什么是嵌入式
硬件层：
微处理器/控制器：如ARM Cortex-M、RISC-V等。
外设接口：传感器、执行器、通信模块（Wi-Fi、蓝牙）等。
电源管理：低功耗设计（如电池供电设备）。
软件层：
操作系统：实时操作系统（RTOS，如FreeRTOS、VxWorks）或轻量级系统（如Linux裁剪版）。
驱动程序：控制硬件外设的底层代码。
应用程序：实现具体功能的逻辑（如智能家居的温度调节算法）。
消费电子：智能手机、智能手表、无人机。
工业控制：PLC（可编程逻辑控制器）、机器人、数控机床。
汽车电子：发动机控制单元（ECU）、ADAS（高级驾驶辅助系统）。
医疗设备：心电图机、胰岛素泵、便携式超声仪。
物联网（IoT）：智能传感器、智能电表、环境监测设备。
AIoT融合：嵌入式设备集成AI芯片（如NPU），实现边缘计算（如智能摄像头的人脸识别）。
低功耗设计：采用新型架构（如RISC-V）和低功耗技术（如LPWAN通信）。
安全加固：针对物联网设备增加硬件级安全模块（如TEE、SE芯片）。
开源生态：RTOS（如Zephyr）和开发工具链（如PlatformIO）的普及降低开发门槛。
嵌入式系统的本质：隐藏在设备中的智能大脑
嵌入式系统的核心工艺：从设计到量产的全流程
（一）硬件开发工艺
齐平嵌入式电路技术
这是当前的电路集成工艺之一，通过电镀 - 转移 - 激光划线实现超高密度布线： Imprint 技术：在抛光金属基板上电镀铜层，通过光刻形成电路图形
电路转移工艺：将电镀后的电路从载体转移到介质层，导体三面附着增强可靠性
激光划线：使用激光在基板表面烧蚀出微槽，填充金属形成嵌入式走线，线宽可达 75μm 以下
电解铜填充：采用新型镀铜工艺填充深凹槽，解决传统工艺的气泡问题
晶圆代工工艺平台，不同应用场景对工艺节点要求差异显著：
消费电子：90nm 及以上工艺（如 NOR Flash），存储容量 < 16Mb工业 / 汽车：65/55nm 以下工艺（如 MCU），支持高速运算（>100MHz）和复杂功能（如 M3/M4 内核）
功率器件：侧重高压、大电流特性，如华虹的超级结 MOSFET 工艺
（二）软件开发工艺
实时操作系统（RTOS）
如 FreeRTOS、μC/OS，提供任务调度、中断管理等功能。某工业控制器通过 RTOS 实现多任务并行：
任务 1：每 10ms 采集温度传感器数据
任务 2：每 100ms 通过 CAN 总线发送数据
任务 3：优先级的紧急停机响应
低功耗设计技巧，电源模式分层管理：运行、休眠、待机三级模式，医疗监护仪非监测时功耗从 50mW 降至 2mW
动态时钟配置：根据外设需求调整主频，某工业控制器通过降频使功耗降低 37 外设电源开关矩阵：独立控制传感器供电，智能家居控制器睡眠功耗从 8.7mW 降至 0.3mW AI 模型部署优化，模型量化：将 FP32 模型压缩为 INT8，某工业质检系统延迟从云端 4 秒缩短至本地 1.5 秒边缘计算架构：如 RK3588 核心板集成 6TOPS NPU，实现 8 路 1080P 视频实时分析，功耗 < 10W
嵌入式系统的工艺挑战与解决方案
技术突破：三星开发的电路转移工艺，在 1mm² 面积集成 500 个以上元件，信号完整性提升 30
材料创新：采用低介电常数（Low-k）材料减少信号损耗，支持 5G 射频模块的高速传输
硬件冗余设计：关键系统采用双 MCU 主备架构，如航空电子设备的故障切换时间 < 1ms
抗干扰措施：
电磁屏蔽：金属外壳 + 接地平面设计
电源滤波：多级 LC 滤波电路抑制高频噪声
环境适应性测试：在 - 40℃~85℃温度循环、湿度 95 RH 环境下进行 1000 小时耐久性测试
DFM（可制造性设计）：
PCB 布局：避免 BGA 焊点与过孔冲突
元件选型：优先选择符合 IPC 标准的工业级器件
自动化测试：
飞针测试：检测 PCB 短路 / 断路，覆盖率 > 99
功能测试：通过 ATE（自动测试设备）模拟实际运行场景
