山東大學(xué)嵌入式實驗室_物聯(lián)網(wǎng)時代的嵌入式系統(tǒng)機(jī)遇

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山東大學(xué)嵌入式實驗室_物聯(lián)網(wǎng)時代的嵌入式系統(tǒng)機(jī)遇,   

物聯(lián)網(wǎng)、云計算不是炒作，是嵌入式系統(tǒng)物聯(lián)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在高級階段上交叉融合變革的時代產(chǎn)物。當(dāng)物聯(lián)網(wǎng)熱鬧過后，必然會進(jìn)入一個理性時代。深入了解嵌入式系統(tǒng)的物聯(lián)史，有助于厘清物聯(lián)網(wǎng)、云計算的本質(zhì)。目前，物聯(lián)網(wǎng)、云計算領(lǐng)域中，缺少嵌入式系統(tǒng)視角。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)構(gòu)建、物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)工程應(yīng)用，是物聯(lián)網(wǎng)時代嵌入式系統(tǒng)的新機(jī)遇。

1單片、嵌入、物聯(lián)三位一體的嵌入式系統(tǒng)

單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)是不同時代概念的同一事物，經(jīng)歷了許多不為人知的誕生環(huán)境與發(fā)展歷程。單片機(jī)概念出現(xiàn)在PC機(jī)誕生之前，PC機(jī)誕生后才有了嵌入式系統(tǒng)概念。無論是單片機(jī)還是嵌入式系統(tǒng)，它們都呈現(xiàn)出單片、嵌入、物聯(lián)的三位一體的特征�！皢纹�”機(jī)強(qiáng)調(diào)的是形態(tài)，“嵌入式”系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)的是應(yīng)用形式，“物聯(lián)”則是它們的本質(zhì)。

1971年，Intel公司推出了世界上第一個微處理器，即4位微處理器4004。隨后又推出了8位的8008。 1974年，8008發(fā)展成8080，成為第二代微處理器，其目的是代替電子邏輯電路器件，應(yīng)用于各種電路系統(tǒng)和設(shè)備中，由此開始了嵌入式處理器的嘗試。隨后，眾多的單片機(jī)（微控制器）應(yīng)運而生，如1974年Mostek公司與仙童公司的3870系列單片機(jī)、1976年Intel公司的8048單片機(jī)、1977年GI公司的PIC1650系列單片機(jī)、1978年Rockwell公司的6500系列單片機(jī)，以及1980年Intel公司推出的MCS51系列單片機(jī)，這些單片機(jī)本質(zhì)上都是嵌入式處理器基礎(chǔ)上的微控制器。1981年8月12日，IBM公司在Intel 8088微處理器基礎(chǔ)上，推出了全球第一臺個人計算機(jī)，即IBM PC。

PC機(jī)出現(xiàn)后，計算機(jī)走出機(jī)房，成為大眾工具。計算領(lǐng)域、工業(yè)控制領(lǐng)域都寄希望于計算機(jī)，由此誕生了通用計算機(jī)系統(tǒng)與嵌入式計算機(jī)系統(tǒng)兩大概念。嵌入式計算機(jī)系統(tǒng)企圖沿襲PC機(jī)的模式，走單板機(jī)、工控機(jī)、單片微型計算機(jī)（6801系列）的道路，卻進(jìn)入死胡同。在計算機(jī)界，“嵌入式計算機(jī)系統(tǒng)”死亡了，“嵌入式系統(tǒng)”卻始終存在，以至于20多年后，單片機(jī)有了“嵌入式系統(tǒng)”的稱呼與視角。

實際上，在PC機(jī)誕生前，單片機(jī)也經(jīng)為嵌入式應(yīng)用尋找到了最佳的“微控制器”應(yīng)用模式。當(dāng)時由于強(qiáng)調(diào)的自己獨立的單片形態(tài)，稱之為單片機(jī)，即實現(xiàn)單片形態(tài)嵌入式應(yīng)用的微控制器，控制的是物理對象。因此， “單片”、“嵌入”、“物聯(lián)”是單片機(jī)或嵌入式系統(tǒng)三位一體、與生俱來的本質(zhì)特性。

2嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的三個時代

從上述的歷史論證中，可以清晰地體會到單片機(jī)、嵌入式系統(tǒng)是不同時代、不同學(xué)科視角引伸出來的概念。按照目前約定成俗的“嵌入式系統(tǒng)”稱謂，可以將嵌入式系統(tǒng)劃分成三個時代，即單片機(jī)時代、多學(xué)科融合時代、物聯(lián)網(wǎng)時代。

2.1單片機(jī)時代（1974年～20世紀(jì)末）

單片機(jī)時代，即單片機(jī)誕生后在電子技術(shù)領(lǐng)域中獨立發(fā)展的時代。主要任務(wù)是傳統(tǒng)工具的智能化改造。從事單片機(jī)應(yīng)用的大多數(shù)是電子技術(shù)領(lǐng)域的人員。雖然計算機(jī)界人士意識到計算機(jī)面臨“計算”與“智能化控制”兩大挑戰(zhàn)，并提出了通用計算機(jī)與嵌入式計算機(jī)系統(tǒng)兩個分支的概念，卻在發(fā)展嵌入式計算機(jī)系統(tǒng)上走入了微型計算機(jī)（工控機(jī)、單板化、單片化）的死胡同。加上嵌入式應(yīng)用與對象緊耦合的特點，無法承擔(dān)起嵌入式應(yīng)用的重任，因而退出了單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域。單片機(jī)時代是電子技術(shù)領(lǐng)域單打獨斗的時代，在這種情況下，許多單片機(jī)界人士并不知道什么是嵌入式系統(tǒng)。

2.2多學(xué)科融合時代（21世紀(jì)第1個十年）

多學(xué)科融合時代與后PC時代有關(guān)。通用計算機(jī)擺脫了嵌入式應(yīng)用的羈絆后，進(jìn)入到20多年飛速的發(fā)展時期。計算機(jī)從群眾性科技向Intel與微軟的壟斷性科技發(fā)展，與此同時，嵌入式應(yīng)用的巨大市場誘惑，使大批計算機(jī)界人士轉(zhuǎn)入單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域，并將“嵌入式系統(tǒng)”概念激活。這一時期的嵌入式系統(tǒng)是多學(xué)科交叉融合的發(fā)展時期。多學(xué)多學(xué)科融合時代與后PC時代有關(guān)。通用計算機(jī)擺脫了嵌入式應(yīng)用的羈絆后，進(jìn)入到20多年飛速的發(fā)展時期。計算機(jī)從群眾性科技向Intel與微軟的壟斷性科技發(fā)展，與此同時，嵌入式應(yīng)用的巨大市場誘惑，使大批計算機(jī)界人士轉(zhuǎn)入單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域，并將“嵌入式系統(tǒng)”概念激活。這一時期的嵌入式系統(tǒng)是多學(xué)科交叉融合的發(fā)展時期。多學(xué)科的交叉融合，大大提升了單片機(jī)應(yīng)用水平。形成了嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的飛速發(fā)展期，嵌入式應(yīng)用突破了傳統(tǒng)電子系統(tǒng)的智能化改造，創(chuàng)造出眾多的、全新概念的智能化系統(tǒng)。

2.3物聯(lián)網(wǎng)時代（21世紀(jì)第2個十年）

物聯(lián)網(wǎng)時代，是嵌入式系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用時代。單片機(jī)誕生后，唯一的應(yīng)用方式便是物聯(lián)，從單片機(jī)物聯(lián)到總線物聯(lián)。早在1987年，Intel在RUPI44單片機(jī)的基礎(chǔ)上就推出了位總線（BIT BUS）的分布式物聯(lián)系統(tǒng)，推動了單片機(jī)的網(wǎng)絡(luò)物聯(lián)。其后，各種總線技術(shù)，如RS422/485、CAN BUS、現(xiàn)場總線技術(shù)等，形成了眾多的有線局域物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)后，將嵌入式系統(tǒng)局域物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)入到到一個全面（有線、無線）的發(fā)展時代。與此同時，MCU的以太網(wǎng)接入技術(shù)有了重大的突破，眾多成熟的以太網(wǎng)單片機(jī)與單片機(jī)以太網(wǎng)接口器件，使眾多的嵌入式系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)局域物聯(lián)網(wǎng)方便地與互聯(lián)網(wǎng)相連，將互聯(lián)網(wǎng)與嵌入式系統(tǒng)推進(jìn)到一個全新物聯(lián)網(wǎng)時代。

3物聯(lián)網(wǎng)時代的嵌入式系統(tǒng)機(jī)遇

我們可以清晰地看到，嵌入式系統(tǒng)經(jīng)歷了30多年物聯(lián)的風(fēng)風(fēng)雨雨。無論是單機(jī)物聯(lián)、局域物聯(lián)，抑或以太網(wǎng)接入、GPS時空標(biāo)定技術(shù)都已成熟，對嵌入式系統(tǒng)而言，物聯(lián)網(wǎng)時代不是挑戰(zhàn)而是新的機(jī)遇。

“單片”、“ 嵌入”、“ 物聯(lián)”是單片機(jī)或嵌入式系統(tǒng)的三個本質(zhì)特征。早期傳統(tǒng)電子技術(shù)領(lǐng)域的智能化改造時代，突出了嵌入式系統(tǒng)的單片機(jī)應(yīng)用特征;多學(xué)科融合時代，突出了處理器的嵌入式應(yīng)用特征。當(dāng)進(jìn)入到物聯(lián)網(wǎng)時代，理應(yīng)強(qiáng)調(diào)嵌入式系統(tǒng)的物聯(lián)特征。高校中的許多單片機(jī)實驗室、嵌入式系統(tǒng)實驗室也可稱為物聯(lián)實驗室或物聯(lián)網(wǎng)實驗室;眾多的嵌入式系統(tǒng)局域網(wǎng)（如智能家居）可稱之為局域物聯(lián)網(wǎng)（如物聯(lián)網(wǎng)家居）。嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域業(yè)者，無論是否意識到這一機(jī)遇，都會卷入這一機(jī)遇大潮之中。

物聯(lián)網(wǎng)平臺建設(shè)，是物聯(lián)網(wǎng)時代嵌入式系統(tǒng)的重要機(jī)遇。體現(xiàn)在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，完善歸一化以太網(wǎng)互聯(lián)技術(shù);在對象領(lǐng)域嵌入式應(yīng)用中，不斷創(chuàng)造新的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)，積極參與大型的物聯(lián)網(wǎng)國家工程建設(shè)。

物聯(lián)網(wǎng)時代的重大挑戰(zhàn)體現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)與政府部門。物聯(lián)網(wǎng)要求互聯(lián)網(wǎng)品質(zhì)有重大升級（帶寬、實時、安全），經(jīng)營方式、管理模式有重大突破。政府部門對物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展應(yīng)以政府政策、重大工程建設(shè)規(guī)劃為主，如物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的法律法規(guī)、國家數(shù)據(jù)庫建設(shè)、基礎(chǔ)工程建設(shè)、重大物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)工程建設(shè)等。

4物聯(lián)網(wǎng)中的嵌入式系統(tǒng)話語權(quán)

物聯(lián)網(wǎng)是多學(xué)科交叉融合的產(chǎn)物，對物聯(lián)網(wǎng)的深層理解必須有多學(xué)科全方位的視野，對物聯(lián)網(wǎng)的深層研究猶如盲人摸象，任何一個學(xué)科都不可能獨自對物聯(lián)網(wǎng)作出正確的詮釋。嵌入式系統(tǒng)是物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分，卻鮮見嵌入式系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)中的話語權(quán)。許多物聯(lián)網(wǎng)專家對物聯(lián)網(wǎng)的理解止于傳感器網(wǎng)絡(luò)、RFID、物聯(lián)、互聯(lián)網(wǎng)延伸等，無人談及傳感器、RFID等如何將互聯(lián)網(wǎng)延伸至物理對象。

長期認(rèn)來，多方面原因使單片機(jī)、嵌入式系統(tǒng)專家缺少在國家IT產(chǎn)業(yè)政策領(lǐng)域的話語權(quán)�？陀^原因是，由于嵌入式系統(tǒng)的隱含性，只有嵌入式系統(tǒng)專業(yè)人士才能了解嵌入式系統(tǒng)在IT產(chǎn)業(yè)中的重要作用;主觀原因是，不少嵌入式系統(tǒng)專業(yè)人不注意了解嵌入式系統(tǒng)的歷史與未來，缺少自己的語言。

物聯(lián)網(wǎng)時代的到來，會使嵌入式系統(tǒng)從后臺走上前臺，承擔(dān)起物聯(lián)網(wǎng)的重大國家工程。在物聯(lián)網(wǎng)重大國家工程決策中，任何領(lǐng)域視角的缺失都會影響我國物聯(lián)網(wǎng)事業(yè)的健康發(fā)展。讓政策決策者們了解嵌入式系統(tǒng)，嵌入式系統(tǒng)專家必須有自己的語言，當(dāng)計算機(jī)專家說嵌入式系統(tǒng)是“專用計算機(jī)”時，還應(yīng)該有嵌入式系統(tǒng)是“以嵌入式處理器為基礎(chǔ)，嵌入到對象體系中的智能化電子系統(tǒng)”的視角;當(dāng)通信專家說“物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的延伸時”，應(yīng)告訴人們，“物聯(lián)網(wǎng)是嵌入式系統(tǒng)局域物聯(lián)網(wǎng)對互聯(lián)網(wǎng)的變革，它將互聯(lián)網(wǎng)的信息網(wǎng)、人文網(wǎng)變革到物理網(wǎng)”;當(dāng)計算機(jī)專家從計算角度詮釋“云計算”時，應(yīng)該讓人們理解云計算是物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上無限時空的全方位軟件服務(wù)。由此可見，在一個多學(xué)科的大科技領(lǐng)域，多領(lǐng)域?qū)＜业亩鄬W(xué)科視角，對正確輿論引導(dǎo)、政府政策制定十分重要。

5建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)的大型國家工程

物聯(lián)網(wǎng)是一個全球化、無限時空、無限領(lǐng)域、多學(xué)科的大科技工程。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有自身的市場發(fā)展規(guī)律，政府的責(zé)任在于深入理解物聯(lián)網(wǎng)、云計算的發(fā)展規(guī)律，及時制定出相應(yīng)的國家政策及建立重大國家工程項目。在這些重大工程項目中，嵌入式系統(tǒng)以形形色色的知識平臺方式參與其中。

5.1 GPS時空參數(shù)的國家公證工程建設(shè)

時空標(biāo)定參數(shù)是物聯(lián)網(wǎng)事件中重要的、基本的物理參數(shù)。時空物理參數(shù)應(yīng)保證準(zhǔn)確可靠，時空標(biāo)定參數(shù)是物聯(lián)網(wǎng)事件中重要的、基本的物理參數(shù)。時空物理參數(shù)應(yīng)保證準(zhǔn)確可靠，并具有法律公證性。時空參數(shù)的法律公證系統(tǒng)建設(shè)有，基于北斗的GPS時空定位平臺建設(shè)、GPS芯片及IP整合、物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的時空標(biāo)定、時空標(biāo)定的國家公證法規(guī)等。

5.2有效證券電子化國家認(rèn)證工程建設(shè)

有效證券電子化及身份認(rèn)證有望最終消除滋生罪惡的土壤。在有效證券電子化國家認(rèn)證工程中，應(yīng)建立有效證券電子化手段，云存儲的輸入、認(rèn)證、安全系統(tǒng)，以及有效的身份驗證體系，有效證券的國家數(shù)據(jù)庫（云存儲、云私密、云安全），電子化有效證券的法律認(rèn)證體系等。

5.3物聯(lián)網(wǎng)法律體系的國家工程建設(shè)

物聯(lián)網(wǎng)是虛實交互的經(jīng)濟(jì)體系、社會體系、產(chǎn)業(yè)體系。許多物聯(lián)網(wǎng)事件都是實實在在的經(jīng)濟(jì)行為、社會行為、產(chǎn)業(yè)行為，必須有法律制度加以約束。物聯(lián)網(wǎng)法律體系的建設(shè)刻不容緩。物聯(lián)網(wǎng)法律體系的建設(shè)包括：虛擬世界行為規(guī)則的法律體系規(guī)劃、時空公證的法律制度建設(shè)、有效證券認(rèn)證體系的法律制度建設(shè)、實名制誠信體制的建設(shè)與監(jiān)管等。

5.4物聯(lián)網(wǎng)醫(yī)療體系的國家工程建設(shè)

物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上，可以興建起眾多大型的國家物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)工程項目。其中，物聯(lián)網(wǎng)醫(yī)療體系的國家工程建設(shè)迫在眉睫。物聯(lián)網(wǎng)醫(yī)療體系有望從根本上解決看病難、醫(yī)療腐敗、醫(yī)療事故頻發(fā)等問題，使人人平等地享受頂級的醫(yī)療服務(wù)。物聯(lián)網(wǎng)醫(yī)療體系的工程包括醫(yī)療專家知識庫、就診醫(yī)導(dǎo)系統(tǒng)、智能生化醫(yī)學(xué)檢測系統(tǒng)、機(jī)器人醫(yī)療診治系統(tǒng)、醫(yī)療管理系統(tǒng)建設(shè)等。物聯(lián)網(wǎng)醫(yī)療體系建設(shè)，主要是各類知識平臺的整合。知識平臺的無限復(fù)制與無限扇出能力，可使物聯(lián)網(wǎng)醫(yī)療體系的頂級醫(yī)療服務(wù)普及到千家萬戶。