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CPS技术的四个里程碑及嵌入式系统所起的作用

(2017-04-07 10:55:54)
标签:

嵌入式软件

嵌入式设计

嵌入式系统

嵌入式方案

嵌入式方案定制

首先可以从更广泛的视角上继续观察、理解和介绍CPS的技术发展路线。总体上看,按照技术出现的时序,CPS技术大致发端于四个方面:无线控制技术、广义仿真技术、嵌入式系统、电脑游戏。

一、CPS第一个里程碑——无线控制技术

1、马可尼在1894年用无线电波打响了10米以外的电铃,首次实现用电磁波影响某个物体;

2、尼古拉·特斯拉在1898年发明了世界上第一艘遥控的小船,首次实现用电磁波遥控某个设备;

31955Zenith发明了第一个“Flashmatic”无线遥控装置;

4NASA1992年提出了早期的CPS概念;

52012NASA170亿公里之外的“旅行者1号”发出遥控指令, 以光速飞行的指令16个小时才到达,让照相机拍摄地球,并且将照片数据发回来。

使用电磁场(电磁波)实现的无线控制技术是如此之重要!电磁场能够改变位于场中的某个被操作对象的状态、参数、属性,例如车钥匙遥控开车门,遥控器调电视节目,地面指挥室遥控卫星变轨搜寻马航失事飞机残骸等。生活中,遥控实现的功能比比皆是。最重要的,就是电磁场以各种形式进入了我们的生活,所说以“场”控物是第一个里程碑。 

二、CPS第二个里程碑——广义仿真技术

11960~1970年代,有限元分析FEA开始崛起, CAD崭露头角;

2FEA不断被结合到CADCAM中,形成了CAE分析技术的框架;

31990年开始CAE技术进入成熟期,快速推广普及;

1CAD是几何形体仿真;CAM是加工刀轨仿真;CAE是力学状态仿真等;

2)早期,物理形体及过程,与数字化仿真结果之间并无信息交互;

广义的仿真技术用软件来模仿自然系统或人造系统的力学状态,仿得越真越好。而后出现的系统仿真,就是让实际物理系统的映象——数字化“系统模型”在相应的“人造环境”中仿真。物理模型与数字模型,从没有信息交互到有信息交互,是第二个里程碑。

三、CPS第三个里程碑——嵌入式系统

11976年首次出现了嵌入式系统的商业产品,例如Intel推出单片机8048Motorola推出68HC05Zilog推出Z80系列;

2、上世纪90年代末“嵌入式OS”呈现井喷式增加,所有可以用于嵌入式系统的OS都是“嵌入式OS”。

我们可以对比一下通用计算机与嵌入式系统的异同:通用计算机侧重高速海量计算,研发重点是扩总线,扩容量,通用高效的人机交互界面;嵌入式计系统侧重对对象的控制,研发重点是功能精简,实时响应,控制可靠,可以无交互界面。知识和算法嵌入软件,软件嵌入芯片,芯片嵌入硬件,形成嵌入式系统,为C端进入P端铺平了道路。知识嵌入了物理实体,这是第三个里程碑。

四、CPS第四个里程碑——电脑游戏

1976年在斯坦福人工智能实验室的DonWoods先生用施乐主机编写了一个小程序,加入了幻想成分和谜题。这个叫做ColossalCaves的程序可能是第一个电脑游戏软件。

屏幕交互的游戏软件的原理与第一个里程碑(以电磁场控制场中物体)的技术结合力,开发了专用的作战软件。操作者控制屏幕上的虚拟数字弹药,但是该虚拟数字弹药与无人机上的物理实体弹药完全匹配,由CP,由CP,在屏幕端瞄准目标,然后实施精确攻击。人员无需进战场,作战完全非接触。由CP,由CP,这是第四个里程碑。

综上所述,主要在这四大类技术的支持下,物理实体P、数字虚体C开始了几十年的交汇、集成与融合发展过程,最终形成了今天的CPS

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