嵌入式系統是基于微處理器的集成了軟件的硬件系統，用于處理特定的功能或整個系統的功能。隨著微控制器技術和發展的快速增長，嵌入式系統也以各種形式發展。嵌入式軟件通常是為處理RTOS、Linux、Windows等操作系統中的專用硬件而開發的。此外，隨著嵌入式系統在機器學習、智能可穿戴設備、家庭自動化、電子設計自動化等領域的應用大幅增加，以及多核處理的進步，嵌入式系統市場的未來看起來非常誘人。
嵌入式系統設計概述
一般來說，嵌入式系統由硬件、軟件和嵌入式操作系統組成。硬件包括用戶界面、存儲器、電源和通信端口。在軟件部分，使用C和C++等編程語言創建機器級代碼。RTOS(實時操作系統)是最常用于嵌入式操作系統的操作系統。嵌入式系統通常分為三類，從小規模、中規模和復雜系統開始。
如果你在沒有計劃的情況下進行嵌入式系統設計，這可能會讓人不知所措。另一方面，系統化的方法有助于將設計周期分成可管理的階段，允許適當的計劃、實施和協作。
嵌入式系統設計包括以下步驟
嵌入式系統設計流程
產品識別/抽象
這一切都是從需求分析開始的，需求分析是從分析產品需求并將其轉化為規格開始的。輸入/輸出數量和邏輯圖并不是唯一的考慮因素，調查使用和工作條件有助于確定嵌入式系統的適當規格。
布圖設計
一旦需求轉化為規格，硬件設計師就可以開始構建藍圖。在這一階段，設計團隊必須根據功耗、外設、存儲器和其它電路元件選擇合適的微控制器，同時牢記成本因素。
印制電路板
PCB是一個組件，它使用銅導線將各種元件電連接起來，并對它們進行機械支撐。印刷電路板設計涉及集思廣益的過程，其中必須遵循特性和功能以及可靠性的最佳實踐。當處理高速混合信號電路、微處理器和微控制器時，它變得更加復雜。常見的PCB類型包括單面和雙面、多層、柔性、陶瓷等。
原型開發
為特定的細分市場開發新產品時，時間是非常重要的，也是至關重要的一部分。創建一個原型可以讓你盡早發現缺陷和設計優勢。它有助于更早地識別設計缺陷，允許測試想法，確定產品可行性，并簡化設計過程。
固件開發
為嵌入式硬件(微處理器、微控制器、FPGA)編寫代碼，相對于成熟的計算機，被稱為固件開發。控制傳感器、外圍設備和其他組件的軟件稱為固件。為了讓一切正常運行，固件設計者必須使用編碼讓硬件變得栩栩如生。利用制造商提供的預先存在的驅動程序庫和示例代碼將加快這個過程。
測試和驗證
在嵌入式系統設計被授權用于生產或部署之前，必須通過嚴格的測試。除了功能測試之外，電路還必須經過可靠性測試，尤其是在接近其極限時。
嵌入式系統的發展趨勢
技術趨勢正在加速發展，設備已經發展成適合許多類別和領域的獨特品質，包括嵌入式設備。由于其成果是面向應用的和重點關注的高級開發領域，嵌入式系統和設備將在未來獲得更多的普及，同時考慮到各種商業領域及其應用。讓我們看看嵌入式系統的最新趨勢。
片上系統解決方案
片上系統(SoC)解決方案是嵌入式系統技術的另一個新趨勢。許多企業提供基于SoC的嵌入式設備，在這些解決方案中，模擬和混合信號集成電路的市場交付是一種流行的解決方案。具有高性能、小尺寸、低成本和IP保護的ASIC就是這樣一種解決方案。由于其尺寸、重量和電源性能，它非常受特定應用系統需求的歡迎。
無線技術
構建無線嵌入式軟件解決方案的主要目標是信息傳輸和接收。在任何情況下都不可能實現物理連接的地方，無線嵌入式系統發揮著重要作用，物聯網外圍設備和設備的使用變得至關重要。隨著無線解決方案領域的技術進步，如Z-Wave、藍牙、Wi-Fi和ZigBee，嵌入式無線系統的適用性大幅提高。
自動化
今天使用的每一個系統都變得越來越自動化。每個增長領域都有一定程度的自動化，這主要是由于計算機、機器人的發展以及人工智能和機器學習等智能技術的進步。嵌入式設備的使用加快了多個存儲組件的連接，并可以輕松地與云技術連接，以支持設備快速擴展認知處理。基于面部識別和視覺解決方案的應用程序提供了圖像識別和捕捉、圖像處理、后處理等優勢，以及實時安全警報。例如，配備物聯網和人工智能的智能工廠可以通過實時監控運營并允許人工智能做出防止操作錯誤的決策來顯著提高生產率。
低功耗
優化電池供電設備以實現最低功耗和高正常運行時間，這對開發人員來說是一個巨大的挑戰。為了監控和降低嵌入式設備的能耗，目前正在開發多種技術/模塊和設計技術，其中包括Wi-Fi模塊、增強型藍牙，它們在硬件層使用更少的功率來優化嵌入式系統。
嵌入式系統設計的挑戰
嵌入式系統設計是一個重要的組成部分，并且正在迅速發展；然而，必須解決某些挑戰，例如與安全性、更新系統硬件和軟件、功耗、無縫集成以及驗證和測試相關的問題，這對于提高系統性能至關重要。開發嵌入式系統時，避免可能危及用戶的意外行為至關重要。它的設計應確保在關鍵環境中救生功能不會出現問題。大多數情況下，嵌入式設備是通過移動應用程序來控制的，因此確保沒有數據被竊取或泄露的風險至關重要。
為嵌入式硬件(微處理器、微控制器、FPGA)編寫代碼，相對于成熟的計算機，被稱為固件開發。控制傳感器、外圍設備和其他組件的軟件稱為固件。為了讓一切正常運行，固件設計者必須使用編碼讓硬件變得栩栩如生。利用制造商提供的預先存在的驅動程序庫和示例代碼將會加快這個過程。
嵌入式技術將繼續發展，制造商現在正在大力推廣嵌入式設備的使用，從汽車到安全系統，從消費電子到智能家居解決方案，等等。不可否認，嵌入式系統現在可能是推動設備認知和性能進步的最重要因素。