嵌入式系统是基于微处理器的集成了软件的硬件系统，用于处理特定的功能或整个系统的功能。随着微控制器技术和发展的快速增长，嵌入式系统也以各种形式发展。嵌入式软件通常是为处理RTOS、Linux、Windows等操作系统中的专用硬件而开发的。此外，随着嵌入式系统在机器学习、智能可穿戴设备、家庭自动化、电子设计自动化等领域的应用大幅增加，以及多核处理的进步，嵌入式系统市场的未来看起来非常诱人。
嵌入式系统设计概述
一般来说，嵌入式系统由硬件、软件和嵌入式操作系统组成。硬件包括用户界面、存储器、电源和通信端口。在软件部分，使用C和C++等编程语言创建机器级代码。RTOS(实时操作系统)是最常用于嵌入式操作系统的操作系统。嵌入式系统通常分为三类，从小规模、中规模和复杂系统开始。
如果你在没有计划的情况下进行嵌入式系统设计，这可能会让人不知所措。另一方面，系统化的方法有助于将设计周期分成可管理的阶段，允许适当的计划、实施和协作。
嵌入式系统设计包括以下步骤
嵌入式系统设计流程
产品识别/抽象
这一切都是从需求分析开始的，需求分析是从分析产品需求并将其转化为规格开始的。输入/输出数量和逻辑图并不是唯一的考虑因素，调查使用和工作条件有助于确定嵌入式系统的适当规格。
布图设计
一旦需求转化为规格，硬件设计师就可以开始构建蓝图。在这一阶段，设计团队必须根据功耗、外设、存储器和其它电路元件选择合适的微控制器，同时牢记成本因素。
印制电路板
PCB是一个组件，它使用铜导线将各种元件电连接起来，并对它们进行机械支撑。印刷电路板设计涉及集思广益的过程，其中必须遵循特性和功能以及可靠性的最佳实践。当处理高速混合信号电路、微处理器和微控制器时，它变得更加复杂。常见的PCB类型包括单面和双面、多层、柔性、陶瓷等。
原型开发
为特定的细分市场开发新产品时，时间是非常重要的，也是至关重要的一部分。创建一个原型可以让你尽早发现缺陷和设计优势。它有助于更早地识别设计缺陷，允许测试想法，确定产品可行性，并简化设计过程。
固件开发
为嵌入式硬件(微处理器、微控制器、FPGA)编写代码，相对于成熟的计算机，被称为固件开发。控制传感器、外围设备和其他组件的软件称为固件。为了让一切正常运行，固件设计者必须使用编码让硬件变得栩栩如生。利用制造商提供的预先存在的驱动程序库和示例代码将加快这个过程。
测试和验证
在嵌入式系统设计被授权用于生产或部署之前，必须通过严格的测试。除了功能测试之外，电路还必须经过可靠性测试，尤其是在接近其极限时。
嵌入式系统的发展趋势
技术趋势正在加速发展，设备已经发展成适合许多类别和领域的独特品质，包括嵌入式设备。由于其成果是面向应用的和重点关注的高级开发领域，嵌入式系统和设备将在未来获得更多的普及，同时考虑到各种商业领域及其应用。让我们看看嵌入式系统的最新趋势。
片上系统解决方案
片上系统(SoC)解决方案是嵌入式系统技术的另一个新趋势。许多企业提供基于SoC的嵌入式设备，在这些解决方案中，模拟和混合信号集成电路的市场交付是一种流行的解决方案。具有高性能、小尺寸、低成本和IP保护的ASIC就是这样一种解决方案。由于其尺寸、重量和电源性能，它非常受特定应用系统需求的欢迎。
无线技术
构建无线嵌入式软件解决方案的主要目标是信息传输和接收。在任何情况下都不可能实现物理连接的地方，无线嵌入式系统发挥着重要作用，物联网外围设备和设备的使用变得至关重要。随着无线解决方案领域的技术进步，如Z-Wave、蓝牙、Wi-Fi和ZigBee，嵌入式无线系统的适用性大幅提高。
自动化
今天使用的每一个系统都变得越来越自动化。每个增长领域都有一定程度的自动化，这主要是由于计算机、机器人的发展以及人工智能和机器学习等智能技术的进步。嵌入式设备的使用加快了多个存储组件的连接，并可以轻松地与云技术连接，以支持设备快速扩展认知处理。基于面部识别和视觉解决方案的应用程序提供了图像识别和捕捉、图像处理、后处理等优势，以及实时安全警报。例如，配备物联网和人工智能的智能工厂可以通过实时监控运营并允许人工智能做出防止操作错误的决策来显著提高生产率。
低功耗
优化电池供电设备以实现最低功耗和高正常运行时间，这对开发人员来说是一个巨大的挑战。为了监控和降低嵌入式设备的能耗，目前正在开发多种技术/模块和设计技术，其中包括Wi-Fi模块、增强型蓝牙，它们在硬件层使用更少的功率来优化嵌入式系统。
嵌入式系统设计的挑战
嵌入式系统设计是一个重要的组成部分，并且正在迅速发展；然而，必须解决某些挑战，例如与安全性、更新系统硬件和软件、功耗、无缝集成以及验证和测试相关的问题，这对于提高系统性能至关重要。开发嵌入式系统时，避免可能危及用户的意外行为至关重要。它的设计应确保在关键环境中救生功能不会出现问题。大多数情况下，嵌入式设备是通过移动应用程序来控制的，因此确保没有数据被窃取或泄露的风险至关重要。
为嵌入式硬件(微处理器、微控制器、FPGA)编写代码，相对于成熟的计算机，被称为固件开发。控制传感器、外围设备和其他组件的软件称为固件。为了让一切正常运行，固件设计者必须使用编码让硬件变得栩栩如生。利用制造商提供的预先存在的驱动程序库和示例代码将会加快这个过程。
嵌入式技术将继续发展，制造商现在正在大力推广嵌入式设备的使用，从汽车到安全系统，从消费电子到智能家居解决方案，等等。不可否认，嵌入式系统现在可能是推动设备认知和性能进步的最重要因素。