嵌入式系统和普适计算

简介

随着计算技术的发展，我们已经从PC时代进入网络时代，然后进入后PC时代. IBM在1999年创造了一个术语“ Pervasive Computing”（也称为“ Pervasive Computing”，PervasiveComputing）. “普适计算”是指“随时随地，只要您需要，就可以通过特定设备访问所需的信息”. 从计算技术的角度来看，人类已逐渐从网络计算扩展到普适计算.

通常来说，普适计算的含义非常广泛. 涉及的技术包括移动通信技术，小型计算设备制造技术，小型计算设备上的操作系统技术和软件技术. 普适计算是指可以随时随地计算的普适方法. 主要用于移动设备，例如信息设备或某些嵌入式设备，例如手持计算机，BP机器，车载智能设备，笔记本计算机，手表，智能卡，智能电话（具有手持计算机的某些功能），机顶盒盒子，POS自动售货机，屏幕电话（除了普通电话的功能之外，您还可以浏览Internet）和其他新一代智能设备. 普适计算设备可以一直或间歇地连接到网络. 与Internet，Intranet和Extranet连接，以便用户可以随时随地获取各种相关信息并做出响应. 由于普适计算设备的高移动性，它也被称为移动计算. 普适计算提供了使用各种普适计算设备通过网络访问后台数据，应用程序和服务的能力. 无论使用哪种普适计算设备，用户都将能够轻松访问信息并获得服务. 普适计算降低了设备使用的复杂性，有助于提高上班族的效率和人们的日常生活.

从软件系统的角度来看，普适计算是指在不断变化的位置或在广泛的地理分布范围内使用小型计算设备在不稳定的通信条件下实现交易处理以及企业核心数据访问. 这些小型计算设备具有多种通信方法，例如移动通信网络，卫星等，并且可以连接到Internet或Intranet，但是此连接不是固定连接，而是间歇连接. 普及计算软件技术使用户可以将这些设备用于复杂的交易处理和信息访问. 由于用户使用的设备很小，因此可用的计算资源（内存，存储设备和CPU）非常有限，并且大多数处理工作是由计算中心的数据服务器和应用程序服务器完成的.

Internet和网络的迅速普及和应用，以及向家庭领域的不断扩展，使消费电子，计算机和通信（3C）集成的趋势日益明显；信息时代的到来使嵌入式系统越来越受到市场的关注，制造商越来越关注嵌入式设备，这也促进了普及计算的发展.

1个嵌入式系统

嵌入式系统是以嵌入式计算机为核心技术. 它是面向用户，面向产品，面向应用的，并且可以减少软件和硬件. 适用于对功能，可靠性，成本，体积，功耗的全面而严格的要求. 专用计算机系统. 与通用计算机不同，嵌入式系统是用于特定应用程序的专用系统. 目的是使一切更简单，更方便，更通用，更适用. 必须对其硬件和软件进行有效的设计，定制和删除. 冗余，力争在相同的硅面积上实现更高的性能.

嵌入式系统主要由四个部分组成: 嵌入式处理器，硬件设备，嵌入式操作系统和特定的应用程序. 它是可以通过集成软件和硬件独立工作的“设备”. 其他设备的控制，监视或管理功能.

嵌入式系统应具有以下特征: 要求很高的可靠性；在恶劣环境或突然停电的情况下，系统仍需要正常工作；许多嵌入式应用程序需要实时处理功能，而嵌入式系统则需要实时处理功能. 嵌入式系统中的软件代码要求高质量和高可靠性，并且通常在只读存储器或闪存中固化，这意味着该软件需要固态存储，而不是存储在磁盘和其他载体中.

2普适计算与无线互连与网络计算之间的关系

当IBM提出“通用计算”的概念时，它用来描述个人计算机不再处于创新核心的时代，有意地将其称为无线时代. 因为IBM认为计算，通信，存储和处理的功能已从传统计算机转移到各种设备. 今天，我们仅将普及型计算与手机和PDA相关联，但是计算正在以不同的形式和经验出现-它一直被并入气泵，仪表，电器和衣物. 对于像IBM这样的公司来说，“普适计算”非常重要，因为它对基础架构和前端设备的影响同样重要. 对于业务运营，“通用计算”将改变公司与客户，供应商和员工进行沟通的方式. 通过随时随地与客户和移动办公室联系，从电子商务投资中获得更多收益. 更重要的是，对于被信息包围的人类来说，普适计算可以减少设备使用的复杂性，并使我们的生活更轻松，更高效.

实际上，普适计算是网络计算的自然扩展. 它不仅使PC还能将其他小型智能设备连接到网络，从而使人们可以获取信息并立即采取行动. 当普遍采用此计算模型时，人们可以一致的方式使用他们喜欢的设备（主要是嵌入式系统设备）随时随地获取信息. 所谓“一致方式”强调关键信息和关键数据的一致性，其表现形式可能会有所不同，具体取决于用户的喜好和设备等因素.

3普适计算与传统计算模式的比较

普适计算与传统计算模型有很大不同，传统计算模型对提供服务的基础结构提出了新要求. 传统的计算模式是两层结构: 为特定设备设计特定系统以适合该特定设备的访问和显示. 在设计时，必须针对特定设备的网络协议和显示性能进行设计.

普适计算模型很难将多个应用程序服务连接到多个智能设备，这使得有必要为每个其他设备重写这些应用程序服务，并且每个其他服务都需要在这些设备上重写Apps. 此限制归因于现有系统的层次结构. 但是，很难预见用户将来会乐于使用哪种新颖的智能设备. 有些设备可以双向通信，而有些设备只能沿一个方向被动接收信息. 当扩展对新设备和新应用服务的支持时，现有系统非常复杂. 例如，今天我们可以使用SMS（短消息）和WAP手机访问股票信息. 我们无法预测明天会流行什么设备. 此外，每个人的性格因人而异. 我也喜欢个性化设备. 数百所学校争辩说，信息设备将是一群英雄.

4个普适计算所需的条件

首先，处理器的价格越来越便宜，体积越来越小，这使得计算机功能得到了广泛使用. 计算机组件可以安装在用于监视或数据收集的任何小型计算物理设备上，例如家用电器，数据收集器，跟踪器等.

第二，较高的网络带宽还可以确保网络连接更快，更方便，更便宜，而更完整的网络可以确保网络连接的质量和效率.

第三，已被广泛使用的蜂窝技术也得到了极大的发展. 蜂窝移动通信系统的覆盖范围和范围比任何通信系统都要宽，并且价格低. 不必将手机插入墙壁，用户可以在任何地方打电话. 通过蜂窝技术的连接，POS自动售货机无需物理连接即可连接到局域网.

5个普适计算的特征

间歇连接和轻量级计算是普适计算的两个最重要的功能. 普适计算的软件技术就是在这种环境下实现交易和数据处理系统.

普适计算的第一个功能是间歇性连接，这是服务器是否可以不时与用户（尤其是移动用户）保持联系. 用户必须能够访问服务器信息，在联系中断的情况下可以对其进行处理. 因此，企业计算中心的数据服务器和应用服务器能否保持与用户的有效联系已经成为非常关键的因素. 由于部分数据需要存储在普适计算设备上，因此普适计算中的成为关键的软件基本组件. 例如，新汽车配备了许多小型汽车计算机组件，以控制燃料的使用并根据温度和气压调节发动机的运行. 这些组件相互连接，并且测得的数据用作分析汽车运行和维护的基本数据. 修理汽车后，修理人员会插入计算机连接设备，并获取这些数据进行分析. 您还可以添加复杂的数据连接功能，例如连接到全球定位系统，使驾驶员能够准确知道当前位置，连接到电子地图，输入目的地，显示到达目的地的最快路线以及与之相关的其他信息. 互联网，例如天气预报，酒店地址和电话. 完善的数据连接功能可以为用户提供更多服务.

普适计算的第二个特征是轻量级计算，这意味着计算资源相对有限. 普适计算主要用于商业目的的数据处理，通常用于经常需要随时随地访问公司系统数据普适计算模式，需要在不受地理和时间限制的情况下在核心系统上获取和处理数据的移动办公室工作人员和员工.

对进行普适计算的6个要求

是实现普适计算的重要基础. 如果将传统的关系应用程序直接移植到移动设备上，则开销相对较高. 在普适计算中要解决的两个问题是: 首先是数据复制的实现，也称为数据同步，以确保随时随地的数据一致，并促进设备之间数据的双向流动. 和服务器. 第二个是开发一个支持标准API和SQL子集的小型DB2，以便用户可以轻松地将现有应用程序移植到这些设备，或者他们可以使用相同的工具和API编写新的应用程序. 同时保持较低的系统开销和较高的数据处理性能. 使用的数据来自使用数据复制功能从中央服务器获得的数据.

普及计算必须是具有持久性存储机制的可伸缩环境，该机制可以存储大量数据，并可以确保即使在操作过程中关闭电源也不会丢失数据. 通常的方法是将数据放入闪存中，因此数据恢复技术与普通不同. 多用户环境中的服务必须考虑记录锁定的问题，因此它具有并发控制机制普适计算模式，但是移动不一定需要阻塞机制. 另外，由于数据量少，索引也相应减少，并且一些传统的查询优化技术已变得不那么重要，因此移动与典型之间的差异仍然很大. 因此，有三个基本要求:

首先，在普及的计算设备上安装一个系统开销较低的小型管理系统，以在本地访问信息. 因为设备通常很小，所以管理系统必须小于今天的大小才能适合这些设备.

第二，在软件分发，数据备份和恢复，移动访问等方面，它必须具有有效的实时数据复制功能. 确保移动设备上的数据与企业中的数据同步. 因此，对备份和恢复，分布式管理等有特殊要求.

第三，普及计算也与电子商务紧密相关. 这些电子商务应用程序需要具有交流和访问信息的能力.

IBM DB2的移动版本是一套相对成熟的普及计算产品. 当安装在移动设备上时，除了创建表，插入，删除，修改和查询外，它还提供了一系列功能选项供用户选择. 除了排序，主关键字，索引和连接操作等核心功能外，还可以根据实际情况有选择地配置子查询，聚合，并发控制，备份和恢复等其他扩展功能.

7普适计算的系统开销要求

根据普适计算，系统开销要求通常可以分为三种类型，使用三种类型的操作系统，这些操作系统适用于不同类型的用户. 对于不同的市场，有三种不同的数据存储要求.

第一个是WindowsCE，它具有典型的前端办公应用程序，是用于业务处理的完整操作系统，并且在小型轻巧的个人计算机上运行. 用户使用迷你键盘输入数据. 总体系统开销约为2MB，因此开销很小，仅为1MB，物理存储容量在500MB至600MB之间.

第二种类型是运行制造商特定的Palm OS（PalmOS）的手持设备（也称为Palm，Palm）. 该设备比WindowsCE设备小. 它使用手写笔输入数据，并配有一个小的浏览窗口. 通常，设备上的可用内存容量小于1MB，物理存储容量小于500MB.

第三种设备的代表是汽车的内置计算机部件. 该设备只有100KB的内存，没有硬盘存储，并且运行由专门的实时操作系统开发人员开发的操作系统.

8个普适计算的用途和前景

普适计算主要用于企业，通常用于需要经常访问公司系统信息的移动办公室工作人员和员工. 当今的计算机组件越来越小，因此这些功能可以集中在一种设备上，以取代各种特殊设备，例如电话，寻呼机，计算机和网络连接.

普适计算的兴起带来了许多新机会，而数字家庭就是其中之一. 它将改变人们未来的生活方式. 数字家庭可以通过家庭网关将宽带网络连接到家庭. 家庭网络可以是无线或有线的. 在家庭内部，手持设备，PC或家用电器通过有线或无线方式连接到网络，从而提供了一个无缝，交互且无处不在的计算环境. 人们可以在任何地方，任何时间访问社区服务网络，例如在社区中预订游戏票. 通过先进的设备和设备诊断，自动定时，集中和远程控制功能，该电子家庭解决方案使生活更加便利. 自在;通过家庭状况，以确保生活更安全. IBM提出的普及计算概念的目标是开发具有更实际意义的各种类型的信息终端产品，从而真正实现电子商务向信息终端产品的扩展. 目前，IBM已将普及计算确定为继电子商务之后的另一种主要发展策略，并已开始进行端到端解决方案的技术开发. 在2000年，IBM根据服务器端WebsphereEveryplace软件套件和基于客户端的WebsphereEveryplace软件套件发布了嵌入式版本的IBMWebSphereEveryplaceSuite.

IBM普及计算高级副总裁MichaelRhodin认为，普及计算的基本条件是计算设备越来越小，人们在任何时间，任何地方都可以更轻松地使用它们. 仅当计算设备无处不在且无处不在时，普适计算才有可能. 但是，计算设备功能的增强和尺寸的减小带来了人们必须面对的问题: 如何有效地操作这些设备？只有一种解决方案: 让计算机学习理解人类的表情和感觉，并最终让人们以自然的方式使用最多的计算机. 例如，IBM开发的BlueBoard技术是薄屏板. 用户只需要一张看起来像普通员工卡的小卡就可以挂在胸前，并且可以与蓝板对齐. 它显示其个人主页和其他自定义内容. 所有后续操作和任务都由用户用手指在白板上完成，包括访问信息，共享文件，与同事进行实时信息交换，发送指令，安排任务，协作工作等. 太方便了！有了BlueBoard，人们将来旅行时就不再需要携带计算机，只需拿着这张小卡片，进入系统即可在任何地方工作或传输信息，该小卡片就可以成为计算机.

结论

目前，计算和信息访问仍然是一种工作方式，而使用计算机仍然是一种“技术”. 如果有一天，计算和信息访问将不再是一种“工作”和“技术”，而是成为我们生活的一部分，尽管人们不能清楚地感觉到自己的存在，但他们无法做到所有. 那时他们可以说我们已经达到了“通用计算”的理想状态. 嵌入式系统的开发扩展了普适计算的深度和广度，为开发新应用程序和服务提供了几乎无限的可能性. 普适计算可用于各行各业. 现在，IBM科学家正在朝着这个目标努力.

“通用计算”的概念已经出现很长时间了. 希望本文对普适计算的研究有所帮助.

参考

1 Jochen Burkhardt，HorstHenn和StefanHepper. 《普适计算: 移动互联网应用程序的技术和体系结构》. 美国: Addison Wesley，2001-11年

2UweHansmann.PervasiveComputingHandbook.USA: SpringerVerlag，2001年1月

3DanielAmor.Internet未来策略: 如何普及计算服务将改变世界. 美国: PrenticeHallPTR，2002-02

4赵海. 21世纪的嵌入式Internet技术革命. 北京: 清华大学出版社，2001

5 TananbaumAndrewS.ModernOperatingSystem.NewJersey: PrenticeHall，1999年

6吕静健，肖海桥. 回顾21世纪的嵌入式系统.

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