姓名：李声源 学号：19020100177 学院：电子工程学院
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【嵌牛导读】嵌入式系统要在5G时代中蓬勃发展，就需要针对5G特点，进行有针对性的应用于创新。
【嵌牛鼻子】嵌入式、5G
【嵌牛提问】嵌入式在5G时代将有哪些应用？
【嵌牛正文】
1 概述
嵌入式系统要在5G时代中蓬勃发展，就需要针对5G特点，进行有针对性的应用于创新。
1.1 5G的特点
第五代移动通信技术的特点主要在：（1）高速率，5G网络的下载速度高达10 Gbit/s,，比4G速度快100倍。（2）低延时高可靠，5G延时为1ms，4G通信普遍延迟在30～90ms之间。（3）频谱利用率高，FR1为450MHz-6000MHz，FR2为24250MHz-52600MHz。5G的特点决定了其应用，应用趋势将主要体现在以下3个方面，万物互联IoT、生活云端化及智能交互AI。IoT、5G和AI将引领第五次计算浪潮，IoT可助力生成数据，而5G实现数据的传输，AI可处理这些数据并产生价值，这三种技术的融合不仅将改写端侧与云侧的技术架构，商业模式也将重新塑造。5G为万物互联设计能让各类智能硬件始终处于联网状态，物联网近几年将是5G发展的主要动力，物联网拥有传感器、无线网络、射频识别,但物联网系统的控制操作、数据处理操作的基石就是嵌入式系统。人工智能的终极目的是实现人类智力的替代，而它的智力就体现在嵌入式系统。
1.2 嵌入式系统的特点
硬件主要包括处理器、存储器、通信模块等处理通信、自然信号以及人的听、讲、感觉等模拟信号；构成软件主要包括操作系统、应用程序，前者起到的主要作用就是控制嵌入式系统运行情况，后者起到的作用就是为应用程序提供基层支持，通常利用编程接口方式实现，面向客户。其变化趋势由单一核心逐步向多核心发展，速度逐步变快、性能逐渐变强、功耗逐渐降低。嵌入式处理器是嵌入式系统的核心部件，一般可分为嵌入式微处理器MPU、嵌入式微控制器MCU、嵌入式DSP处理器和嵌入式片上系统SoC。根据5G网络的特点，5G设备将面对更复杂的物理协议、算法，对逻辑控制、接口速率要求提高，必将激发SoC架构支持的系统进一步发展，该架构包括一个高性能CPU子系统和一些硬件处理单元。
2 应用展望
2.1 嵌入式系统在5G建设中的应用
新的SoC平台将提供了多核异构CPU、DSP和功能特定的加速器内核，对满足吞吐要求、5G部署延时和灵活性至关重要。越来越来多的功能将被融合到单个SoC中，对有效负荷、控制平面流量、前端处理和用户调度等多种流量类型进行处理。SoC功能越强大，嵌入式系统和5G的结合越深入，就SoC芯片的射频和无线方面最主要的应用是无线通讯工具——手机而言，麒麟990 5G芯片基于业界最先进的7 nm+EUV工艺制程，首次将5G Modem集成到SoC芯片中，是业界首个全网通5G SoC。5G SoC集成模式是5G芯片的发展方向。
现有主流ARM芯片采用的架构是SOC架构的一种，MCU、DSP、FPGA、ASIC三者之间逐渐融合，ARM的M4系列里多加了一个精简的DSP核，TI的达芬奇系列本身就是ARM+DSP结构，XINLIX推出的ZYNQ系列集成 ARM处理器的软件可编程性与FPGA的硬件可编程性，不仅可实现重要分析与硬件加速，同时还在单个器件上高度集成 CPU、DSP、ASSP 以及混合信号功能。
SoC架构中FPGA和ASIC会成为嵌入式系统主流设计，FPGA有别于DSP、ARM、MCU的地方主要在于它的并行处理能力，它的强大并行性使复杂的运算得到极大的速度比提升；而ASIC是针对特定算法设计的，针对特定领域性能比FPGA更好，但是其弊端也很明显，一旦芯片设计完毕，其所适应的算法就是固定的，所以一旦算法发生变化就可能将会无法使用而对于其他的算法还需要依赖于SoC当中的CPU、GPU来实现。Achronix Semiconductor的Speedster7t FPGA系列将FPGA的可编程性与ASIC的布线结构融合，采用台积电最新的7nm FinFET工艺制造，无论是性能还是外观，都为AI奠定了基础。
在5G建设初期，FPGA可以被用于基站天线的收发器中，5G时代Massive MIMO技术让收发通道数从16T16R提高到64T64R甚至128T128R，FPGA可以用于多通道信号波束成形。64通道毫米波MIMO全DBF收发器分为两部分，中频和基带子系统，包涵 Xilinx 的 Kintex-7 FPGA；毫米波收发器射频前端，包涵中频振荡器及电源管理模组等。每一个基带子板中都具有一块 Xilinx’s Kintex-7 FPGA，2个双通道12-bit ADC，1个4通道16-bit DAC，2个QSFP+光接口用于通用无线接入。
2.2 嵌入式系统的其他应用
（1）嵌入式视觉
嵌入式视觉得了广泛应用，包括视觉引导的导弹、无人侦察机、机器人、汽车等。嵌入式视觉技术在汽车领域的成功案例包括Mobileye基于视觉的辅助驾驶系统，iOnRoad辅助驾驶应用和Roadefend径卫视觉驾驶员疲劳预警系统等。在车辆导航、流量控制、信息监测与汽车服务方面，嵌入式系统内嵌GPS模块，GSM模块的移动定位终端也在各种运输行业获得了成功的使用。
（2）自动化
嵌入式系统被广泛地应用在与自动化产业相关的领域, 例如种类繁多的智能机器人、智能家居、智能监控和各类新型生产线都无一例外的使用了嵌入式技术。
（3）监测
嵌入式系统在环境工程里的应用包含很多，如水文资料实时监测、防洪体系及水土质量监测、堤坝安全、地震监测、实时气象信息等，通过利用最新的技术实现水源和空气污染监测，在很多环境恶劣，地况复杂的地区，嵌入式系统将实现无人监测。将逐渐由监测发展为监控。
