9.4  嵌入式技術，讓智慧的能力擴展到物

紐約曼哈頓有一條哈德森河，全長500多公里，是美國非常富饒的果籃子、菜籃子，1000多萬居民居住在河的兩岸。但是這條河過去20年里污染嚴重。為了保持、恢復哈德森河的生態(tài)系統(tǒng)，紐約州政府發(fā)起了一個計劃——“新一代的水資源管理計劃”，在河的全程安裝傳感器，有一些傳感器大到2米高，這些傳感器把水的不同層面，各種各樣的物理、化學、生物數據，實時地通過各種各樣的網絡傳遞到后臺的計算中心區(qū)。后臺計算中心采用流計算的方式，讓數據像流水一樣流進來，進行處理，與歷史數據進行比對?？茖W家可以在電腦顯示屏上把哈德森河變成一條虛擬河流，不間斷地顯示它何時被污染，河水中化學、物理、生物成分的變化，讓人們一看便知。

利用物聯(lián)網等新技術來解決城市給地球、人類生活帶來的問題，正在世界范圍成為探索熱點。在2010年的信息城市高層論壇上，不論是政府部門還是學術界、企業(yè)界，都紛紛認為物聯(lián)網已成為智慧城市生長的沃土。

物聯(lián)網就是物與物、人與物之間的信息傳遞與控制。專業(yè)上講其實就是智能終端的網絡化。在物聯(lián)網的應用范疇中，嵌入式系統(tǒng)無所不在，無論是智能傳感器，無線網絡還是計算機技術中信息顯示和處理都包含了大量嵌入式系統(tǒng)技術和應用，物聯(lián)網就是基于互聯(lián)網的大大小小的嵌入式系統(tǒng)。

因此，有了嵌入式技術，才能使得智慧的能力從人擴展到物，嵌入式技術是智慧城市的技術基礎之一。同時，嵌入式技術的發(fā)展程度也是制約城市智慧能力的一個因素，因為只有隨著嵌入式技術的發(fā)展，才能使得設備更小、能耗更低、處理能力更高，從而為更多物體擴展智慧能力。

9.4.1  嵌入式技術的歷史

嵌入式系統(tǒng)本身是一個相對模糊的定義，根據IEEE（電氣和電子工程師協(xié)會）的定義，嵌入式系統(tǒng)是“控制、監(jiān)視或者輔助裝置、機器和設備運行的裝置”（devices used to control，monitor，or assist the operation of equipment，machinery or plants）。由此可見嵌入式系統(tǒng)是軟件和硬件的綜合體，還可以涵蓋機械等附屬裝置。目前國內對嵌入式系統(tǒng)的一個普遍被認同的定義是：以應用為中心、以計算機技術為基礎、軟件硬件可裁剪、適應應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。

嵌入式技術是隨著微型機的出現而開始發(fā)展起來的。計算機誕生于1946年，在其后漫長的歷史進程中，計算機始終是供養(yǎng)在特殊的機房中，實現數值計算的大型昂貴設備。直到20世紀70年代，微處理器出現，計算機才出現了歷史性的變化。以微處理器為核心的微型計算機以其小型、廉價、高可靠性特點，迅速走出機房?；诟咚贁抵到馑隳芰Φ奈⑿蜋C，表現出的智能化水平引起了控制專業(yè)人士的興趣，要求將微型機嵌入到一個對象體系中，實現對象體系的智能化控制。例如，將微型計算機經電氣加固、機械加固，并配置各種外圍接口電路，安裝到大型艦船中構成自動駕駛儀或輪機狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。這樣一來，計算機便失去了原來的形態(tài)與通用的計算機功能。為了區(qū)別于原有的通用計算機系統(tǒng)，把嵌入到對象體系中，實現對象體系智能化控制的計算機，稱為嵌入式計算機系統(tǒng)。因此，嵌入式系統(tǒng)誕生于微型機時代，嵌入式系統(tǒng)的嵌入性本質是將一個計算機嵌入到一個對象體系中去。

嵌入式系統(tǒng)的出現最初是基于單片機的。20世紀70年代單片機的出現，使得汽車、家電、工業(yè)機器、通信裝置及成千上萬種產品可以通過內嵌電子裝置來獲得更佳的使用性能：更容易使用、更快、更便宜。

從20世紀80年代早期開始，嵌入式系統(tǒng)的程序員開始用商業(yè)級的“操作系統(tǒng)”編寫嵌入式應用軟件，這使得可以獲取更短的開發(fā)周期、更少的開發(fā)資金和更高的開發(fā)效率，“嵌入式系統(tǒng)”真正出現了。其中比較著名的有Ready System 公司的VRTX、ISI（Integrated System Incorporation）的PSOS和IMG的VxWorks、QNX公司的QNX 等。這些嵌入式實時多任務操作系統(tǒng)的出現，使得應用開發(fā)人員得以從小范圍的開發(fā)解放出來，同時也促使嵌入式有了更為廣闊的應用空間。

20世紀90年代以后，隨著對實時性要求的提高，軟件規(guī)模不斷上升，實時核逐漸發(fā)展為實時多任務操作系統(tǒng)（RTOS），并作為一種軟件平臺逐步成為目前國際嵌入式系統(tǒng)的主流。這時候更多的公司看到了嵌入式系統(tǒng)的廣闊發(fā)展前景，開始大力發(fā)展自己的嵌入式操作系統(tǒng)。除了上面的幾家老牌公司以外，還出現了Palm OS、WinCE、嵌入式Linux、Lynx、Nucleux，以及國內的Hopen、Delta OS等嵌入式操作系統(tǒng)。隨著嵌入式技術的發(fā)展前景日益廣闊，相信會有更多的嵌入式操作系統(tǒng)軟件出現。