9.4  嵌入式技术，让智慧的能力扩展到物

纽约曼哈顿有一条哈德森河，全长500多公里，是美国非常富饶的果篮子、菜篮子，1000多万居民居住在河的两岸。但是这条河过去20年里污染严重。为了保持、恢复哈德森河的生态系统，纽约州政府发起了一个计划——“新一代的水资源管理计划”，在河的全程安装传感器，有一些传感器大到2米高，这些传感器把水的不同层面，各种各样的物理、化学、生物数据，实时地通过各种各样的网络传递到后台的计算中心区。后台计算中心采用流计算的方式，让数据像流水一样流进来，进行处理，与历史数据进行比对。科学家可以在电脑显示屏上把哈德森河变成一条虚拟河流，不间断地显示它何时被污染，河水中化学、物理、生物成分的变化，让人们一看便知。

利用物联网等新技术来解决城市给地球、人类生活带来的问题，正在世界范围成为探索热点。在2010年的信息城市高层论坛上，不论是政府部门还是学术界、企业界，都纷纷认为物联网已成为智慧城市生长的沃土。

物联网就是物与物、人与物之间的信息传递与控制。专业上讲其实就是智能终端的网络化。在物联网的应用范畴中，嵌入式系统无所不在，无论是智能传感器，无线网络还是计算机技术中信息显示和处理都包含了大量嵌入式系统技术和应用，物联网就是基于互联网的大大小小的嵌入式系统。

因此，有了嵌入式技术，才能使得智慧的能力从人扩展到物，嵌入式技术是智慧城市的技术基础之一。同时，嵌入式技术的发展程度也是制约城市智慧能力的一个因素，因为只有随着嵌入式技术的发展，才能使得设备更小、能耗更低、处理能力更高，从而为更多物体扩展智慧能力。

9.4.1  嵌入式技术的历史

嵌入式系统本身是一个相对模糊的定义，根据IEEE（电气和电子工程师协会）的定义，嵌入式系统是“控制、监视或者辅助装置、机器和设备运行的装置”（devices used to control，monitor，or assist the operation of equipment，machinery or plants）。由此可见嵌入式系统是软件和硬件的综合体，还可以涵盖机械等附属装置。目前国内对嵌入式系统的一个普遍被认同的定义是：以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。

嵌入式技术是随着微型机的出现而开始发展起来的。计算机诞生于1946年，在其后漫长的历史进程中，计算机始终是供养在特殊的机房中，实现数值计算的大型昂贵设备。直到20世纪70年代，微处理器出现，计算机才出现了历史性的变化。以微处理器为核心的微型计算机以其小型、廉价、高可靠性特点，迅速走出机房。基于高速数值解算能力的微型机，表现出的智能化水平引起了控制专业人士的兴趣，要求将微型机嵌入到一个对象体系中，实现对象体系的智能化控制。例如，将微型计算机经电气加固、机械加固，并配置各种外围接口电路，安装到大型舰船中构成自动驾驶仪或轮机状态监测系统。这样一来，计算机便失去了原来的形态与通用的计算机功能。为了区别于原有的通用计算机系统，把嵌入到对象体系中，实现对象体系智能化控制的计算机，称为嵌入式计算机系统。因此，嵌入式系统诞生于微型机时代，嵌入式系统的嵌入性本质是将一个计算机嵌入到一个对象体系中去。

嵌入式系统的出现最初是基于单片机的。20世纪70年代单片机的出现，使得汽车、家电、工业机器、通信装置及成千上万种产品可以通过内嵌电子装置来获得更佳的使用性能：更容易使用、更快、更便宜。

从20世纪80年代早期开始，嵌入式系统的程序员开始用商业级的“操作系统”编写嵌入式应用软件，这使得可以获取更短的开发周期、更少的开发资金和更高的开发效率，“嵌入式系统”真正出现了。其中比较著名的有Ready System 公司的VRTX、ISI（Integrated System Incorporation）的PSOS和IMG的VxWorks、QNX公司的QNX 等。这些嵌入式实时多任务操作系统的出现，使得应用开发人员得以从小范围的开发解放出来，同时也促使嵌入式有了更为广阔的应用空间。

20世纪90年代以后，随着对实时性要求的提高，软件规模不断上升，实时核逐渐发展为实时多任务操作系统（RTOS），并作为一种软件平台逐步成为目前国际嵌入式系统的主流。这时候更多的公司看到了嵌入式系统的广阔发展前景，开始大力发展自己的嵌入式操作系统。除了上面的几家老牌公司以外，还出现了Palm OS、WinCE、嵌入式Linux、Lynx、Nucleux，以及国内的Hopen、Delta OS等嵌入式操作系统。随着嵌入式技术的发展前景日益广阔，相信会有更多的嵌入式操作系统软件出现。