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 嵌入式計算機系統(tǒng)無處不在。如果你去過一家超級市場，并且注意到墻上有售貨亭機，那么這些售貨亭很有可能由嵌入式計算機供電。本文將介紹有關(guān)嵌入式PC和計算機所需的一切知識。

什么是嵌入式計算機？

嵌入式計算機是一種專用計算機系統(tǒng)，通常被描述為較大機器或系統(tǒng)中的單個系統(tǒng)。嵌入式計算機用于運行特定的應(yīng)用程序以執(zhí)行預(yù)定的功能。嵌入式計算系統(tǒng)與普通的消費者級臺式計算機具有許多相同的部分。這些部分包括CPU，GPU，RAM和存儲設(shè)備。但是，主要區(qū)別在于嵌入式系統(tǒng)利用工業(yè)級組件，這些組件可使系統(tǒng)承受惡劣的工作條件。

嵌入式PC隨處可見。它們用于車輛，交互式信息亭機，工廠自動化生產(chǎn)線，安全和監(jiān)視系統(tǒng)以及許多其他設(shè)備中。那么，什么是嵌入式計算機，它們?nèi)绾喂ぷ饕约扒度胧接嬎銠C的一些示例？我們將在以下各節(jié)中回答所有這些問題。

嵌入式計算機主要有兩種類型，即SoC（片上系統(tǒng)）嵌入式PC，其中CPU，GPU，芯片組和I ／ O構(gòu)建在單個硅基板上。另一方面，插槽式嵌入式計算機是將諸如帶有專用PCH和GPU的CPU等組件安裝到主板上以提高性能。

對于簡單的入門級工作負載，SoC往往功耗較低。盡管如此，SoC和Socket PC都是為特定工業(yè)工作負載而設(shè)計的，例如工業(yè)自動化和控制，自動駕駛汽車，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，醫(yī)學(xué)影像，自助服務(wù)終端機，智能自動售貨機和數(shù)字標牌。

通常，嵌入式計算機的設(shè)計和制造要嚴格，因為它們通常部署在惡劣的環(huán)境中，例如室外數(shù)字標牌和雜物重的工廠車間。因此，他們必須能夠應(yīng)對這種挑戰(zhàn)性環(huán)境中的部署。因此，大多數(shù)堅固耐用的嵌入式PC的設(shè)計和制造都可以承受頻繁的沖擊，振動，灰塵，濕度和極端溫度。

嵌入式計算機可以部署在室內(nèi)，在室溫環(huán)境中以及在極端溫度條件下的室外環(huán)境中使用，例如溫度達到－40?C的低溫環(huán)境以及在高溫下達到85?C的高溫環(huán)境。

嵌入式計算機的主要組件是什么？

嵌入式PC使用以下組件制成：

1、CPU（處理器）

嵌入式計算機的主要組件是CPU，通常稱為處理器。CPU負責(zé)執(zhí)行計算機的計算任務(wù)。選擇解決方案時，應(yīng)考慮所需的處理能力。如果希望系統(tǒng)執(zhí)行入門級工作負載，則可以選擇低功耗，的SoC解決方案，例如Intel?Celeron?J1900，它具有執(zhí)行簡單工作負載的功能。但是，如果您希望系統(tǒng)執(zhí)行復(fù)雜的工業(yè)工作負載，則應(yīng)選擇一種插槽解決方案，因為通?？梢允褂霉δ軓姶蟮腎ntel?Core?i3，i5和i7處理器對其進行配置。也就是說，無論您選擇使用SoC解決方案還是套接字解決方案，兩者都可以被被動冷卻，從而創(chuàng)建了一個堅固的系統(tǒng)，可以在具有挑戰(zhàn)性的環(huán)境中進行部署。

另外，值得注意的是，OEM廠商通常會跳過處理器，因為他們想降低嵌入式PC的成本。但是，為系統(tǒng)供電不足會導(dǎo)致性能下降，從而減慢組織的工作流程。因此應(yīng)始終使用適當(dāng)?shù)腃PU配置系統(tǒng)。

2、助力邊緣的性能加速器

可以將某些性能加速器添加到嵌入式計算機中，以加速人工智能（AI），機器學(xué)習(xí)（ML）和深度學(xué)習(xí)（DL）工作負載。

A．GPU（圖形處理單元）

可以將GPU添加到嵌入式PC中，以加快某些應(yīng)用程序的性能。例如，GPU能夠加速人工智能和機器學(xué)習(xí)工作負載，因為它們能夠處理和處理比CPU大得多的數(shù)據(jù)塊。此外，GPU在執(zhí)行AI工作負載時比CPU效率高得多，因為它們具有比CPU多得多的內(nèi)核，可以執(zhí)行并行計算，而CPU非常適合順序計算。GPU非常適合自動駕駛汽車，醫(yī)學(xué)成像，基于視覺的質(zhì)量保證以及其他各種圖形密集型任務(wù)。此外，由于部署在邊緣的嵌入式解決方案靠近數(shù)據(jù)生成源，因此部署在邊緣的嵌入式解決方案可以低延遲實時處理關(guān)鍵任務(wù)數(shù)據(jù)。

B． VPU（視覺處理單元）

此外，可以將VPU添加到嵌入式計算機中，以加速機器視覺，機器學(xué)習(xí)，面部和對象識別，AI應(yīng)用程序以及高端圖像處理應(yīng)用程序。VPU通過承擔(dān)通常由處理器執(zhí)行的工作負載并在視覺處理單元（VPU）本身上執(zhí)行工作，而同時使用的功耗要少于GPU來執(zhí)行同一任務(wù)所需的功耗。邊緣計算和更多的機器智能推動了對近數(shù)據(jù)性能加速器的需求。

C． FPGA（現(xiàn)場可編程門陣列）

FPGA（現(xiàn)場可編程門陣列）是可以根據(jù)需要進行編程的集成電路。由于FPGA具有加速AI，ML（機器學(xué)習(xí)）和DL（深度學(xué)習(xí)）工作負載的能力，因此通常被添加到嵌入式計算機中。而且，它們提供的性能優(yōu)于GPU，從而顯著加速了組織的整個AI工作流程，而功耗卻低于GPU。由于FPGA具有針對各種市場的可編程特性，因此在計算系統(tǒng)中特別受益。

D． NVMe計算存儲設(shè)備（CSD）

此外，可以將NVMe計算存儲添加到嵌入式系統(tǒng)中，以加速某些工作負載。通過計算存儲，可以在存儲設(shè)備級別處理數(shù)據(jù)。這減少了必須在存儲設(shè)備和計算平面之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。這樣，通過消除存儲到處理器的瓶頸，CSD可以顯著增加數(shù)據(jù)密集型工作負載，而不是計算密集型。

3、RAM –系統(tǒng)內(nèi)存

RAM也是大多數(shù)嵌入式計算機的重要組成部分。RAM（隨機存取存儲器的縮寫）用于存儲系統(tǒng)需要快速訪問的數(shù)據(jù)。將數(shù)據(jù)加載到RAM后，計算機可以從中快速檢索所需的信息。使用RAM是因為它比SSD和其他存儲設(shè)備要快得多。通常，添加到設(shè)備的RAM越多，它就會變得越快，響應(yīng)越快。另外，添加到系統(tǒng)的RAM越多，同時運行多個應(yīng)用程序時系統(tǒng)的性能越好。

具有更多RAM的設(shè)備速度更快，因為它們可以更快地訪問信息，因此花費更少的時間來嘗試從硬盤驅(qū)動器或固態(tài)驅(qū)動器中查找信息。也就是說，RAM是易失性的內(nèi)存類型，這意味著它在每次關(guān)閉系統(tǒng)時都會重置，從而清除曾經(jīng)加載到其上的數(shù)據(jù)。這是SSD ＋ HDD和RAM內(nèi)存之間的主要區(qū)別。SSD和HDD提供長期的數(shù)據(jù)存儲，而RAM提供短期的數(shù)據(jù)存儲。

4、儲存

嵌入式系統(tǒng)中常見的第三個組件是存儲。嵌入式系統(tǒng)必須能夠存儲數(shù)據(jù)。因此，通常使用HDD（硬盤驅(qū)動器），SSD（固態(tài)驅(qū)動器）或M．2 NVMe SSD對其進行配置。NVMe SSD是配置嵌入式計算機的快類型的存儲設(shè)備，可提供高達3500 MB ／ s的數(shù)據(jù)讀取速度和高達2500 MB ／ s的讀取速度。

也就是說，系統(tǒng)仍可以配置有SSD和HDD。常規(guī)SSD比NVMe選件便宜，并且往往具有更大的存儲量，這使它們成為某些組織的有吸引力的選擇。而且，SSD比傳統(tǒng)的HDD快得多，因為它們將數(shù)據(jù)存儲在NAND芯片上，這使它們的讀寫數(shù)據(jù)比傳統(tǒng)的硬盤快得多。

但是，某些客戶仍在使用硬盤驅(qū)動器，因為它們以誘人的價格提供了大量的數(shù)據(jù)存儲。因此，對于希望在嵌入式設(shè)備上存儲大量數(shù)據(jù)的組織，硬盤仍然有意義，因為它們是的設(shè)備存儲形式。因此，需要數(shù)據(jù)存儲量的組織只能通過使用硬盤驅(qū)動器來實現(xiàn)此目的。SSD的尺寸已經(jīng)增加；但是，硬盤仍以競爭力的價格提供的存儲容量。

5、I ／ O端口

嵌入式計算機具有豐富的I ／ O端口，允許系統(tǒng)連接到新技術(shù)，舊技術(shù)，其他設(shè)備和傳感器以及互聯(lián)網(wǎng)。特別是對于工業(yè)4.0，許多嵌入式計算機可以管理和合并來自舊設(shè)備和數(shù)字設(shè)備的工作負載，以提高運營效率。

嵌入式系統(tǒng)上常見的I ／ O端口包括：

USB Type－A端口

雙RJ45 LAN端口

串行COM端口

音頻輸出／音頻輸入端口

HDMI，DP和DVI端口

GPIO（通用輸入／輸出）端口

6、冷卻液

嵌入式系統(tǒng)可以使用低功耗處理器和功能強大的處理器進行配置。也就是說，無論您選擇低功耗處理器還是高性能處理器，嵌入式PC都會通過使用散熱器進行被動冷卻。散熱器將熱量從內(nèi)部發(fā)熱組件散布到外殼上，從而將熱量散發(fā)到PC周圍的環(huán)境中。堅固耐用的嵌入式PC的外部隔層具有鰭片，這些鰭片增加了設(shè)備的表面積，從而增強了系統(tǒng)的散熱能力。

也就是說，如果您需要一臺能夠處理諸如AI，推理分析或深度學(xué)習(xí)之類的復(fù)雜工作負載的PC，則可能必須配置一個包含GPU的系統(tǒng)。GPU之所以出色，是因為它們可以加速這些工作負載。但是，它們會產(chǎn)生大量熱量。因此，沒有某種類型的主動冷卻功能就無法冷卻GPU，通常必須對其進行主動風(fēng)冷以使其正常運行。

因此，配置有GPU的系統(tǒng)并非完全無風(fēng)扇。CPU可能仍會無風(fēng)扇冷卻，但是GPU將需要主動風(fēng)冷，這意味著系統(tǒng)將不會完全無風(fēng)扇。也就是說，帶有GPU的系統(tǒng)仍然經(jīng)過嚴格設(shè)計，可以與完全無風(fēng)扇的系統(tǒng)部署在某些相同的環(huán)境中。