物联网概述第2篇：物联网源头与物联网技术发展史
何立民
(北京航空航天大学，北京100191)
摘要：物联网有三个技术源头，即半导体微处理器的智慧源头、互联网与嵌入式系统局域物联网的网络源头、嵌入式系
统的物联源头。从智慧源头的微处理器诞生算起，物联网技术已有4O年发展历史。4O年间经历了三个阶段：微处理器
智慧内核诞生与发展阶段，物联、互联两大分支的独立发展阶段，以及两大分支高级阶段交叉融合的物联网阶段。
关键词：物联网；智慧源头；网络源头；物联源头；技术发展史
中图分类号：TP393文献标识码：B
InternetofThingsPartII：SourceandHistoryofInternetofThings
HeLimin
(BeihangUniversity，Beijing100191，China)
Abstract：TheInternetofThingshasthreetechnologysources：intelligencefromsemiconductormicroprocessor，networkfromtheInter—
netandembeddedsystemlocalareanetworkofthings，andconnectionofthingsfromembeddedsystem．Therehasbeen40yearsof10T
technologydevelopmentsincemicroprocessoroftheintelligencesourcecameintobeing．TheInternetofThingswentthroughthreesta—
gesduringthese40years：birthanddevelopmentofmicroprocessorintelligentcore，independentdevelopmentoftheInternetandinter
connectionofthings，andIOTofthetwobranches"mergingandfusionattheiradvancedstages．
Keywords：InternetofThings；intelligencesource；networksource；interconnectionofthings；technologyhistory
引言
物联网的三个源头是智慧源头、网络源头与物联源
头。智慧源头是微处理器，万亿个微处理器以通用处理器
的桌面方式与嵌入式处理器的对象系统嵌入方式，将物联
网变成为智慧地球；网络源头的互联网与局域物联网连
接，诞生了无限时空中，无限通达、真实世界与虚拟世界交
互的物联网；物联源头是嵌入式系统的全面物联体系，嵌
入式系统为物联而生，有四个归一化的物联界面。
1物联网的源头探索
物联网是现代计算机知识革命高级阶段的技术成果。
现代计算机知识革命起源于半导体集成电路。半导体集
成电路荣获了两个诺贝尔物理学奖，是2O世纪人类最伟
大的发明。它以晶体管颗粒归一化的时空量子化技术，开
始了超越18世纪产业革命的人类知识革命。18世纪蒸
汽机的产业革命，以归一化的动力机械内核方式，将人类
社会从农耕文明推进到工业文明；20世纪现代计算机的
知识革命，以归一化的微处理器智力内核方式，将人类社
会从工业文明推进到知识文明。相对于轰轰烈烈的蒸汽
机产业革命，半导体微处理器的后台性、专业性、隐蔽性特
点，形成了微处理器基础上现代计算机静悄悄的、空前伟
大的革命。
人们可以沿着现代计算机知识革命的历史路径寻找
到物联网的技术源头。半导体集成电路基础上的微处理
器奠定了物联网的智慧源头；通用微处理器的计算机网络
形成了物联网的网络源头；嵌入式微处理器则是物联网的
物联源头。
2物联网的智慧源头
物联网的智慧源头是微处理器。万亿个微处理器以
通用计算机的智慧网络方式与嵌入式系统智慧物联方式
形成了物联网的智慧地球特征。
微处理器的智慧能力体现在它的体系结构之中。微
处理器中有中央处理器、指令系统、中断系统、总线系统，
这四大部件可以圆满地实现人类的智力行为。利用中央
处理器的数据处理能力，通过建模、解算、数据分析、信号
处理，表现出人类智力的思考性特征；通过指令系统的程
序设计，可以提供人类智力行为的多种选择，表现出人类
智力的多维性特征；微处理器的中断系统可以根据内外部
78Microcontrollers＆EmbeddedSystems2017年第17期WWW．mesnet．com．cn
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条件，随时中断正在运行中的程序，转而执行另外一个程
序，并能在完成中断服务后返回原来被中断的程序中，表
现出人类智力的应急性特征；处理器的快速运行，可以满
足人类智力实时性的要求；微处理器的总线系统，是微处
理器内部与外部世界联系的通道，表现了人类智力的交互
性特征。人类智力的本质知识基础上的行为能力。微处
理器内部及外围扩展的存储器，可实现知识存储，从而奠
定了人类智力的知识基础。由此可见，微处理器是一个具
有人类智力行为能力的智力内核。
微处理器是数字时空量子化技术基础上的归一化智
力内核。数字时空量子是一种与具体物质无关的0、1二
值化空闯状态和0、1二值化的开关进程。现阶段数字时
空量子表现集成电路中晶体管的时空状态。集成电路中，
晶体管颗粒的开、关状态是0、l二值化空间量子，晶体管
颗粒的开、关进程是0、1二值化的时间量子。
与具体物质无关的数字时空量子为微处理器智力内
核提供了无限的技术发展前景，当硅半导体集成电路的时
空量子技术走到尽头时，人们可以寻找其他更微小的时空
量子载体，如石墨稀的二维碳原子“晶体管”或电子正、反
旋二值化时空状态的“晶体管”。当具体物质转移后，微处
理器的智力结构与智力的软件表现形式不变。
3物联网的物联源头
物联网唯一的物联源头是嵌入式系统。嵌入式系统
是内含有嵌入式处理器，实现嵌入式应用的智能化电子系
统。全面的物联状态、归一化的物联界面、无限的物联应
用，是嵌入式系统的历史写照。
嵌入式系统有归一化的结构体系与全局性的物联界
面，可以嵌入到对象体系中，与物理对象耦合成一个个嵌
入式应用系统。比如，与传感器相耦合成智能传感器，嵌
入到洗衣机中成为自动洗衣机的智能控制器，嵌入至U变频
空调中成为空调的变频控制器，给嵌入式系统添加相应功
能模块以及显示屏、键盘、大容量存储器、通用接口等外
设，可构成广泛应用的手机、PDA、电子书等IT产品等。
从这些形式多样的智能化工具中，可以抽象出一个归一化
的嵌入式应用系统。如图l所示，嵌入式应用系统有三个
层次的软、硬件结构与四个归一化的物联界面。
嵌入式应用系统的三个硬件层次是，嵌入式处理器、
嵌入式系统与嵌入式应用系统。嵌入式处理器是嵌入式
应用系统的智力内核，在智力内核基础上配置四个物联端
口便成为嵌入式系统。将嵌入式系统嵌入至U对象体系中，
实现对象智能化控制的电子系统，是嵌入式应用系统。
嵌入式应用系统的三个软件层次是，嵌入式处理器的
指令系统、嵌入式系统的操作系统与中间件、嵌入式应用
系统的应用软件。
学习园地
四个归一化的物联界面，是归一化感知接口、归一化
控制接口、归一化人机界面、归一化信息传输道道。
f1)归一化的感知接口
前向通道的传感器接口，是嵌入式系统的输入端日，
是一个归一化的感知接口。所有与外部世界物理信息的
感知，都要经过这一端口完成物理信号到数字化信息的转
化。例如，开关信号、频率信号要转化成标准电平下的0、
l状态信息；模拟信号要通过A／D转换电路转化成二进
制的数字信息。
(2)归一化的控制接口
后向通道的控制接日，是嵌入式系统的输出端口，是
一个归一化的控制接口。所有的对外部世界物理对象的
控制，都要经过这一端口完成数字归一化控制信息到对象
系统控制信号的转化。例如，将0、1的控制信息转化成电
平的开、关控制信号；将变频电机的变频控制信息转化成
PWM控制信号；将物理对象的二进制数值控制信息通过
D／A转换电路转化成电平控制信号，从而完成真实世界
的数字归一化控制。
(3)归一化的人一机界面
人机通道的人一机接口，是嵌人式系统的输入、输出端
口，是一个归一化的人一机交互界面。多元化的人一机交
互方式，如各种类型的键盘、显示器、音视频设备的人机交
互等，都要归一化成输入、输出端目的标准化结构与通信
协议。人机通道的基础是嵌入式系统的串行接口，以及由
此衍生的各种串行总线，如IC总线、单总线、SPI串行接
口等多元化的串行输入／输出通道。
(4)归一化的信息传输通道
通信通道的互联接口是嵌入式系统的归一化信息传
输通道。为嵌入式应用系统之间、嵌入式应用系统与互联
网之间通信提供标准的通信手段通信方式可以有多种
有线与无线方式。通常，将满足信息传输要求的硬件电路
与通信协议栈内嵌到嵌入式系统中，或制成可在嵌入式系
统外部扩展的专用通信芯片。
图1嵌入式应用系统的结构与物联界面
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4物联网的网络源头
物联网有无限大的应用领域，物联网应用系统则是一
个与互联网相连的局域物联系统。物联网的网络源头有
互联网的广域网与嵌入式系统的局域物联网。
(1)互联网的广域网
互联网是全球性无限时空、无限通达的广域网。互联
网通信没有时空限制，也不受局部通信链路故障的影响。
互联网的全球性特征还表现在它遵从全球化公共利益的
技术特征，按“包交换”方式连接的分布式网络不存在中央
控制，也无法把互联网封闭在一个国家之
内。互联网的根本作用是为人们的交流服
务，而不单纯是用来计算。
构成互联网的途径有多种多样，计算
机网、公共电信网、有线电视网，甚至智能
电网，它们都是信息网、人文网，与物理对
象没有直接联系。
(2)嵌入式系统的局域物联网
行为，即局域物联网向互联网延伸。通过局域物联网中主
控节点内含的互联网接口，或在外部扩展一个互联网接口
芯片，与互联网相联。
5物联网的技术发展史
物联网是现代计算机高级阶段的产物。4O年来，现
代计算机技术经历了三个时代：微处理器智慧内核诞生的
现代计算机起源时代，物联、互联两大分支的独立发展时
代，以及两大分支高级阶段交叉融合阶段的物联网／云计
算时代，如图2所示。
现代计算机起源时代：两大分支独立发展时代：物联网／云计算时代
嵌入式系统的局域物联网，是以嵌入式系统为核心，
与物理对象相连，局部地区应用环境下，满足TCP／IP的
传输协议要求，具有网络拓扑结构，动态路由的数据传输
系统。
早期的单片机没有通信总线，单片机应用系统都是单
个的系统。1982年前后，Intel公司为UPI一44系列单片
机配置了BITBUS总线，其后各种总线层出不穷，如早期
的BITBUS、STD总线，后来的RS422／485总线、现场总
线、CAN总线等。通过这些总线将一个个嵌入式应用系
统连接成嵌入式系统的局域分布式物联系统，如CAN总
线的汽车电子、机器人、工业控制、智能家居等局域物联系
统。无线数据传输网络(如ZigBee)推出后，嵌入式系统才
有了真正的局域物联网，它既满足了局域网的协议要求以
及网络拓扑结构、动态路由的数据传输要求，又有全面的
物联界面。
(3)局域物联网与广域网互连
嵌入式系统的局域物联系统或局域物联网受地域环
境限制，与无限时空、无限通达的互联网连接后，便形成了
无限通达、无限时空应用的物联网。例如，由cAN总线
构成的汽车电子系统是局限在一辆汽车中的局域物联系
统，当延伸到互联网后，便可将单辆汽车纳入城市交管的
物联网系统中。物联网交管系统可随时随地实时地了解
车辆状况、行驶状态、违章事件等。又如，当一个智能家居
延伸到互联网后，成为无限时空、无限通达的物联网家居
后，家居主人可以在任何时间、任何地点与家居中的物联
对象实时交互。
通常，局域物联网与广域网互连是局域网的一种上联
图2现代将机技术发展的三个阶段
(1)现代计算机起源时代
2O世纪7O年代诞生了半导体微处理器，这是一个具
有人类智力行为能力的归一化的智力内核，不仅可以用于
计算，还可以用于智能化控制。然而，这两种应用的技术
发展方向、技术发展环境南辕北辙，不可兼容。用于计算
的微处理器，其技术发展方向是高速海量的数值计算，其
技术应用环境是桌面系统的人一机交互环境；用于智能化
控制的微处理器，其技术发展方向则是小型、廉价、突出控
制功能、突出与对象体系的接口技术，其技术应用环境是
与对象体系紧耦合的嵌入式物联环境。巨大的技术发展
差异，导致微处理器从一开始就出现通用处理器与嵌入式
处理器的两个分支，前者用于桌面计算，后者用于嵌入式
控制。
(2)两大分支独立发展阶段
在两种截然不同的微处理器基础上构建了通用计算
机系统与嵌入式计算机系统(简称嵌入式系统)，它们是现
代计算机的两大分支。南辕北辙的技术方向与应用环境
使它们走上了各自的独立发展道路。
通用计算机系统在发展高速、海量数值计算的同时，
向分布式计算、网格计算、普适计算的网络化发展，形成了
全球无限时空、无限通达的互联网。
嵌入式系统则走上了小型、低成本的单片微控制器
(MCU)的独立发展道路，除了完成单个物理对象的智能
化控制外，也走上了分布式、网络化的局域物联发展道路。
(3)物联网／云计算时代
在通用计算机互联网与嵌入式系统局域物联网发展
的高级阶段上，互联网接口技术、TCP／IP规范及接口芯
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全方位服务
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片的普及，使嵌入式系统无论是单机，还是局域网都有了
成熟的互联网接入技术，从而奠定了物联网发展的硬件基
础。通用操作系统向嵌入式系统领域的延伸、嵌入式系统
向移动终端的发展、集成电路的软件集成、GPS时空标定
技术的普及，大大加快了物联网技术的发展。两大分支高
级阶段的交叉融合，将现代计算机知识革命迅速推向物联
网、云计算时代。
6小结
①在许多重大科技领域中，技术源头与技术发展史
的探索十分重要。从技术源头可以了解其本质特征，从发
展史中可以了解相关技术的发展规律。
②通用计算机互联、嵌入式系统物联都经历了长期
的独立发展阶段，只有在为嵌入式系统提供普遍的互联网
接入技术后，才出褒了通用计算机互联与嵌入式系统物联
交互融合的物联网。
③物联网／云计算是现代计算机知识革命的高级阶
段，有40年的技术发展史，许多相关技术都处于成熟阶
段，物联网应用没有重大的技术障碍。J匿
参考文献
1]何立民．从资本经济到知识经济[M]．jE京：jE京航空航大学
出版社，2O10．
[2]何立民．单片机应用系统设计[M]．北京：jE京航空航大学出
版社，1990。
[3]何立民．从嵌人式系统看现代计算机产业革命[J]．单片机与
嵌入式系统应用，2008(1)．
[43何立民．从知识平台角度重新认识集成电路j]．单片机与嵌
入式系统应用，2009(3)．
Es]何立民．微处理器智力内核使一切成为可能[J]．电子产品世
界，2009(】>。
(牧稿霉襄：201l09—02)
西EVRCP~''-=0xef；
IT1—0：
EX1—1：
IT0—0：
EX0—1；
PCONl一02；／／进入休眠状态
NOP()；
}
(2)拆机自毁按键中断处理
voidExlnt0()interrupt0{
EraseKey()；／／擦除密钥
}
(3)从休眠状态唤醒
voidExlntl()interrupt2{
EX1—0：
}
6结论
在基于MPC82G516的密码键盘的设计中，充分利用
了MPC82G516的掉电检测、中断唤醒等功能，解决了传
统密码键盘容易通过破解方法读取密码的隐患，提高了密
钥保护的安全级别，增强了密钥的安全性。I譬
参考文献
[1]笙泉科技有限公司。MPC82G516DataSheet，2008—06．
2]规振字，蒋建春．密码学基础与安全应用[M]．北京邮电大学
出版社，2008．
--赫_一-一-薯嬲叠臻。叠曩誊≯。曩麓l曩誓，--誉舞謦。曩曩---…曩一。鼍叠
一陈彦霉实骚师》主要研究舞!向淹测试计量技术嵌入武系统开发a-
冀麓豢一墨薹j蔓篓曩i鬈j誓囊譬曩薯冀麓篓?舞薯≯誊誉j誊囊童嚣誓誊叠搿篓囊薹薯董譬鬻
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冀譬j置搿叠蠢囊蔓jll撼j誊ti黧l|蠢一鞲曩曩毒舞誊曩_薅爱誊_
Altera率先发布28nmFPGA开发套拿#一≯≯≯
Altera公司开始提供带有28nmFPGA的开发套件——strat波VGXFPGA信号完整性套件，在推动业幂2玎_mFPGA发展一
方面树立了新里程碑。这一全功能套件支持设计工程师加速高性能系统的设计和开发，满足摹业界对提高带宽的需求s￡ratixV
GXFPGA信号完整性开发套件为月户提供的平台能够测量并评估从600Mbps~12．5Gbps的收发器链路凌塾能。
StratixVGXFPGA信号完整性开发套件采用高级均衡功能实现器件的高速串行收发器震户缓使餍板上SMA以及包括
Molex．Impact和AmphenolXCede在内的流行背板连接器进行真实的系统分析这些置高速背板连接器甩于评估定制背板性
能以及链路BER。用户还可以通过使用方便的用户界面来产生并检查伪随机二进制序~(PRBS)码型
利魇StratixVFPGA信号完整性开发套件，用户可以验证目前最流行协议标准的兼容性，包括lOGbE．10GBASE—KR、pPCI
Express(PCIe)Genl，／Gen2／Gen3SerimRapidlO、GigabitEthernet(GbE)、10GbEXAUI、CEI一6G．CEI一1iG、鞋移·SDI、Inter-
laken和光纤通道等。开发套件含有一块基于StratixVGXFPGA的开发板、QuartusII软件的一年许可以及设计实例，还可以使
用Altera的MegaCoreIP库，包括NiosII嵌入式设计套装。
paper@mesnet．COLT}．cf}(投稿专用)201#-g11期车砖机瘩菇入式彖碗应绣81
物联网概述第2篇：物联网源头与物联网技术发展史
作者：何立民
作者单位：北京航空航天大学,北京,100191
刊名：单片机与嵌入式系统应用
英文刊名：Microcontrollers&EmbeddedSystems
年，卷(期)：2011,11(11)
参考文献(5条)
1.何立民从资本经济到知识经济2010
2.何立民单片机应用系统设计1990
3.何立民从嵌人式系统看现代计算机产业革命[期刊论文]-单片机与嵌入式系统应用2008(01)
4.何立民从知识平台角度重新认识集成电路[期刊论文]-单片机与嵌入式系统应用2009(03)
5.何立民微处理器智力内核使一切成为可能[期刊论文]-电子产品世界2009(01)
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8.黄玉兰.巩稼民物联网演进路线的探究[期刊论文]-西安邮电学院学报2012,17(2)
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本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_dpjyqrsxtyy201111029.aspx
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