物聯(lián)網(wǎng)與云計(jì)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(jí)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(jì)算機(jī)與嵌入式系統(tǒng)發(fā)展到高級(jí)階段相互融合的產(chǎn)物。物聯(lián)網(wǎng)囊括了多個(gè)學(xué)科、具有無限多的應(yīng)用領(lǐng)域。物聯(lián)網(wǎng)有3個(gè)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(shí),必須充分了解這3個(gè)源頭。圖1表示了物聯(lián)網(wǎng)3個(gè)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(jì)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(gè)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(jì)算機(jī)知識(shí)革命的兩大分支,即通用計(jì)算機(jī)與嵌入式系統(tǒng)的獨(dú)立發(fā)展時(shí)代。通用計(jì)算機(jī)經(jīng)歷了從智慧平臺(tái)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(jì)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(jí)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(gè)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(jì)算機(jī)學(xué)科、電子技術(shù)學(xué)科,以及無限多的對(duì)象應(yīng)用學(xué)科。任何一個(gè)學(xué)科在詮釋物聯(lián)網(wǎng)時(shí)都會(huì)出現(xiàn)片面性。在詮釋物聯(lián)網(wǎng)時(shí)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(shí),又會(huì)想起那個(gè)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(jì)算機(jī)知識(shí)革命進(jìn)入通用計(jì)算機(jī)與嵌入式系統(tǒng)的獨(dú)立發(fā)展時(shí)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(jì)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(shí)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(shí)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(duì)象中,實(shí)現(xiàn)物理對(duì)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(jì)》[1]一書中提出過單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的4個(gè)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(duì)象中,給物理對(duì)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(duì)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(chǎng)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)。