物聯網與嵌入式系統開發探討

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摘要：本文圍繞物聯網的關鍵技術展開闡述，并就嵌入式系統開發的實際意義、發展趨勢展開詳細分析，以期引起相關工作人員的重視，為信息通信技術的應用提供參考。

關鍵詞：系統開發；嵌入式系統；物聯網新時期

隨著信息技術的普及與智能城市建設步伐的加快，我國對物聯網技術的研究已經達到了一個新的高度。在此背景下，嵌入式系統開發研究也取得了進一步的提升。同時，人們逐漸意識到物聯網對于嵌入式系統開發的重要性。在此背景下，有必要對物聯網與嵌入式系統開發展開研究，并進一步探討物聯網技術與嵌入式系統的實際應用。

1物聯網開發研究

1.1物聯網主要特征

物聯網是指通過各種設備和技術，如信息傳感器、射頻識別技術、全球定位系統等，實時收集任何需要監控、連接和交互的對象或過程，利用網絡接入，將物與物、物與人聯系在一起，實現對物品與過程的智能信息感知、提取和管理[1]。隨著時代的進步發展，計算機技術逐漸趨于成熟，物聯網應用領域也越來越廣泛。物聯網主要特征基本上可以概括成三個部分：整體感知、可靠傳輸以及智能處理。整體感知是指通過使用感應設備，如RFID、QR碼和智能傳感器，可以識別和獲取各種物體的信息?？煽總鬏斒侵咐没ヂ摼W和無線網絡的集成，可以實時、準確地傳輸對象信息，實現信息交換和共享。智能處理是指通過各類智能技術對感知和傳輸的數據和信息進行分析和處理，從而實現監控的智能化。如傳統監控平臺雖然實現了對物體的遠程監管控制，但是只能小規模的監控，并不能對多個物體進行統一、有效的監管控制，在大規模監控時，監控平臺非常容易由于超負載作業導致服務器崩潰，從而致使整個監控平臺無法正常使用。而物聯網監控平臺在運行的過程中利用內部存儲器進行邏輯運算存儲、順序控制等指令，進而可以在真正意義上實現對多個對象控制。并且，物聯網監控平臺具備可靠性高、抗干擾能力強以及適用性強等特點，與傳統監控系統相比較而言具有更為廣泛的應用前景。

1.2物聯網關鍵技術

1.2.1網絡通信技術信息通信能力已經逐漸成為大數據時代背景下的必備要求，因此，需要通過網絡通信技術，進一步完善遠距離、大容載的光通信技術?，F階段全球物聯網體系已經構建，與物聯網聯系較為密切的網絡通信技術主要有兩種：短距離通信、遠距離通信。網絡通信技術是指用物理鏈路將各個孤立的系統或主機進行連接，一起組成數據鏈路，以此實現數據共享通信。利用網絡通信技術對用戶資料進行分析，可以更加科學、精準地掌握用戶的訴求，從而在大數據環境下為用戶提供更加具有指向性的軟件服務。網絡通信技術主要為與Wi-Fi功能相近的2G通信技術與RFID傳感設備?，F階段我國物聯網中網絡通信技術的建設側重點主要在于該技術手段的普及應用，如自動繳費設置、無線設備互聯應用以及遠程視頻監控系統等。除此之外，目前各地電網基本上都可以通過移動電話網絡、道路基礎設施等進行通信傳輸，而且還可以通過使用Wi-Fi等途徑接入互聯網[2]。1.2.2智能傳感技術目前，我國在物聯網下所采用傳感技術主要為換能器網絡。換能器網絡主要指用于感知、傳遞的換能器組成的網絡；換能器網絡基本上可以分為內部和外部兩種，內部主要用來向工作人員提供所需要的相關信息，外部則是用來感應當前外部環境狀況。智能傳感技術可以說新時期是衡量我國信息化程度的重要標志，是關于從自然信源獲取信息，并對之進行相處的處理和識別。智能傳感器在處理信息方面，同傳統傳感器相比較而言，不僅精準度更高，并且所需費用相對較少；還具有一定的編程自動化能力；功能多樣化等諸多優點。但是，因為不同傳感器所感知的化學原理、物理原理都有一定的差別，使其感知數據也會產生相應的異構的性質。故而應按照相關標準對已經異構的感知數據進一步分析匯總以及合理配置運用，以便于促進傳感器數據融合。1.2.3RFID射頻識別技術智能傳感技術其中還包括RFID射頻識別技術，RFID射頻識別技術可以通過無線電訊號識別特定的目標并對相關數據進行簡單讀寫。RFID射頻識別技術可以通過無線電訊號識別特定的目標并對相關數據進行簡單讀寫。物聯網將RFID射頻識別技術與已有的數據庫技術、網絡技術等相結合，由此構建一個由大量聯網的RFID終端組成比互聯網更龐大的物聯網。因此，RFID射頻識別技術可作為物聯網的基礎技術。而目前我們國家關于RFID方面的核心技術仍比較缺乏，需要進一步深入研究。

1.3物聯網可靠性探索

物聯網作為新時期產生的一種新興產品，其內部體系結構更加復雜，且目前在國內外也沒有制定統一的標準，因此各方面的安全問題更加突出。并且網絡木馬和網絡病毒的種類繁多、危害極大，網絡木馬和網絡病毒能夠以各種形式，入侵物聯網下的傳感網絡，并且很難在第一時間被工作人員所發現，如果長時間未被發現處理，甚至很有可能直接導致整個計算機系統崩潰。因此，要想有效保證物聯網下傳感網絡的安全、穩定，必須進一步完善網絡安全預警技術。搭建一個既能全程化、全方位實時監測整體網絡安全威脅與態勢的安全預警平臺，又能對物聯網應用、核心業務系統進行通報預警的技術平臺?，F階段我國所采用的網絡通信安全預警技術主要是通過對入侵數據信息進行實時監測，以分析并確定在網絡通信中傳輸的信息數據是否確實得到了相應授權，如果發現未經授權則認定入侵數據信息為非法信息，從而發出預警。另外，要做好數據信息通信傳輸的安防工作，與此同時進一步完善數據備份恢復技術。這樣在進行采集或儲存數據時，即使相關數據信息不幸遭到認為篡改，工作人員也可以通過數據備份恢復技術及時恢復重要的數據信息，從而保障數據信息的準確性和完整性。

1.4物聯網發展前景

就目前國家形勢而言，物聯網技術屬于高精端產業技術，打破傳統互聯網技術、電子技術間的固有界限，擁有十分廣闊的發展創新空間。物聯網技術能夠更為人性化，同時應該注重將其與時展相適應。

2嵌入式系統開發研究

2.1嵌入式系統的組成

目前，國內普遍采用的嵌入式系統的核心層為中央處理器，其主要包括：運算單元和控制器模塊這兩大部分。并且，在CPU的基礎上，還配備了存儲模塊、電源模塊和復位模塊，形成了所謂的最小系統。隨著科學技術的不斷進步，大多集成電路制造商習慣于將多個外圍設備集成到同一個集成電路芯片之中，以便于用戶日常工作使用。這種芯片則被稱為微控制器，在應用微控制器的前提下，進一步擴展功率傳感和檢測、執行器模塊和配套軟件，形成一個具有特定功能的完整單元，稱為嵌入式系統。

2.2嵌入式系統性能測試

由于用戶在應用嵌入式系統過程中，經常會遇到系統卡頓、崩潰的情況發生，造成這種情況發生的主要原因是，嵌入式系統無法再持續承載龐大的數據信息，從而對嵌入式系統造成一定的損害。因此，在嵌入式系統投入使用前，程序員應當對嵌入式系統進行有效的性能測試，以確保用戶在應用嵌入式系統的運行流暢性。首先，程序員應確保嵌入式系統運行環境的兼容性，最大程度提高嵌入式系統開發的質量。不僅要測試嵌入式系統的荷載狀況，還要測試真實應用場景下嵌入式系統的整體情況，進一步確保嵌入式系統性能測試的科學性和合理性。除此之外，程序員還應當模擬用戶長期使用后嵌入式系統的基本運行情況，并采取性能測試，倘若性能測試結果存在差異，需要針對干擾因素及時進行調整與優化，以保障嵌入式系統能夠正常運行，給用戶帶來更好的體驗感。由此也能看出，性能測試對于嵌入式系統開發的重要性。

2.3嵌入式系統開發的具體流程

首先要建立發展環境，安裝操作系統和交叉編譯器。操作系統通常使用RedHatLinux。選擇custominstallation（自定義安裝）或allinstallation（全部安裝），通過網絡下載相應的GCC交叉編譯器進行安裝，或安裝產品制造商提供的相關交叉編譯器[3]。配置mnicom參數。Mnicom軟件用作顯示器和鍵盤輸入工具，用于調試嵌入式開發板的信息輸出。通常，參數為波特率115200波特/秒，數據位8，停止位1，無奇偶校驗，軟硬件流量控制設置為無。Windows下的超級終端配置相同。配置網絡一般是NFS網絡文件系統。應當關閉防火墻，從而有效簡化網絡調試環境的設置過程。建立引導加載程序，因為其代碼的版權及開源等多方面的問題，如果不了解其內部的工作原理，就只能完全依據說明書進行流程式的操作應用，所以應下載公開源代碼，并根據具體芯片進行移植和修改。在沒有內置的引導加載程序的開發板上編寫flash刻錄程序。倘若有特意為所用CPU移植的Linux操作系統，下載后可以添加特定硬件的驅動程序，再調試和修改。對于使用MMU的CPU在模塊模式下調試驅動程序，但mcliunx系統只能編譯內核調試。下載并使用busybox軟件適當進行功能縮減，以生成根文件系統，然后根據應用程序具體需要添加其他程序。如不滿足應用程序的需要，可在根文件系統中修改啟動腳本。在嵌入式系統中，根文件系統通常設置為只讀。需要使用mkcramfs和genromfs等工具來生成刻錄映像文件。通常使用JFFS2或yaffs文件系統。再根據具體需要進行開發應用程序。成功開發的應用程序可以放入根文件系統、yaffs和JFFS2文件系統中。

2.4嵌入式系統開發的實際意義

嵌入式系統是指以應用為中心、以計算機技術為基礎的一種特殊的計算機系統，它可以根據用戶的需要靈活地裁剪軟件和硬件模塊。嵌入式系統的目標是滿足用戶的特定需求。對于大多數完整的嵌入式系統，用戶可以通過打開電源直接享受其功能，無需進行二次系統開發，或只需少量的配置操作。由于過去互聯網的接入人數太少，對于軟件和硬件模塊裁剪要求不大，在我國以往的計算機軟件開發中，大多數人認為計算機軟件的代碼編譯與功能應用才是關鍵。但現在隨著我國的物聯網技術逐漸成熟完善，因為目標系統作為計算機系統的重要組成，大家自然而然對于目標系統的要求也隨之增高。嵌入式計算機將通用計算機系統中的多個PCB板完成的任務集成到芯片中，有利于實現小型化，易于將嵌入式系統嵌入到目標系統中[4]，是計算機軟件開發的重要技術支撐，能夠促進計算機技術不斷創新發展。由此可以得出，嵌入式系統開發的實際意義。

2.5嵌入式系統發展趨勢

微處理器作為嵌入式系統的基礎，在中國計算機系統開發初期，缺乏對微處理器的重視，造成了計算機系統開發的側重點與軟硬件應用的實際需求不相符。由此計算機工作人員逐漸開始開發嵌入式系統。在快節奏的生活條件下，嵌入式系統的開發工作不僅能夠更好地滿足人們個性化、多樣化的生活需求，而且可以推動互聯網行業的未來發展，從而提升我們國家的發展速度，通過開發先進的嵌入式系統，還可以推動國民經濟的迅速發展。隨著時代的不斷前進與發展，計算機技術越來越趨于成熟，其應用領域也越來越為廣泛，嵌入式系統作為計算機系統開發的重要環節，能夠實現計算機技術的整合，驗證軟硬件的功能性，創建滲透式的運行模式，提高計算機系統開發的質量。因此，可以預見在計算機系統開發體系的后續發展中，嵌入式系統必然成為重點研究對象，并進一步應用到計算機行業當中，以保障計算機系統運行的穩定性和安全性，提高計算機軟硬件的工作效率。

3結束語

綜上所述，隨著新時期技術的更新發展，目前國內構建物聯網監控平臺的功能也越來越強大，由于對嵌入式系統要求的增高，因此物聯網的應用可以說是極為重要。因為，新時期物聯網技術的應用能夠大幅度提高我們國家軟件運行過程的安全性，極大程度地節約人工收集、整理計算機數據信息的時間，是嵌入式系統開發的重要技術支撐。

參考文獻

[1]張亞林.物聯網中嵌入式終端數據遠程傳輸控制系統設計[J].現代電子技術,2021,44(10):29-33.

[2]徐鄧.嵌入式系統在物聯網中的運用分析[J].大眾標準化,2020(24):196-197.

[3]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.

[4]徐向藝,趙鄭營.物聯網環境下嵌入式操作系統技術特性分析[J].信息技術與信息化,2020(10):41-43.

作者：趙慧娟 單位：安陽師范學院