山东大学嵌入式实验室_物联网时代的嵌入式系统机遇

小嵌

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物联网、云计算不是炒作，是嵌入式系统物联与互联网技术在高级阶段上交叉融合变革的时代产物。当物联网热闹过后，必然会进入一个理性时代。深入了解嵌入式系统的物联史，有助于厘清物联网、云计算的本质。目前，物联网、云计算领域中，缺少嵌入式系统视角。物联网系统构建、物联网系统工程应用，是物联网时代嵌入式系统的新机遇。

1单片、嵌入、物联三位一体的嵌入式系统

单片机与嵌入式系统是不同时代概念的同一事物，经历了许多不为人知的诞生环境与发展历程。单片机概念出现在PC机诞生之前，PC机诞生后才有了嵌入式系统概念。无论是单片机还是嵌入式系统，它们都呈现出单片、嵌入、物联的三位一体的特征。“单片”机强调的是形态，“嵌入式”系统强调的是应用形式，“物联”则是它们的本质。

1971年，Intel公司推出了世界上第一个微处理器，即4位微处理器4004。随后又推出了8位的8008。 1974年，8008发展成8080，成为第二代微处理器，其目的是代替电子逻辑电路器件，应用于各种电路系统和设备中，由此开始了嵌入式处理器的尝试。随后，众多的单片机（微控制器）应运而生，如1974年Mostek公司与仙童公司的3870系列单片机、1976年Intel公司的8048单片机、1977年GI公司的PIC1650系列单片机、1978年Rockwell公司的6500系列单片机，以及1980年Intel公司推出的MCS51系列单片机，这些单片机本质上都是嵌入式处理器基础上的微控制器。1981年8月12日，IBM公司在Intel 8088微处理器基础上，推出了全球第一台个人计算机，即IBM PC。

PC机出现后，计算机走出机房，成为大众工具。计算领域、工业控制领域都寄希望于计算机，由此诞生了通用计算机系统与嵌入式计算机系统两大概念。嵌入式计算机系统企图沿袭PC机的模式，走单板机、工控机、单片微型计算机（6801系列）的道路，却进入死胡同。在计算机界，“嵌入式计算机系统”死亡了，“嵌入式系统”却始终存在，以至于20多年后，单片机有了“嵌入式系统”的称呼与视角。

实际上，在PC机诞生前，单片机也经为嵌入式应用寻找到了最佳的“微控制器”应用模式。当时由于强调的自己独立的单片形态，称之为单片机，即实现单片形态嵌入式应用的微控制器，控制的是物理对象。因此， “单片”、“嵌入”、“物联”是单片机或嵌入式系统三位一体、与生俱来的本质特性。

2嵌入式系统发展的三个时代

从上述的历史论证中，可以清晰地体会到单片机、嵌入式系统是不同时代、不同学科视角引伸出来的概念。按照目前约定成俗的“嵌入式系统”称谓，可以将嵌入式系统划分成三个时代，即单片机时代、多学科融合时代、物联网时代。

2.1单片机时代（1974年～20世纪末）

单片机时代，即单片机诞生后在电子技术领域中独立发展的时代。主要任务是传统工具的智能化改造。从事单片机应用的大多数是电子技术领域的人员。虽然计算机界人士意识到计算机面临“计算”与“智能化控制”两大挑战，并提出了通用计算机与嵌入式计算机系统两个分支的概念，却在发展嵌入式计算机系统上走入了微型计算机（工控机、单板化、单片化）的死胡同。加上嵌入式应用与对象紧耦合的特点，无法承担起嵌入式应用的重任，因而退出了单片机应用领域。单片机时代是电子技术领域单打独斗的时代，在这种情况下，许多单片机界人士并不知道什么是嵌入式系统。

2.2多学科融合时代（21世纪第1个十年）

多学科融合时代与后PC时代有关。通用计算机摆脱了嵌入式应用的羁绊后，进入到20多年飞速的发展时期。计算机从群众性科技向Intel与微软的垄断性科技发展，与此同时，嵌入式应用的巨大市场诱惑，使大批计算机界人士转入单片机应用领域，并将“嵌入式系统”概念激活。这一时期的嵌入式系统是多学科交叉融合的发展时期。多学多学科融合时代与后PC时代有关。通用计算机摆脱了嵌入式应用的羁绊后，进入到20多年飞速的发展时期。计算机从群众性科技向Intel与微软的垄断性科技发展，与此同时，嵌入式应用的巨大市场诱惑，使大批计算机界人士转入单片机应用领域，并将“嵌入式系统”概念激活。这一时期的嵌入式系统是多学科交叉融合的发展时期。多学科的交叉融合，大大提升了单片机应用水平。形成了嵌入式系统应用的飞速发展期，嵌入式应用突破了传统电子系统的智能化改造，创造出众多的、全新概念的智能化系统。

2.3物联网时代（21世纪第2个十年）

物联网时代，是嵌入式系统的网络应用时代。单片机诞生后，唯一的应用方式便是物联，从单片机物联到总线物联。早在1987年，Intel在RUPI44单片机的基础上就推出了位总线（BIT BUS）的分布式物联系统，推动了单片机的网络物联。其后，各种总线技术，如RS422/485、CAN BUS、现场总线技术等，形成了众多的有线局域物联网络系统。无线传感器网络出现后，将嵌入式系统局域物联网进入到到一个全面（有线、无线）的发展时代。与此同时，MCU的以太网接入技术有了重大的突破，众多成熟的以太网单片机与单片机以太网接口器件，使众多的嵌入式系统、嵌入式系统局域物联网方便地与互联网相连，将互联网与嵌入式系统推进到一个全新物联网时代。

3物联网时代的嵌入式系统机遇

我们可以清晰地看到，嵌入式系统经历了30多年物联的风风雨雨。无论是单机物联、局域物联，抑或以太网接入、GPS时空标定技术都已成熟，对嵌入式系统而言，物联网时代不是挑战而是新的机遇。

“单片”、“ 嵌入”、“ 物联”是单片机或嵌入式系统的三个本质特征。早期传统电子技术领域的智能化改造时代，突出了嵌入式系统的单片机应用特征;多学科融合时代，突出了处理器的嵌入式应用特征。当进入到物联网时代，理应强调嵌入式系统的物联特征。高校中的许多单片机实验室、嵌入式系统实验室也可称为物联实验室或物联网实验室;众多的嵌入式系统局域网（如智能家居）可称之为局域物联网（如物联网家居）。嵌入式系统领域业者，无论是否意识到这一机遇，都会卷入这一机遇大潮之中。

物联网平台建设，是物联网时代嵌入式系统的重要机遇。体现在物联网系统中，完善归一化以太网互联技术;在对象领域嵌入式应用中，不断创造新的物联网应用系统，积极参与大型的物联网国家工程建设。

物联网时代的重大挑战体现在互联网与政府部门。物联网要求互联网品质有重大升级（带宽、实时、安全），经营方式、管理模式有重大突破。政府部门对物联网发展应以政府政策、重大工程建设规划为主，如物联网相关的法律法规、国家数据库建设、基础工程建设、重大物联网系统工程建设等。

4物联网中的嵌入式系统话语权

物联网是多学科交叉融合的产物，对物联网的深层理解必须有多学科全方位的视野，对物联网的深层研究犹如盲人摸象，任何一个学科都不可能独自对物联网作出正确的诠释。嵌入式系统是物联网的重要组成部分，却鲜见嵌入式系统在物联网中的话语权。许多物联网专家对物联网的理解止于传感器网络、RFID、物联、互联网延伸等，无人谈及传感器、RFID等如何将互联网延伸至物理对象。

长期认来，多方面原因使单片机、嵌入式系统专家缺少在国家IT产业政策领域的话语权。客观原因是，由于嵌入式系统的隐含性，只有嵌入式系统专业人士才能了解嵌入式系统在IT产业中的重要作用;主观原因是，不少嵌入式系统专业人不注意了解嵌入式系统的历史与未来，缺少自己的语言。

物联网时代的到来，会使嵌入式系统从后台走上前台，承担起物联网的重大国家工程。在物联网重大国家工程决策中，任何领域视角的缺失都会影响我国物联网事业的健康发展。让政策决策者们了解嵌入式系统，嵌入式系统专家必须有自己的语言，当计算机专家说嵌入式系统是“专用计算机”时，还应该有嵌入式系统是“以嵌入式处理器为基础，嵌入到对象体系中的智能化电子系统”的视角;当通信专家说“物联网是互联网的延伸时”，应告诉人们，“物联网是嵌入式系统局域物联网对互联网的变革，它将互联网的信息网、人文网变革到物理网”;当计算机专家从计算角度诠释“云计算”时，应该让人们理解云计算是物联网基础上无限时空的全方位软件服务。由此可见，在一个多学科的大科技领域，多领域专家的多学科视角，对正确舆论引导、政府政策制定十分重要。

5建设物联网的大型国家工程

物联网是一个全球化、无限时空、无限领域、多学科的大科技工程。物联网技术有自身的市场发展规律，政府的责任在于深入理解物联网、云计算的发展规律，及时制定出相应的国家政策及建立重大国家工程项目。在这些重大工程项目中，嵌入式系统以形形色色的知识平台方式参与其中。

5.1 GPS时空参数的国家公证工程建设

时空标定参数是物联网事件中重要的、基本的物理参数。时空物理参数应保证准确可靠，时空标定参数是物联网事件中重要的、基本的物理参数。时空物理参数应保证准确可靠，并具有法律公证性。时空参数的法律公证系统建设有，基于北斗的GPS时空定位平台建设、GPS芯片及IP整合、物联网系统的时空标定、时空标定的国家公证法规等。

5.2有效证券电子化国家认证工程建设

有效证券电子化及身份认证有望最终消除滋生罪恶的土壤。在有效证券电子化国家认证工程中，应建立有效证券电子化手段，云存储的输入、认证、安全系统，以及有效的身份验证体系，有效证券的国家数据库（云存储、云私密、云安全），电子化有效证券的法律认证体系等。

5.3物联网法律体系的国家工程建设

物联网是虚实交互的经济体系、社会体系、产业体系。许多物联网事件都是实实在在的经济行为、社会行为、产业行为，必须有法律制度加以约束。物联网法律体系的建设刻不容缓。物联网法律体系的建设包括：虚拟世界行为规则的法律体系规划、时空公证的法律制度建设、有效证券认证体系的法律制度建设、实名制诚信体制的建设与监管等。

5.4物联网医疗体系的国家工程建设

物联网基础上，可以兴建起众多大型的国家物联网系统工程项目。其中，物联网医疗体系的国家工程建设迫在眉睫。物联网医疗体系有望从根本上解决看病难、医疗腐败、医疗事故频发等问题，使人人平等地享受顶级的医疗服务。物联网医疗体系的工程包括医疗专家知识库、就诊医导系统、智能生化医学检测系统、机器人医疗诊治系统、医疗管理系统建设等。物联网医疗体系建设，主要是各类知识平台的整合。知识平台的无限复制与无限扇出能力，可使物联网医疗体系的顶级医疗服务普及到千家万户。