從嵌入式系統(tǒng)視角看物聯(lián)網(wǎng)

　　物聯(lián)網(wǎng)與云計算不是概念炒作，是互聯(lián)網(wǎng)與嵌入式系統(tǒng)發(fā)展到高級階段的融合。物聯(lián)網(wǎng)涵蓋了眾多的學(xué)科領(lǐng)域，需要從眾多學(xué)科視角來科學(xué)地詮釋物聯(lián)網(wǎng)。作為物聯(lián)網(wǎng)重要技術(shù)組成的嵌入式系統(tǒng)，具有20多年的物聯(lián)史，嵌入式系統(tǒng)視角有助于深刻地、全面地理解物聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)。

　　1  從嵌入式系統(tǒng)看物聯(lián)網(wǎng)

　　圖1  物聯(lián)網(wǎng)的源頭

　　物聯(lián)網(wǎng)是在微處理器基礎(chǔ)上，通用計算機(jī)與嵌入式系統(tǒng)發(fā)展到高級階段相互融合的產(chǎn)物。物聯(lián)網(wǎng)囊括了多個學(xué)科、具有無限多的應(yīng)用領(lǐng)域。物聯(lián)網(wǎng)有3個源頭：智慧源頭、網(wǎng)絡(luò)源頭、物聯(lián)源頭。智慧源頭是微處理器，網(wǎng)絡(luò)源頭是互聯(lián)網(wǎng)，物聯(lián)源頭是嵌入式系統(tǒng)�？茖W(xué)地定義物聯(lián)時，必須充分了解這3個源頭。圖1表示了物聯(lián)網(wǎng)3個源頭的發(fā)展史，以及它們之間的相互關(guān)系。

　　無論是通用計算機(jī)還是嵌入式系統(tǒng)，都可以溯源到半導(dǎo)體集成電路。微處理器的誕生，為人類工具提供了一個歸一化的智力內(nèi)核。在微處理器基礎(chǔ)上的通用微處理器與嵌入式處理器，形成了現(xiàn)代計算機(jī)知識革命的兩大分支，即通用計算機(jī)與嵌入式系統(tǒng)的獨(dú)立發(fā)展時代。通用計算機(jī)經(jīng)歷了從智慧平臺到互聯(lián)網(wǎng)的獨(dú)立發(fā)展道路；嵌入式系統(tǒng)則經(jīng)歷了智慧物聯(lián)到局域智慧物聯(lián)的獨(dú)立發(fā)展道路。物聯(lián)網(wǎng)是通用計算機(jī)的互聯(lián)網(wǎng)與嵌入式系統(tǒng)單機(jī)或局域物聯(lián)在高級階段融合后的產(chǎn)物。物聯(lián)網(wǎng)中，微處理器的無限彌散，以“智慧細(xì)胞”形式，賦予物聯(lián)網(wǎng)“智慧地球”的智力特征。因此，必須從3個源頭和多學(xué)科視角，來科學(xué)地定義與詮釋物聯(lián)網(wǎng)。

　　與嵌入式系統(tǒng)一樣，與物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的學(xué)科有微電子學(xué)科、計算機(jī)學(xué)科、電子技術(shù)學(xué)科，以及無限多的對象應(yīng)用學(xué)科。任何一個學(xué)科在詮釋物聯(lián)網(wǎng)時都會出現(xiàn)片面性。在詮釋物聯(lián)網(wǎng)時要有“瞎子摸象”的精神，綜合不同的視角，才能逼近事物的真相。

　　目前，在尋找物聯(lián)網(wǎng)的定義時，又會想起那個說不清“嵌入式”含義，基于描述式的嵌入式系統(tǒng)定義。如今物聯(lián)網(wǎng)定義又面臨無法說清“物聯(lián)”本質(zhì)的尷尬境地。其根本原因是現(xiàn)代計算機(jī)知識革命進(jìn)入通用計算機(jī)與嵌入式系統(tǒng)的獨(dú)立發(fā)展時代后，嵌入式系統(tǒng)沒有獨(dú)立的形態(tài)，人們看到的只是通用計算機(jī)，看不到嵌入式系統(tǒng)，也不了解嵌入式系統(tǒng)的物聯(lián)史。

　　2  物聯(lián)網(wǎng)的物聯(lián)源頭

　　物聯(lián)網(wǎng)的物聯(lián)源頭是嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)誕生于嵌入式處理器，距今已有30多年歷史。早期經(jīng)歷過電子技術(shù)領(lǐng)域獨(dú)立發(fā)展的單片機(jī)時代，進(jìn)入21世紀(jì)，才進(jìn)入多學(xué)科支持下的嵌入式系統(tǒng)時代。從誕生之日起，嵌入式系統(tǒng)就以“物聯(lián)”為己任，具體表現(xiàn)為：嵌入到物理對象中，實(shí)現(xiàn)物理對象的智能化。20年前，筆者在《MCS51系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計》［1］一書中提出過單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的4個通道接口的概念，它適用于一切嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)，是物聯(lián)網(wǎng)的物聯(lián)基礎(chǔ)。圖2描述了嵌入式系統(tǒng)的物聯(lián)源頭。

　　圖2  嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)的物聯(lián)基礎(chǔ)

　　在嵌入式處理器或微控制器基礎(chǔ)上的嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)，嵌入到物理對象中，給物理對象完整的物聯(lián)界面。與物理參數(shù)相聯(lián)的是前向通道的傳感器接口；與物理對象相聯(lián)的是后向通道的控制接口；實(shí)現(xiàn)人-物交互的是人機(jī)交互接口；實(shí)現(xiàn)物-物交互的是通信接口。

　　從圖2可以看出，嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)可以提供多種物聯(lián)方式。以傳感器網(wǎng)為例，傳感器不具有網(wǎng)絡(luò)接入功能，只有通過嵌入式處理器，或嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)，將傳統(tǒng)的傳感器轉(zhuǎn)化成智能傳感器，才有可能通過相互通道的通信接口互聯(lián)，或接入互聯(lián)網(wǎng)，形成局域傳感器網(wǎng)或廣域傳感器網(wǎng)。

　　嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)歷經(jīng)20多年的發(fā)展，目前大多具備了局域互聯(lián)或與互聯(lián)網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng)功能。嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)的局域網(wǎng)有RS485總線網(wǎng)、CAN總線網(wǎng)、現(xiàn)場總線網(wǎng)，以及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)等。嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)、嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)局域網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)的聯(lián)接，將互聯(lián)網(wǎng)變革到物聯(lián)網(wǎng)。