9.4  嵌入式技術(shù)，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(yán)重。為了保持、恢復(fù)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(xué)、生物數(shù)據(jù)，實時地通過各種各樣的網(wǎng)絡(luò)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(shù)據(jù)像流水一樣流進來，進行處理，與歷史數(shù)據(jù)進行比對?？茖W(xué)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(xué)、物理、生物成分的變化，讓人們一看便知。

利用物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)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(xué)術(shù)界、企業(yè)界，都紛紛認(rèn)為物聯(lián)網(wǎng)已成為智慧城市生長的沃土。

物聯(lián)網(wǎng)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(wǎng)絡(luò)化。在物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)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(wǎng)絡(luò)還是計算機技術(shù)中信息顯示和處理都包含了大量嵌入式系統(tǒng)技術(shù)和應(yīng)用，物聯(lián)網(wǎng)就是基于互聯(lián)網(wǎng)的大大小小的嵌入式系統(tǒng)。

因此，有了嵌入式技術(shù)，才能使得智慧的能力從人擴展到物，嵌入式技術(shù)是智慧城市的技術(shù)基礎(chǔ)之一。同時，嵌入式技術(shù)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(shù)的發(fā)展，才能使得設(shè)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(shù)的歷史

嵌入式系統(tǒng)本身是一個相對模糊的定義，根據(jù)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(shè)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(nèi)對嵌入式系統(tǒng)的一個普遍被認(rèn)同的定義是：以應(yīng)用為中心、以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計算機系統(tǒng)。

嵌入式技術(shù)是隨著微型機的出現(xiàn)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(xiàn)數(shù)值計算的大型昂貴設(shè)備。直到20世紀(jì)70年代，微處理器出現(xiàn)，計算機才出現(xiàn)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?shù)值解算能力的微型機，表現(xiàn)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(xiàn)對象體系的智能化控制。例如，將微型計算機經(jīng)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(gòu)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(xiàn)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(zhì)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(xiàn)最初是基于單片機的。20世紀(jì)70年代單片機的出現(xiàn)，使得汽車、家電、工業(yè)機器、通信裝置及成千上萬種產(chǎn)品可以通過內(nèi)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(jì)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(yīng)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(xiàn)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(wù)操作系統(tǒng)的出現(xiàn)，使得應(yīng)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(yīng)用空間。

20世紀(jì)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(wù)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(xiàn)了Palm OS、WinCE、嵌入式Linux、Lynx、Nucleux，以及國內(nèi)的Hopen、Delta OS等嵌入式操作系統(tǒng)。隨著嵌入式技術(shù)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(xiàn)。