对模块化嵌入式人工智能软件的开发分析

王涛 陈鑫

摘  要： 模块化嵌入式人工智能软件的开发与应用，是科技领域的重要发展方向，提高系统运行速度及应用便捷性成为各大科技企业的重要探索方向，本文从智能机器人控制系统及人工智能开发方向两方面探讨模块化嵌入式人工智能软件的设计与开发方向，以期为模块化嵌入式人工智能软件的开发工作提供参考与借鉴。

关键词： 模块化嵌入式;人工智能;智能机器人

中图分类号： TP391. 41    文献标识码： A    DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2019.01.033

【Abstract】： Modular embedded software development and application of artificial intelligence， is a important development direction in the field of science and technology， improve the system operation speed and convenience of application become important exploration direction of science and technology enterprises， this article from the intelligent robot control system and the artificial intelligence development direction from two aspects to explore modular embedded software design and development direction of artificial intelligence， in order to modular embedded artificial intelligence software development work to provide the reference and reference.

【Key words】： Modular embedded; Artificial intelligence; Intelligent robot

0  引言

随着计算机技术与信息技术的日益发展，人工智能正在受到广泛关注，并且被认为是科技发展的未来方向，模块化嵌入式人工智能系统凭借其高性能、多功能及稳定性方面等优势而受到广泛关注，被世界各大知名科技公司作为研发与应用的重点，因而探讨模块化嵌入式人工智能软件的开发是十分有必要的。

1  模块化嵌入式智能机器人控制系统

嵌入式人工智能系统芯片的三大类型包括数据中心云端、数据终端产品及机器人、自驾车等为主的特定产品，因而在探讨模块化嵌入式人工智能软件开发时，也不应当忽略智能机器人控制系统的设计与开发工作。

1.1  柔性体系结构

智能机器人的运动控制模块，可采用高性能、低功耗的双核处理芯片，用以实现非实时性指令解释及轨迹规划，可用于管理数据信息，并进行网络通信，该处理芯片具备较为强大的处理能力与计算能力，可用于进行插补计算及速度控制等，具备较强位置控制能力，可完成I/O控制。其中，以FPGA芯片控制位置，该芯片需具备多轴插补等电路，能够进行程序加载以重构其功能。出于提高多轴联动插补速度的考量，采用“软硬结合”的方式搭建插补算法，其中以数字脉冲乘法器为基础实现硬插补。该模块可采用数字脉冲量接口及智能以太网接口连接驱动器，其中智能以太网接口可实现多种驱动器通信协议的兼容，随着科技的发展，通信协议已经可拥有较高的传输速度。所采用的双核处理器芯片，以保证外围接口的丰富性，满足以太网等接口的需要，并可借由以太网接口与运动控制等模块实现信息交流。

柔性体系结构包括示教模块，采用双核处理器电路、控制按键及薄膜晶体管显示屏共同组成，其中控制按键具备编辑控制、手动操作控制及示教编程等功能模块，出于避免功能重构与硬件平台相互重合的需要，可采用Windows Embedded CE 6.0嵌入式平台作为操作系统。示教模块涵盖文件管理、示教编程及参数设置等软件功能构件。

I/O模块也是柔性体系结构中的重要模块，具备逻辑控制功能，可实现对智能机器人及其相关设备的协调控制，采用CAN协议，利用其簡单的结构及高通信速率，实现长距离直接传输。搭建多主线工作模式，并采用CAN总线实现运动控制器及I/O模板之间的数据信息通信。

1.2  智能机器人控制软件的重构

模块化嵌入式控制系统下的智能机器人控制软件，应当具备多元性及可裁剪性，能够根据实际需要对其体系结构进行重新配置，从而保证智能机器人的应用满足实际需求，为此，可搭建柔性软件框架结构，凭借该柔性软件框架结构的开放性特征，实现与外部接口的相互操作，并具备自身结构及配置的调整功能，可很好地适应外部环境[1]。

为更好地实现对智能机器人的有效控制，将控制软件结构流程进行前台及后台程序模块的设计，将后台程序模块作为背景程序，通过后台程序模块做好准备工作，并有效管理数据信息;前台模块则进行程序的有效执行。通过前后台模块的有效配合，以实现对于控制系统的有效控制及管理工作。

模块化嵌入式控制软件系统所采用的构件化结构，其重点就在于提取构件，提炼并概括其中的重点对象，并对这些对象的通信接口进行精准定义，进一步分析，使之粒度更小，便于重点应用。本文所提出的构件库，包括用户层及核心层两个层面，以标准硬件接口进行连接，实现信息通信。其中的用户层涵盖多种非实时构件库，如人机界面、运动规划及参数管理等，用户层所采用的操作系统为Windows Embedded CE 6.0嵌入式平台及COM软件模块。核心层涵盖多种实时构件库，包括译码处理及速度控制等，可操控机器人进行实时作业。核心层可采用功能函数的方式加以实现，以标准接口进行功能构件的封装。

功能构件接口可分为标准接口及逆运动学构件接口，前者以任务发生事件状态为端口，采用通用参数、机器人关节参数及伺服运动参数作为其公共参数，设置构建出入口有参数;后者则具有典型性，是典型功能构件接口，可实现直角坐标与机器人关节坐标的转换。

2  模块化嵌入式人工智能软件的开发

在探讨模块化嵌入式人工智能软件开发方面，本文以中科创达软件股份有限公司为例进行分析与探讨，该企业主要创建智能终端操作系统，并向市场提供平台技术，旨在搭建完善的智能终端操作系统平台技术，为移动终端提供助力，大力开发智能机器人及智能汽车等领域的相关产品[2]。

2.1  模块化嵌入式人工智能软件开发的技术要求

模块化嵌入式人工智能系统的开发，对于硬件设备有较高的要求，但同时也要求软件系统的高性能，而中科创达在智能操作系统开发方面具备较为丰富的经验及较为前沿的技术水平，搭建了边缘计算平台，向用户提供核心、驱动、控制及算法等多层面的解决方案，可有效提升人工智能终端设备运行速度，强化其对于环境的实时感知能力，促进人工智能系统的人际交互，便于对其进行决策控制。

计算能力是模块化嵌入式人工智能系统建设的重要推动力，随着计算能力的不断提高，量子计算正在成为人工智能系统研究与发展的重要领域与重要方向，并且在人工智能系统领域逐步推广与逐步发展，模块化嵌入式人工智能将以量子计算作为其技术支撑的重要基础。

除此以外，大数据技术同样作为推动模块化嵌入式人工智能系统搭建并发展的重要动力。思科中国《全球移动数据流量预测报告（2015年到2020年）》的调查数据显示，随着大数据技术的日益发展、海量数据信息的不断累积，以及各种数据终端的日益普及，至2020年，全球移动用户数量将达到55亿，超大规模数据中心将增长至近500家，在用户端、医疗领域、交通系统及工业制造领域等数据终端，会产生越来越多的数据信息，并传输至服务器，可将其作为模块化嵌入式人工智能技术的升级与优化的重要支撑。

随着人工智能研发领域在深度学习方面的不断突破，模块化嵌入式人工智能在语音及图像识别方面的研发得以实现重要突破，语音及图像识别的应用场景日益丰富，中外科技公司也逐渐涉足以语音识别为基础的智能音箱，并在智能音箱中集成Siri、Cortana等各种语音识别助手，从而使智能音箱具备语音交互、音乐播放及消息阅读等功能，甚至智能语音冰箱也出现在智能家居的市场上。

2.2  嵌入式人工智能软件开发的技术方向

（1）智能移动终端

模块化嵌入式人工智能软件的应用方向涵盖数据中心、通信终端及特殊产品，深度学习功能的实现需利用CPU进行图像处理，随着CPU处理效率被人诟病，且不同的应用方向对于嵌入式人工智能的要求各有不同，因此图像处理工具逐渐衍生出嵌入式神经网络处理器、图形处理器、视觉处理器等工具，但在嵌入式人工智能软件开发领域的发展中，哪一种图像处理工具可以成为主流工具尚未可知，但考虑到智能手机等移动终端对于人工智能芯片的能耗、规格等方面参数的要求，智能手机终端市场对于模块化嵌入式人工智能芯片的条件较为苛刻，芯片开发难度较高，成为各大科技巨头的重要发展方向[3]。

（2）垂直行业领域

根据中科创达的分析与阐述，嵌入式人工智能在各行各业的垂直领域发展中具有较大潜力，具体包括零售行业、交通领域、制造行业及农业产业等，在市场变化中起到主要驱动作用的因素在于嵌入式人工智能技术应用范围及应用数量的日益增加，在终端服务方面也在日益改善，且受到IT设施、通信终端及智能穿戴设备的日益普及的影响。

随着模块化嵌入式人工智能系统的日益普及，在医疗保险行业中的应用也必将呈现出持续稳定增长的发展态势。医疗保险行业发展中，可利用大数据技术及嵌入式人工智能以作为精准诊断及有效改善，可有效平衡医疗系统的医患比例，减少医疗卫生服务成本的投入，并促进医疗卫生服务系统及其

他行业之间的相互合作。另外，在医疗服务系统中，嵌入式系统中还可在临床试验、医疗计划、咨询服务及宣传推广等方面加以应用。有数据显示，2016年至2022年，嵌入式人工智能软件系统在医疗卫生服务行业的年均复合增长值将由6.671亿美元增长至79.88亿美元。

（3）取代传统交互接口

一直以来，屏幕或键盘都是主要的用户互动接口，但人工智能时代的到来，智能语音及虚拟现实等系统在人们的生产生活环境中的应用日益普及，出于进一步提高信息交互效率的考量，人们开始探索可取代屏幕或键盘的通讯接口，模块化嵌入式人工智能系统，可通过语音及图像识别等功能，实现语言处理，并具备机器学习功能，嵌入式人工智能系统可提高技术应用的直观性与可操作性，屏幕或键盘将被人工智能装置或系统所取代，用户体验可进一步提高。模块化嵌入式人工智能技术也在技术接口方面被日益广泛的得以应用，诸如自动驾驶汽车、实时翻译系统等，正是由于模块化嵌入式人工智能系统的应用，系统通信效率、智能性及简单性进一步提升。另外，在智能移动终端芯片中，也必将以嵌入式人工智能运算系统作为运算核心[4]。

3  结语

在进行模块化嵌入式人工智能软件研发的过程中，需要从软硬件两方面入手，明确模块化嵌入式人工智能系统研发的技术要求及技术方向，尝试并探索更加前沿及先进的技术及系统的有效应用，以期进一步提高模块化嵌入式人工智能系统的性能，减少能耗，提高系统应用的便捷性及智能性。

参考文獻

周相康. 基于模块化的嵌入式软件设计研究[J]. 科技风， 2018（16）： 79-80.

赵鹏. 模块化嵌入式人工智能软件的开发[J]. 电子技术与软件工程， 2018（8）： 49.

文武， 任鹏， 王灵军， 赵志刚 .模块化嵌入式软件开发平台研究[J]. 家电科技， 2016（6）： 83-85.

曹建福， 汪霖. 模块化工业机器人嵌入式控制系统的研究[J]. 控制工程， 2013， 20（2）： 289-294.