嵌入式計算機如何運作？有哪些應用程序？

       嵌入式計算機在日常設備，辦公用品，汽車，工業，醫療和農業中無處不在。從計算器到電話，相機、電梯，交通信號燈，工廠控制器和核電站控制系統，幾乎所有現代設備中都存在物理嵌入式系統。這些是什么？它們如何運作？嵌入式計算機有哪些應用程序？

　　嵌入式計算機可以廣義地定義為使用計算機硬件和軟件執行特定功能的任何計算機，與現代臺式計算機和服務器所進行的一般處理相反。這些嵌入式系統的專用特性使它們能夠利用輕量級的軟件或固件基礎和板載ASICS的優勢，以最大程度地降低功耗和硬件要求。

　　現代處理器包含用于加密，數據和視頻圖形處理的眾多集成加速器。

　　大多數嵌入式計算機的幾乎所有組件都放置在單個PCB或主板上。由于具有較少的可更換組件，例如RAM，CPU和存儲，嵌入式板看起來與傳統的消費型主板截然不同。通常嵌入式板上沒有開槽的組件，大多數組件都焊接在了CPU上。

　　嵌入式計算機的定義特征可以分為四個方面

　　1、體積小：通常采用單個高密度PCB設計，以最大程度地提高空間效率。

　　2、較低功率的組件：具有較低TDP的高能效處理器，用于被動或最小冷卻，以消除風扇和移動組件。

　　3、最小的可升級性或擴展性：很少有插槽組件限制了其初始設計和功能之外的可升級性和擴展性。

　　4、硬件成本低：放棄了用于焊接組件的擴展插槽，而SoC降低了總體成本和組件復雜性。針對這些嵌入式板的低成本批量生產進行了優化。

　　嵌入式系統必須針對低功耗，代碼復雜性，尺寸大小，重量和成本進行優化。許多人甚至缺乏專用的板載用戶界面（鼠標，鍵盤和屏幕），這些用戶界面主要是通過遠程管理界面，安全外殼甚至直接固件更新來控制的。

　　典型的嵌入式計算機主要由以下元素組成

　　CPU和微控制器（一個或多個）：含有晶體管和算術處理單元（ALU的）的邏輯門在單個芯片內包裝的－它們是嵌入式系統。處理器和控制器的腦中是負責執行主系統的操作和計算從各級緩存（L1，L2，L3）和系統內存（RAM）中獲取數據。

　　CPU高速緩存（L1，L2，L3）：由于其針對極速的優化，占據了裸片的相當大一部分，它使用單級單元架構（SLC）來提高速度。這意味著每個單元都包含1位數據，這是由于此數據以及該高速存儲器的高晶體管數所致。在CPU上，此高速緩存僅限于極少量，其中L1高速緩存最快，但僅限于00 KB，L2 1024KB和L3 2-16MB。此緩存的速度和與CPU的接近程度對處理器的性能至關重要。

　　系統 內存（RAM）：比緩存慢一個數量級，但比非易失性存儲（如硬盤驅動器和固態NAND驅動器）快很多倍，并且更具彈性，系統內存用于存儲正在運行的應用程序，以便快速訪問和傳輸到處理器緩存。當應用程序四處移動數據并執行復雜的操作時，此內存每分鐘寫入數千次，因此不會遭受單元降級和有限的寫入／擦除周期的影響。

　　非易失性存儲：硬盤，SSD，NAND和其他非易失性存儲技術是系統中最慢但容量最大的存儲。這里存儲了較大的系統文件和數據文件，供系統正常使用。

　　CMOS－RAM：該組件負責存儲重要的系統配置和實時信息。由小型紐扣電池供電，可以關閉系統電源，而又不會失去其計時功能和系統喚醒功能。

　　I ／ O端口：從以太網RJ45端口到3．5mm音頻插孔的任何連接都屬于此類別。它們使系統通常可以通過標準化接口（例如USB和HDMI）接受和處理外部輸入。

　　應用實例

　　可以使用嵌入式計算機的例子很多，從小型的單用途設備如計算器到復雜的系統如汽車巡航控制。它們現在無處不在，是我們日常生活中不可避免的。諸如計算器、數碼相機、汽車嵌入式系統（ABS中斷，汽車警報器，發動機傳感器系統）、自動售貨機、電梯、影印機、印表機、全球定位系統、網絡設備（交換機，調制解調器，路由器，接入點）、電子游戲機

　　家用電器（交流電，微波爐，冰箱）。

　　一些嵌入式系統被設計為在更極端的條件下運行，例如工業級系統就是這種情況，要求寬工作溫度，電場隔離，抗振性等等。企業級系統要求關鍵任務服務具有計算能力，可靠性和冗余性。

　　機器視覺：包括所有工業和非工業應用，其中功能強大的硬件和受過訓練的軟件的結合為基于圖像感測數據的捕獲和分析的設備執行功能提供了操作指導。

　　工廠自動化：使用實時或近時計算技術來控制和監視工業過程，設備和機器。通常，任何重復功能都是自動化的理想選擇，使系統通過定義明確的過程運行，以將人與人之間的互動減少到最低限度。

　　數字標牌：使用通過LED面板，高分辨率顯示器和投影儀之類的屏幕廣播的數字內容。

　　我們可以看出幾乎生活中的所有電子產品都依賴于嵌入式系統。憑借可靠的嵌入式低成本設計，它們始終處于開啟狀態。

　　大部分時間都隱藏在面板和光亮的外觀后面，而肉眼卻看不見，但它們為所有現代技術和互連的系統提供了動力。嵌入式智能設備的智能使用和進步將繼續為我們的生活提高能力和效率。