第1章 物联网与嵌入式系统概述
物联网与嵌入式系统
物联网与嵌入式系统物联网（Internet of Things, IoT）是指通过各种物理设备、传感器、软件以及网络连接，实现设备之间的互联互通，并实现自动化和智能化的系统。
物联网的概念源于传统的嵌入式系统技术，通过将传感器和通信技术应用到嵌入式系统中，实现设备之间的互联互通，进一步推动了嵌入式系统领域的发展。
本文将重点讨论物联网与嵌入式系统的关系以及对于未来的影响。
一、物联网与嵌入式系统的关系物联网是基于嵌入式系统的发展演变而来的。
嵌入式系统是指嵌入到其他设备或系统中，以实现特定功能的计算机系统。
嵌入式系统通常由硬件和软件两个部分组成，其中硬件部分包括处理器、存储器、传感器等，软件部分包括操作系统、驱动程序、应用程序等。
而物联网则是通过将传感器、通信技术和云计算技术运用到嵌入式系统中，实现设备之间的互联互通。
具体来说，物联网通过使用传感器来感知环境中的各种数据，然后通过通信技术将这些数据传输到云平台或其他设备中进行处理和分析。
而嵌入式系统作为物联网的基础，承担了感知、控制和通信等关键任务。
嵌入式系统中的传感器可以收集各种物理量，比如温度、湿度、光照等，然后通过通信技术将这些数据传输到云端进行处理。
而云端则可以对这些数据进行分析和挖掘，进而实现对物理世界的智能化和自动化控制。
二、物联网与嵌入式系统的应用领域物联网与嵌入式系统的结合使得各种设备和系统可以实现互联互通，从而为各个行业带来了许多新的应用和机会。
1. 智慧城市：物联网与嵌入式系统的结合为城市管理提供了更加高效和智能的解决方案。
通过在城市中部署传感器和监控设备，可以实时感知和监测城市中的交通流量、环境污染、能源消耗等信息，从而优化城市的资源分配和管理。
比如，在交通管理方面，通过使用智能交通信号灯和智能停车系统，可以减少交通堵塞和车辆排放，提高交通运输效率。
2. 工业自动化：物联网与嵌入式系统的结合可以实现工业设备的互联互通和自动化控制，提高生产效率和质量。
编程中的物联网和嵌入式系统
编程中的物联网和嵌入式系统物联网（Internet of Things，简称IoT）和嵌入式系统是当代信息技术领域的两个重要概念。
它们在不同的应用场景中起着关键作用，对人们的生活和工作方式产生了深远影响。
本文将从技术原理、应用领域和未来发展等方面介绍物联网和嵌入式系统。
一、物联网的技术原理物联网是将各种传感器、设备和物品互相连接，并通过互联网进行数据交互的网络系统。
其核心技术包括传感技术、通信技术和云计算技术。
1. 传感技术物联网中的传感器可以感知和采集现实世界中的各种信息，如温度、湿度、光线强度等。
它们将采集到的数据转换为数字信号，并通过通信技术传输给其他设备或云平台进行处理和分析。
2. 通信技术物联网中的设备之间需要实现无线通信，以便进行数据交互。
常用的通信技术包括无线局域网（Wi-Fi）、蓝牙（Bluetooth）、Zigbee等。
这些技术能够满足不同应用场景的需求，实现设备之间的互联互通。
3. 云计算技术物联网中产生的大量数据需要进行存储和处理。
云计算技术提供了强大的计算和存储能力，能够对物联网中的数据进行实时分析和处理。
通过云平台，用户可以随时随地获取物联网中的数据。
二、嵌入式系统的应用领域嵌入式系统是指将计算机系统嵌入到其他设备或系统中，以实现特定的功能和任务。
它广泛应用于各个领域，如智能家居、智能交通、工业自动化等。
1. 智能家居通过嵌入式系统技术，可以实现智能家居的各种功能，如家庭安防、智能家电控制、环境监测等。
用户可以通过手机或其他设备实现对家居设备的远程控制和监控。
2. 智能交通嵌入式系统在智能交通领域具有广泛应用。
例如，交通信号控制系统可以通过嵌入式系统实现对交通信号灯的自适应调控，提高交通效率。
智能车辆系统则可以通过嵌入式系统实现自动驾驶和车联网等功能。
3. 工业自动化在工业生产中，嵌入式系统扮演着重要角色。
工业控制系统利用嵌入式技术实现对生产过程的监控和控制，提高生产效率和质量。
嵌入式系统与物联网
嵌入式系统与物联网嵌入式系统（Embedded System）是一种被嵌入到具体设备中的计算机系统，它不同于传统的通用计算机，而是专注于特定功能和任务的实现。
物联网（Internet of Things，简称IoT）是一个由各种物理设备通过互联网互相连接而形成的网络。
本文将探讨嵌入式系统和物联网两个领域的关系以及它们对未来的影响。
一、嵌入式系统的定义及应用领域嵌入式系统是一种专用的计算机系统，它通常采用高度集成的硬件和软件，以实现特定的功能需求。
不同于传统的通用计算机，嵌入式系统的设计目标是实现对特定任务或应用的优化。
它可以嵌入到各种设备中，例如家电、汽车、智能手机等，以提供更智能化、高效且多样化的功能。
嵌入式系统的应用领域非常广泛。
在家庭生活中，大部分的电子产品都采用了嵌入式系统，例如电视、空调、洗衣机等。
在交通领域，汽车、飞机、火车等交通工具都依赖于嵌入式系统的控制和管理。
医疗设备、工业自动化、智能家居等领域也广泛应用了嵌入式系统技术。
嵌入式系统通过提供实时性、低功耗、高可靠性等特点，使得各种设备能够更加智能、高效地运行。
二、物联网的定义及基本架构物联网是一种通过互联网连接各种物理设备的网络。
它将传感器、嵌入式系统、通信技术等融合在一起，实现设备之间的互操作性和智能化管理。
物联网的基本架构由四个组成部分构成：感知层、传输层、应用层和管理层。
感知层主要包括各种传感器和执行器，用于采集和控制物理世界的信息。
传输层负责将感知层的数据传输到云端或其他设备中。
应用层则是实现具体功能的软件应用程序，它可以根据用户需求实现智能控制、数据分析等功能。
管理层则负责系统的监控和管理，包括设备管理、安全性管理等。
物联网的核心思想是通过连接各种设备和数据，实现设备之间的互操作和数据的共享。
通过物联网，设备可以实现智能化的控制和管理，使得人们的生活更加方便和智能。
三、嵌入式系统与物联网的关系嵌入式系统和物联网是密不可分的。
嵌入式系统与物联网应用
嵌入式系统与物联网应用嵌入式系统与物联网是当今高科技领域中备受瞩目的两个技术。
嵌入式系统是一种专门设计用来控制特定设备或系统的计算机系统，其核心特点是集成程度高、实时性强、功耗低。
而物联网是指通过各种传感器和通信设备将现实世界与网络相连，实现物体之间相互交互和信息共享的技术。
本文将从嵌入式系统与物联网的基本概念、关系以及应用领域三个方面来进行论述。
1. 嵌入式系统与物联网的基本概念嵌入式系统是一种通过集成在特定设备中的计算机系统，用于控制、监测或执行特定功能。
它通常由处理器、存储器、输入输出接口等组成，并具备实时性、可靠性、低功耗等特点。
物联网是一种通过传感器、通信设备等实现物体间信息共享与交互的技术，将现实世界与互联网连接起来。
嵌入式系统是物联网的核心组成部分，提供实时数据采集和处理能力，实现物联网的各种应用。
2. 嵌入式系统与物联网的关系嵌入式系统与物联网的关系密不可分。
嵌入式系统作为物联网的核心技术之一，通过集成于各种物联设备中，实现对传感器数据的采集、处理和控制等功能。
物联网则利用嵌入式系统提供的实时性和低功耗等特点，实现物体间的连接与互联，并通过云计算和大数据分析等技术提供更多智能化的服务。
可以说，嵌入式系统是物联网实现的基础，物联网则为嵌入式系统提供了更广阔的应用场景。
3. 嵌入式系统与物联网的应用领域嵌入式系统和物联网在众多领域都有广泛的应用。
在智能家居领域，嵌入式系统集成于家电设备中，通过物联网技术实现设备之间的互联和远程控制，实现智能化的家居环境。
在智能交通领域，嵌入式系统与物联网技术结合，可以实现车辆之间以及车辆与交通设施之间的信息交互，实现交通流量监测、智能导航等功能。
在工业自动化领域，嵌入式系统通过物联网技术实现设备之间的联网与协调工作，提高生产效率和产品质量。
此外，嵌入式系统和物联网技术还广泛应用于医疗、农业、能源管理等领域。
总结起来，嵌入式系统和物联网是两个相辅相成的技术，嵌入式系统作为物联网的关键技术，为物联网的发展提供了基础支持。
计算机科学中的嵌入式系统与物联网
计算机科学中的嵌入式系统与物联网嵌入式系统和物联网是计算机科学中两个重要的概念，在现代社会中已经得到广泛应用。
本文将重点介绍嵌入式系统和物联网的定义、特点、应用领域以及未来发展趋势。
一、嵌入式系统的定义和特点嵌入式系统是指以特定应用为目标的计算系统，通常被嵌入到其他设备中。
它集成了硬件、软件和固件，能够实时响应和控制外界环境。
嵌入式系统的特点主要体现在以下几个方面：1. 实时性：嵌入式系统需要实时响应和处理外界事件，例如工控系统中的自动化控制。
2. 可靠性：嵌入式系统在特定应用中需要长时间稳定运行，对于错误和故障具有较高的容错性。
3. 资源受限：嵌入式系统的计算和存储资源相对较少，需要通过优化算法和设计来满足应用需求。
4. 特定应用：嵌入式系统被设计和优化用于特定应用领域，例如智能家居、汽车、医疗设备等。
二、物联网的定义和特点物联网是一种通过互联网连接和交互传输数据的智能系统。
它可以将各种设备和物体通过网络连接起来，实现信息的传输和共享。
物联网的特点如下：1. 多样性：物联网连接了各种不同的设备和物体，包括传感器、智能手机、家电等，实现了全面的智能化。
2. 实时性：物联网可以实时监测和控制设备和物体，使得信息传递和响应更加迅速高效。
3. 互联性：物联网通过互联网连接设备和物体，实现了信息的共享和交互。
4. 大数据处理：物联网通过大数据技术对海量数据进行处理和分析，提供决策支持和优化服务。
三、嵌入式系统在物联网中的应用嵌入式系统在物联网中扮演着重要的角色，它为物联网的功能提供了基础支持。
以下是一些嵌入式系统在物联网中的应用领域：1. 智能家居：嵌入式系统可以连接家庭中的各种智能设备，实现智能化的控制和管理，例如智能电视、智能音响等。
2. 智能交通：嵌入式系统可以实现智能车辆的自动驾驶、交通信号的优化调控，提高交通效率和安全性。
3. 智能医疗：嵌入式系统可以应用于医疗设备中，实现患者健康数据的实时监测和医疗信息的管理。
物联网与嵌入式系统
嵌入式系统概述
1.什么是嵌入式系统 2. 嵌入式系统的体系结构 3 .嵌入式操作系统 4.嵌入式系统的设计与开发流程
智能机器人
基于Win CE的移动机器人平台
基于RTLinux的仿人机器人
高 48 cm 重: 6 kg 灵活性：20 DOF 操作系统: RT-Linux 接口形式: USB 1.0 (12Mbps) 响应周期: 1ms 能源： DC24V x 6.2A (150W) 制造：富士通
操作系统的概念和分类 操作系统（Operating System，OS）是管理电脑 硬件与软件资源的程序，同时也是计算机系统的内核 。操作系统是一个庞大的管理控制程序，大致包括5 个方面的管理功能：进程与处理机管理、作业管理、 存储管理、设备管理、文件管理。目前微机上常见的 操作系统有DOS、OS/2、UNIX、XENIX、LINUX、 Windows、Netware等。 根据应用领域来划分，可分为桌面操作系统、服务器 操作系统、主机操作系统、嵌入式操作系统；
（3）网络层 网络层是核心承载网络，承担物联网接 入层与应用层之间的数据通信任务。它主要 包括现行的通信网络，如2G、3G/B3G、4G移 动通信网，或者是互联网、WiFi、WiMAX、无 线城域网（Wireless Metropolitan Area Network，WMAN）、企业专用网等。
（4）应用层 应用层由各种应用服务器组成（包括数据库服务器 ），主要功能包括对采集数据的汇聚、转换、分析，以及 用户层呈现的适配和事件触发等。对于信息采集，由于从 末梢节点获取了大量原始数据，且这些原始数据对于用户 来说只有经过转换、筛选、分析处理后才有实际价值。这 些应用服务器根据用户的呈现设备完成信息呈现的适配， 并根据用户的设置触发相关的通告信息。同时当需要完成 对末梢节点控制时，应用层还能完成控制指令生成和指令 下发控制。 应用层要为用户提供物联网应用UI接口，包括用户设备 （如PC、手机）、客户端浏览器等。 除此之外，应用层还包括物联网管理中心、信息中心等 利用下一代互联网的能力对海量数据进行智能处理的云计 算功能。
软件工程中的物联网与嵌入式系统
软件工程中的物联网与嵌入式系统物联网和嵌入式系统是当今软件工程领域中非常重要的概念和技术。
它们的结合与应用为我们的生活带来了巨大的便利和改变。
本文将探讨物联网和嵌入式系统在软件工程中的作用与挑战。
一、物联网的概述物联网（Internet of Things，简称IoT）是指通过互联网连接、通信和共享数据的一系列设备、传感器和物体组成的系统。
物联网的基本构成包括感知层、网关层、网络层和应用层。
感知层通过各种传感器和设备获取环境数据，网关层进行数据的处理和传输，网络层负责数据的传递和通信，应用层实现各种功能和应用。
二、嵌入式系统的概述嵌入式系统（Embedded System）是指内嵌在其他设备或系统中，以完成特定任务的计算机系统。
它通常包括处理器、内存、输入输出接口、操作系统和应用软件等组成部分。
嵌入式系统广泛应用于各个领域，例如智能手机、智能家居、汽车电子等。
三、物联网与嵌入式系统的关系物联网和嵌入式系统之间存在着密不可分的联系与依赖。
物联网借助嵌入式系统实现设备的感知、数据的处理和通信的能力。
嵌入式系统为物联网提供硬件支持和计算能力，并负责将各种传感器和设备与物联网相连接。
可以说，嵌入式系统是物联网的基础与关键。
四、物联网与嵌入式系统的应用物联网和嵌入式系统在各个行业和领域都有着广泛的应用。
例如，在智能家居领域，通过连接嵌入式系统的各种设备和传感器，我们可以实现灯光、温度、安防等的智能控制和管理。
在智能交通领域，嵌入式系统可以实现车辆的自动驾驶和交通管理等功能。
五、物联网与嵌入式系统的挑战随着物联网和嵌入式系统的快速发展，也面临着一些挑战和问题。
首先是安全和隐私问题，由于物联网连接了大量的设备和传感器，网络的安全和隐私保护成为了重要的议题。
其次是系统的稳定性和可靠性，嵌入式系统的错误或故障可能导致物联网系统的崩溃或数据的丢失。
还有就是标准和协议的统一性，物联网涉及到多个厂商和设备，需要制定一套统一的标准与协议。
物联网与嵌入式系统
物联网与嵌入式系统随着科技的不断进步，物联网和嵌入式系统已经成为当今社会中的热门话题。
物联网和嵌入式系统在许多领域发挥着重要的作用，为人们的生活和工作带来了巨大的改变。
本文将探讨物联网和嵌入式系统的定义、应用和未来发展方向。
一、物联网的定义和特点物联网是指通过互联网将各种物理设备连接起来，实现数据的传输和共享，以实现智能化管理和控制的系统。
物联网的特点包括广泛的应用领域，大规模的设备连接，传感器技术的发展和数据的高效处理。
物联网的出现，加速了人与物、物与物之间的互联互通，提高了生产效率和生活品质。
二、嵌入式系统的定义和特点嵌入式系统是指将计算机系统嵌入到其他设备中，通过与外界进行交互和控制来完成特定任务的系统。
嵌入式系统的特点包括硬件与软件的紧密结合，功耗低、体积小、可靠性高等特点。
嵌入式系统广泛应用于各个领域，如智能手机、汽车、家电等，成为现代化生活的重要组成部分。
三、物联网与嵌入式系统的应用领域1. 智能家居：通过将家中的各种设备与物联网连接，实现智能化的家庭管理。
例如，通过智能手机可以实现对家电的远程控制，实现温度调节、门窗监控等功能。
2. 工业领域：物联网和嵌入式系统可以应用于工业生产线上，实现生产过程的自动化和智能化。
通过传感器和控制系统，可以实现对设备状态的监测和调控，提高生产效率和品质。
3. 健康医疗：物联网和嵌入式系统在健康医疗领域应用广泛。
通过身体传感器和医疗设备的连接，可以实时监测人体健康状态，并及时预警和处理疾病。
四、物联网与嵌入式系统的未来发展方向随着人工智能和大数据技术的不断发展，物联网和嵌入式系统的未来发展方向也呈现出一些新的趋势。
1. 边缘计算的兴起：边缘计算是指将数据处理和存储推向物联网边缘设备的计算模式。
通过在设备端进行数据处理和决策，可以减少数据传输的成本和延迟，提高效率和安全性。
2. 人工智能的融合：物联网和嵌入式系统将和人工智能技术相结合，实现更高级别的智能化。
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1.3 嵌入式系统概述
嵌入式系统的定义：以应用为中心、以计算机技术为基础、软硬 件可裁剪、适用于应用系统，对功能、可靠性、成本、体积、功 耗严格要求的专用计算机系统。其主要特点是嵌入性和专用性。
嵌入式系统快速发展
2007年，由ARM（Adwanced RISC Machines）公司的合作伙伴设 计、制造的基于ARM处理器的芯片出货量达到了29亿；2008年， 这一数字突破了100亿，国内仅嵌入式微处理市场产值即逼近2500 亿元人民币，中国政府已经开始高度重视嵌入式相关产业的发展， 科技部将嵌入式软件列为国家重点发展专利课题，并正在积极打造 嵌入式产业链。近年来，随着嵌入式行业的发展，人才与需求的矛 盾日益突出，中国已经有超过300家大学开设了ARM课程；据权威 部门统计，国内嵌入式人才缺口达到了每年80万人左右。
本章的要求
第一章、物联网与嵌入式系统概述
· 理解物联网概念；
· 了解物联网的国内外发展现状，前景；
· 理解嵌入式系统概念、结构、特点； · 理解物联网与嵌入式系统之间的关系； · 了解物理网在各行业中的应用；
本章的主要内容
1.1 物联网概述 1.2 国内外物联网的发展现状 1.3 嵌入式系统概述 1.4 物联网与嵌入式系统
物理网示意图
物联网基本特征
1.全面感知。利用射频识别（RFID） 技术、传感器、二维 码及其他各种感知设备随时随地采集各种动态对象，全面感 知世界。 2.可靠的传送。利用网络（有限、无线及移动网）将感知的 信息进行实时的传送。
3.智能控制。对物体进行智能化的控制和管理，真正达到了 人与物的沟通。
嵌入式处理器
（2）嵌入式存储器 按照与CPU的接近程度，存储器分为内存储器和外存储器， 简称内存和外存。 （3）常规的外设及其接口 ①输入设备：用于数据的输入。常见的输入设备有键盘、 鼠标、触摸屏、扫描仪、各种各样的媒体视屏捕获卡等。 ②输出设备：用于数据的输出。常见的输出设备有各种显 示器、各种打印机、绘图机、各种声卡、音响等。 ③外存设备：用于存储程序和数据。常见的外存设备有硬 盘、软盘、光盘设备、磁带机、存储机等。
智能医疗的发展分为七个层次：一是业务管理系统，包括医院收 费和药品管理系统；二是电子病历系统，包括病人信息、影像信 息；三是临床应用系统，包括计算机医生医嘱录入系换系统；六是临床 支持决策系统；七是公共健康卫生系统 。
2．嵌入式软件 嵌入式系统的软件与通用计算机一样，包含应用软件、应用编程 接口、嵌入式操作系统、板级支持包（BSP）
应用软件 应用编程接口 嵌入式操作系统 BSP 底层硬件
嵌入式系统的特点
嵌入式系统是面向应用的，与通用系统最大的区别在于嵌 入式系统功能专一。根据这个特性，嵌入式系统的软、硬 件可以根据需要进行精心设计、量体裁衣、去除冗余，以 实现低成本、高性能。也正因如此，嵌入式系统采用的微 处理器和外围设备种类繁多，系统不具有通用性。
1.5 基于嵌入式技术的物联网应用领域
1.1 物联网概述
物联网定义：把所有物品通过射频识别等信息传感设备与 互联网连接起来，实现智能化识别和管理。
具体：就是把传感器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧 道、公路、建筑、供水系统、大坝、汽油管道等各种物体 中，然后将这一物物相连的网络与现有的互联网整合起来， 实现人类社会与物理系统的整合 。
国内发展现状
在物联网这个全新的产业中，我国技术研发水平处于世界 前列，中国与德国、美国、韩国一起，成为国际标准制定 的四个发起国和主导国之一，其影响力举足轻重。 当前，中国“十二五”规划已经明确提出，发展宽带融合 安全的下一代国家基础设施，推进物联网的应用。物联网 将会在智能电网、智能交通、智能物流、智能家居、环境 与安全检测、工业与自动化控制、医疗健康、精细农牧业、 金融与服务业、国防军事十大领域重点部署。
2、物联网与智能农业 智能农业是在现代科学技术革命对农业产生的巨大影响下逐步形成 的一个新的农业形态，是现代农业发展的必然趋势和高级阶段。
3、物联网与智能物流 物流业是物联网很早就实实在在落地的行业之一。物流行业不仅 是国家十大产业振兴规划的其中一个，也是信息化及物联网应用 的重要领域。
4、物联网与智能医疗
1.4物联网与嵌入式系统
物联网的实现需要用到嵌入式技术，嵌入式技术系统作为 “物联网”的核心，是当前最热门的IT应用领域之一。 物联网其实就是把所有的物体都连在网络上，并通过嵌 入式系统来实现。物联网的物联源头是嵌入式系统。
1.5 基于嵌入式技术的物联网应用领域
1.物联网与智能家居
基于物联网的智能家居，表现为利用信息传感设备将家居生活 有关的各种子系统有机地结合在一起，并与互联网连接起来， 进行监控、管理信息交换和通讯，实现家居智能化。其包括： 智能家居（中央）控制管理系统、终端（家居传感器终端、控 制器）、家庭网络、外联网络、信息中心等
1.2国内外物联网的发展现状 国外发展现状
1、美国提出的“智慧地球”，将物联网发展计划上升为美 国的国家级发展战略。 2、欧洲先后发布了《2020年的物联网——未来路线》， 《物联网——欧洲行动计划》，对物联网未来发展以及重点 研究领域给出了明确的路线图。 3、日本提出“智慧泛在”构想，将物联网列为国家重点战 略之一。韩国颁布《物联网基础设施构建基本规划》，将物 联网市场确定为新的增长动力，并提出打造未来超一流信息 通信技术强国的目标。 4、法国、德国、澳大利亚、新加坡等国也在加紧部署物联 网发展战略，加快推进下一代网络基础设施的建设步伐。
嵌入式基本结构
嵌入式系统的基本结构一般可以分为硬件和软件两部分 1.嵌入式系统硬件：包括嵌入式核心芯片、存储器系统及外部 接口。 （1）其中嵌入式核心芯片指微处理器（EMPU）、嵌入式微控 制器（EMCU）、嵌入式数字信号处理器（EDSP）、嵌入式 片上系统（ESOC）。
嵌入式微处理器 （EMPU） 嵌入式微处理器 （EMCU） 嵌入式数字信号 处理器（EDSP） 嵌入式片上系统 （ESOC）