物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的嵌入式系統(tǒng)機(jī)遇

物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)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(jí)階段上交叉融合變革的時(shí)代產(chǎn)物。當(dāng)物聯(lián)網(wǎng)熱鬧過(guò)后，必然會(huì)進(jìn)入一個(gè)理性時(shí)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(jì)算的本質(zhì)。目前，物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)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(shí)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(shí)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(wú)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。“單片”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(gè)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(yùn)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(tái)個(gè)人計(jì)算機(jī)，即IBM PC。

PC機(jī)出現(xiàn)后，計(jì)算機(jī)走出機(jī)房，成為大眾工具。計(jì)算領(lǐng)域、工業(yè)控制領(lǐng)域都寄希望于計(jì)算機(jī)，由此誕生了通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)兩大概念。嵌入式計(jì)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(jì)算機(jī)(6801系列)的道路，卻進(jìn)入死胡同。在計(jì)算機(jī)界，“嵌入式計(jì)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(shí)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(shí)由于強(qiáng)調(diào)的自己獨(dú)立的單片形態(tài)，稱之為單片機(jī)，即實(shí)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(duì)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(lái)的本質(zhì)特性。

2嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的三個(gè)時(shí)代

從上述的歷史論證中，可以清晰地體會(huì)到單片機(jī)、嵌入式系統(tǒng)是不同時(shí)代、不同學(xué)科視角引伸出來(lái)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(gè)時(shí)代，即單片機(jī)時(shí)代、多學(xué)科融合時(shí)代、物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代。

2.1單片機(jī)時(shí)代(1974年～20世紀(jì)末)

單片機(jī)時(shí)代，即單片機(jī)誕生后在電子技術(shù)領(lǐng)域中獨(dú)立發(fā)展的時(shí)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(jì)算機(jī)界人士意識(shí)到計(jì)算機(jī)面臨“計(jì)算”與“智能化控制”兩大挑戰(zhàn)，并提出了通用計(jì)算機(jī)與嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)兩個(gè)分支的概念，卻在發(fā)展嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上走入了微型計(jì)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(duì)象緊耦合的特點(diǎn)，無(wú)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(shí)代是電子技術(shù)領(lǐng)域單打獨(dú)斗的時(shí)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(shí)代(21世紀(jì)第1個(gè)十年)

多學(xué)科融合時(shí)代與后PC時(shí)代有關(guān)。通用計(jì)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(shí)期。計(jì)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(shí)，嵌入式應(yīng)用的巨大市場(chǎng)誘惑，使大批計(jì)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(shí)期的嵌入式系統(tǒng)是多學(xué)科交叉融合的發(fā)展時(shí)期。多學(xué)多學(xué)科融合時(shí)代與后PC時(shí)代有關(guān)。通用計(jì)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(shí)期。計(jì)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(shí)，嵌入式應(yīng)用的巨大市場(chǎng)誘惑，使大批計(jì)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(shí)期的嵌入式系統(tǒng)是多學(xué)科交叉融合的發(fā)展時(shí)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(shí)代(21世紀(jì)第2個(gè)十年)

物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，是嵌入式系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用時(shí)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(dòng)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(chǎng)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(wú)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(gè)全面(有線、無(wú)線)的發(fā)展時(shí)代。與此同時(shí)，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(gè)全新物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代。

3物聯(lián)網(wǎng)時(shí)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(wú)論是單機(jī)物聯(lián)、局域物聯(lián)，抑或以太網(wǎng)接入、GPS時(shí)空標(biāo)定技術(shù)都已成熟，對(duì)嵌入式系統(tǒng)而言，物聯(lián)網(wǎng)時(shí)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(gè)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)驗(yàn)室、嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室也可稱為物聯(lián)實(shí)驗(yàn)室或物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)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(wú)論是否意識(shí)到這一機(jī)遇，都會(huì)卷入這一機(jī)遇大潮之中。

物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)建設(shè)，是物聯(lián)網(wǎng)時(shí)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(duì)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(guó)家工程建設(shè)。

物聯(lián)網(wǎng)時(shí)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(jí)(帶寬、實(shí)時(shí)、安全)，經(jīng)營(yíng)方式、管理模式有重大突破。政府部門對(duì)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(guó)家數(shù)據(jù)庫(kù)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(yǔ)權(quán)

物聯(lián)網(wǎng)是多學(xué)科交叉融合的產(chǎn)物，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的深層理解必須有多學(xué)科全方位的視野，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的深層研究猶如盲人摸象，任何一個(gè)學(xué)科都不可能獨(dú)自對(duì)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(yǔ)權(quán)。許多物聯(lián)網(wǎng)專家對(duì)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(wú)人談及傳感器、RFID等如何將互聯(lián)網(wǎng)延伸至物理對(duì)象。

長(zhǎng)期認(rèn)來(lái)，多方面原因使單片機(jī)、嵌入式系統(tǒng)專家缺少在國(guó)家IT產(chǎn)業(yè)政策領(lǐng)域的話語(yǔ)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(lái)，缺少自己的語(yǔ)言。

物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來(lái)，會(huì)使嵌入式系統(tǒng)從后臺(tái)走上前臺(tái)，承擔(dān)起物聯(lián)網(wǎng)的重大國(guó)家工程。在物聯(lián)網(wǎng)重大國(guó)家工程決策中，任何領(lǐng)域視角的缺失都會(huì)影響我國(guó)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(yǔ)言，當(dāng)計(jì)算機(jī)專家說(shuō)嵌入式系統(tǒng)是“專用計(jì)算機(jī)”時(shí)，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(duì)象體系中的智能化電子系統(tǒng)”的視角;當(dāng)通信專家說(shuō)“物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的延伸時(shí)”，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(duì)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(jì)算機(jī)專家從計(jì)算角度詮釋“云計(jì)算”時(shí)，應(yīng)該讓人們理解云計(jì)算是物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上無(wú)限時(shí)空的全方位軟件服務(wù)。由此可見，在一個(gè)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(duì)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(guó)家工程

物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)全球化、無(wú)限時(shí)空、無(wú)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(chǎng)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(jì)算的發(fā)展規(guī)律，及時(shí)制定出相應(yīng)的國(guó)家政策及建立重大國(guó)家工程項(xiàng)目。在這些重大工程項(xiàng)目中，嵌入式系統(tǒng)以形形色色的知識(shí)平臺(tái)方式參與其中。

5.1 GPS時(shí)空參數(shù)的國(guó)家公證工程建設(shè)

時(shí)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(shí)空物理參數(shù)應(yīng)保證準(zhǔn)確可靠，時(shí)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(shí)空物理參數(shù)應(yīng)保證準(zhǔn)確可靠，并具有法律公證性。時(shí)空參數(shù)的法律公證系統(tǒng)建設(shè)有，基于北斗的GPS時(shí)空定位平臺(tái)建設(shè)、GPS芯片及IP整合、物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的時(shí)空標(biāo)定、時(shí)空標(biāo)定的國(guó)家公證法規(guī)等。

5.2有效證券電子化國(guó)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(guó)家認(rèn)證工程中，應(yīng)建立有效證券電子化手段，云存儲(chǔ)的輸入、認(rèn)證、安全系統(tǒng)，以及有效的身份驗(yàn)證體系，有效證券的國(guó)家數(shù)據(jù)庫(kù)(云存儲(chǔ)、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(guó)家工程建設(shè)

物聯(lián)網(wǎng)是虛實(shí)交互的經(jīng)濟(jì)體系、社會(huì)體系、產(chǎn)業(yè)體系。許多物聯(lián)網(wǎng)事件都是實(shí)實(shí)在在的經(jīng)濟(jì)行為、社會(huì)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(shí)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(shí)名制誠(chéng)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(guó)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(guó)家物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)工程項(xiàng)目。其中，物聯(lián)網(wǎng)醫(yī)療體系的國(guó)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(wèn)題，使人人平等地享受頂級(jí)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(shí)庫(kù)、就診醫(yī)導(dǎo)系統(tǒng)、智能生化醫(yī)學(xué)檢測(cè)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(shí)平臺(tái)的整合。知識(shí)平臺(tái)的無(wú)限復(fù)制與無(wú)限扇出能力，可使物聯(lián)網(wǎng)醫(yī)療體系的頂級(jí)醫(yī)療服務(wù)普及到千家萬(wàn)戶。