基于物聯網技術的計算機嵌入式系統分析

郭亞楠 肖菡

摘 ?要：在信息時代背景下，物聯網技術被人們廣泛地應用到生活的各個領域。且在人們對物聯網技術研究的日益深入下，該技術在各個領域的應用也逐漸深入、具體、明確。該文以計算機嵌入式系統為研究切入點，在闡述嵌入式系統和物聯網內涵的基礎上，分析二者的關聯，并就嵌入式系統中所引入的物聯網技術進行分析，探討計算機嵌入式系統在各個領域的應用。

關鍵詞：物聯網技術 ? 計算機 ? 嵌入式系統 ? 應用

中圖分類號：TD672 ? 文獻標識碼：A ? 文章編號：1672-3791（2021）12（a）-0000-00

Analysis of Computer Embedded System Based on Internet of Things Technology

GUO Yanan XIAO Han

（Xuchang Electric Vocational College， Xuchang， Henan Province， 461000China）

Abstract： In the context of the information age， Internet of things technology is widely used in various fields of life. With the deepening of people's research on Internet of things technology， the application of this technology in various fields is also gradually in-depth， specific and clear. Taking the computer embedded system as the research starting point， this paper analyzes the relationship between the embedded system and the Internet of things， analyzes the Internet of things technology introduced into the embedded system， and discusses the application of computer embedded system in various fields.

Key Words： Internet of things technology; Computer; Embedded system; Application

物聯網的信息傳遞離不開互聯網技術的支持，但是物聯網和互聯網技術之間本身不會產生較大的關聯，二者是通過嵌入式系統來連接在一起的。嵌入式系統具備專用性、針對性、方便性、快捷性的特點，會根據使用者的需要來將物聯網和互聯網技術融合在一起，從而更好地發揮出網絡系統功能。為此，該文在闡述物聯網技術和計算機嵌入式系統內涵、關聯的基礎上，就嵌入式系統的具體應用問題進行探究。

1物聯網

物聯網是通過射頻識別裝置、紅外線感應器、激光掃描器、全球定位系統等設備，按照規定好的協議要求，將所需要的物品和網絡連接在一起，由此實現信息的交換和通信，全面打造出融合跟蹤、定位、識別為一體的智能化網絡。在物聯網中，無線射頻識別是一種非接觸的自動化識別技術，該技術會借助無線射頻通信技術來完成讀寫器和電子標簽之間的信息傳輸，最終達到目標識別和交換的目的[1]。

2嵌入式系統概述

2.1內涵

嵌入式系統是指完全能夠被嵌入受控制件內部，針對特定應用所設計出來的一種計算機系統。嵌入式系統以信息的應用為基本中心，以計算機技術作為重要基礎，會根據用戶對信息的需要來裁剪信息，從而能夠更好地滿足人們對各類信息的使用要求。

2.2功能

和傳統意義上的計算機系統相比，嵌入式系統的運行十分穩定，且計算精良，總體運行消耗較少，性價比高。同時，在實際開發應用的角度來看，嵌入式系統的體積比較小，在平時的生活中十分方便被人們攜帶和使用，在保障系統功能的同時還能夠有效提升系統空間的使用率。嵌入式系統對時間會表現出敏感的狀態，因而在使用的時候會表現出良好的敏感性以及實時性[2]。

2.3特點

第一，面向特定的應用。嵌入式系統能夠將需要板卡操作完成的任務在芯片內部就實現集成化處理，由此在系統運行的時候會強化系統本身的移動能力。第二，將嵌入式系統和實施操作系統結合在一起，能夠為程序的執行提供切實可靠的保障，提高軟件開發應用質量。第三，將嵌入式系統和實時操作系統融合在一起，會進一步優化系統的軟硬件，去除系統中的冗余。第四，嵌入式系統需要在專門的開發環境中，使用專門的開發工具才能夠完成一系列的開發工作。第五，嵌入式系統的更新換代往往需要一定的時間，所有操作要按照既定的順序進行，工作人員要遵循規范的標準循序漸進地進行[3]。

2.4意義

嵌入式系統被廣泛地應用到人們的日常生活中，為人們的生活提供了更多便利支持，如智慧家居、智慧城市、智慧管理等的發展都離不開嵌入式系統的支持，即在嵌入式系統的支持下將各個軟硬件融合在一起使用。

3物聯網和嵌入式系統的交互關系分析

嵌入式系統能夠為我們的工作與生活帶來極大的便捷性，并且能夠很好銜接物聯網與互聯網。合理利用嵌入式系統，讓其在物聯網發展中發揮應有的作用，主要體現在以下三個方面。

3.1聯合傳感器技術

在傳感器技術的支持下能夠更為全面地收集數據信息，收集上來的信息會通過嵌入式系統的接口被反饋到網絡系統中，由此實現人和機械設備、物和物之間的順利溝通。傳感器技術所具備的多元化特點會充分滿足嵌入式系統的特定需求，因此，將嵌入式系統引入到物聯網系統能夠滿足提升信息傳遞的精準度和速率[4]。

3.2聯合智能技術

智能技術在嵌入式系統中的應用能夠防止多種不良情況的發生，提高物聯網技術領域的安全性與準確性。從智能家居的系統運行角度來看，在智能技術的綜合應用下會實現信息的層級反饋和組合應用，由此打造出一個閉合系統。

3.3聯合無線射頻識別技術

無線射頻識別技術在物聯網領域中扮演著越來越重要的角色，具體包含讀取器和標簽。將無線射頻識別標簽加入到商品、書本、汽車等物品中，而后和嵌入式系統IO接口的連接就能夠實現對物品的高效率管理。比如以圖書館的建設來看，在無線射頻識別技術的支持下能夠實現各個圖書的有序化管理，從而為有需要的人提供精準的圖書信息支持。無線射頻識別技術配合嵌入式系統在工業、快遞運輸、通信管理領域得到了廣泛的應用，且該技術的應用價格低廉，應用前景十分廣泛。

4基于嵌入式系統的物聯網安全

在當前社會發展中，商業行為、通信、金融交易、娛樂在很大程度上依賴互聯網。越來越多的設備被連接在物聯網。各個行業對互聯網的依賴性不斷增加。在系統運行的時候如果設備不健全，就會使得整個互聯網出現較多的安全漏洞，甚至更加容易受到外界環境的攻擊和破壞。為了能夠保障嵌入式系統的穩定運行，要從以下幾個方面來保障基于嵌入式系統的物聯網安全。

4.1物聯網安全特征

在嵌入式系統運行的時候，為了能夠更好地保護MCU和MPU，嵌入式系統需要保障自身的安全功能。借助標準信息技術來制定出切實可行的安全解決方案是嵌入式MCU和MPU產品安全的關鍵。在整個系統運行的過程中，TLS、IPSec/VPN、HTTPS、安全的無線連接會保障通信系統的安全[5]。

4.2物聯網的系統安全

只有嵌入式系統中最薄弱連接和組件可靠，才能夠有效保障嵌入式系統的運行安全。同時，為了能夠在真正意義上保障嵌入式系統的安全，所有文件信息的傳遞和存儲系統的運輸操作需要始終保持在安全的狀態。再有，安全系統的另外一個關鍵要素是分層安全，即在系統運行的時候為系統設計出既定的運行原則，打造出獨有的安全管理機制，從而規避整個嵌入式系統的運行安全。

4.4物聯網的通信安全

通信安全協議的制定能夠保障嵌入式系統的通信安全。在嵌入式系統運行的時候通過建立一個可以被信賴的等級能夠選增強信息通信的安全性。TLS以及前身的SSL是為TCP套接字流，并按照順序交付的保障通信安全的重要方式。IPSec以及虛擬專用網絡是在TCP協議基礎上所使用的虛擬鏈路安全技術形式，整個鏈路的設計雖然復雜，但是通過鏈路通信能夠 為系統的穩定運行提供重要的保障支持。HTTPS是在LIS基礎上簽訂的網絡服務器訪問協議，在整個服務器的支持下能夠為系統的穩定運行提供必要的服務支持，并為遠程用戶提供安全的模擬終端訪問。在使用加密操作程序保護數據信息的時候，SNMPv3在保障數據信息安全性方面起到了十分重要的作用。同時，防火墻還能夠通過過濾的方式來加密數據信息，避免出現數據信息的損失問題，保障整個系統的運行安全。

4.5物聯網的安全啟動

安全啟動是嵌入式安全系統的重要組成，整個固件更新可以通過安全的方式來完成系統的更新。固件在更新的時候會刪除所有工廠的固件，并通過自動回退機制來強化整個系統的功能。在自動回退的影響下，如果新的固件失靈就會使得整個系統的啟動失敗，這個時候就可以使用舊的安全版本來重新啟動系統。Unison操作系統分層安全機制會通過解釋器或者其他加載的程序運行來破壞系統。Unison操作系統的分層安全機制會通過解釋器或其他方式加載程序運行的時候就會破壞整個操作系統。Unison操作系統在底層運作時會提供額外的安全啟動功能，由此實現對系統的保護，減少外界各個因素對系統的破壞[6]。

4.6系統安全地啟動

MCU或者資源有限的MPU需要多個協議的支持，以Unison操作系統作為研究對象，來對這個問題進行解釋說明。Unison操作系統是一個小型的POSIX實時性的操作系統，整個系統在運作的時候會通過非常小的代碼來提供一些安全功能。第一，Unison操作系統在運行的時候使用了安全通信協議，目標設備的使用處于一種安全的狀態，具體應用操作包含手機應用、面向小型網絡服務器的安全訪問。在Unison系統運行的時候很少會占用關聯資源，且在系統運行到時候可以使用無線網絡進行運行。另外，在Unison操作系統運行的時候可以使用終端通過SSH協議來遠程配備設備。和使用網絡服務器相比，使用腳本的方式能夠更好地優化系統配置，授權的時候可以根據用戶的需要來完善系統的配備以及功能[7]。第二，通過加密設備存儲數據來減少系統信息的損壞。在系統被破壞之后不需要使用本地數據信息就能夠實現對文件系統的優化處理。另外，系統在運行的時候還可以通過密碼的配置來進一步增強系統的安全性和穩定性。對MCU或一些MPU來說，程序是一個運行在Flash中的單個映像文件。這種情況下，由于整個映像在Flash中運行，并且如果啟動機制和刷新機制是安全的，不可能添加任何東西到系統中，因此入侵者不能加入新的代碼。

5嵌入式系統的實際應用分析

5.1在機器人領域的應用

社會科學技術的快速發展提升了機器人的利用率，追根究底，機器人的快速發展離不開嵌入式系統的支持。在20世紀50年代的時候，MIT提出了機器人技術，在當時的機器人技術是數控技術。在后來的長期發展中，機器人技術的使用限制逐漸被打破。而后在智能理論、MCU的支持下，越來越多的人開始進一步重視機器人技術，該技術也成為各個領域競爭的關鍵。嵌入式系統的引入加速了機器人領域的開發力度，使得機器人的核心能力被提升。在嵌入式系統的支持下逐漸出現了智能機器寵物，如索尼機器狗。

5.2在消費電子領域的應用

在20世紀90年代的時候，以電子通信技術為基礎的信息家電開始被人們應用到日常生活中。信息家電的雙向網絡通信功能、視聽功能、信息處理功能依托嵌入式系統的支持，在嵌入式系統的支持下能夠充分整合各個網絡處理器、應用層軟件包、關聯支撐硬件等。

快速發展的科學技術加快了電子消費替代傳統消費的速度，電子消費對人們的日常生活產生了深刻的影響，一方面為人們的生活提供了重要便利支持，另外啊一個方面也為嵌入式系統提供了重要發展動力。在嵌入式系統的輔助支持下，電視機也開始能夠和家庭控制中心、網絡等連接在疫情，人們借助手機設備就能夠實現對各個家電的遠程操作控制。遠程教育、遠程醫療、機頂盒開始朝著更寬廣的范圍延續發展[8]。

5.3在現代醫療服務領域的應用

不斷發展的信息技術和科學技術推動了數字化產品的深化發展，數字產品的創新水平也在不斷提升。在嵌入式系統塑造和應用的過程中整個系統的開發應用會充分彰顯市場的競爭力?，F代醫療技術在深入發展的過程中既需要加大對傳感檢測技術的推廣應用，而且還需要通過采集、分析和顯示以及存儲等來有效存儲信息。依托嵌入式會有效提升醫療服務領域的小型化、智能化、專業化發展水平，在保障醫療衛生事業穩定發展的同時減少污染，提升資源利用率。

在現代醫療衛生服務領域，嵌入式系統的應用主要體現在以下幾個方面：第一，實現醫療器械和所在應用系統的協調、技術的配合。在嵌入式系統的支持下能夠提升放射設備、心臟起搏器設備的應用水平，提高電療描記器、分光光度計使用精準度。第二，在嵌入式系統的支持下能夠依托模塊平臺實現對各個型號設備的針對性設計，并以大系統為依托提升系統的運行速度。第三，通過對嵌入式系統的反復編程來減少系統多次試驗的風險。在嵌入式系統的支持下設計人員可以通過對公共硬件平臺的反復測試和應用來強化系統的適用性。

5.4在工業控制領域的應用

嵌入式系統的應用基礎是計算機技術，在軟硬件的配合試用下能夠按照工業領域的生產要求來進一步完善操作系統以及功能軟件的性能，從而提升系統的響應速率。

在嵌入式系統的支持下，傳感器、數據顯示設備、數據記錄設備、數據執行機構共同構成了工業控制網絡，在工業控制網絡的作用下能夠實現對電氣設備的全過程監督控制，從而有效增強整個系統的時效性、可靠性、穩定性，并將這個過程中降低產品生產成本。

5.5在汽車電子領域的應用

嵌入式系統對設備、裝置和機器的運行會起到十分重要的輔助作用，一般由操作系統、微處理器、特定操作程序共同組成。嵌入式系統在汽車電子領域有著十分廣泛的應用前景，突出表現在車輛控制、車輛運行監控、車輛導航、汽車服務領域。在車輛導航中借助嵌入式系統能夠為車輛的穩定運行提供支持，保障車輛的平穩運行。在未來，伴隨智能交通技術、局域網技術的深入發展，嵌入式系統的應用范圍擴展，系統運行成本也會得到降低。

6結語

綜上所述，在信息技術和網絡通信技術的快速發展下，嵌入式系統迎來了廣闊的應用前景，自身價值也日益凸現出來。伴隨物聯網、智慧地球理念的提出下，嵌入式系統開始在越來越多的領域得到應用，在該系統的支持下一些概念擁有了成為現實的可能。在未來，需要相關人員加強對嵌入式系統的應用重視，在分析和把握嵌入式系統功能作用的基礎上，將其引入到更多應用操作領域。

參考文獻

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[4]齊麗莉，趙麗，王志紅.基于物聯網的計算機嵌入式操作系統設計[J].電子設計工程，2020，28（22）：34-37，42.

[5]張特.數據驅動的深度嵌入式系統異常檢測技術研究[D].西安：長安大學，2019.

[6]王緒海.基于嵌入式系統的物聯網網關設計[D].大連：大連交通大學，2016.

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