場研究集團報告稱，2022 年至 2031 年間，全球嵌入式系統(tǒng)市場預(yù)計將以 6.5% 的復(fù)合年增長率增長，達到約 163 億美元。

嵌入式系統(tǒng)設(shè)計概述

通常，嵌入式系統(tǒng)由硬件、軟件和嵌入式操作系統(tǒng)組成。硬件包括用戶界面、存儲器、電源和通信端口。在軟件部分，機器級代碼是使用C和C++等編程語言創(chuàng)建的。RTOS（實時操作系統(tǒng)）是最有序的操作系統(tǒng)，通常用于嵌入式操作系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)通常分為三類，從小規(guī)模、中型和復(fù)雜系統(tǒng)開始。

如果您在沒有計劃的情況下進行嵌入式系統(tǒng)設(shè)計，可能會讓人不知所措。另一方面，系統(tǒng)方法有助于將設(shè)計周期劃分為可管理的階段，從而實現(xiàn)適當?shù)囊?guī)劃、實施和協(xié)作。

嵌入式系統(tǒng)設(shè)計包括以下步驟：

嵌入式系統(tǒng)設(shè)計流程

產(chǎn)品識別/抽象

這一切都始于需求分析，從分析產(chǎn)品需求并將其轉(zhuǎn)化為規(guī)格開始。輸入/輸出的數(shù)量和邏輯圖并不是唯一的考慮因素，但調(diào)查使用和操作條件有助于確定嵌入式系統(tǒng)的適當規(guī)格。

版面設(shè)計

一旦需求轉(zhuǎn)化為規(guī)范，硬件設(shè)計人員就可以開始構(gòu)建藍圖。在此階段，設(shè)計團隊必須根據(jù)功耗、外設(shè)、存儲器和其他電路組件選擇合適的微控制器，同時牢記成本因素。

印刷電路板

PCB是一種使用銅導(dǎo)體以電氣方式連接各種組件并以機械方式支撐它們的組件。印刷電路板設(shè)計涉及一個頭腦風(fēng)暴過程，其中必須遵循特性和功能以及可靠性的最佳實踐。當使用高速混合信號電路、微處理器和微控制器時，它會變得更加復(fù)雜。常見的PCB類型包括單面和雙面， 多層， 柔性， 陶瓷， 等等.

原型開發(fā)

在為特定細分市場創(chuàng)建新產(chǎn)品時，時間非常重要，起著至關(guān)重要的作用。創(chuàng)建原型可以讓您盡早發(fā)現(xiàn)缺陷和設(shè)計優(yōu)勢。它有助于更早地識別設(shè)計缺陷，允許測試想法，確定產(chǎn)品可行性，并簡化設(shè)計流程。

固件開發(fā)

為嵌入式硬件（微處理器、微控制器、FPGA）編寫代碼，而不是成熟的計算機，被稱為固件開發(fā)。控制傳感器、外圍設(shè)備和其他組件的軟件稱為固件。為了使一切正常運行，固件設(shè)計人員必須使用編碼來使硬件栩栩如生。利用制造商提供的預(yù)先存在的驅(qū)動程序庫和示例代碼將加快該過程。

測試與驗證

在授權(quán)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計進行生產(chǎn)或部署之前，必須通過嚴格的測試。除功能測試外，電路還必須進行可靠性測試，尤其是在接近其極限的情況下。

嵌入式系統(tǒng)的趨勢

技術(shù)趨勢正在加速，設(shè)備已經(jīng)發(fā)展成為適合許多類別和領(lǐng)域的獨特品質(zhì)，包括嵌入式。由于其結(jié)果是面向應(yīng)用的，并且是關(guān)注高級開發(fā)領(lǐng)域，嵌入式系統(tǒng)和設(shè)備將在未來考慮各種業(yè)務(wù)部門及其應(yīng)用時變得更加受歡迎。讓我們看看嵌入式系統(tǒng)的最新趨勢。

片上系統(tǒng)解決方案

片上系統(tǒng)（SoC）解決方案是嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的另一個新趨勢。許多企業(yè)提供基于SoC的嵌入式設(shè)備，其中模擬和混合信號集成電路的市場交付是一種流行的解決方案。具有高性能、小尺寸、低成本和IP保護的ASIC就是這樣一種解決方案。由于其尺寸、重量和功率性能，它非常適用于特定應(yīng)用的系統(tǒng)需求。

無線技術(shù)

構(gòu)建無線嵌入式軟件解決方案的主要目標是信息傳輸和接收。無線嵌入式系統(tǒng)在任何環(huán)境下都無法實現(xiàn)物理連接的情況下發(fā)揮著重要作用，物聯(lián)網(wǎng)外圍設(shè)備和設(shè)備的使用變得至關(guān)重要。隨著 Z-Wave、藍牙、Wi-Fi 和 ZigBee 等無線解決方案領(lǐng)域的技術(shù)進步，嵌入式無線系統(tǒng)的適用性急劇提高。

自動化

當今使用的每個系統(tǒng)都變得更加自動化。每個增長部門都有一定程度的自動化，這主要是由于計算機、機器人的發(fā)展以及人工智能和機器學(xué)習(xí)等智能技術(shù)的進步。嵌入式設(shè)備的使用加快了多個存儲組件的連接速度，并且可以輕松地與云技術(shù)連接，為設(shè)備的認知處理快速擴展提供動力?；诿娌孔R別和視覺解決方案的應(yīng)用程序提供了圖像識別和捕獲，圖像處理，后處理等優(yōu)勢，以及實時安全警報。例如，配備物聯(lián)網(wǎng)和人工智能的智能工廠可以通過實時監(jiān)控運營并允許人工智能做出防止操作錯誤的決策來顯著提高生產(chǎn)力。

低功耗

優(yōu)化電池供電設(shè)備以實現(xiàn)最低功耗和較長的正常運行時間，這對開發(fā)人員提出了重大挑戰(zhàn)。為了監(jiān)控和降低嵌入式設(shè)備的能耗，目前正在開發(fā)許多技術(shù)/模塊和設(shè)計技術(shù)，其中包括Wi-Fi模塊，增強型藍牙，在硬件層使用更少的功率優(yōu)化嵌入式系統(tǒng)。

嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的挑戰(zhàn)

嵌入式系統(tǒng)設(shè)計是一個重要的組成部分，并且正在迅速發(fā)展;但是，必須解決某些挑戰(zhàn)，例如與安保和安全，更新系統(tǒng)硬件和軟件，功耗，無縫集成以及驗證和測試有關(guān)的問題，這對于提高系統(tǒng)性能起著至關(guān)重要的作用。在開發(fā)嵌入式系統(tǒng)時，避免可能危及用戶的意外行為至關(guān)重要。它的設(shè)計應(yīng)確保在關(guān)鍵環(huán)境中的救生功能沒有問題。大多數(shù)情況下，嵌入式設(shè)備是使用移動應(yīng)用程序控制的，其中確保沒有數(shù)據(jù)接管或泄露的風(fēng)險至關(guān)重要。

嵌入式技術(shù)將繼續(xù)增長，制造商現(xiàn)在正在大力使用嵌入式設(shè)備，從汽車到安全系統(tǒng)，從消費電子產(chǎn)品到智能家居解決方案等。誠然，嵌入式系統(tǒng)現(xiàn)在可能是推動設(shè)備認知和性能進步的最重要因素。

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審核編輯：郭婷