嵌入式系统之cyber-physical system

           嵌入式系统在生活中随处可见，之前的嵌入式做法一般都是在一些现成的板子上移植linux做一些剪切加一些传感器写一些设备驱动。都是随着时代的发展，嵌入式不再是之前大家认为的那种单片机原理。其实现在很多人都把搞单片机弄的那一套认为是嵌入式，当然业界是这样做的。但是学术界的嵌入式系统又是怎么定义的呢？

   TU Dortmund的Peter Marwedel认为嵌入式系统就是将信息处理系统整合进大型的产品之中。UCB的Edward A.Lee就认为嵌入式软件就是将软件与物理进程整合起来，这个技术问题就是管理好计算系统的时间和并行。

当然，也有人有别的定义：

        嵌入式系统就是信息处理系统：为专门的运用而设计；与环境紧密相连。（tightly coupled）

嵌入式系统的特征呢？

        可靠性：R(t)表示在t时刻它还没有挂；可维护性：M(d) 差错发生后可以就回来的概率

        可用性：A(t) 在t时刻系统在工作；       安全性：系统发生差错没有问题；

        密保：认证机制。

        有效性： 能量；代码密度；运行时间；重量；开销。

        大多数还有实时性约束（real-time constrain）

        嵌入式系统一般是被动的，和环境和输入有密切的关系。所以它就是一个状态机一样，而且是mealy状态机。

        专用系统（dedicated system）：为一种特定的应用；有特定的接口。

所以有个大牛就定义了有着以上绝大多数属性的信息处理系统称之为嵌入式系统（ES）

        嵌入式系统传统的系统不一样的就在于：嵌入式不可被终端用户编程，设计时只有特有的应用。考虑因素更多就是价格，功耗，可预测性。

         最近，学术界又提出了Cyber-Pyhsical System。这个系统据说是与嵌入式不同的地方在于：

         CPS（Cyber-Pyhsical System） = ES（embedded system） + physical environment

只要看下图你就全部都明白了：（没错，它就是把数字控制系统修改了一下，也就是一些环境变量。果然是不一样了，感觉很像DSP那一套。现在世界上的嵌入式大牛们就在做这些）

对于CPS的前景大家也是这么认为：

Examples of the many CPS application areas include the smart electric grid, smart transportation, smart buildings, smart medical technologies,next-generation air traffic management,and advanced manufacturing.

http://www.nsf.gov/funding/pgm_summ.jsp?pims_id=503286

Akatech: Cyber-Physical Systems. Driving force for innovation in mobility, health, energy and production
http://www.acatech.de/de/publikationen/stellungnahmen/kooperationen/detail/artikel/cyber-physical-systems-innovationsmotor-fuermobilitaet-gesundheit-energie-und-produktion.html

我感觉这玩意过个几年在国内应该会火，那时候大家就都会说CPS了。就是又多了一个名词。

对于未来的嵌入式发展，有些大牛也有自己的见解：

1、朝着多处理器系统的方向前进；

2、高维度的系统集成化：System-on-Chip（SOC）———处理器+内存+IO单元+通信结构

                                              MPSoC：有更多的处理器

3、软件部分增加

在设计嵌入式系统的时候需要考虑的不是说用你的什么器件实现功能就这么简单。其实包括了：

         考虑条件约束：交互约束：deadline，吞吐量，抖动；

                                     执行约束：可得到的资源，功耗，错误速率。

         功能需求：期望的服务，非功能上的服务（频率，功耗，开销，鲁棒性）

CS解决的部分是：

         ISA（instruction set architecture）；组织

EE解决的部分就是：

         逻辑实现；物理实现

以上部分就是嵌入式系统的入门部分。其实在真正做的时候可能感觉没什么用，其实这是一种思路，方法论在里面。要想做系统架构师就必须得对数学以及很多模型有比较深刻的了解。往往是理论指导实践。

以上内容来自于以下大牛的课程的slice：（这些人都是嵌入式的鼻祖或者是元老级人物）

J. Rabaey, K. Keuzer, Marilyn Wolf, Philip Koopman, L. Thiele, Todor Stefanov and from the books of J. Teich, G.C. Buttazzo, and Edward Lee, D.Gajski, and Peter Marwedel.