單片機(jī)、嵌入式系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)

1、1,單片機(jī)、嵌入式系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)V0.6,,2,MCU、嵌入式系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算的基本概念,◆嵌入式系統(tǒng)是嵌入到對(duì)象體系中的智能化電子系統(tǒng)； ◆嵌入式系統(tǒng)的智力內(nèi)核是半導(dǎo)體微處理器； ◆嵌入式系統(tǒng)與PC機(jī)誕生于同一時(shí)代，經(jīng)歷了單片微型計(jì)算機(jī)、微制器階段，在上世紀(jì)末進(jìn)入嵌入式系統(tǒng)階段，因此，SMP、MCU、SoC是不同發(fā)展階段上的嵌入式系統(tǒng)； ◆通用計(jì)算機(jī)與嵌入式系統(tǒng)是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的兩大分支，嵌入式系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)相融合將互聯(lián)網(wǎng)推進(jìn)

2、到物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代。 ◆云計(jì)算是物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上全方位、無限時(shí)空的軟件服務(wù)，是MCU技術(shù)創(chuàng)新與嵌入式應(yīng)用的高級(jí)階段,3,單片機(jī)、嵌入式系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng),嵌入式系統(tǒng)是物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分。 嵌入式系統(tǒng)要有自己的視角與話語權(quán)。 ◆嵌入式系統(tǒng)30年的發(fā)展史就是物聯(lián)與局域物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展史。 ◆嵌入式系統(tǒng)普遍網(wǎng)絡(luò)接入，將互聯(lián)網(wǎng)演變成物聯(lián)網(wǎng)。 ◆物聯(lián)網(wǎng)的物聯(lián)源頭是嵌入式系統(tǒng)，智慧源頭是微處理器，服務(wù)體系

3、是云計(jì)算。因此，在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域中，嵌入式系統(tǒng)應(yīng)有自己的視角與話語權(quán)。,4,單片機(jī)、嵌入式系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng),1. 物聯(lián)網(wǎng)的有關(guān)概念 2. 尋找物聯(lián)網(wǎng)的源頭 3. 物聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)事件 4. 物聯(lián)網(wǎng)事件的行為元素 5. 物聯(lián)網(wǎng)與云計(jì)算,5,1. 物聯(lián)網(wǎng)的有關(guān)概念,物聯(lián)網(wǎng)與智慧地球不是概念炒作，是互聯(lián)網(wǎng)與嵌入式系統(tǒng)在高級(jí)階段的融合。目前對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的定義還不太成熟（只有通信視角的定義）。物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的概念有傳

4、感網(wǎng)、智慧地球。,6,1. 物聯(lián)網(wǎng)的有關(guān)概念,1.1 傳感網(wǎng) 1999年，中科院?jiǎn)?dòng)了傳感網(wǎng)的研究和開發(fā)。為我國(guó)在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域爭(zhēng)得了話語權(quán)。1.2 物聯(lián)網(wǎng) 2005年，國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）發(fā)布了《ITU互聯(lián)網(wǎng)報(bào)告2005：物聯(lián)網(wǎng)》。報(bào)告指出，無所不在的“物聯(lián)網(wǎng)”通信時(shí)代即將來臨，世界上所有的物體從輪胎到牙刷、從房屋到紙巾都可以通過因特網(wǎng)主動(dòng)進(jìn)行交互。射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）、傳感器技術(shù)、納米技術(shù)、智能嵌

5、入技術(shù)將到更加廣泛的應(yīng)用。,7,1. 物聯(lián)網(wǎng)的有關(guān)概念,1.3 智慧地球 2009年１月２８日，奧巴馬就任美國(guó)總統(tǒng)后，與美國(guó)工商業(yè)領(lǐng)袖舉行了一次“圓桌會(huì)議”。會(huì)上，IＢＭ首席執(zhí)行官彭明盛首次提出“智慧地球”這一概念。隨后，IBM大中華區(qū)首席執(zhí)行官錢大群在2009 IBM論壇上公布了名為“智慧地球”的最新策略，從“智慧地球”角度推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。,8,1. 物聯(lián)網(wǎng)的有關(guān)概念,1.4 物聯(lián)網(wǎng)定義 ◆ 定義：物聯(lián)網(wǎng)是

6、一種通過射頻識(shí)別（RFID）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進(jìn)行信息交換和通訊，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)就是“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”。第一，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴(kuò)展；第二，其用戶端延伸和擴(kuò)展到了任何物品與物品之間，進(jìn)行信息交換和通訊。,9,1. 物聯(lián)網(wǎng)的有關(guān)概念,◆ 定義的缺陷： ◇通信領(lǐng)域一家之

7、言 ◇ 沒有講淸是通過什么手段、方式將物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來。 ◇ 沒有反映單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)中的地位與作用。 ◇ 不了解單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)的物聯(lián)發(fā)展史。,10,2. 尋找物聯(lián)網(wǎng)的源頭,物聯(lián)網(wǎng)有三個(gè)源頭： 即智慧源頭、網(wǎng)絡(luò)源頭、物聯(lián)源頭 2.1 物聯(lián)網(wǎng)的智慧源頭 2.2 物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)源頭 2.3 物聯(lián)

8、網(wǎng)的物聯(lián)源頭,11,2. 尋找物聯(lián)網(wǎng)的源頭,2.1 物聯(lián)網(wǎng)的智慧源頭 ◆ 智慧源頭是微處理器： 2006年統(tǒng)計(jì)：通用微處理器8億，嵌入式處理器5000億 ◆ 有兩種智慧方式： ◇ 通用微處理器智慧平臺(tái)：通用計(jì)算機(jī)桌面系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng) ◇ 嵌入式系統(tǒng)的智慧嵌入：?jiǎn)纹瑱C(jī)與嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)。 智能芯片、智能化工具與智能化設(shè)備 ◆智慧地球構(gòu)建

9、方式： 智慧平臺(tái)的智慧互聯(lián)與智慧嵌入的智慧物聯(lián)。,12,2. 尋找物聯(lián)網(wǎng)的源頭,2.2 物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)源頭 ◆ 物聯(lián)網(wǎng)的兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)源頭： ◇ 通用計(jì)算機(jī)的互聯(lián)網(wǎng)（無限時(shí)空、全球網(wǎng)羅） ◇ 嵌入式系統(tǒng)的局域物聯(lián)網(wǎng)（物理參數(shù)、物理對(duì)象被網(wǎng)羅） ◆物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)特性： 無限時(shí)空、智慧網(wǎng)絡(luò)、全球網(wǎng)羅、網(wǎng)羅及物 ◆物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展進(jìn)程：

10、 互聯(lián)網(wǎng)、嵌入式系統(tǒng)物聯(lián)、局域物聯(lián)網(wǎng)在高級(jí)階段的融合。 （請(qǐng)看下圖）,13,2. 尋找物聯(lián)網(wǎng)的源頭,◇ 20世紀(jì)70年代末，微處理器基礎(chǔ)上現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的兩大分支 ◇兩大分支的互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)、物聯(lián)局域網(wǎng)的獨(dú)立發(fā)展時(shí)代 ◇兩大分支在高級(jí)階段相互融合的物聯(lián)網(wǎng)與云計(jì)算時(shí)代,14,2. 尋找物聯(lián)網(wǎng)的源頭,2.3 物聯(lián)網(wǎng)的物聯(lián)源頭 ◆物

11、聯(lián)源頭是嵌入式系統(tǒng) 對(duì)象物聯(lián)、信息物聯(lián)。 ◆嵌入式系統(tǒng)有四個(gè)物聯(lián)界面 感知物聯(lián)、 物控物聯(lián)、 人-物互聯(lián)、 物物互聯(lián),15,2. 尋找物聯(lián)網(wǎng)的源頭,◇感知物聯(lián) 物理信息感知：電子標(biāo)簽（RFID）感受對(duì)象的物理信息。 物理參數(shù)感知：傳感器感受對(duì)象的靜態(tài)參數(shù)、動(dòng)態(tài)參數(shù)信息。 時(shí)空信息感知：GPS給予物理對(duì)象進(jìn)行時(shí)空標(biāo)定。 ◇物

12、控物聯(lián) 物理對(duì)象管控：物理對(duì)象的行為控制 ◇人-物互聯(lián) 人機(jī)交互：物聯(lián)系統(tǒng)中主觀介入（監(jiān)視、管理、指揮、調(diào)度） ◇物-物互聯(lián) 物理對(duì)象交互：物聯(lián)系統(tǒng)中物理對(duì)象上、下，左、右的交互,16,3. 物聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)事件,物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中的三個(gè)概念： 物聯(lián)系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)事件、物聯(lián)網(wǎng)事件行為進(jìn)程。 3.1 物聯(lián)網(wǎng)中的物聯(lián)系統(tǒng) 3.2 物聯(lián)系統(tǒng)中的

13、物聯(lián)網(wǎng)事件 3.3 物聯(lián)網(wǎng)事件的行為進(jìn)程 3.4 物聯(lián)網(wǎng)事件的實(shí)時(shí)性要求,17,3. 物聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)事件,3.1 物聯(lián)網(wǎng)中的物聯(lián)系統(tǒng) 物聯(lián)系統(tǒng)是物聯(lián)網(wǎng)中，完成規(guī)定任務(wù)的一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)。 物聯(lián)網(wǎng)中，有無限多的物聯(lián)系統(tǒng)與物聯(lián)子系統(tǒng)，例如： ◆電子商務(wù)物聯(lián)系統(tǒng)：由電子標(biāo)簽信息、交易設(shè)施、交易對(duì)象組成的系統(tǒng)。如，網(wǎng)上購(gòu)物系統(tǒng)、票務(wù)系統(tǒng)、超市購(gòu)物系統(tǒng)等。 ◆智能家居物聯(lián)系統(tǒng)

14、： 家居電子系統(tǒng)被物聯(lián)，組成家居體系的安全監(jiān)測(cè)、最優(yōu)化管理、遠(yuǎn)程控制的物聯(lián)系統(tǒng)。,18,3. 物聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)事件,◆交通管理物聯(lián)系統(tǒng)：由人、車、域市交管系統(tǒng)組成的交通事故處理、道路運(yùn)行管理、行車安全監(jiān)測(cè)等物聯(lián)系統(tǒng)。 ◆ 醫(yī)療救助物聯(lián)系統(tǒng)：個(gè)人監(jiān)護(hù)系統(tǒng)、醫(yī)院醫(yī)護(hù)系統(tǒng)、醫(yī)療設(shè)備、醫(yī)生等，共同組成一個(gè)遠(yuǎn)程醫(yī)療救助體系。 還可以舉出許多物聯(lián)系統(tǒng)、物聯(lián)子系統(tǒng)。 物聯(lián)網(wǎng)是智慧地球，人有

15、智慧大腦 大腦能想象出來的東西，智慧地球都能做到。,19,3. 物聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)事件,3.2 物聯(lián)系統(tǒng)中的物聯(lián)網(wǎng)事件 物聯(lián)網(wǎng)事件是物聯(lián)系統(tǒng)中的某個(gè)特定行為事件。 例如： ◆交通管理物聯(lián)系統(tǒng)中的物聯(lián)網(wǎng)事件： 某個(gè)交通違章事件、某交通事故、某個(gè)交通管理措施、某個(gè)公路車輛調(diào)度措施。 ◆智能家居物聯(lián)系統(tǒng)中的物聯(lián)網(wǎng)事件： 某個(gè)遠(yuǎn)程控制家用電器的事件、

16、某個(gè)報(bào)警事件、某個(gè)遠(yuǎn)程查表、 收費(fèi)事件等。,20,3. 物聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)事件,3.3 物聯(lián)網(wǎng)事件的行為進(jìn)程 物聯(lián)網(wǎng)事件的三個(gè)行為進(jìn)程： 事件激勵(lì)、信息處理、響應(yīng)輸出 ◆事件激勵(lì)：物聯(lián)網(wǎng)事件激發(fā)因素。有主動(dòng)激勵(lì)、被動(dòng)激勵(lì)。 ◆信息處理：各個(gè)處理器（通用計(jì)算機(jī)與嵌入式系統(tǒng)）環(huán)節(jié)上 的信息處理過程。

17、 ◆響應(yīng)輸出：對(duì)激勵(lì)要求的的最終反應(yīng)。 有實(shí)時(shí)響應(yīng)、準(zhǔn)實(shí)時(shí)響應(yīng)。,21,3. 物聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)事件,以智能家居為例： *事件激勵(lì)：主動(dòng)激勵(lì)—遠(yuǎn)程家電控制 被動(dòng)激勵(lì)—家居失火 *信息處理：界面信息處理—物聯(lián)系統(tǒng)進(jìn)入許可，許可認(rèn)證

18、 綜合信息處理—參數(shù)與信息的數(shù)字處理 *響應(yīng)輸出：實(shí)時(shí)響應(yīng)—火災(zāi)、入室盜竊報(bào)警 準(zhǔn)實(shí)時(shí)響應(yīng)—空調(diào)、微波爐定時(shí)啟動(dòng),22,3. 物聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)事件,3.4 物聯(lián)網(wǎng)事件的實(shí)時(shí)性 ◆ 實(shí)時(shí)性要求： 物聯(lián)網(wǎng)事件中，激勵(lì)對(duì)響應(yīng)的時(shí)間要求。 ◆ 實(shí)時(shí)性是物聯(lián)網(wǎng)的重要品質(zhì)指標(biāo) ◇實(shí)時(shí)響應(yīng)：

19、物聯(lián)網(wǎng)事件的即時(shí)響應(yīng)要求 ◇準(zhǔn)實(shí)時(shí)響應(yīng)：物聯(lián)網(wǎng)事件的指定時(shí)間響應(yīng)要求 ◆ 物聯(lián)網(wǎng)事件中的主要耗時(shí)環(huán)節(jié) ◇網(wǎng)絡(luò)帶寬（信號(hào)的傳輸耗時(shí)與排隊(duì)耗時(shí)） ◇軟件運(yùn)行時(shí)間（指令周期的時(shí)間耗費(fèi)）,23,4. 物聯(lián)網(wǎng)事件的行為元素,行為元素是物聯(lián)網(wǎng)事件中的典型行為過程 物聯(lián)網(wǎng)行為元素有：物儲(chǔ)、物感、物控、物管、物互。 4.1 物聯(lián)網(wǎng)存儲(chǔ)

20、（物儲(chǔ)） 4.2 物聯(lián)網(wǎng)傳感（物感） 4.3 物聯(lián)網(wǎng)控制（物控） 4.4 物聯(lián)網(wǎng)管理（物管） 4.5 物聯(lián)網(wǎng)交互（物互）,24,4. 物聯(lián)網(wǎng)事件的行為元素,4.1 物聯(lián)網(wǎng)存儲(chǔ)（物儲(chǔ)） ◆ 源頭：真實(shí)世界物質(zhì)的數(shù)字化的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ) ◆ 方式：“0、1”數(shù)字符號(hào)的量子化存儲(chǔ)，與具體物質(zhì)無關(guān) ◇電子化信息存儲(chǔ)：個(gè)人信息，財(cái)、物信息存儲(chǔ)。 ◇數(shù)字

21、化虛擬存儲(chǔ)：真實(shí)世界的虛擬電子存儲(chǔ)， 如，網(wǎng)上銀行、購(gòu)物系統(tǒng)、交管系統(tǒng)、認(rèn)證系統(tǒng)等。 ◇虛實(shí)交互存儲(chǔ)：物理認(rèn)證基礎(chǔ)上的數(shù)字化虛擬存儲(chǔ)。 如，集成電路、IP核、系統(tǒng)電路交易中的的數(shù)字化虛擬存儲(chǔ)、傳遞與FPGA的物理認(rèn)證 ◇數(shù)字文件存儲(chǔ)：圖片、音視頻資料存儲(chǔ)，有效證件存儲(chǔ),25,4. 物聯(lián)網(wǎng)事件的行為元素,4.2 物聯(lián)網(wǎng)傳感（物感）

22、 ◆ 源頭：嵌入式系統(tǒng)傳感器接口的感知能力 ◆ 方式：智能傳感器、智能化工具的物感或網(wǎng)絡(luò)物感。4.3 物聯(lián)網(wǎng)控制（物控） ◆ 源頭：嵌入式系統(tǒng)控制接口的控制能力 ◆ 方式：遠(yuǎn)程對(duì)象控制、嵌入式系統(tǒng)軟件遠(yuǎn)程升級(jí)、局域網(wǎng)的遠(yuǎn) 程控制、遠(yuǎn)程機(jī)器人操作等。,26,4. 物聯(lián)網(wǎng)事件的行為元素,4.4 物聯(lián)網(wǎng)管理（物管） ◆ 源頭：互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)庫(kù)、信息流、數(shù)據(jù)流管理

23、平臺(tái)。 ◆ 方式：數(shù)據(jù)流管理、數(shù)據(jù)庫(kù)互聯(lián)、數(shù)據(jù)信息認(rèn)證、信息流通 許可等安全性管理與經(jīng)營(yíng)性管理。4.5 物聯(lián)網(wǎng)交互（物互） ◆ 源頭：嵌入式系統(tǒng)的四個(gè)物聯(lián)界面：人機(jī)界面、傳感界面、 控制界面、通信界面。 ◆ 方式：人、物、網(wǎng)（廣域、局域）的多種交互行為。,27,5. 物聯(lián)網(wǎng)與云計(jì)算,◆ 物聯(lián)網(wǎng)與云計(jì)算是基礎(chǔ)與上層建筑的

24、關(guān)系◆ 物聯(lián)網(wǎng)是智慧地球，云計(jì)算是智慧服務(wù)◆ 物聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)體系，云計(jì)算是軟件服務(wù)◆ 云計(jì)算是物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代全方位、無限時(shí)空的全球服務(wù)體系,28,結(jié)束語,1. 互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算都是概念創(chuàng)新，其重要性遠(yuǎn)在技術(shù)創(chuàng)新、方法創(chuàng)新之上。概念創(chuàng)新起著科技發(fā)展的統(tǒng)帥作用。 2. 物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算都是多學(xué)科的綜合領(lǐng)域。不同學(xué)科視角不同。應(yīng)綜合不同領(lǐng)域的專家視角。切忌一家之言。 3. 集成電路、微處理器、現(xiàn)代計(jì)算機(jī)

25、（通用計(jì)算機(jī)與嵌入式系統(tǒng)）是現(xiàn)代科技之本。應(yīng)加強(qiáng)對(duì)集成電路、微處理器、現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的深層原理與發(fā)展史研究。 4. 嵌入式系統(tǒng)是物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算的重要技術(shù)基礎(chǔ)。應(yīng)該認(rèn)真研究物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算的嵌入式系統(tǒng)源頭，以及物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算中嵌入式系統(tǒng)的軟硬件技術(shù)。,29,參考文獻(xiàn),［1］何立民，《從資本經(jīng)濟(jì)到知識(shí)經(jīng)濟(jì)》， 北航空航天大學(xué)出版社，2

26、010（8）［2］何立民，“從嵌入式系統(tǒng)視角看物聯(lián)網(wǎng)” ， 《單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用》，2010（10） ［3］何立民，“嵌入式系統(tǒng)的定義與發(fā)展歷史” ， 《單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用》，2004（1）［4］何立民，“從嵌入式系統(tǒng)看現(xiàn)代計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)革命” ，

27、 《單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用》，2008（1）［5］何立民，“嵌入式系統(tǒng)支柱學(xué)科的交叉與融合” ， 《單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用》，2008（5）［6］何立民，“微處理器智力內(nèi)核使一切成為可能為” ， 《電子產(chǎn)品世界