嵌入式软件是一种专用软件，用于控制、监视和管理硬件设备和系统的功能。与在个人电脑和移动设备上运行的通用计算机软件不同，嵌入式软件以有限的专用方式运行，并且是其控制的硬件的一部分。
嵌入式软件的起源和演变
嵌入式系统和相关软件的概念可以追溯到 20 世纪 60 年代。阿波罗制导计算机由麻省理工学院的查尔斯·斯塔克·德雷珀 (Charles Stark Draper) 设计，用于阿波罗登月任务，被认为是第一个嵌入式系统。 1971 年，当 Intel 工程师 Ted Hoff 生产出第一款微处理器 Intel 4004 时，嵌入式软件实现了巨大飞跃，使得嵌入式系统的部署激增。嵌入式软件本身的首次提及开始出现在 20 世纪 80 年代中期的技术文献中，恰逢微控制器应用的兴起。
深入研究嵌入式软件
嵌入式软件是各种系统不可或缺的一部分，从家用电器、医疗设备、工业控制器到汽车和飞机。它旨在执行较大系统中的一个或多个特定任务，通常具有实时计算限制。作为“嵌入式”，它对可靠性、效率和紧凑性有严格的要求。
与允许在 PC 上运行各种应用程序的传统桌面应用程序相比，嵌入式软件应用程序通常功能单一。它们在设备通电时立即运行，并且独占设备的所有资源。
该软件通常用 C、C++ 或 Python 等高级语言编写，但仍可使用汇编语言来实现速度或实时响应。通常，软件在不同的系统（主机）上交叉编译以在目标嵌入式设备上运行。
嵌入式软件背后的齿轮
嵌入式软件与嵌入式系统、微处理器或微控制器以及外围设备协同工作。微处理器或微控制器运行软件，并通过传感器、执行器和通信接口等外围设备与物理世界交互。
该软件遵循在其创建过程中编码的预定操作序列。根据复杂性，它可能使用实时操作系统 (RTOS)，也可能在没有操作系统的情况下运行裸机。
嵌入式软件的主要特点
嵌入式软件具有一些区别于其他软件类型的关键特征：
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实时操作：很多嵌入式系统都有实时性的要求。软件必须在固定时间内响应事件或输入。
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稳定可靠：由于它们经常执行关键功能，因此必须长时间无故障运行。
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内存效率：嵌入式系统的内存通常有限，要求软件节约使用资源。
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电源效率：许多嵌入式系统都是电池供电的，因此需要高效的电源使用。
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具体功能：与通用软件相比，嵌入式软件旨在执行特定任务。
嵌入式软件的类型
嵌入式软件可以根据各个方面进行大致分类。这是一个表格表示：
| 基于功能 | 基于复杂性 | 基于性能 |
|---|---|---|
| 控制软件 | 简单（单一任务） | 即时的 |
| 监控软件 | 中等（多任务） | 非实时 |
| 数据处理软件 | 复杂（基于 RTOS） | – |
嵌入式软件的运用、问题及解决方案
嵌入式软件有多种应用，从日常使用设备、娱乐系统、医疗设备、工业自动化、交通系统、电信到关键的航空航天应用。
然而，设计和实现嵌入式软件面临着一些挑战，包括有限的资源、硬件依赖性、实时要求以及严格的安全标准。为了缓解这些问题，工程师采用了仔细的系统设计、高效的算法、严格的测试和验证流程等策略。
与类似术语的比较
| 学期 | 描述 |
|---|---|
| 固件 | 一种存储在非易失性存储器（例如 ROM 或闪存）中的嵌入式软件。它为设备的特定硬件提供低级控制。 |
| 实时系统软件 | 保证特定时间限制内特定功能的软件。大多数关键的嵌入式系统都使用它。 |
| 系统软件 | 软件负责管理和控制计算机硬件，支持应用软件。它包括操作系统、设备驱动程序和实用程序。它比嵌入式软件更广泛，因为它既可以是通用软件，也可以是嵌入式软件。 |
嵌入式软件的未来前景和技术
IoT（物联网）、AI 和机器学习、网络物理系统和边缘计算等趋势正在塑造嵌入式软件的未来。这些领域的进步将带来日益智能、自主和互联的嵌入式系统。
代理服务器和嵌入式软件
代理服务器可以通过多种方式与嵌入式系统交互。它们可以帮助嵌入式设备安全地连接到互联网，防止它们直接暴露于外部网络，负载平衡流量，并缓存数据以加快检索速度。因此，嵌入式软件需要设计来处理这些方面，通常涉及网络编程和网络安全元素。
