什么是嵌入式技术，它如何改变我们熟知的世界？

现在，将视线从电脑或手机上移开，抬起头来，你看到了什么？

或许你看到了一盏灯。

一台电视？

一个收音机？

或者一个时钟？（如果接近午餐或晚餐时间，你一定会偷偷看一眼时间；如果你不幸地早上很早就开始工作，你也会关注早饭时间。）

上述这些设备都涉及嵌入式系统，它们无处不在。

你可能没意识到这一点，但你每天可能都会与数十台甚至数百台嵌入式设备进行交互。

这些小物件很容易被忽略，比如早晨叫醒我们的闹钟，载我们上班的汽车，或者是帮我们清醒一整天的咖啡机。

你可能甚至没想过它们是如何工作的，但它们时刻都在工作。

在这里，我们将揭密幕后技术，一起探究所谓的嵌入式软件，以及这些软件为何会完成设定好的任务。

什么是嵌入式软件？

嵌入式软件是内置于非传统计算机的机器或设备中的软件。比如微波炉、汽车或数码手表等等。

嵌入式软件开发是为特定的硬件规格或目的而设计的软件创建，因此它与传统计算机编程中的软件开发略有不同。

工程师和开发人员的工作都有严格限定的设备和硬件规格要求，这也意味着软件必须是高度定制的。

例如，相比于让烤面包机发送电子邮件，嵌入式软件开发人员会更关心烤面包机的计时器设置是否正确！

嵌入式软件与非嵌入式软件

在一个充斥着科技的世界里，我们很难弄清嵌入式软件和非嵌入式软件的区别。

但对比一下智能冰箱和笔记本电脑的不同软硬件要求，区别就显而易见。

以下是嵌入式和非嵌入式软件和二者软件开发之间的一些明显区别：

嵌入式系统的组件

“嵌入式系统”是指既有软件又有硬件的系统，包含设备工作所需的所有组件。

对于一个正常运转的嵌入式系统来说，嵌入式软件至关重要。这也是一个工作型数码手表和一个时尚但非功能性的手腕配饰的重要区别。

嵌入式系统根据其所处的环境，执行特定的操作。传感器用于获取环境数据，软件对硬件基于该信息应该输出什么做出关键决策。

回想一下之前提到的烤面包机（没错，就是那个不发送电子邮件的）。它需要来自加热元件的数据，才能判定是否达到设定的温度、与其设置相关的正确时间，以及在面包烤好后，弹出面包（希望面包不会烤焦）。

嵌入式系统将这些任务分解成像这样的微小细节，你就可以看到嵌入式系统在我们日常生活中所发挥的真正影响力。

以下是每个组件的详细情况：

嵌入式系统类型

根据不同的用途，嵌入式系统被分为多种类型。本质上，需要哪种类型的系统取决于设备的功能。

下面详细介绍了四种最常见的嵌入式系统类型，其中嵌入式软件开发是关键。

单机系统

顾名思义，单机系统不需要像处理器这样的主机系统，就可以自行运转。

这些系统在已连接设备上显示数据，以数字方式或模拟信号传送数据。

它们是为特定用途而构建的相当基本的系统，比如数字闹钟或电子温度计。我们前面示例中的烤面包机也是单机系统。

联网系统

与单机系统不同，联网系统连接到其他系统，并且通过微处理器或控制器管理程序进行集中控制。

“联网系统”一词源于它们在局域网或广域网上运行这一事实。如此一来，它们可以创建管理各种服务的复杂系统。

联网系统包括现代安全系统、Ring 和 Nest 等摄像工具以及智能家居系统。

移动系统

最具代表性的移动系统就是智能手机，它使用特定版本的软件（如 Android 或 iOS）。

即便如此，移动系统也可以比这更简单。移动系统是指在保持便携性的同时，具有构建于多个嵌入式应用程序上的需要微控制器和复杂通信的便携式系统。

简而言之，所有非笔记本和个人移动计算设备都可以被认为是移动系统。

实时嵌入式系统

实时嵌入式系统需要即时响应，因此工程师基于这一原则构建实时嵌入式系统。

这种类型的系统必须在非常特定的时限内完成紧急任务，如果在这种情况下发生故障，可能导致灾难性的后果。因此，涉及安全事件或紧急情况时，实时嵌入式系统通常十分重要。

所有医疗工具、车辆到军事防御系统范围的东西都属于这一类型。

嵌入式系统示例

从烤面包机到特斯拉，我们可以找到各种形状和大小的嵌入式系统的例子。

以下是一些更常见的嵌入式系统示例：

•    汽车——不只是特斯拉才应用了嵌入式技术。从倒车雷达到自动雨刮器，现代汽车都采用了嵌入式系统和装置，让驾驶更加舒适和方便。
•    智能电视——有没有遇到过因为看太久而导致电视自动关机的尴尬问题？当按键无法使用时，你用过遥控器上的语音功能来切换频道吗？多亏了嵌入式系统，与阴极射线时代相比，现在的银幕前所未有的流畅。
•    安全摄像头——运动检测系统在家庭安全中发挥着重要作用，有了标准摄像头和红外摄像头中的硬件，你可以实现从录像到自动开灯的各种所需输出，将坏人拒之门外。
•    红绿灯——无论是在日常通勤还是周末出游，几乎不可能避开红绿灯。交通控制使用嵌入式系统，输入自环境和当前交通状况的数据，让车流保持畅通，确保您的旅程无阻。

嵌入式软件编程的最佳语言

但是嵌入式系统不是靠魔法工作的。它们需要嵌入式软件开发人员进行专业编程，以确保软件正常运行，达成期望的结果。

为此，开发人员使用编程语言编写软件能够理解的代码。

以下是一些最常用的编程语言：

C 语言 / 嵌入式 C 语言

C 语言和嵌入式 C 语言是非常热门的语言。由于它们与汇编级语言非常接近，它们都提供了更好的通信和内存管理。

它们还能在各种系统上运行。例如，嵌入式 C 语言是专门为嵌入式开发而构建的，它也因此得名。它是编程微控制器和一些其他工具的理想选择。

C++

C++ 编程语言是另一种 C 语言变体，其流行的原因和 C 语言相同。C++因其稳定性和代码安全性而备受推崇，但在内存管理方面，C++ 也带来了一些挑战。

Python

Python 作为嵌入式系统的编程语言，由于其易用性而变得越来越流行。它也不需要长时间的数据编译，因此加快了开发进程。

Java

Java 编程语言十分流行，被认为是设计用户界面 (UI) 的最佳选择，并且由于其可靠性和可移植性而经常被推荐使用。

Rust

这门语言是C语言的另一种派生语言。然而，与 Rust 的不同之处在于，它增加了许多安全功能、更快的编程能力和动态内存管理，从而从长远来看减少了人工操作。

Lua

Lua 是一种非常轻量级的语言，因其最小的内存使用量而在嵌入式系统工程中很流行。许多开发人员还认为，它比 C 语言及其衍生语言更容易学习。

嵌入式软件工程师的最佳工具

尽管有如此多编程语言和嵌入式系统，但要找到一个全面综合的工具却非常困难。

下面，我们为嵌入式软件工程师和开发人员提供了一些目前市场上最有效的工具。你甚至会发现一个熟悉的名字……

Proteus

Proteus 是一个基于软件的印刷电路板 (PCB) 测试系统。团队可以用它快速设计 PBC 线路、路径和布局。

Incredibuild

当然，我们的平台也不能排除在外！

Incredibuild 的技术加速了嵌入式软件开发并减少了等待时间，从而实现了实时迭代，并缩短了上市时间。

Visual Studio

Microsoft 的 Visual Studio 是世界上最流行的集成开发环境 (IDE) 之一，这是有充分理由的。

它兼容大量编程语言，在使用 Visual C++ IoT 的 Windows 和 Linux 操作系统上，为 C 语言和 C++ 语言提供集成调试。

ARM Keil

ARM Keil 是 ARM 微控制器设备上嵌入式软件的完整开发环境，包括全套工具和库。