单片机、嵌入式系统与物联网V06 hlm 101115

1单片机、嵌入式系统与物联网V0.6北京航空航天大学《单片机与嵌入式系统应用》杂志社嵌入式系统联谊会何立民2MCU、嵌入式系统、物联网、云计算的基本概念◆嵌入式系统是嵌入到对象体系中的智能化电子系统；◆嵌入式系统的智力内核是半导体微处理器；◆嵌入式系统与PC机诞生于同一时代，经历了单片微型计算机、微制器阶段，在上世纪末进入嵌入式系统阶段，因此，SMP、MCU、SoC是不同发展阶段上的嵌入式系统；◆通用计算机与嵌入式系统是现代计算机的两大分支，嵌入式系统与互联网相融合将互联网推进到物联网时代。◆云计算是物联网基础上全方位、无限时空的软件服务，是MCU技术创新与嵌入式应用的高级阶段3单片机、嵌入式系统与物联网嵌入式系统是物联网的重要组成部分。嵌入式系统要有自己的视角与话语权。◆嵌入式系统30年的发展史就是物联与局域物联网的发展史。◆嵌入式系统普遍网络接入，将互联网演变成物联网。◆物联网的物联源头是嵌入式系统，智慧源头是微处理器，服务体系是云计算。因此，在物联网领域中，嵌入式系统应有自己的视角与话语权。4单片机、嵌入式系统与物联网1.物联网的有关概念2.寻找物联网的源头3.物联网与物联网事件4.物联网事件的行为元素5.物联网与云计算51.物联网的有关概念物联网与智慧地球不是概念炒作，是互联网与嵌入式系统在高级阶段的融合。目前对物联网的定义还不太成熟（只有通信视角的定义）。物联网相关的概念有传感网、智慧地球。61.物联网的有关概念1.1传感网1999年，中科院启动了传感网的研究和开发。为我国在物联网领域争得了话语权。1.2物联网2005年，国际电信联盟（ITU）发布了《ITU互联网报告2005：物联网》。报告指出，无所不在的“物联网”通信时代即将来临，世界上所有的物体从轮胎到牙刷、从房屋到纸巾都可以通过因特网主动进行交互。射频识别技术（RFID）、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术将到更加广泛的应用。71.物联网的有关概念1.3智慧地球2009年１月２８日，奥巴马就任美国总统后，与美国工商业领袖举行了一次“圆桌会议”。会上，IＢＭ首席执行官彭明盛首次提出“智慧地球”这一概念。随后，IBM大中华区首席执行官钱大群在2009IBM论坛上公布了名为“智慧地球”的最新策略，从“智慧地球”角度推动物联网技术。81.物联网的有关概念1.4物联网定义◆定义：物联网是一种通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网就是“物物相连的互联网”。第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通讯。91.物联网的有关概念◆定义的缺陷：◇通信领域一家之言◇没有讲淸是通过什么手段、方式将物品与互联网连接起来。◇没有反映单片机与嵌入式系统的物联网中的地位与作用。◇不了解单片机与嵌入式系统的物联发展史。102.寻找物联网的源头物联网有三个源头：即智慧源头、网络源头、物联源头2.1物联网的智慧源头2.2物联网的网络源头2.3物联网的物联源头112.寻找物联网的源头2.1物联网的智慧源头◆智慧源头是微处理器：2006年统计：通用微处理器8亿，嵌入式处理器5000亿◆有两种智慧方式：◇通用微处理器智慧平台：通用计算机桌面系统与互联网◇嵌入式系统的智慧嵌入：单片机与嵌入式应用系统。智能芯片、智能化工具与智能化设备◆智慧地球构建方式：智慧平台的智慧互联与智慧嵌入的智慧物联。122.寻找物联网的源头2.2物联网的网络源头◆物联网的两个网络源头：◇通用计算机的互联网（无限时空、全球网罗）◇嵌入式系统的局域物联网（物理参数、物理对象被网罗）◆物联网的网络特性：无限时空、智慧网络、全球网罗、网罗及物◆物联网网络发展进程：互联网、嵌入式系统物联、局域物联网在高级阶段的融合。（请看下图）132.寻找物联网的源头◇20世纪70年代末，微处理器基础上现代计算机的两大分支◇两大分支的互联网与物联、物联局域网的独立发展时代◇两大分支在高级阶段相互融合的物联网与云计算时代142.寻找物联网的源头2.3物联网的物联源头◆物联源头是嵌入式系统对象物联、信息物联。◆嵌入式系统有四个物联界面感知物联、物控物联、人-物互联、物物互联152.寻找物联网的源头◇感知物联物理信息感知：电子标签（RFID）感受对象的物理信息。物理参数感知：传感器感受对象的静态参数、动态参数信息。时空信息感知：GPS给予物理对象进行时空标定。◇物控物联物理对象管控：物理对象的行为控制◇人-物互联人机交互：物联系统中主观介入（监视、管理、指挥、调度）◇物-物互联物理对象交互：物联系统中物理对象上、下，左、右的交互163.物联网与物联网事件物联网应用中的三个概念：物联系统、物联网事件、物联网事件行为进程。3.1物联网中的物联系统3.2物联系统中的物联网事件3.3物联网事件的行为进程3.4物联网事件的实时性要求173.物联网与物联网事件3.1物联网中的物联系统物联系统是物联网中，完成规定任务的一个应用系统。物联网中，有无限多的物联系统与物联子系统，例如：◆电子商务物联系统：由电子标签信息、交易设施、交易对象组成的系统。如，网上购物系统、票务系统、超市购物系统等。◆智能家居物联系统：家居电子系统被物联，组成家居体系的安全监测、最优化管理、远程控制的物联系统。183.物联网与物联网事件◆交通管理物联系统：由人、车、域市交管系统组成的交通事故处理、道路运行管理、行车安全监测等物联系统。◆医疗救助物联系统：个人监护系统、医院医护系统、医疗设备、医生等，共同组成一个远程医疗救助体系。还可以举出许多物联系统、物联子系统。物联网是智慧地球，人有智慧大脑大脑能想象出来的东西，智慧地球都能做到。193.物联网与物联网事件3.2物联系统中的物联网事件物联网事件是物联系统中的某个特定行为事件。例如：◆交通管理物联系统中的物联网事件：某个交通违章事件、某交通事故、某个交通管理措施、某个公路车辆调度措施。◆智能家居物联系统中的物联网事件：某个远程控制家用电器的事件、某个报警事件、某个远程查表、收费事件等。203.物联网与物联网事件3.3物联网事件的行为进程物联网事件的三个行为进程：事件激励、信息处理、响应输出◆事件激励：物联网事件激发因素。有主动激励、被动激励。◆信息处理：各个处理器（通用计算机与嵌入式系统）环节上的信息处理过程。◆响应输出：对激励要求的的最终反应。有实时响应、准实时响应。213.物联网与物联网事件以智能家居为例：*事件激励：主动激励—远程家电控制被动激励—家居失火*信息处理：界面信息处理—物联系统进入许可，许可认证综合信息处理—参数与信息的数字处理*响应输出：实时响应—火災、入室盗窃报警准实时响应—空调、微波炉定时启动223.物联网与物联网事件3.4物联网事件的实时性◆实时性要求：物联网事件中，激励对响应的时间要求。◆实时性是物联网的重要品质指标◇实时响应：物联网事件的即时响应要求◇准实时响应：物联网事件的指定时间响应要求◆物联网事件中的主要耗时环节◇网络带宽（信号的传输耗时与排队耗时）◇软件运行时间（指令周期的时间耗费）234.物联网事件的行为元素行为元素是物联网事件中的典型行为过程物联网行为元素有：物储、物感、物控、物管、物互。4.1物联网存储（物储）4.2物联网传感（物感）4.3物联网控制（物控）4.4物联网管理（物管）4.5物联网交互（物互）244.物联网事件的行为元素4.1物联网存储（物储）◆源头：真实世界物质的数字化的网络存储◆方式：“0、1”数字符号的量子化存储，与具体物质无关◇电子化信息存储：个人信息，财、物信息存储。◇数字化虚拟存储：真实世界的虚拟电子存储，如，网上银行、购物系统、交管系统、认证系统等。◇虚实交互存储：物理认证基础上的数字化虚拟存储。如，集成电路、IP核、系统电路交易中的的数字化虚拟存储、传递与FPGA的物理认证◇数字文件存储：图片、音视频资料存储，有效证件存储254.物联网事件的行为元素4.2物联网传感（物感）◆源头：嵌入式系统传感器接口的感知能力◆方式：智能传感器、智能化工具的物感或网络物感。4.3物联网控制（物控）◆源头：嵌入式系统控制接口的控制能力◆方式：远程对象控制、嵌入式系统软件远程升级、局域网的远程控制、远程机器人操作等。264.物联网事件的行为元素4.4物联网管理（物管）◆源头：互联网的数据库、信息流、数据流管理平台。◆方式：数据流管理、数据库互联、数据信息认证、信息流通许可等安全性管理与经营性管理。4.5物联网交互（物互）◆源头：嵌入式系统的四个物联界面：人机界面、传感界面、控制界面、通信界面。◆方式：人、物、网（广域、局域）的多种交互行为。275.物联网与云计算◆物联网与云计算是基础与上层建筑的关系◆物联网是智慧地球，云计算是智慧服务◆物联网是物联体系，云计算是软件服务◆云计算是物联网时代全方位、无限时空的全球服务体系28结束语1.互联网、物联网、云计算都是概念创新，其重要性远在技术创新、方法创新之上。概念创新起着科技发展的统帅作用。2.物联网、云计算都是多学科的综合领域。不同学科视角不同。应综合不同领域的专家视角。切忌一家之言。3.集成电路、微处理器、现代计算机（通用计算机与嵌入式系统）是现代科技之本。应加强对集成电路、微处理器、现代计算机的深层原理与发展史研究。4.嵌入式系统是物联网、云计算的重要技术基础。应该认真研究物联网、云计算的嵌入式系统源头，以及物联网、云计算中嵌入式系统的软硬件技术。29参考文献［1］何立民，《从资本经济到知识经济》，北航空航天大学出版社，2010（8）［2］何立民，“从嵌入式系统视角看物联网”，《单片机与嵌入式系统应用》，2010（10）［3］何立民，“嵌入式系统的定义与发展历史”，《单片机与嵌入式系统应用》，2004（1）［4］何立民，“从嵌入式系统看现代计算机产业革命”，《单片机与嵌入式系统应用》，2008（1）［5］何立民，“嵌入式系统支柱学科的交叉与融合”，《单片机与嵌入式系统应用》，2008（5）［6］何立民，“微处理器智力内核使一切成为可能为”，《电子产品世界》，2009（1）30谢谢大家