王濤 陳鑫

摘? 要： 模塊化嵌入式人工智能軟件的開發(fā)與應用，是科技領域的重要發(fā)展方向，提高系統(tǒng)運行速度及應用便捷性成為各大科技企業(yè)的重要探索方向，本文從智能機器人控制系統(tǒng)及人工智能開發(fā)方向兩方面探討模塊化嵌入式人工智能軟件的設計與開發(fā)方向，以期為模塊化嵌入式人工智能軟件的開發(fā)工作提供參考與借鑒。

關鍵詞： 模塊化嵌入式;人工智能;智能機器人

中圖分類號： TP391. 41? ? 文獻標識碼： 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

隨著計算機技術與信息技術的日益發(fā)展，人工智能正在受到廣泛關注，并且被認為是科技發(fā)展的未來方向，模塊化嵌入式人工智能系統(tǒng)憑借其高性能、多功能及穩(wěn)定性方面等優(yōu)勢而受到廣泛關注，被世界各大知名科技公司作為研發(fā)與應用的重點，因而探討模塊化嵌入式人工智能軟件的開發(fā)是十分有必要的。

1? 模塊化嵌入式智能機器人控制系統(tǒng)

嵌入式人工智能系統(tǒng)芯片的三大類型包括數(shù)據(jù)中心云端、數(shù)據(jù)終端產(chǎn)品及機器人、自駕車等為主的特定產(chǎn)品，因而在探討模塊化嵌入式人工智能軟件開發(fā)時，也不應當忽略智能機器人控制系統(tǒng)的設計與開發(fā)工作。

1.1? 柔性體系結構

智能機器人的運動控制模塊，可采用高性能、低功耗的雙核處理芯片，用以實現(xiàn)非實時性指令解釋及軌跡規(guī)劃，可用于管理數(shù)據(jù)信息，并進行網(wǎng)絡通信，該處理芯片具備較為強大的處理能力與計算能力，可用于進行插補計算及速度控制等，具備較強位置控制能力，可完成I/O控制。其中，以FPGA芯片控制位置，該芯片需具備多軸插補等電路，能夠進行程序加載以重構其功能。出于提高多軸聯(lián)動插補速度的考量，采用“軟硬結合”的方式搭建插補算法，其中以數(shù)字脈沖乘法器為基礎實現(xiàn)硬插補。該模塊可采用數(shù)字脈沖量接口及智能以太網(wǎng)接口連接驅動器，其中智能以太網(wǎng)接口可實現(xiàn)多種驅動器通信協(xié)議的兼容，隨著科技的發(fā)展，通信協(xié)議已經(jīng)可擁有較高的傳輸速度。所采用的雙核處理器芯片，以保證外圍接口的豐富性，滿足以太網(wǎng)等接口的需要，并可借由以太網(wǎng)接口與運動控制等模塊實現(xiàn)信息交流。

柔性體系結構包括示教模塊，采用雙核處理器電路、控制按鍵及薄膜晶體管顯示屏共同組成，其中控制按鍵具備編輯控制、手動操作控制及示教編程等功能模塊，出于避免功能重構與硬件平臺相互重合的需要，可采用Windows Embedded CE 6.0嵌入式平臺作為操作系統(tǒng)。示教模塊涵蓋文件管理、示教編程及參數(shù)設置等軟件功能構件。

I/O模塊也是柔性體系結構中的重要模塊，具備邏輯控制功能，可實現(xiàn)對智能機器人及其相關設備的協(xié)調控制，采用CAN協(xié)議，利用其簡單的結構及高通信速率，實現(xiàn)長距離直接傳輸。搭建多主線工作模式，并采用CAN總線實現(xiàn)運動控制器及I/O模板之間的數(shù)據(jù)信息通信。

1.2? 智能機器人控制軟件的重構

模塊化嵌入式控制系統(tǒng)下的智能機器人控制軟件，應當具備多元性及可裁剪性，能夠根據(jù)實際需要對其體系結構進行重新配置，從而保證智能機器人的應用滿足實際需求，為此，可搭建柔性軟件框架結構，憑借該柔性軟件框架結構的開放性特征，實現(xiàn)與外部接口的相互操作，并具備自身結構及配置的調整功能，可很好地適應外部環(huán)境[1]。

為更好地實現(xiàn)對智能機器人的有效控制，將控制軟件結構流程進行前臺及后臺程序模塊的設計，將后臺程序模塊作為背景程序，通過后臺程序模塊做好準備工作，并有效管理數(shù)據(jù)信息;前臺模塊則進行程序的有效執(zhí)行。通過前后臺模塊的有效配合，以實現(xiàn)對于控制系統(tǒng)的有效控制及管理工作。

模塊化嵌入式控制軟件系統(tǒng)所采用的構件化結構，其重點就在于提取構件，提煉并概括其中的重點對象，并對這些對象的通信接口進行精準定義，進一步分析，使之粒度更小，便于重點應用。本文所提出的構件庫，包括用戶層及核心層兩個層面，以標準硬件接口進行連接，實現(xiàn)信息通信。其中的用戶層涵蓋多種非實時構件庫，如人機界面、運動規(guī)劃及參數(shù)管理等，用戶層所采用的操作系統(tǒng)為Windows Embedded CE 6.0嵌入式平臺及COM軟件模塊。核心層涵蓋多種實時構件庫，包括譯碼處理及速度控制等，可操控機器人進行實時作業(yè)。核心層可采用功能函數(shù)的方式加以實現(xiàn)，以標準接口進行功能構件的封裝。

功能構件接口可分為標準接口及逆運動學構件接口，前者以任務發(fā)生事件狀態(tài)為端口，采用通用參數(shù)、機器人關節(jié)參數(shù)及伺服運動參數(shù)作為其公共參數(shù)，設置構建出入口有參數(shù);后者則具有典型性，是典型功能構件接口，可實現(xiàn)直角坐標與機器人關節(jié)坐標的轉換。

2? 模塊化嵌入式人工智能軟件的開發(fā)

在探討模塊化嵌入式人工智能軟件開發(fā)方面，本文以中科創(chuàng)達軟件股份有限公司為例進行分析與探討，該企業(yè)主要創(chuàng)建智能終端操作系統(tǒng)，并向市場提供平臺技術，旨在搭建完善的智能終端操作系統(tǒng)平臺技術，為移動終端提供助力，大力開發(fā)智能機器人及智能汽車等領域的相關產(chǎn)品[2]。

2.1? 模塊化嵌入式人工智能軟件開發(fā)的技術要求

模塊化嵌入式人工智能系統(tǒng)的開發(fā)，對于硬件設備有較高的要求，但同時也要求軟件系統(tǒng)的高性能，而中科創(chuàng)達在智能操作系統(tǒng)開發(fā)方面具備較為豐富的經(jīng)驗及較為前沿的技術水平，搭建了邊緣計算平臺，向用戶提供核心、驅動、控制及算法等多層面的解決方案，可有效提升人工智能終端設備運行速度，強化其對于環(huán)境的實時感知能力，促進人工智能系統(tǒng)的人際交互，便于對其進行決策控制。

計算能力是模塊化嵌入式人工智能系統(tǒng)建設的重要推動力，隨著計算能力的不斷提高，量子計算正在成為人工智能系統(tǒng)研究與發(fā)展的重要領域與重要方向，并且在人工智能系統(tǒng)領域逐步推廣與逐步發(fā)展，模塊化嵌入式人工智能將以量子計算作為其技術支撐的重要基礎。

除此以外，大數(shù)據(jù)技術同樣作為推動模塊化嵌入式人工智能系統(tǒng)搭建并發(fā)展的重要動力。思科中國《全球移動數(shù)據(jù)流量預測報告（2015年到2020年）》的調查數(shù)據(jù)顯示，隨著大數(shù)據(jù)技術的日益發(fā)展、海量數(shù)據(jù)信息的不斷累積，以及各種數(shù)據(jù)終端的日益普及，至2020年，全球移動用戶數(shù)量將達到55億，超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心將增長至近500家，在用戶端、醫(yī)療領域、交通系統(tǒng)及工業(yè)制造領域等數(shù)據(jù)終端，會產(chǎn)生越來越多的數(shù)據(jù)信息，并傳輸至服務器，可將其作為模塊化嵌入式人工智能技術的升級與優(yōu)化的重要支撐。

隨著人工智能研發(fā)領域在深度學習方面的不斷突破，模塊化嵌入式人工智能在語音及圖像識別方面的研發(fā)得以實現(xiàn)重要突破，語音及圖像識別的應用場景日益豐富，中外科技公司也逐漸涉足以語音識別為基礎的智能音箱，并在智能音箱中集成Siri、Cortana等各種語音識別助手，從而使智能音箱具備語音交互、音樂播放及消息閱讀等功能，甚至智能語音冰箱也出現(xiàn)在智能家居的市場上。

2.2? 嵌入式人工智能軟件開發(fā)的技術方向

（1）智能移動終端

模塊化嵌入式人工智能軟件的應用方向涵蓋數(shù)據(jù)中心、通信終端及特殊產(chǎn)品，深度學習功能的實現(xiàn)需利用CPU進行圖像處理，隨著CPU處理效率被人詬病，且不同的應用方向對于嵌入式人工智能的要求各有不同，因此圖像處理工具逐漸衍生出嵌入式神經(jīng)網(wǎng)絡處理器、圖形處理器、視覺處理器等工具，但在嵌入式人工智能軟件開發(fā)領域的發(fā)展中，哪一種圖像處理工具可以成為主流工具尚未可知，但考慮到智能手機等移動終端對于人工智能芯片的能耗、規(guī)格等方面參數(shù)的要求，智能手機終端市場對于模塊化嵌入式人工智能芯片的條件較為苛刻，芯片開發(fā)難度較高，成為各大科技巨頭的重要發(fā)展方向[3]。

（2）垂直行業(yè)領域

根據(jù)中科創(chuàng)達的分析與闡述，嵌入式人工智能在各行各業(yè)的垂直領域發(fā)展中具有較大潛力，具體包括零售行業(yè)、交通領域、制造行業(yè)及農業(yè)產(chǎn)業(yè)等，在市場變化中起到主要驅動作用的因素在于嵌入式人工智能技術應用范圍及應用數(shù)量的日益增加，在終端服務方面也在日益改善，且受到IT設施、通信終端及智能穿戴設備的日益普及的影響。

隨著模塊化嵌入式人工智能系統(tǒng)的日益普及，在醫(yī)療保險行業(yè)中的應用也必將呈現(xiàn)出持續(xù)穩(wěn)定增長的發(fā)展態(tài)勢。醫(yī)療保險行業(yè)發(fā)展中，可利用大數(shù)據(jù)技術及嵌入式人工智能以作為精準診斷及有效改善，可有效平衡醫(yī)療系統(tǒng)的醫(yī)患比例，減少醫(yī)療衛(wèi)生服務成本的投入，并促進醫(yī)療衛(wèi)生服務系統(tǒng)及其

他行業(yè)之間的相互合作。另外，在醫(yī)療服務系統(tǒng)中，嵌入式系統(tǒng)中還可在臨床試驗、醫(yī)療計劃、咨詢服務及宣傳推廣等方面加以應用。有數(shù)據(jù)顯示，2016年至2022年，嵌入式人工智能軟件系統(tǒng)在醫(yī)療衛(wèi)生服務行業(yè)的年均復合增長值將由6.671億美元增長至79.88億美元。

（3）取代傳統(tǒng)交互接口

一直以來，屏幕或鍵盤都是主要的用戶互動接口，但人工智能時代的到來，智能語音及虛擬現(xiàn)實等系統(tǒng)在人們的生產(chǎn)生活環(huán)境中的應用日益普及，出于進一步提高信息交互效率的考量，人們開始探索可取代屏幕或鍵盤的通訊接口，模塊化嵌入式人工智能系統(tǒng)，可通過語音及圖像識別等功能，實現(xiàn)語言處理，并具備機器學習功能，嵌入式人工智能系統(tǒng)可提高技術應用的直觀性與可操作性，屏幕或鍵盤將被人工智能裝置或系統(tǒng)所取代，用戶體驗可進一步提高。模塊化嵌入式人工智能技術也在技術接口方面被日益廣泛的得以應用，諸如自動駕駛汽車、實時翻譯系統(tǒng)等，正是由于模塊化嵌入式人工智能系統(tǒng)的應用，系統(tǒng)通信效率、智能性及簡單性進一步提升。另外，在智能移動終端芯片中，也必將以嵌入式人工智能運算系統(tǒng)作為運算核心[4]。

3? 結語

在進行模塊化嵌入式人工智能軟件研發(fā)的過程中，需要從軟硬件兩方面入手，明確模塊化嵌入式人工智能系統(tǒng)研發(fā)的技術要求及技術方向，嘗試并探索更加前沿及先進的技術及系統(tǒng)的有效應用，以期進一步提高模塊化嵌入式人工智能系統(tǒng)的性能，減少能耗，提高系統(tǒng)應用的便捷性及智能性。

參考文獻

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