引論：我們?yōu)槟砹?3篇嵌入式設(shè)計(jì)系統(tǒng)范文，供您借鑒以豐富您的創(chuàng)作。它們是您寫作時(shí)的寶貴資源，期望它們能夠激發(fā)您的創(chuàng)作靈感，讓您的文章更具深度。

篇1

嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心,以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ),軟件硬件可裁剪,適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)是將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、電子技術(shù)和具體應(yīng)用相結(jié)合的產(chǎn)物。

近年來,在計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)和通信技術(shù)高速發(fā)展的同時(shí),嵌入式系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)取得迅速發(fā)展,嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用范圍也急劇擴(kuò)大。從小到電子手表、電子體溫計(jì)、翻譯機(jī)等,大到如冷氣機(jī)、電冰箱、電視機(jī),甚至馬路上紅綠燈的控制器、戰(zhàn)斗機(jī)中的飛控系統(tǒng)等。嵌入式系統(tǒng)幾乎無處不在:

1 嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)

與通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相比,嵌入式系統(tǒng)有其自身的特點(diǎn):

(1)嵌入式系統(tǒng)是將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)以及電子技術(shù)與各個(gè)行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合的產(chǎn)物,這一點(diǎn)就決定了它必然是一個(gè)技術(shù)密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識(shí)集成系統(tǒng)。

(2)嵌入式系統(tǒng)通常是面向用戶、面向產(chǎn)品、面向特定應(yīng)用的。

(3)嵌入式系統(tǒng)和具體應(yīng)用相結(jié)合,其升級(jí)換代也是和具體產(chǎn)品同步進(jìn)行的。因此嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品一旦進(jìn)入市場(chǎng),就具有較長(zhǎng)的生命周期。

2 嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)

消費(fèi)家電的智能化,為嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展展現(xiàn)出美好的市場(chǎng)前景,也對(duì)嵌入式系統(tǒng)提出新的發(fā)展要求;微電子技術(shù)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的進(jìn)步,使得嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展呈現(xiàn)出以下趨勢(shì):

(1)隨著嵌入式系統(tǒng)功能的增加,嵌入式系統(tǒng)處理的信息和數(shù)據(jù)量越來越大,系統(tǒng)對(duì)處理的響應(yīng)時(shí)問也要求更嚴(yán)格,嵌入式處理器的主頻會(huì)越來越高,甚至采用多核的方式來應(yīng)付日益增長(zhǎng)的性能要求。

(2)嵌入式系統(tǒng)在工業(yè)領(lǐng)域和某些特殊場(chǎng)合的廣泛應(yīng)用,要求嵌入式系統(tǒng)具有遠(yuǎn)程控制軟件更新和故障診斷的能力。

(3)隨著嵌入式系統(tǒng)在手持設(shè)備上的大量應(yīng)用,手持設(shè)備的特點(diǎn)要求嵌入式系統(tǒng)功耗、體積更小,重量更輕。

(4)嵌入式系統(tǒng)將具有更加高速的通信接口,如USB2.0、千兆以太網(wǎng)等。

3 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程

嵌入式系統(tǒng)開發(fā)分為軟件開發(fā)部分和硬件開發(fā)部分。嵌入式系統(tǒng)開發(fā)過程一般都采用“宿主機(jī)/目標(biāo)板”開發(fā)模式,即利用宿主機(jī)(PC機(jī))上豐富的軟硬件資源及良好的開發(fā)環(huán)境和調(diào)試工具來開發(fā)目標(biāo)板上的軟件,然后通過交叉編譯環(huán)境生成目標(biāo)代碼和可執(zhí)行文件,通過串口FUSB/以太網(wǎng)等方式下載到目標(biāo)板上,利用交叉調(diào)試器在監(jiān)控程序運(yùn)行,實(shí)時(shí)分析,最后,將程序下載固化到目標(biāo)機(jī)上,完成整個(gè)開發(fā)過程。當(dāng)前,嵌入式開發(fā)已經(jīng)逐步規(guī)范化,在遵循一般工程開發(fā)流程的基礎(chǔ)上,嵌入式開發(fā)有其自身的一些特點(diǎn),圖1所示為嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的一般流程。流程主要包括系統(tǒng)需求分析佞求有嚴(yán)格規(guī)范的技術(shù)要求)、體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、軟硬件及機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)集成、系統(tǒng)測(cè)試、最終產(chǎn)品。具體情況如下:

(1)系統(tǒng)需求分析:確定設(shè)計(jì)任務(wù)和設(shè)計(jì)目標(biāo),并提煉出設(shè)計(jì)規(guī)格說明書,作為正式設(shè)計(jì)指導(dǎo)和驗(yàn)收的標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)的需求一般分功能性需求和非專題與綜述功能性需求兩方面。功能性需求是系統(tǒng)的基本功能,如輸入輸出信號(hào)、操作方式等;非功能需求包括系統(tǒng)性能、成本、功耗、體積、重量等因素。

(2)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):描述系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn)所述的功能和非功能需求,包括對(duì)硬件、軟件和執(zhí)行裝置的功能劃分,以及系統(tǒng)的軟件、硬件選型等。一個(gè)好的體系結(jié)構(gòu)是設(shè)計(jì)成功與否的關(guān)鍵。

(3)硬件/軟件協(xié)同設(shè)計(jì):基于體系結(jié)構(gòu),對(duì)系統(tǒng)的軟件、硬件進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。為了縮短產(chǎn)品開發(fā)周期,設(shè)計(jì)往往是并行的。嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的工作大部分都集中在軟件設(shè)計(jì)上,采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)、軟件組件技術(shù)、模塊化設(shè)計(jì)是現(xiàn)代軟件工程經(jīng)常采用的方法。

(4)系統(tǒng)集成:

把系統(tǒng)的軟件、硬件和執(zhí)行裝置集成在一起,進(jìn)行調(diào)試,發(fā)現(xiàn)并改進(jìn)單元設(shè)計(jì)過程中的錯(cuò)誤。

(5)系統(tǒng)測(cè)試:對(duì)設(shè)計(jì)好的系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試,看其是否滿足規(guī)格說明書中給定的功能要求。

4 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)面臨的挑戰(zhàn)

要求更高的應(yīng)用需求推動(dòng)嵌入式設(shè)計(jì)從8/16位轉(zhuǎn)向功能更強(qiáng)大的32位MCU。這種升級(jí)給工程師帶來了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn),提出了一系列前所未有的全新問題。

(1)轉(zhuǎn)變觀念,需要熟悉新的開發(fā)模式。嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用不再是過去單一的單片機(jī)應(yīng)用模式,而是越來越多樣化,嵌入式系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的最高形式是片上系統(tǒng)SoC,而SoC的核心技術(shù)是重用和組合IP核構(gòu)件。從單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)到片上系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其中間的一系列的變化,從底層大包大攬的設(shè)計(jì)到利用FPGA和IP模塊進(jìn)行功能組合PSoC/SOPC設(shè)計(jì)。

(2)技術(shù)門檻提高,需要學(xué)習(xí)全新的RTOS技術(shù)。

(3)選擇合適的開發(fā)工具,熟悉新的開發(fā)環(huán)境。目前從8位升級(jí)到32位的一個(gè)最大障礙就是開發(fā)工具的投入。32位開發(fā)工具要比8位開發(fā)工具復(fù)雜得多,使用的技術(shù)門檻要高得多,同時(shí)其投資也要高得多。

(4)熟悉硬件/軟件協(xié)同設(shè)計(jì)和驗(yàn)證技術(shù)、設(shè)計(jì)管理技術(shù)。軟/硬件并行設(shè)計(jì)是嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一項(xiàng)關(guān)鍵任務(wù)。在設(shè)計(jì)過程中的主要問題,是軟硬件設(shè)計(jì)的同步與集成。這要求控制一致性與正確性,但隨著技術(shù)細(xì)節(jié)不斷增加,需要消耗大量的時(shí)間。目前,業(yè)界已經(jīng)開發(fā)Polis、Cosyma及Chinook等多種方法和工具來支持集成式軟硬件的協(xié)同設(shè)計(jì)。目標(biāo)是提供一種統(tǒng)一的軟硬件開發(fā)方法。它支持設(shè)計(jì)空間探索,并使系統(tǒng)功能可以跨越硬件和軟件平臺(tái)復(fù)用。團(tuán)隊(duì)開發(fā)的最大問題就是設(shè)計(jì)管理問題。

(5)SoC設(shè)計(jì)所面臨的巨大的挑戰(zhàn)。SoC已經(jīng)開始成為新一代應(yīng)用電子技術(shù)的核心,這已成為電子技術(shù)的革命標(biāo)志。過去應(yīng)用工程師面對(duì)的是各種ASIC電路,而現(xiàn)在越來越多所面對(duì)的是巨大的IP模塊庫,所有設(shè)計(jì)工作都是以IP模塊為基礎(chǔ)。SoC設(shè)計(jì)技術(shù)使嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師變成了一個(gè)面向應(yīng)用的電子器件設(shè)計(jì)工程師。隨著SoC應(yīng)用的日益普及,在測(cè)試程序生成、工程開發(fā)、硅片查錯(cuò)、量產(chǎn)等領(lǐng)域?qū)oC測(cè)試技術(shù)提出了越來越高的要求。

[參考文獻(xiàn)]

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[2] 單片機(jī)技術(shù).彭永.2007年12月出版.

[3] 電子感測(cè)技術(shù).周南山.2007年出版.

篇2

公交清洗小車；嵌入式系統(tǒng)；超聲波測(cè)距；平臺(tái)升降控制

0引言

為解決公交車的高效便捷清洗問題，青島理工大學(xué)韓旭東教授的團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一款“垂直滾筒式公交清洗小車”[1]。但在該設(shè)計(jì)中，僅對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)與工作原理做了介紹，缺少相關(guān)的控制電路與控制程序的設(shè)計(jì)，給清洗小車的使用帶來了極大的不便。本文在原產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，針對(duì)小車與公交車之間距離的控制不準(zhǔn)確的問題，設(shè)計(jì)了超聲波測(cè)距系統(tǒng)；針對(duì)平臺(tái)升降控制不方便的問題，設(shè)計(jì)了手動(dòng)/自動(dòng)雙模平臺(tái)升降控制系統(tǒng)。有效地提高了該產(chǎn)品的實(shí)用性，完善了該產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。

1超聲波測(cè)距系統(tǒng)

1.1設(shè)計(jì)目的

清洗小車由人力推動(dòng)并控制方向，但由于路面不平，人力控制精度有限，會(huì)使小車與公交車車體間的距離發(fā)生改變，距離過近會(huì)使?jié)L筒擠壓車體表面，阻礙滾筒旋轉(zhuǎn)；距離過遠(yuǎn)，則會(huì)使?jié)L筒毛刷與車體表面間間隙過大，影響清洗效果。需要一套測(cè)距系統(tǒng)使小車與公交車車體間的距離始終保持在一個(gè)合理范圍之內(nèi)。

1.2測(cè)距方式的選擇

超聲波測(cè)距是利用機(jī)械波反射來測(cè)量距離，適用于短距離測(cè)距，原理簡(jiǎn)單，成本低，遠(yuǎn)距離測(cè)量精度較低。公交清洗小車的使用環(huán)境比較復(fù)雜，對(duì)測(cè)距系統(tǒng)的精度要求不高，測(cè)量的距離在1～2m，且要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、性能穩(wěn)定。根據(jù)需要和集中測(cè)距方式的特點(diǎn)，本文選擇超聲波測(cè)距方式。

1.3超聲波測(cè)距原理

超聲波在均勻介質(zhì)中的傳輸速度為一恒定值，由發(fā)生器發(fā)射超聲波，在遇到測(cè)量目標(biāo)后反射回來，由接收器接收并記錄由發(fā)射到接收經(jīng)歷的時(shí)間，便可以計(jì)算出發(fā)生器與測(cè)量目標(biāo)之間的距離[2]。公式如下：L=12C•Δt。式中：L為測(cè)量距離；C為超聲波在當(dāng)前介質(zhì)中的傳輸速度（空氣中常溫下速度為340m/s）；Δt為從發(fā)射到接收經(jīng)歷的時(shí)間。

1.4設(shè)計(jì)內(nèi)容

本文利用AT89C51單片機(jī)、HC-SR04超聲波測(cè)距模塊、LED燈組成了一個(gè)超聲波測(cè)距警報(bào)系統(tǒng)。當(dāng)距離過近時(shí)，指示距離過近的紅燈點(diǎn)亮；距離適中時(shí)，指示距離適中的綠燈點(diǎn)亮；當(dāng)距離過遠(yuǎn)時(shí)，指示距離過遠(yuǎn)的紅燈點(diǎn)亮。工作人員可以根據(jù)燈光指示調(diào)整小車位置，使之與車體表面間的距離保持在一個(gè)合理范圍。1.4.1HC-SR04超聲波測(cè)距模塊工作原理本文所采用的HC-SR04超聲波測(cè)距模塊，具有成本低、體積小、精度高、使用簡(jiǎn)單方便等優(yōu)點(diǎn)，其基本工作原理為：1)采用I/O口TRIG觸發(fā)測(cè)距，提供至少10μs的高電平信號(hào);2)模塊自動(dòng)發(fā)送8個(gè)40kHz的方波，自動(dòng)檢測(cè)是否有信號(hào)返回；3)有信號(hào)返回，通過I/O口ECHO輸出一個(gè)高電平，高電平持續(xù)的時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間[3]。1.4.2程序控制過程利用AT89C51單片機(jī)自帶的定時(shí)計(jì)數(shù)器資源，通過I/O口給超聲波模塊一個(gè)發(fā)射信號(hào)并開始計(jì)時(shí)，當(dāng)收到超聲波模塊的反饋信號(hào)時(shí)，結(jié)束計(jì)時(shí)并計(jì)算距離。

2手動(dòng)/自動(dòng)雙模平臺(tái)升降控制系統(tǒng)

2.1設(shè)計(jì)目的

現(xiàn)行大多數(shù)公交車的高度在3m左右，為能夠確保清洗整個(gè)車體表面，原產(chǎn)品采用雙絲杠旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)平臺(tái)升降的設(shè)計(jì)，并利用直流電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生動(dòng)力。為方便用戶使用，能夠快捷高效操作平臺(tái)升降，提高清洗效率，本文設(shè)計(jì)了一套手動(dòng)/自動(dòng)雙模平臺(tái)升降控制系統(tǒng)。

2.2設(shè)計(jì)內(nèi)容

根據(jù)計(jì)算，清洗平臺(tái)需調(diào)整2次高度才可將車體表面清洗完畢，為了方便工作人員操作，本文設(shè)計(jì)了手動(dòng)/自動(dòng)雙模控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用AT89C51單片機(jī)，配合L289直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，通過控制電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的升降，設(shè)計(jì)原理圖見圖4[5]。操作過程為：?jiǎn)?dòng)系統(tǒng)后，在自動(dòng)模式下，按UP鍵，平臺(tái)會(huì)上升一個(gè)固定高度；按DOWN鍵，平臺(tái)會(huì)下降一個(gè)固定高度。該高度值是為實(shí)現(xiàn)最高清洗效率，以3m高的車身為標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)優(yōu)化計(jì)算得出的最適高度。因?yàn)楣卉嚨男吞?hào)差異，車身高度也各不相同，所以為滿足實(shí)際使用要求，我們又設(shè)計(jì)了手動(dòng)控制模式。在手動(dòng)模式下，按住UP鍵，平臺(tái)會(huì)上升，松開立即停止；按住DOWN鍵，平臺(tái)會(huì)下降，松開立即停止。為防止工作人員誤操作，本文增加了按鍵防抖動(dòng)延遲，防止工作人員誤觸按鍵；如果UP和DOWN鍵同時(shí)按下，則電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，直至其中一個(gè)按鍵松開。

篇3

引 言

經(jīng)過近幾年的快速發(fā)展,嵌入式系統(tǒng)(Embedded System)已經(jīng)成為電子信息產(chǎn)業(yè)中最具增長(zhǎng)力的一個(gè)分支。隨著手機(jī)、PDA,GPS、機(jī)頂盒等新興產(chǎn)品的大量應(yīng)用,嵌入式系統(tǒng)的市場(chǎng)正在以每年30%的速度遞增(IDC預(yù)測(cè)),嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也成為軟硬件工程師越來越關(guān)心的話題。

在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,低功耗設(shè)計(jì)(Low Power Design)是許多設(shè)計(jì)人員必須面對(duì)的問題。其原因在于嵌入式系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于便攜式和移動(dòng)性較強(qiáng)的產(chǎn)品中,而這些產(chǎn)品不是一直都有充足的電源供應(yīng),往往是靠電池來供電的;而且大多數(shù)嵌入式設(shè)備都有體積和質(zhì)量的約束。另外,系統(tǒng)部件產(chǎn)生的熱量和功耗成比例,為解決散熱問題而采取的冷卻措施進(jìn)一步增加了系統(tǒng)的功耗。為了得到最好的結(jié)果,降低系統(tǒng)的功耗具有下面的優(yōu)點(diǎn):

(1) 電池驅(qū)動(dòng)的需要。在強(qiáng)調(diào)綠色環(huán)保時(shí)期,許多電子產(chǎn)品都采用電池供電。對(duì)于電池供電系統(tǒng),延長(zhǎng)電池壽命,降低用戶更換電池的周期,提高系統(tǒng)性能與降低系統(tǒng)開銷,甚至能起到保護(hù)環(huán)境的作用。

(2) 安全的需要。在現(xiàn)場(chǎng)總線領(lǐng)域,本安問題是┮桓霆重要話題。例如FF的本安設(shè)備,理論上每個(gè)網(wǎng)段可以容納32個(gè)設(shè)備,而實(shí)際應(yīng)用中考慮到目前的功耗水平,每個(gè)網(wǎng)段安裝10個(gè)比較合適。因此降低系統(tǒng)功耗是實(shí)現(xiàn)本安要求的一個(gè)重要途徑。

[JP2](3) 解決電磁干擾。系統(tǒng)功耗越低,電磁輻射能量越小,對(duì)其他設(shè)備造成的干擾也越小。如果所有的電子產(chǎn)品都能設(shè)計(jì)成低功耗,那么電磁兼容性設(shè)計(jì)會(huì)變得容易。[JP]

(4) 節(jié)能的需要。特別是對(duì)電池供電系統(tǒng),功耗與電壓的平方成正比即:P=V2fC+P┆static,б虼私諛芨為重要。

1 功耗產(chǎn)生的原因

[BT3]1.1 集成電路的功耗

目前的集成電路工藝主要有TTL和CMOS兩大類,無論哪種工藝,只要電路中有電流通過,就會(huì)產(chǎn)生功耗。通常,集成電路的功耗主要有4個(gè):

(1) 開關(guān)功耗。對(duì)電路中的電容充放電而形成,其表達(dá)式為:

(2) 靜態(tài)功耗和動(dòng)態(tài)功耗。當(dāng)電路的狀態(tài)沒有進(jìn)行翻轉(zhuǎn)(保持高電平或低電平)時(shí),電路的功耗屬于靜態(tài)功耗,其大小等于電路電壓與流過電流的乘積;動(dòng)態(tài)功耗是電路翻轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的功耗,由于電路翻轉(zhuǎn)時(shí)存在跳變沿,在電路翻轉(zhuǎn)瞬間,電流比較大,存在較大的動(dòng)態(tài)功耗。目前大多數(shù)電路都采用CMOS工藝,靜態(tài)功耗很小,可以忽略。起主要作用的是動(dòng)態(tài)功耗,因此從降低動(dòng)態(tài)功耗入手來降低功耗。

(3) 短路功耗。因開關(guān)時(shí)由電源到地形成的通路造成的,其表達(dá)式為:

(4) 漏電功耗。由亞閾值電流和反向偏壓電流造成。目前大多數(shù)電路都采用CMOS工藝,故漏電功耗很小,可以忽略。

1.2 電阻的功耗和有源器件的功耗

通常為負(fù)載器件和寄生元件產(chǎn)生的功耗。有源開關(guān)器件在狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí),電流和電壓比較大,將引起功率消耗。另外, CMOS電路中最大的功耗來自于內(nèi)部和外部的電容充放電產(chǎn)生的功耗。

2 硬件低功耗設(shè)計(jì)

[BT3]2.1 選擇低功耗的器件

選擇低功耗的電子器件可以從根本上降低整個(gè)硬件系統(tǒng)的功耗。目前的半導(dǎo)體工藝主要有TTL工藝和CMOS工藝,CMOS工藝具有很低的功耗,在電路設(shè)計(jì)上盡量選用,使用CMOS系列電路時(shí),其不用的輸入端不要懸空,因?yàn)閼铱盏妮斎攵丝赡艽嬖诟袘?yīng)信號(hào),它將造成高低電平的轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換器件的功耗很大,盡量采用輸出為高的原則。

嵌入式處理器是嵌入式系統(tǒng)的硬件核心,消耗大量的功率,因此設(shè)計(jì)時(shí)選用低功耗的處理器;另外,選擇低功耗的通信收發(fā)器(對(duì)于通信應(yīng)用系統(tǒng))、低功耗的訪存部件、低功耗的電路,目前許多通信收發(fā)器都設(shè)計(jì)成節(jié)省功耗方式,這樣的器件優(yōu)先采用。

2.2 選用低功耗的電路形式

完成同樣的功能,電路的實(shí)現(xiàn)形式有多種。例如,可以利用分立元件、小規(guī)模集成電路,大規(guī)模集成電路甚至單片實(shí)現(xiàn)。通常,使用的元器件數(shù)量越少,系統(tǒng)的功耗越低。因此,盡量使用集成度高的器件,以減少電路中使用元件的個(gè)數(shù),減少整機(jī)的功耗。

2.3 單電源、低電壓供電

一些模擬電路如運(yùn)算放大器等,供電方式有正負(fù)電源和單電源兩種。雙電源供電可以提供對(duì)地輸出的信號(hào)。高電源電壓的優(yōu)點(diǎn)是可以提供大的動(dòng)態(tài)范圍,缺點(diǎn)是功耗大。例如,低功耗集成運(yùn)算放大器LM324,單電源電壓工作范圍為5~30 V。當(dāng)電源電壓為15 V時(shí),功耗約為220 mW;當(dāng)電源電壓為10 V時(shí),功耗約為90 mW;當(dāng)電源電壓為5 V時(shí),功耗約為15 mW。可見,低電壓供電對(duì)降低器件功耗的作用十分明顯。因此,處理小信號(hào)的電路可以降低供電電壓。

2.4 分區(qū)/分時(shí)供電技術(shù)

一個(gè)嵌入式系統(tǒng)的所有組成部分并非時(shí)刻在工作,基于此,可采用分時(shí)/分區(qū)的供電技術(shù)。原理是利用“開關(guān)”控制電源供電單元,在某一部分電路處于休眠狀態(tài)時(shí),關(guān)閉其供電電源,僅保留工作部分的電源。

2.5 I/O引腳供電

嵌入式處理器的輸出引腳在輸出高電平時(shí),可以提供約20 mA的電流,該引腳可以直接作為某些電路的供電電源使用,如圖2所示。處理器的引腳輸出高電平時(shí),外部器件工作;輸出低電平時(shí),外部器件停止工作。需要注意,該電路需滿足下列要求:外部器件的功耗較低,低于處理器I/O引腳的高電平輸出電流;外部器件的供電電壓范圍較寬。

2.6 電源管理單元設(shè)計(jì)

處理器全速工作時(shí),功耗最大;待機(jī)狀態(tài)時(shí),功耗比較小。常見的待機(jī)方式有兩種:空閑方式(Idle)和掉電方式(Shut Down)。其中,Idle方式可以通過中斷的發(fā)生退出,中斷可以由外部事件供給。掉電方式指的是處理器停止,連中斷也不響應(yīng),因此需要進(jìn)入復(fù)位才能退出掉電方式。

為了降低系統(tǒng)的功耗,一旦CPU處于“空轉(zhuǎn)”,可以使之進(jìn)入Idle狀態(tài),降低功耗;期間如果發(fā)生了外部事件,可以通過事件產(chǎn)生中斷信號(hào),使CPU進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。對(duì)于Shut Down狀態(tài),只能用復(fù)位信號(hào)喚醒CPU。

2.7 智能電源設(shè)計(jì)

既要保證系統(tǒng)具有良好的性能,又能兼顧功耗問題,一個(gè)最好的辦法是采用智能電源。在系統(tǒng)中增加適當(dāng)?shù)闹悄茴A(yù)測(cè)、檢測(cè),根據(jù)需要對(duì)系統(tǒng)采取不同的供電方式,以求系統(tǒng)的功耗最低。許多膝上型電腦的電源管理采用智能電源,以筆記本電腦為例,在電源管理方面,Intel公司采取Speed Step技術(shù);AMD公司采取Power Now技術(shù);Transmeta公司采取Long Run技術(shù)。雖然這三種技術(shù)涉及到的具體內(nèi)容不同,但基本原理是一致的。以采用Speed Step技術(shù)的筆記本電腦為例,系統(tǒng)可以根據(jù)不同的使用環(huán)境對(duì)CPU的運(yùn)行速度進(jìn)行合理調(diào)整。如果系統(tǒng)使用外接電源,CPU將按照正常的主頻率及電壓運(yùn)行;當(dāng)檢測(cè)到系統(tǒng)為電池供電時(shí),軟件將自動(dòng)切換CPU的主頻率及電壓至較低狀態(tài)運(yùn)行。

2.8 降低處理器的時(shí)鐘頻率

處理器的功耗與時(shí)鐘頻率密切相關(guān)。以SAMSUNG S3C2410X (32 b ARM 920T內(nèi)核)為例[8],它提供了四種工作模式:正常模式、空閑模式、休眠模式、關(guān)機(jī)模式,各種模式的功耗如表1所示。[HJ1][HJ]

由表1可見,CPU在全速運(yùn)行的時(shí)候比在空閑或者休眠的時(shí)候消耗的功率大得多。省電的原則就是讓正常運(yùn)行模式遠(yuǎn)比空閑、休眠模式少占用時(shí)間。在類似PDA的設(shè)備中,系統(tǒng)在全速運(yùn)行的時(shí)候遠(yuǎn)比空閑的時(shí)候少,所以可以通過設(shè)置,使CPU盡可能工作在空閑狀態(tài),然后通過相應(yīng)的中斷喚醒 CPU,恢復(fù)到正常工作模式,處理響應(yīng)的事件,然后再進(jìn)入空閑模式。因此設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí),如果處理能力許可,可盡量降低處理器的時(shí)鐘頻率。

另外,可以動(dòng)態(tài)改變處理器的時(shí)鐘,以降低系統(tǒng)的總功耗。CPU空閑時(shí),降低時(shí)鐘頻率;處于工作狀態(tài)時(shí),提高時(shí)鐘頻率以全速運(yùn)行處理事務(wù),實(shí)現(xiàn)這一技術(shù)的方法。通過將I/O引腳設(shè)定為輸出高電平,加入電阻R1,將增加時(shí)鐘頻率;將I/O引腳輸出低電平,去掉電阻R1,可降低時(shí)鐘頻率,以降低功耗。

2.9 降低持續(xù)工作電流

在一些系統(tǒng)中,盡量使系統(tǒng)在狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)消耗電流,在維持工作時(shí)期不消耗電流。例如,IC卡水表、煤氣表、靜態(tài)電能表等,在打開和關(guān)閉開關(guān)時(shí)給相應(yīng)的機(jī)構(gòu)上電,開關(guān)開和關(guān)狀態(tài)通過機(jī)械機(jī)構(gòu)或磁場(chǎng)機(jī)制保持開關(guān)的狀態(tài),而不通過電流保持,可以進(jìn)一步降低電能的消耗。[JP]

3 軟件低功耗設(shè)計(jì)

3.1 編譯低功耗優(yōu)化技術(shù)

編譯技術(shù)降低系統(tǒng)功耗是基于這樣的事實(shí):對(duì)于實(shí)現(xiàn)同樣的功能,不同的軟件算法,消耗的時(shí)間不同,使用的指令不同,因而消耗的功率也不同。對(duì)于使用高級(jí)語言,由于是面向問題設(shè)計(jì)的,很難控制低功耗。但是,如果利用匯編語言開發(fā)系統(tǒng)(如對(duì)于小型的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)),可以有意識(shí)地選擇消耗時(shí)間短的指令和設(shè)計(jì)消耗功率小的算法來降低系統(tǒng)的功耗。

3.2 硬件軟件化與軟件硬件化

通常的硬件電路一定消耗功率,基于此,可以減少系統(tǒng)的硬件電路,把數(shù)據(jù)處理功能用軟件實(shí)現(xiàn),如許多儀表中用到的對(duì)數(shù)放大電路、抗干擾電路,測(cè)量系統(tǒng)中用軟件濾波代替硬件濾波器等。

需要考慮,軟件處理需要時(shí)間,處理器也需要消耗功率,特別是在處理大量數(shù)據(jù)的時(shí)候,需要高性能的處理器,這可能會(huì)消耗大量的功率。因此,系統(tǒng)中某一功能用軟件實(shí)現(xiàn),還是用硬件實(shí)現(xiàn),需要綜合計(jì)算后進(jìn)行設(shè)計(jì)。3.3 采用快速算法

數(shù)字信號(hào)處理中的運(yùn)算,采用如FFT和快速卷積等,可以大量節(jié)省運(yùn)算時(shí)間,從而減少功耗;在精度允許的情況下,使用簡(jiǎn)單函數(shù)代替復(fù)雜函數(shù)作近似,也是減少功耗的一種方法。

3.4 軟件設(shè)計(jì)采用中斷驅(qū)動(dòng)技術(shù)

篇4

1 嵌入式系統(tǒng)的歷史

20世紀(jì)60年代以晶體管、磁芯存儲(chǔ)為基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)開始用于航空等軍用領(lǐng)域。

20世紀(jì)70年代之后，隨著單片機(jī)出現(xiàn)，再到今天發(fā)展成各式各樣的嵌入式微處理器。這使得汽車、民用電器、工業(yè)機(jī)械器材及各種通信設(shè)施，通過內(nèi)嵌電子設(shè)備來獲得更好的使用性能，這些內(nèi)嵌的電子設(shè)備已經(jīng)初步具備了嵌入式的特點(diǎn)。

20世紀(jì)80年代，計(jì)算機(jī)程序編寫有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，專業(yè)人士開始用更高級(jí)更精準(zhǔn)的操作系統(tǒng)編程進(jìn)行實(shí)際嵌入式應(yīng)用，使得他們不但節(jié)約開發(fā)成本，并且可以獲得極高的開發(fā)效率和更短的開發(fā)周期。

20世紀(jì)90年代，隨著對(duì)實(shí)時(shí)急迫要求及各種應(yīng)用軟件的出現(xiàn)，導(dǎo)致軟件規(guī)模數(shù)量不斷上升，嵌入式操作系統(tǒng)已經(jīng)開始出現(xiàn)新的變化，實(shí)時(shí)性變得非常突出，從而導(dǎo)致一場(chǎng)嵌入式系統(tǒng)研發(fā)的革命。

2 嵌入式系統(tǒng)的定義

國(guó)際上通用的嵌入式系統(tǒng)定義是“控制、監(jiān)視或者輔助機(jī)器和設(shè)備運(yùn)行的系統(tǒng)裝置，從而完成既定功能的一種軟件系統(tǒng)”。

在我們國(guó)家嵌入式系統(tǒng)概念一般認(rèn)為是：嵌入式系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)實(shí)際應(yīng)用為基礎(chǔ)，輔以計(jì)算機(jī)技術(shù)，對(duì)實(shí)際應(yīng)用功能、安全可靠性、資本消耗等各種程序?yàn)閷?dǎo)入要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)一般由微處理器、嵌入式操作系統(tǒng)、硬件設(shè)備及客戶應(yīng)用程序組成。

通常的嵌入式系統(tǒng)有以下幾種：：Linux、uClinux、WinCE、PalmOS、Symbian、eCos、uCOS-II、VxWorks、pSOS、Nucleus、ThreadX 、Rtems 、QNX、INTEGRITY、OSE、C Executive。

3 嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

2011年全球嵌入式軟件市場(chǎng)平均增長(zhǎng)率為31%，中國(guó)嵌入式軟件市場(chǎng)則超過了40%，居世界之首，2012年中國(guó)嵌入式軟件產(chǎn)業(yè)銷售收入已突破3000億元人民幣，但仍有市場(chǎng)空間。有業(yè)內(nèi)專業(yè)咨詢公司預(yù)計(jì)未來5年，嵌入式軟件產(chǎn)業(yè)將繼續(xù)保持高速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，到2015年，產(chǎn)業(yè)規(guī)模有望達(dá)到5000億元人民幣。

在網(wǎng)絡(luò)與通信設(shè)備、消費(fèi)電子、數(shù)字家電、汽車電子、醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)精準(zhǔn)控制方面都是嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的領(lǐng)域，同時(shí)嵌入式系統(tǒng)在辦公自動(dòng)化、金融電子、國(guó)防軍事及航空航天等領(lǐng)域也有她的身影，嵌入式軟件均已得到廣泛應(yīng)用。在應(yīng)用深度方面，也由最簡(jiǎn)單的僅有執(zhí)行單一功能控制能力的嵌入式系統(tǒng)，發(fā)展到幾乎與PC具有一樣的功能，很多復(fù)雜的嵌入式系統(tǒng)，由若干個(gè)小型嵌入式系統(tǒng)組成。隨著需求的旺盛、技術(shù)的進(jìn)步和市場(chǎng)的成熟，嵌入式設(shè)計(jì)與應(yīng)用已成為工業(yè)現(xiàn)代化、智能化的必經(jīng)之路，使嵌入式軟件產(chǎn)業(yè)與數(shù)字化時(shí)代的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和新興產(chǎn)業(yè)的融合趨勢(shì)進(jìn)一步加強(qiáng)。

4 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 硬件設(shè)計(jì)部分

對(duì)于嵌入式系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)部分，包含處理器以及I/O 端口等，具體設(shè)計(jì)包含以下幾個(gè)部分。

處理器設(shè)計(jì)：在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，其核心就是嵌入式微處理器，嵌入式微處理器設(shè)計(jì)中，應(yīng)該具備對(duì)實(shí)時(shí)多任務(wù)的響應(yīng)能力，具有很強(qiáng)的存儲(chǔ)保護(hù)功能，具有可擴(kuò)展性，降低嵌入式微處理器功耗。

總線設(shè)計(jì)：在總線設(shè)計(jì)部分，因?yàn)榭偩€是進(jìn)行互連以及傳輸信息、指令、數(shù)據(jù)的橋梁，因此在設(shè)計(jì)中應(yīng)該特別注意，因此在嵌入式系統(tǒng)中，可以采用片內(nèi)總線與片外總線的方式，確保CPU 與片內(nèi)部件的連接，也可以確保與外部設(shè)備的準(zhǔn)確連接。

存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)：在對(duì)嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，在嵌入式系統(tǒng)內(nèi)可以分為高速緩存Cache以及主存、外存三種形式的存儲(chǔ)器，在設(shè)計(jì)中對(duì)這三個(gè)存儲(chǔ)器也應(yīng)該有明確的設(shè)計(jì)，以便提高系統(tǒng)的運(yùn)行速度。

I/O端口設(shè)計(jì)：對(duì)于嵌入式系統(tǒng)的I/O設(shè)計(jì)中，因?yàn)榍度胧较到y(tǒng)是面向應(yīng)用的，因此對(duì)于輸入/輸出接口設(shè)計(jì)中，應(yīng)該具備多任務(wù)、多平臺(tái)的特點(diǎn)，確保嵌入式系統(tǒng)的適用性。

4.2 軟件設(shè)計(jì)部分

對(duì)于嵌入式系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)部分，首先應(yīng)該清楚嵌入式軟件是嵌入在硬件內(nèi)的操作系統(tǒng)或者開發(fā)工具軟件，是在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的關(guān)聯(lián)核心，與嵌入式系統(tǒng)是密不可分的，因此對(duì)于嵌入式系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)中應(yīng)該具備一定的優(yōu)勢(shì)，嵌入式操作系統(tǒng)中，包括驅(qū)動(dòng)軟件、系統(tǒng)內(nèi)核以及通信協(xié)議、圖形界面、標(biāo)準(zhǔn)化瀏覽器等程序，以滿足嵌入式系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)的需求。

軟件設(shè)計(jì)中的任務(wù)管理：對(duì)于嵌入式系統(tǒng)來說，在內(nèi)核的軟件設(shè)計(jì)部分，其任務(wù)管理中應(yīng)該具備任務(wù)調(diào)度、刪除任務(wù)、創(chuàng)建任務(wù)、掛起任務(wù)以及設(shè)置任務(wù)優(yōu)先級(jí)的功能，以此來實(shí)現(xiàn)對(duì)嵌入式系統(tǒng)的調(diào)度。

內(nèi)存管理的設(shè)計(jì)：在嵌入式系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)中，對(duì)于系統(tǒng)的內(nèi)存管理中，將會(huì)采用靜態(tài)內(nèi)存分配以及動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配的方式進(jìn)行管理，并且應(yīng)用虛擬內(nèi)存技術(shù)，為實(shí)時(shí)用戶提供強(qiáng)大的虛擬存儲(chǔ)管理機(jī)制。

通信以及同步互斥機(jī)制：對(duì)于嵌入式系統(tǒng)的通信，將會(huì)采用一定的機(jī)制，實(shí)現(xiàn)任務(wù)間的通信，在優(yōu)先級(jí)的限制性下實(shí)現(xiàn)任務(wù)的中斷、同步以及互斥的功能。

軟件設(shè)計(jì)中的中斷管理：中斷設(shè)計(jì)中，當(dāng)程序中的中斷發(fā)生時(shí)，需要對(duì)中斷現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行保存，將其轉(zhuǎn)到相應(yīng)的服務(wù)程序上，并且在退出中斷后還要恢復(fù)中斷。

軟件設(shè)計(jì)中的時(shí)間管理：在嵌入式系統(tǒng)中，具有很高的時(shí)效性，這些全是依靠時(shí)鐘的作用，因此在軟件設(shè)計(jì)中提供高精度以及可以設(shè)置的時(shí)鐘，在嵌入式系統(tǒng)中負(fù)責(zé)與時(shí)間有關(guān)的任務(wù)管理工作；其中包括對(duì)計(jì)時(shí)、時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度等。

任務(wù)擴(kuò)展功能的設(shè)計(jì)：在嵌入式系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)部分，在軟件設(shè)計(jì)中還需要設(shè)置一些任務(wù)擴(kuò)展部分，以此來實(shí)現(xiàn)對(duì)新任務(wù)的創(chuàng)建、切換以及刪除工作，提高嵌入式系統(tǒng)的使用效率。

5 嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)

隨著信息時(shí)代的到來，嵌入式系統(tǒng)有了快速發(fā)展的基礎(chǔ)，也產(chǎn)生了眾多嵌入式產(chǎn)品，為嵌入式系統(tǒng)發(fā)展展現(xiàn)了美好的未來，從目前來看，嵌入式系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)有以下幾點(diǎn)：

首先，嵌入式系統(tǒng)開發(fā)是一項(xiàng)綜合系統(tǒng)工程，包括了幾項(xiàng)或者N項(xiàng)不同系統(tǒng)產(chǎn)品的集合體。嵌入式系統(tǒng)研發(fā)廠商不但要提堅(jiān)實(shí)可靠的嵌入式系統(tǒng)軟硬件，還需要提供為嵌入式系統(tǒng)軟硬件服務(wù)的開發(fā)工具和軟件支持，這是嵌入式系統(tǒng)能良好發(fā)展下去的必備條件。

其次，現(xiàn)實(shí)社會(huì)的高度信息化對(duì)嵌入式系統(tǒng)要求越來越高，并且二者依賴性越來越強(qiáng)。這不光表現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的成熟，3G、4G帶寬速度提高，歸根到底是人類知識(shí)成幾何級(jí)數(shù)爆發(fā)，這樣的產(chǎn)品使得我們身邊的多媒體產(chǎn)品和遠(yuǎn)程智能操控更加便捷，如手機(jī)、智能家電（電視、冰箱、空調(diào)、微波爐）、智能房屋等功能不再單一，打破了人們對(duì)一般產(chǎn)品的慣性思維，導(dǎo)致產(chǎn)品結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。

再次，現(xiàn)實(shí)生活產(chǎn)品與網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)（虛擬世界）是嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。這主要體現(xiàn)在嵌入式設(shè)備為了適應(yīng)高速運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)，通過硬件上不同的網(wǎng)絡(luò)通信信息接口來進(jìn)行各種不同功能有機(jī)整合。目前嵌入式處理器大多是內(nèi)嵌網(wǎng)絡(luò)接口，支持TCP/IP協(xié)議，同時(shí)支持IEEE1394、USB、CAN、Bluetooth或IrDA當(dāng)中的一種或者幾種，嵌入式系統(tǒng)軟件系統(tǒng)內(nèi)核還要支持不同網(wǎng)絡(luò)模塊版本，以此來實(shí)現(xiàn)工作、生活、娛樂三合一式上網(wǎng)要求。

四是精簡(jiǎn)嵌入式系統(tǒng)內(nèi)核，適當(dāng)降低系統(tǒng)功耗，實(shí)現(xiàn)功能成本最大化。在人們的設(shè)想中未來的嵌入式產(chǎn)品應(yīng)該是適用性強(qiáng)、覆蓋面廣、性價(jià)比高、價(jià)格低廉的一款大眾化產(chǎn)品，這就要求嵌入式系統(tǒng)研發(fā)廠商不但減低系統(tǒng)功耗，減少不必要的成本，還要精簡(jiǎn)系統(tǒng)內(nèi)核，求得與系統(tǒng)功能緊密相關(guān)的軟硬件設(shè)計(jì)，運(yùn)用價(jià)值工程原理進(jìn)行優(yōu)化組合生產(chǎn)出更多更優(yōu)秀的嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品。

最后嵌入式系統(tǒng)要為客戶提供更多更理想的多媒體人機(jī)界面，完美體現(xiàn)人性化的一面。

之所以嵌入式設(shè)備產(chǎn)品能有很好的發(fā)展前景，與嵌入式系統(tǒng)方便快捷人性化特點(diǎn)是分不開的。嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品不光與客戶互動(dòng)，還能虛擬化出現(xiàn)實(shí)生活中的場(chǎng)景，讓客戶深入其中，為人們帶來巨大角色互換感覺，同時(shí)也對(duì)產(chǎn)品的圖像界面、靈活的操制方法及便攜等提出了更高的要求，嵌入式設(shè)備的高要求反過來促使軟件設(shè)計(jì)人員在多媒體（或者M(jìn)媒體）技術(shù)上下大力氣進(jìn)行編程擴(kuò)展。如，界面手寫輸入、語音輸入、遠(yuǎn)程家電控制、圖像色彩、多合一功能等等都要客戶獲得嶄新的感受，成為人們生活中不可離缺的一部分。

6 流行的嵌入式Linux操作系統(tǒng)介紹

嵌入式linux是將現(xiàn)階段的人們經(jīng)常使用的Linux操作系統(tǒng)進(jìn)行修改升級(jí)，并讓其在嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上運(yùn)行，保證使用者要求功能的一種操作系統(tǒng)。嵌入式linux特點(diǎn)一是既繼承了互聯(lián)網(wǎng)上無限的開放源代碼，二是它的版權(quán)費(fèi)免費(fèi)（我認(rèn)為未來一定時(shí)期內(nèi)是免費(fèi)的，可能是十年吧，但天底下沒有免費(fèi)的午餐），三是便捷性操控性能優(yōu)異，更容易軟件移植，四是產(chǎn)品更替速度快，研發(fā)周期短，產(chǎn)品上市迅速，極大地發(fā)揮人類知識(shí)的創(chuàng)造力。五是產(chǎn)品實(shí)時(shí)性能穩(wěn)定，安全性好、性價(jià)比高。

嵌入式linux速度很快，linux是可以定制的，系統(tǒng)內(nèi)核最小只有一兩百KB。Linux是免費(fèi)的OS，在價(jià)格上極具競(jìng)爭(zhēng)力。Linux還有著嵌入式操作系統(tǒng)所需要的很多特色，突出的就是Linux適應(yīng)于多種CPU和多種硬件平臺(tái)，是一個(gè)跨平臺(tái)的系統(tǒng)。到目前為止，它可以支持二三十種CPU。而且性能穩(wěn)定，裁剪性很好，開發(fā)和使用都很容易。Linux內(nèi)核的結(jié)構(gòu)在網(wǎng)絡(luò)方面是非常完整的，Linux對(duì)網(wǎng)絡(luò)中最常用的TCP/IP協(xié)議有最完備的支持。提供了包括十兆、百兆、千兆的以太網(wǎng)絡(luò)，以及無線網(wǎng)絡(luò)，Toker ring、光纖甚至衛(wèi)星的支持。所以Linux很適于做信息家電的開發(fā)，還有使用Linux為的是來開發(fā)無線連接產(chǎn)品的開發(fā)者越來越多。

嵌入式Linux的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，涵蓋了我們生活工作大部分空間，人們?cè)絹碓诫x不開它，它影響著并在一定程度上改變著我們的生活與工作方式。近來研發(fā)人員利用嵌入式Linux自身特點(diǎn)，把它應(yīng)用到嵌入式系統(tǒng)里中，像GNOME，KDE，UTITY等都是很優(yōu)秀的桌面管理器就是一個(gè)典型，并且其背后有著眾多的社團(tuán)支持，可定制性極強(qiáng)，這點(diǎn)已經(jīng)在Unix和Linux世界普及開來。

7 結(jié)束語

作為新一代IT發(fā)展和提升價(jià)值鏈高端地位的關(guān)鍵技術(shù)，可信嵌入式軟件是推動(dòng)中國(guó)高端裝備產(chǎn)業(yè)由“中國(guó)制造”向“中國(guó)創(chuàng)造”轉(zhuǎn)型升級(jí)的關(guān)鍵因素。 綜上所述，在今后的嵌入式系統(tǒng)發(fā)展中，還將更加趨于低成本、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、精簡(jiǎn)化、效率高以及集成性的發(fā)展趨勢(shì)，讓嵌入式系統(tǒng)徹底改變?nèi)藗兊纳睢?/p>

參考文獻(xiàn)：

[1]魏洪興.嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)師教程全國(guó)計(jì)算機(jī)技術(shù)與軟件專業(yè)技術(shù)資格水平考試指定用書.2012，03，01.

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[3]王樹紅.嵌入式系統(tǒng)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].太原大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，（34）：45-46.

[4]張曉瑩.計(jì)算機(jī)嵌入式操作系統(tǒng)初探[J].信息與電腦（理論版），2012（08）：31-32.

篇5

嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，并且軟硬件可裁剪，適用于應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有著本質(zhì)上的不同，嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在很多情況下需要考慮的是為其產(chǎn)品性能，生命周期和商業(yè)驅(qū)動(dòng)做優(yōu)化，而不是努力提高其最大計(jì)算吞吐量。對(duì)于一個(gè)有市場(chǎng)適應(yīng)能力的嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來說，產(chǎn)品的成功與否更重要的是其在性價(jià)比上的優(yōu)勢(shì)。

嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，并且軟硬件可裁剪，適用于應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它一般由嵌入式微處理器、硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)以及用戶的應(yīng)用程序等四個(gè)部分組成，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)其他設(shè)備的控制、監(jiān)視或管理等功能。嵌入式系統(tǒng)和具體應(yīng)用有機(jī)地結(jié)合在一起，它的升級(jí)換代也是和具體產(chǎn)品同步進(jìn)行，因此嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品一旦進(jìn)入市場(chǎng)，具有較長(zhǎng)的生命周期。

由于嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)自身功能和具體應(yīng)用環(huán)境的限制，其在設(shè)計(jì)技術(shù)上會(huì)面臨如下兩個(gè)方面的挑戰(zhàn)：

1 系統(tǒng)自身發(fā)展升級(jí)挑戰(zhàn)

應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大和用戶要求的逐漸提高推動(dòng)了嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)功能的升級(jí)，而在升級(jí)過程中，嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)作為系統(tǒng)開發(fā)的核心環(huán)節(jié)，無法避免的要面對(duì)來自整個(gè)系統(tǒng)的全面挑戰(zhàn)。

1.1 單片機(jī)向多模塊組合轉(zhuǎn)變

隨著用戶對(duì)備選方案數(shù)量要求的提高，嵌入式系統(tǒng)從過去單一的單片機(jī)應(yīng)用模式，轉(zhuǎn)變?yōu)槟軌蛱峁└嗖煌瑢哟畏桨傅亩鄻踊Ｊ健Ｍㄟ^重用和組合IP核構(gòu)件技術(shù)實(shí)現(xiàn)的片上SoC系統(tǒng)，是目前嵌入式系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)的最高形式。通過利用FPGA和IP模塊進(jìn)行功能組合PSoC/SOPC設(shè)計(jì)，徹底改變了過去單片機(jī)從底層全權(quán)包攬的單一設(shè)計(jì)局面。

1.2 對(duì)設(shè)計(jì)技術(shù)的要求更高

經(jīng)過幾年發(fā)展，目前高端嵌入式系統(tǒng)都是建立在RTOS基礎(chǔ)之上的，所以很多非計(jì)算機(jī)專業(yè)技術(shù)人員就要學(xué)習(xí)全新的RTOS技術(shù)。這無疑是一次設(shè)計(jì)技術(shù)的重頭再來，需要設(shè)計(jì)人員做到從觀念認(rèn)識(shí)到設(shè)計(jì)技術(shù)的一次徹底轉(zhuǎn)變。

1.3 運(yùn)用新開發(fā)工具進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)

嵌入式設(shè)計(jì)從8/16位轉(zhuǎn)向功能更強(qiáng)大的32位MCU，升級(jí)之后，開發(fā)工具的投入就成為了系統(tǒng)開發(fā)過程中最大的障礙。升級(jí)之后的開發(fā)環(huán)境不僅加大了系統(tǒng)投資數(shù)目，對(duì)其使用的技術(shù)有了更高要求，其開發(fā)工具較之前也有了更復(fù)雜的變化。使用新系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)時(shí)，如何正確選擇處理器架構(gòu)、評(píng)估嵌入式操作系統(tǒng)，以及使用陌生的開發(fā)工具，都是一個(gè)新的挑戰(zhàn)。

1.4 多種技術(shù)協(xié)同設(shè)計(jì)

嵌入式系統(tǒng)對(duì)軟硬件的協(xié)同配合有著超高的要求，所以在設(shè)計(jì)過程中，軟硬件設(shè)計(jì)的同步與集成是主要問題。由于技術(shù)細(xì)節(jié)處的不斷增加，控制軟硬件一致性與正確性需要消耗極大的時(shí)間。目前業(yè)界已經(jīng)開發(fā)Polis、CosYma及Chinook等多種方法和工具來支持集成式軟硬件的協(xié)同設(shè)計(jì)。這使得系統(tǒng)可以跨越硬件和軟件平臺(tái)復(fù)用，并支持設(shè)計(jì)空間探索。是一種統(tǒng)一軟硬件的開發(fā)方法。

2 應(yīng)對(duì)市場(chǎng)的重點(diǎn)性能挑戰(zhàn)

嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)在滿足用戶多樣性需求和自身不斷升級(jí)方面的提升與完善是信息技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)，但是其最根本的基礎(chǔ)性能提高則是市場(chǎng)判定該系統(tǒng)是否卓越，亙古不變的標(biāo)準(zhǔn)。在設(shè)計(jì)過程中，基礎(chǔ)性能設(shè)計(jì)的重點(diǎn)如下：

2.1 操作實(shí)時(shí)響應(yīng)

嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)嵌入到對(duì)象系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，嵌入系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)不僅要求得到正確的結(jié)果，更要滿足時(shí)間交互過程的響應(yīng)要求。在設(shè)計(jì)過程中，有時(shí)需要要求設(shè)計(jì)技術(shù)按照軟件運(yùn)行最壞情況下的時(shí)間進(jìn)行預(yù)留，因?yàn)檐浖\(yùn)行耗費(fèi)的時(shí)間會(huì)立刻增加系統(tǒng)響應(yīng)的時(shí)間，致使系統(tǒng)不能滿足嵌入對(duì)象系統(tǒng)提出的響應(yīng)時(shí)間。“信號(hào)處理系統(tǒng)”、“緊急任務(wù)處理系統(tǒng)”就是典型的實(shí)時(shí)性要求很強(qiáng)的系統(tǒng)。

2.2 嵌入系統(tǒng)安全性

嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通常應(yīng)用于安全性很高的情況下，這就要求設(shè)計(jì)技術(shù)能夠保證系統(tǒng)極高的安全性能和可靠性能。

（1）可靠性能。嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的可靠性是衡量其設(shè)計(jì)技術(shù)的重要標(biāo)準(zhǔn)，它要求設(shè)計(jì)技術(shù)滿足增長(zhǎng)系統(tǒng)生命周期，拓寬系統(tǒng)適用范圍，減少系統(tǒng)中的錯(cuò)誤，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性，甚至要降低嵌入式系統(tǒng)的維護(hù)費(fèi)用。為滿足如上諸多要求，嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)該從工作溫度，抗震動(dòng)，抗電磁干擾，抗輻射等方面著手進(jìn)行全面加強(qiáng)。

（2）可用性能。嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為達(dá)到提供預(yù)期的功能要求提高系統(tǒng)的可靠性，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，通常需要采用故障避免、故障檢測(cè)與故障容錯(cuò)等設(shè)計(jì)技術(shù)。

（3）安全性能。嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的安全性，要求系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)盡量使系統(tǒng)能夠無錯(cuò)誤的完成預(yù)期功能，同時(shí)降低系統(tǒng)的危害程度，安全完成運(yùn)行任務(wù)。

（4）保密性能。保密性能在網(wǎng)絡(luò)嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中尤為重要。通過現(xiàn)有的保密技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)安全措施基本可以保證數(shù)據(jù)的安全，但也無法做到完全保證。這就需要我們通過系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)加入入侵檢測(cè)模塊來提升嵌入系統(tǒng)的保密性。使入侵模塊成為整個(gè)系統(tǒng)的最后防線，在系統(tǒng)遭受威脅或被攻擊后，通過分析攻擊行為，有效保護(hù)系統(tǒng)免受同樣攻擊。

通常在設(shè)計(jì)時(shí)，都是利用技術(shù)通過提高嵌入系統(tǒng)的抗入侵能力來提高保密性，在遭到入侵時(shí)，嵌入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能夠進(jìn)行安全的現(xiàn)場(chǎng)重編程及提供重建保護(hù)等。

3 結(jié)語

互聯(lián)網(wǎng)在日常生活與工作中的作用越來越大，信息技術(shù)的發(fā)展日益迅速。嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)作為當(dāng)今信息技術(shù)的核心部分，對(duì)我國(guó)的各行各業(yè)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)，則是嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)開發(fā)的核心環(huán)節(jié)。更高的應(yīng)用需求，對(duì)嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)提出了更高的要求。與此同時(shí)，嵌入式系統(tǒng)本身的升級(jí)，也使得嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)面臨更大的挑戰(zhàn)。本文通過以上對(duì)嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)的幾點(diǎn)分析，主要分析了嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)為更好的適應(yīng)和滿足市場(chǎng)，而需要面對(duì)的諸多挑戰(zhàn)。可以看出，嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在市場(chǎng)上的需求日益增大，用戶的要求也在向多樣化和高標(biāo)準(zhǔn)的趨勢(shì)發(fā)展。這就要求系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)，一方面要不斷與時(shí)俱進(jìn)熟練掌握新升級(jí)技術(shù)，來適應(yīng)市場(chǎng)滿足多樣化需求；另一方面要保證系統(tǒng)基本的實(shí)時(shí)性與安全性。只有這樣抓牢基礎(chǔ)，不斷提高才能在當(dāng)今的信息化社會(huì)中站穩(wěn)腳跟，不會(huì)被市場(chǎng)淘汰。

參考文獻(xiàn)：

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篇6

隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)在不同領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，人們根據(jù)不同領(lǐng)域的實(shí)際需求，針對(duì)性的開發(fā)了具有相應(yīng)功能的軟件，從而提高實(shí)際的工作效率，但是在計(jì)算機(jī)出現(xiàn)的早期，受到其體積和性能上的限制，其應(yīng)用的范圍很小，隨著晶體管和集成電路的出現(xiàn)，計(jì)算機(jī)的體積和性能得到了極大的提升，從計(jì)算機(jī)的發(fā)展可以看出，每次技術(shù)的更新，都是為了減小其體積，同時(shí)提高其性能。計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)是革命性的，由于其能夠自行的處理任務(wù)，如果應(yīng)用在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)中，就能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)的自動(dòng)化，這也是近些年計(jì)算機(jī)應(yīng)用發(fā)展的方向，但是通過實(shí)際的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，計(jì)算機(jī)在應(yīng)用的過程中，雖然經(jīng)過了多年的發(fā)展，出現(xiàn)了筆記本電腦，在體積上得到了極大的控制，但是在工業(yè)控制領(lǐng)域中，這樣的體積依然很龐大，在這種背景下，人們發(fā)明了單片機(jī)這種微型計(jì)算機(jī)，并在工業(yè)控制中得到了廣泛的應(yīng)用。

1 嵌入式架構(gòu)簡(jiǎn)述

1.1 嵌入式架構(gòu)的概念

嵌入式架構(gòu)是隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，逐漸形成的一門學(xué)科，現(xiàn)在很多高校中，都開設(shè)了這門課程，為社會(huì)培養(yǎng)大量的相關(guān)人才，學(xué)生在畢業(yè)后，能夠掌握到充足的嵌入式架構(gòu)知識(shí)，從而能進(jìn)行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，我國(guó)受到特殊的歷史因素影響，經(jīng)濟(jì)和科技發(fā)展的起步較晚，與西方發(fā)達(dá)國(guó)家相比，存在較大的差距，尤其是在電子信息領(lǐng)域。雖然近年來隨著國(guó)家的重視，出臺(tái)了很多優(yōu)惠的政策法規(guī)，鼓勵(lì)和扶持我國(guó)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，經(jīng)過了多年的發(fā)展，現(xiàn)在我國(guó)嵌入式架構(gòu)的研究，已經(jīng)得到了很大的提高，但是通過實(shí)際的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，嵌入式架構(gòu)使用的單片機(jī)等設(shè)備，目前還都是國(guó)外的公司生產(chǎn)的，我國(guó)技術(shù)人員在完成系統(tǒng)的開發(fā)后，都需要采用國(guó)外的設(shè)備，由于我國(guó)一直受到西方國(guó)家的技術(shù)封鎖，很多先進(jìn)的設(shè)備都無法進(jìn)口，在很大程度上影響了我國(guó)嵌入式架構(gòu)的發(fā)展。對(duì)于嵌入式架構(gòu)的概念，國(guó)際電氣和電子工程師協(xié)會(huì)給出了具體的解釋，是控制、監(jiān)視等輔助設(shè)備工作的系統(tǒng)，目前對(duì)于嵌入式架構(gòu)的理解，主要基于計(jì)算機(jī)技術(shù)，一般情況下，可以把帶有控制程序的處理器，看成是一個(gè)嵌入式架構(gòu)，在不同的時(shí)期，人們對(duì)于嵌入式架構(gòu)概念的理解，也存在一定的差異，但是從根本上來說，都是為了更好的使用嵌入式系統(tǒng)。

1.2 嵌入式架構(gòu)的特點(diǎn)

與傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)技術(shù)相比，嵌入式架構(gòu)具有鮮明的特點(diǎn)，首先就是體積更小，在嵌入式架構(gòu)出現(xiàn)的早期，主要是在計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行系統(tǒng)的開發(fā)，但是隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，嵌入式架構(gòu)自身有了很大的進(jìn)步，尤其是單片機(jī)等微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，使得其應(yīng)用的范圍更加廣泛，從某種意義上來說，單片機(jī)的出現(xiàn)，就是由于嵌入式架構(gòu)應(yīng)用的需要。其次嵌入式架構(gòu)具有控制的特點(diǎn)，隨著電子信息化的發(fā)展，很多機(jī)械設(shè)備都采用了智能芯片，通過這些芯片的使用，可以寫入特定的控制程序，從而達(dá)到相應(yīng)的控制目的，近幾年軟件技術(shù)有了很大的發(fā)展，尤其是在人工專家模塊出現(xiàn)后，計(jì)算機(jī)軟件可以實(shí)現(xiàn)一定的智能化，在遇到一些問題時(shí)，可以通過檢索以前的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)問題自行進(jìn)行處理，如果將這個(gè)技術(shù)應(yīng)用到嵌入式架構(gòu)中，就可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化控制。從根本上來說，工業(yè)的自動(dòng)化控制技術(shù)，就是在單片機(jī)等微型計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，而單片機(jī)的使用，大多都是在嵌入式架構(gòu)，通過硬件和軟件的針對(duì)性設(shè)計(jì)，可以最大程度的提高單片機(jī)應(yīng)用的效率。

2 單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀

2.1 單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的發(fā)展

單片機(jī)的出現(xiàn)，主要是由于實(shí)際應(yīng)用的需要，傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)受到體積上的限制，雖然在很多領(lǐng)域中得到了應(yīng)用，但是在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)中，要想對(duì)生產(chǎn)過程中的每個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行控制，必須將所有的環(huán)節(jié)通過特定的方式連接起來，然后設(shè)置一個(gè)中央服務(wù)器，通過硬件和軟件等方式，對(duì)生產(chǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制，只有這樣才能夠最大程度提高生產(chǎn)的效率。由此可以看出，單片機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展，可以分成硬件和軟件兩個(gè)部分，而這兩個(gè)部分都受到計(jì)算機(jī)技術(shù)的影響，尤其是軟件方面，在初期使用機(jī)器語言進(jìn)行編程時(shí)，還沒有單片機(jī)的出現(xiàn)，而匯編等低級(jí)語言使用，單片機(jī)程序的編寫，也采用這些低級(jí)語言，隨著計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)的發(fā)展，逐漸的出現(xiàn)了C語言等高級(jí)語言，相應(yīng)的單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，也開始使用這些高級(jí)語言，極大的提高了軟件編寫的效率。單片機(jī)系統(tǒng)硬件的發(fā)展，由于其出現(xiàn)和發(fā)展都在西方發(fā)達(dá)國(guó)家，而且由于社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的體制不同，這些國(guó)家對(duì)我國(guó)一直存在技術(shù)上的封鎖，因此我國(guó)很難接觸到先進(jìn)的單片機(jī)系統(tǒng)知識(shí)，在很大程度上影響了我國(guó)單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，目前使用的單片機(jī)設(shè)備，都是國(guó)外公司生產(chǎn)的，而且一些最新的單片機(jī)，對(duì)我國(guó)還存在進(jìn)口的限制。

2.2 單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中存在的問題

單片機(jī)從出現(xiàn)開始，到現(xiàn)在已經(jīng)使用了多年，在應(yīng)用的過程中，其自身的理論在不斷的完善，通過單片機(jī)系統(tǒng)的使用，可以輕松的實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化，進(jìn)而提高生產(chǎn)的效率，正是由于單片機(jī)系統(tǒng)的這個(gè)特點(diǎn)，使得每個(gè)企業(yè)都希望能夠通過這樣的方式，來提高自身的生產(chǎn)效率，但是在實(shí)際應(yīng)用的過程中，不同公司加工的產(chǎn)品不同，生產(chǎn)設(shè)備也存在一定的差異，如果使用同樣的單片機(jī)系統(tǒng)，顯然無法最大程度的提高生產(chǎn)效率。因此現(xiàn)在單片機(jī)系統(tǒng)的使用，都會(huì)根據(jù)實(shí)際的需求，對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)的功能，進(jìn)行針對(duì)性的設(shè)計(jì)，但是通過實(shí)際的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，還存在著一些問題，使得設(shè)計(jì)的系統(tǒng)不是很完善，在實(shí)際使用的過程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些漏洞，影響產(chǎn)品的加工效率，由于單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以分成軟件和硬件兩個(gè)部分，因此對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)存在的問題，也可以從這兩個(gè)方面進(jìn)行分析。首先就是硬件性能不合格，在設(shè)計(jì)完實(shí)際的電路后，對(duì)各個(gè)元器件的性能，都有具體的要求，如果這些器件的性能達(dá)不到相應(yīng)的指標(biāo)，那么電路顯然就無法正常的運(yùn)行，其次就是軟件設(shè)計(jì)的不完善，由于軟件自身的特殊性，無法編寫出完美的程序，程序自身越復(fù)雜，存在的漏洞也就越多，如果在程序編寫完成之后，沒有經(jīng)過科學(xué)的測(cè)試，那么在應(yīng)用時(shí)，就可能會(huì)出現(xiàn)問題。

3 基于嵌入式架構(gòu)的單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

3.1 基于嵌入式架構(gòu)的單片機(jī)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

在單片機(jī)出現(xiàn)的早期，由于還沒有形成嵌入式架構(gòu)的概念，因此在實(shí)際的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，而且單片機(jī)系統(tǒng)的使用，都是對(duì)現(xiàn)有的生產(chǎn)線進(jìn)行改進(jìn)，通過在生產(chǎn)設(shè)備上增加一些線路，然后用單片機(jī)對(duì)其進(jìn)行控制，在這種模式下，硬件設(shè)備的選擇，主要是根據(jù)環(huán)境來進(jìn)行，對(duì)硬件設(shè)備的體積要求比較嚴(yán)格。隨著硬件設(shè)備的發(fā)展，現(xiàn)在生產(chǎn)單片機(jī)的公司有很多，可以實(shí)現(xiàn)同樣功能的元器件有很多，而自動(dòng)化技術(shù)的出現(xiàn)，使得生產(chǎn)線在設(shè)計(jì)的過程中，會(huì)根據(jù)控制的需求，進(jìn)行相應(yīng)的變化，這種單片機(jī)系統(tǒng)使用方式上的轉(zhuǎn)變，極大的促進(jìn)了其應(yīng)用的發(fā)展，為了達(dá)到更高的控制效率，人們將單片機(jī)放到生產(chǎn)線的每個(gè)環(huán)節(jié)中，然后將這些單片機(jī)連接到一個(gè)服務(wù)器上，就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)生產(chǎn)的全面控制。現(xiàn)在單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，首先進(jìn)行的就是硬件上的設(shè)計(jì)，通常情況下，會(huì)根據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際情況，對(duì)控制的功能進(jìn)行需求分析，單片機(jī)系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)，會(huì)和生產(chǎn)線的硬件設(shè)計(jì)同步進(jìn)行，如果控制系統(tǒng)的硬件出現(xiàn)問題，可以根據(jù)需要，對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行一定的修改。

3.2 基于嵌入式架構(gòu)的單片機(jī)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

嵌入式系統(tǒng)與傳統(tǒng)的應(yīng)用方式相比，最明顯的特點(diǎn)就是多了輔助設(shè)備，如以往應(yīng)用計(jì)算機(jī)的過程中，都是計(jì)算機(jī)的單獨(dú)使用，人們直接利用計(jì)算機(jī)來處理一些問題，或者利用計(jì)算機(jī)來控制某些設(shè)備的工作，沒有任何的輔助設(shè)備，而嵌入式架構(gòu)下，需要借助單片機(jī)等設(shè)備，如一條生產(chǎn)線通常包括多個(gè)加工工藝，如果采用計(jì)算機(jī)的統(tǒng)一控制，就無法實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)環(huán)節(jié)的單獨(dú)控制，而利用單片機(jī)系統(tǒng)，在每個(gè)加工環(huán)節(jié)中，都嵌入一個(gè)單片機(jī)，然后將這些單片機(jī)連接到一個(gè)計(jì)算機(jī)服務(wù)器中，就可以實(shí)現(xiàn)局部的控制。而要想完成這個(gè)過程，就要通過相應(yīng)的軟件功能，對(duì)于同樣的單片機(jī)系統(tǒng)，如果根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要，設(shè)計(jì)不同的程序，能夠?qū)崿F(xiàn)不同的控制功能，由此可以看出，軟件設(shè)計(jì)是單片機(jī)系統(tǒng)工作的核心。

4 結(jié)束語

作為以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的技術(shù)，嵌入式架構(gòu)的發(fā)展，很大程度上受到計(jì)算機(jī)技術(shù)的影響，如在計(jì)算機(jī)剛出現(xiàn)時(shí)，由于其性能比較，甚至還不如現(xiàn)在的電子計(jì)算器，因此實(shí)際的應(yīng)用很少，只是在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行科研使用，但是人們從計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)能夠看出，隨著技術(shù)的進(jìn)步，將來計(jì)算機(jī)一定會(huì)得到普及應(yīng)用。在這種背景下，很多專家和學(xué)者對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行了研究，通過大量的實(shí)踐，極大的推動(dòng)了計(jì)算機(jī)的發(fā)展，于是計(jì)算機(jī)越來越多的用來處理實(shí)際問題，為了提高控制的效率，人們對(duì)程序進(jìn)行了完善，經(jīng)過全文的分析可以知道，嵌入式架構(gòu)和單片機(jī)的出現(xiàn)，都是由于實(shí)際應(yīng)用的需要，而單片機(jī)在實(shí)際應(yīng)用的過程中，還存在很多問題，如果能夠采用嵌入式架構(gòu)，那么就能夠極大的提高單片機(jī)系統(tǒng)的使用效果。

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篇7

基于嵌入式Linux遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，在一定程度上充分結(jié)合Internet網(wǎng)絡(luò)的廣泛性及其應(yīng)用性，同時(shí)融合了嵌入式系統(tǒng)具有明顯的容易移植的特性，且在實(shí)用性方面具有很廣闊的應(yīng)用開發(fā)前景，也是遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)方面的發(fā)展方向。通過該系統(tǒng)，用戶可以直接通過Internet瀏覽器對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，操作安全可靠。ARM 處理器具有更高的穩(wěn)定性， 且資源占用少、系統(tǒng)集成度高、硬件干擾少， 能較好地應(yīng)用于所需的控制，嵌入式Linux系統(tǒng)是使用源代碼公開的、免費(fèi)的操作系統(tǒng)，且為微控制系統(tǒng)的開發(fā)提供了良好的任務(wù)管理平臺(tái)和底層驅(qū)動(dòng)平臺(tái)， 也為上層軟件模塊的管理提供了有力的保證。

1 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)匯集了多項(xiàng)技術(shù)，在結(jié)構(gòu)和功能上要設(shè)計(jì)合理，利用現(xiàn)有資源去實(shí)現(xiàn)各個(gè)功能和模塊，根據(jù)整個(gè)系統(tǒng)的功能和要求，來選擇一個(gè)合理的總體設(shè)計(jì)方案。遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)按照以下主要環(huán)節(jié)展開，對(duì)圖像和溫度數(shù)據(jù)的采集和相關(guān)處理，當(dāng)客戶端有申請(qǐng)響應(yīng)時(shí)，根據(jù)響應(yīng)，傳送給客戶相關(guān)的數(shù)據(jù)信息。本系統(tǒng)的總體功能方案如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件組成

嵌入式設(shè)備在嵌入式系統(tǒng)硬件系統(tǒng)中也是不可或缺的一個(gè)部分，除了核心控制部件以外，還有其它不可或缺的部件用于完成數(shù)據(jù)測(cè)量、調(diào)試和對(duì)調(diào)試結(jié)果進(jìn)行顯示等，包括傳感器、電子部件、機(jī)械部件等，都可以算作嵌入式設(shè)備。目前常用的嵌入式設(shè)備按照功能可分為存儲(chǔ)設(shè)備、通信設(shè)備以及顯示設(shè)備三類。本系統(tǒng)采用的三星公司的S3C2410，主頻可達(dá)203MHz。它的硬件功能主要有：64M字節(jié)的SDRAM，是由兩片K4S561632組成，主要工作在32位模式下；64M字節(jié)的NAND Flash，采用K9F1208，可以兼容16M，32M或者128M字節(jié)；10M以太網(wǎng)接口，采用CS8900Q3，帶有傳輸和連接指示燈；2個(gè)USB HOST接口，符合USB1.1；還有SD卡接口等。其硬件框圖如圖2所示。

3 系統(tǒng)軟件組成

3.1 交叉編譯環(huán)境搭建

在一般的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之中，都有足夠的系統(tǒng)資源，能夠方便的對(duì)其進(jìn)行編譯和調(diào)試，但是在Linux系統(tǒng)之中，其內(nèi)核資源相對(duì)來說并不完整，它并沒有相關(guān)的交叉編譯工具，由此，本系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境是Red Hat Linux版本操作系統(tǒng)，使用的內(nèi)核版本是Linux2.6，交叉編譯工具鏈3.3.2，其安裝步驟如下：

1）在本系統(tǒng)使用的相關(guān)目錄下建立名的arm的目錄

[root@localhost zyx]#mkdir arm

2）使用復(fù)制命令，將cross-3.3.2.tar.bz2復(fù)制到arm目錄下

[root@localhost zyx]#cp cross-3.3.2.tar.bz2 /arm

3）使用tar命令，對(duì)工具鏈進(jìn)行解壓

[root@localhost zyx]#tar zxvf arm/cross-3.3.2.tar.bz2

這樣在arm目錄下生成一個(gè)工具鏈文件夾

4）對(duì)環(huán)境變量進(jìn)行編寫和修改

在該路徑下，使用編輯命令 vi /etc/profile ，在此文件中找到：pathmunge/usr/local/sbin一行，在它下面增加環(huán)境變量設(shè)置如下：pathmunge/usr/local/arm/3.3.2/bin，這樣交叉編譯工具鏈搭建成功。

3.2 配置移植嵌入式Linux內(nèi)核

因?yàn)榍度胧较到y(tǒng)的硬件環(huán)境各不相同，而嵌入式Linux操作系統(tǒng)并不為特定的處理器設(shè)計(jì)，所以需要針對(duì)不同的嵌入式系統(tǒng)硬件平臺(tái)對(duì)Linux操作系統(tǒng)進(jìn)行定制和裁剪，修改操作系統(tǒng)內(nèi)核中與硬件相關(guān)的代碼，使其在特定的CPU上運(yùn)行起來。該文使用的內(nèi)核源代碼是三星公司為s3c2410微處理器的內(nèi)核源碼，版本是linux-2.6.8.1.tar.bz2。

1）解壓linux-2.6.8.1.tar.bz2到目錄/arm下

[root@localhost zyx]#tar zxvf linux-2.6.8.1.tar.bz2

將生成linux-2.6.8.1目錄

2）修改交叉編譯器

內(nèi)核目錄下Makefile文件記錄著內(nèi)核各個(gè)模塊組織關(guān)系及變異關(guān)系。修改交叉編譯器：

ARCH=arm

CROSS_COMPILE=arm-linux-

3）執(zhí)行make menuconfig內(nèi)核配置命令，進(jìn)入Linux內(nèi)核配置界面，即對(duì)內(nèi)核進(jìn)行選擇配置剪裁。

3.3 Bootloader簡(jiǎn)介及移植

在嵌入式系統(tǒng)的操作系統(tǒng)中，內(nèi)核在運(yùn)行之前，也同樣要運(yùn)行一段啟動(dòng)程序，就是BootLoader，運(yùn)行此程序可以對(duì)整個(gè)硬件設(shè)備進(jìn)行初始化，為內(nèi)核系統(tǒng)的調(diào)用提供一個(gè)最佳的系統(tǒng)工作環(huán)境，使系統(tǒng)工作在最佳狀態(tài)。目標(biāo)板上電之后或者復(fù)位之后，首先執(zhí)行引導(dǎo)程序（Bootloader），來初始化內(nèi)存等硬件，之后把壓縮的映像加載到內(nèi)存之中，最后在跳轉(zhuǎn)到內(nèi)存映像入口來執(zhí)行。Bootloader的功能決定了在引導(dǎo)Linux系統(tǒng)時(shí)，必須要使用Bootloader，除非修改了linux內(nèi)核。

常見的公開源代碼的bootloade：有U-BOOT， GRUB， VIVI， LILO等，其中vivi是韓國(guó)mizi公司為ARMS處理器專門設(shè)計(jì)bootloader。因此，我們將vivi移植到S3C2410就相對(duì)比較簡(jiǎn)單。主要是根據(jù)具體的板級(jí)硬件通過修改vivi/arch/s3c2410/smdk.c文件設(shè)置NAND Flash分區(qū)。然后再運(yùn)行make clean，make menuconfig， make命令，將會(huì)得到vivi的二進(jìn)制文件。連接pc機(jī)的并口和目標(biāo)板上的JTAG口，用SJF2410工具將vivi的二進(jìn)制文件燒寫到NAND FLASH中。

4 結(jié)論

基于嵌入式Linux遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，在一定程度上充分結(jié)合了Internet網(wǎng)絡(luò)的廣泛性及其應(yīng)用性，同時(shí)融合了嵌入式系統(tǒng)具有明顯的容易移植的特性，且在實(shí)用性方面具有很廣闊的應(yīng)用開發(fā)前景，也是遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)方面的發(fā)展方向。本系統(tǒng)采用嵌入式Linux操作系統(tǒng)，結(jié)合相關(guān)的軟硬件技術(shù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程系統(tǒng)監(jiān)控，且監(jiān)控系統(tǒng)在功能上基本完善，達(dá)到整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要求。

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篇8

1 概述

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,更高速,更可靠,更低成本成為各種技術(shù)開發(fā)的要求。因此,設(shè)計(jì)能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)視覺圖像采集、視覺圖像處理控制,使其結(jié)構(gòu)更緊湊,甚至完全不需要計(jì)算機(jī)的介入,提高處理速度,并能有效降低成本的專用機(jī)器視覺控制系統(tǒng),使得該系統(tǒng)具有安裝方便、配置靈活、便于攜帶等突出優(yōu)點(diǎn)。為此,本課題提出了基于嵌入式機(jī)器視覺測(cè)控系統(tǒng)的研究,在嵌入式系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)視覺圖像采集、視覺圖像處理及控制,構(gòu)成處理速度快,成本低,結(jié)構(gòu)緊湊,不需要計(jì)算機(jī)介入的專用嵌入式機(jī)器視覺測(cè)控系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)方案

目前,用于圖像采集處理系統(tǒng)的嵌入式核心器件一般有FPGA、DSP和ARM芯片,出于成本控制與測(cè)控系統(tǒng)性能要求的考慮,這里選用FPGA方案。

FPGA內(nèi)嵌的NiosII軟核處理器是32位的,主要包括CPU微處理器、I/O中斷、計(jì)時(shí)器、UART串口及大量通用寄存器。選用FPGA方案的優(yōu)點(diǎn)在于,在單個(gè)芯片上既可以完成圖像采集等復(fù)雜邏輯的控制,又可以用內(nèi)嵌的NiosII處理器完成對(duì)圖像的處理和識(shí)別,電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,成本低。

對(duì)于機(jī)器視覺測(cè)控系統(tǒng),在選用了嵌入式處理器實(shí)現(xiàn)圖像采集的功能之后,需要將視頻圖像進(jìn)行數(shù)字化處理,這里采用標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)攝像機(jī)+視頻圖像數(shù)字化模塊的方法實(shí)現(xiàn)。標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)攝像機(jī)的輸出信號(hào)一般是PAL制式或NTSC制式的模擬信號(hào),信號(hào)在進(jìn)行數(shù)字圖像處理前必須經(jīng)過刀D轉(zhuǎn)換,即視頻采集。視頻采集是整個(gè)系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分,它是對(duì)模擬視頻信號(hào)實(shí)現(xiàn)數(shù)字圖像處理的第一個(gè)步驟。該方案具有通用性好、成本低的優(yōu)點(diǎn)。

2.2 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1) 硬件設(shè)計(jì)

硬件設(shè)計(jì)包括系統(tǒng)硬件電路的連接和FPGA內(nèi)部邏輯電路的設(shè)計(jì)。

FPGA內(nèi)部邏輯電路的設(shè)計(jì)是以QuartusII為開發(fā)環(huán)境,用VHDL語言編程實(shí)現(xiàn)圖像采集、SRAM總線切換等模塊的功能,用SOPC Builder配置、產(chǎn)生NiosII軟核處理器及必要的外設(shè)(用戶自定義外設(shè)用VHDL編程實(shí)現(xiàn)),然后一起編譯并下載到FPGA的配置芯片中,再由配置芯片完成對(duì)FPGA的上電配置,由此形成硬件邏輯電路的連接,實(shí)現(xiàn)圖像采集、處理、存儲(chǔ)、顯示、實(shí)時(shí)控制等功能模塊。

2) 軟件設(shè)計(jì)

用SOPC Builder生成NiosII處理器系統(tǒng)的同時(shí),也會(huì)生成相應(yīng)的SDK軟件開發(fā)包。在這個(gè)軟件包的基礎(chǔ)上,開發(fā)者可以利用NiosII IDE,移植嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μc/OS-II,編寫C或者C++程序來完成對(duì)圖像的二值化、區(qū)域分割、特征提取、模式識(shí)別等處理過程,最終實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)軌跡的跟蹤,實(shí)時(shí)控制機(jī)器人沿規(guī)定軌跡運(yùn)行。

3 關(guān)鍵技術(shù)問題探討

3.1 圖像采集CCD模塊設(shè)計(jì)

圖像信息的獲取就是捕捉待處理目標(biāo)的圖像信息并將其轉(zhuǎn)換成適合一體機(jī)處理的數(shù)字信號(hào),這一過程主要包括圖像捕獲、光電轉(zhuǎn)換及數(shù)字化等幾個(gè)步驟。目前圖像信息獲取可以使用CCD、CMOS、CIS等傳感器,其中以CCD的應(yīng)用最為廣泛。

本設(shè)計(jì)模塊采用1/3寸逐行掃描型黑白面陣CCD圖像傳感器ICX424AL。ICX424AL有效光敏單元為659×494,靈敏度高、暗電流小,帶有電子快門。由三相垂直脈沖(V1、V2、V3)和兩相水平脈沖(H1、H2)驅(qū)動(dòng)工作,水平驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘頻率為24.154MHz,驅(qū)動(dòng)電壓5V。曝光之后,每一列成像勢(shì)阱中的電荷在脈沖的驅(qū)動(dòng)作用下被移至勢(shì)阱旁的垂直寄存器當(dāng)中,然后垂直驅(qū)動(dòng)脈沖發(fā)揮作用,每次脈沖驅(qū)動(dòng)垂直寄存器組中的像素電荷向下移一行,而此時(shí)最下面一行的像素電荷則被移動(dòng)到水平寄存器當(dāng)中。之后水平驅(qū)動(dòng)脈沖發(fā)揮作用,脈沖驅(qū)動(dòng)水平寄存器中的像素的電荷向輸出口移動(dòng)。被移出像素電荷,經(jīng)過放大器后形成電壓信號(hào)輸出。水平寄存器被移空后,剩余電荷再次向下移一行,在水平驅(qū)動(dòng)脈沖作用下,水平寄存器的電荷再次被依次移出。上述過程一直重復(fù)直至所有像素電荷被移出。

ICX424AL的驅(qū)動(dòng)時(shí)序由CCD信號(hào)處理器AD9929產(chǎn)生。AD9929有一個(gè)三線式串行接的串行通信接口,通過該接口可以對(duì)AD9929時(shí)序發(fā)生器的相位寄存器組進(jìn)行操作,發(fā)送配置信息或讀取AD9929的工作狀態(tài)。AD9929可直接與CCD傳感器相連接,CCD像素模擬電壓信號(hào)在AD9929驅(qū)動(dòng)脈沖的作用下,由CCD_IN引腳輸入到AD9929中,經(jīng)模擬前端采樣、放大和A/D轉(zhuǎn)換后,產(chǎn)生8位的數(shù)字信號(hào)由DOUT[0-11]引腳輸出,這些數(shù)字信號(hào)即為CCD圖像傳感器捕捉到的待測(cè)目標(biāo)的原始圖像信息。

3.2 圖像實(shí)時(shí)跟蹤算法設(shè)計(jì)

由CCD模塊負(fù)責(zé)采集圖像,那么嵌入式系統(tǒng)必須要有完善的圖像跟蹤算法,才能夠?qū)崿F(xiàn)智能機(jī)器人對(duì)目標(biāo)的跟蹤,傳統(tǒng)的圖像跟蹤算法由于運(yùn)算量較大而存在實(shí)時(shí)性較差的問題,因此,有必要對(duì)圖像跟蹤算法進(jìn)行實(shí)時(shí)性優(yōu)化設(shè)計(jì)。

目標(biāo)圖像跟蹤是一個(gè)序列圖像處理、識(shí)別和測(cè)量過程。在跟蹤過程中,目標(biāo)可能出現(xiàn)大小、形狀、姿態(tài)等變化,加上實(shí)際環(huán)境中的各種干擾,以及圖像處理最小計(jì)量單位的精度問題,相關(guān)跟蹤得不到絕對(duì)最佳的匹配位置,存在測(cè)量誤差。因此,為了保證跟蹤的穩(wěn)定性,需要對(duì)圖像跟蹤模板進(jìn)行自適應(yīng)更新。圖像跟蹤模板的更新是目標(biāo)跟蹤中要解決的重要問題之一,圖像跟蹤模板更新過快或過慢,都有可能丟失所跟蹤的目標(biāo)。判斷圖像跟蹤模板是否需要更新要根據(jù)相關(guān)的置信度信號(hào),如果相關(guān)匹配的置信度高,就可以根據(jù)本幀圖像的匹配點(diǎn)處的坐標(biāo)來更新圖像跟蹤模板;如果置信度低,則說明匹配不穩(wěn)定,要沿用以前的匹配圖像跟蹤模板對(duì)下一幀進(jìn)行相關(guān)匹配。

相關(guān)置信度信號(hào)是在分析相關(guān)匹配算法的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出來的,它是一個(gè)非常重要的參數(shù)。經(jīng)過分析可知:若匹配點(diǎn)處的峰值很大,且峰值與其它非匹配點(diǎn)的均值之差越大,則表明跟蹤越可靠。定義幀內(nèi)相關(guān)置信度為:

式中:C0是幀內(nèi)相關(guān)置信度;maxR是當(dāng)前幀匹配點(diǎn)處的誤差累加次數(shù);R是同一幀內(nèi)M個(gè)依次比maxR小的誤差累加次數(shù)的均值,如果maxR和R相差越大,則說明該匹配點(diǎn)越可靠。本算法可根據(jù)計(jì)算速度的需要對(duì)M取值,一般可以取M等于20～100的任何值。若C0大于閾值T0,則認(rèn)為相關(guān)匹配值maxR符合幀內(nèi)置信度,更新圖像跟蹤模板;否則,相關(guān)匹配不可靠,不更新圖像跟蹤模板。閾值T0根據(jù)圖像的質(zhì)量和經(jīng)驗(yàn)來確定,這里我們?nèi)0=0.6。

實(shí)踐證明,在序列圖像跟蹤過程中,若單純地利用當(dāng)前圖像的最佳匹配位置處的圖像跟蹤模板作為依據(jù)進(jìn)行下一幀圖像的匹配,則跟蹤結(jié)果很容易受某一幀發(fā)生突變的圖像的影響而偏離正確位置。因此,本系統(tǒng)采用基于置信度的加權(quán)自適應(yīng)模板修正算法:如果當(dāng)前幀匹配質(zhì)量很差,則該幀圖像數(shù)據(jù)不進(jìn)行修正;而若當(dāng)前幀匹配質(zhì)量很好,則該幀圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行修正,加權(quán)修正算法表示如下式:

上式中,T(i,j,t)為當(dāng)前幀使用的圖像跟蹤模板,O(i,j,t)為當(dāng)前幀最佳匹配位置的子圖像,T(i,j,t+1)為預(yù)測(cè)得到的下一幀圖像坐標(biāo),α為加權(quán)系數(shù)(0≤α≤1),該系數(shù)的大小根據(jù)幀內(nèi)相關(guān)置信度C0,按照下式計(jì)算:

4 結(jié)束語

本文在嵌入式系統(tǒng)與機(jī)器視覺控制系統(tǒng)的交叉點(diǎn)展開研究,目的是將具有重要意義的機(jī)器視覺控制系統(tǒng)應(yīng)用到具有廣泛基礎(chǔ)的嵌入式系統(tǒng)平臺(tái)上,拓展機(jī)器視覺的應(yīng)用范圍。通過對(duì)機(jī)器視覺控制系統(tǒng)及嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的選擇,并對(duì)基于嵌入式機(jī)器視覺控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)問題展開研究,以此為依據(jù),設(shè)計(jì)了相應(yīng)的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng),并將其應(yīng)用到智能機(jī)器人視覺的控制上。

參考文獻(xiàn):

[1] 王耀南,李樹濤,毛建旭.計(jì)算機(jī)圖像處理與識(shí)別技術(shù)[M].北京:高等教育出版社,2001.

篇9

如今嵌入式系統(tǒng)在日常生活中扮演著越來越重要的角色。從消費(fèi)電子產(chǎn)品到航天工業(yè)，從熱門的電子應(yīng)用（如智能手機(jī)和平板電腦等）到相對(duì)不起眼的應(yīng)用（如人造衛(wèi)星等），嵌入式系統(tǒng)直接或間接地影響人們生活的方方面面。嵌入式系統(tǒng)的巨大潛力使得教育工作者對(duì)它的討論從來沒有停止過。世界無數(shù)的教育工作者提出了大量新穎和具有創(chuàng)造性的方法和理論，以促進(jìn)嵌入式系統(tǒng)教育水平的提高，他們大都贊同嵌入式系統(tǒng)具有與實(shí)際應(yīng)用緊密聯(lián)系的顯著特點(diǎn)。

嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用在一個(gè)廣闊的領(lǐng)域，如簡(jiǎn)單的微控制應(yīng)用、控制系統(tǒng)、分布式嵌入式控制、片上系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)、嵌入式PC、關(guān)鍵系統(tǒng)、機(jī)器人、計(jì)算機(jī)設(shè)備、無線數(shù)據(jù)系統(tǒng)和信號(hào)處理。同時(shí)，一些交叉領(lǐng)域知識(shí)對(duì)于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)者也同樣重要，如安全、可靠性、節(jié)能、軟件/系統(tǒng)工程、實(shí)時(shí)計(jì)算和人機(jī)交互等。

對(duì)于想成為合格嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)者的學(xué)生來說，他們希望能夠親手接觸這些嵌入式應(yīng)用，因此設(shè)計(jì)一個(gè)高效的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)非常重要。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)應(yīng)該能聯(lián)系抽象的理論知識(shí)和實(shí)際應(yīng)用，以幫助學(xué)生領(lǐng)會(huì)嵌入式系統(tǒng)的知識(shí)奧秘。

2.嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)

嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與其他課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)有兩個(gè)方面的不同：軟硬件高度結(jié)合、知識(shí)和技術(shù)更新速度快。嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)如圖1所示。

嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的第一個(gè)特點(diǎn)是軟硬件高度結(jié)合。一個(gè)完整的嵌入式系統(tǒng)需要在軟硬件基礎(chǔ)之上工作。在嵌入式實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，任何一個(gè)環(huán)節(jié)的缺失或弱化都是錯(cuò)誤的。我們過去就犯過這方面的錯(cuò)誤。嵌入式系統(tǒng)是清華大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系大四本科生的一門專業(yè)必修課。學(xué)生希望在課程結(jié)束后對(duì)嵌入式系統(tǒng)有一個(gè)完整的認(rèn)識(shí)，但是發(fā)現(xiàn)在學(xué)習(xí)完這個(gè)僅有2個(gè)學(xué)分的課程后，依然無法設(shè)計(jì)出一個(gè)軟硬件兼?zhèn)涞耐暾度胧较到y(tǒng)。因此，我們讓學(xué)生使用開源軟件工具設(shè)計(jì)諸如鼠標(biāo)或鍵盤等設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序，但是效果并不理想，岡為學(xué)生僅僅熟悉了他們所實(shí)驗(yàn)的部分內(nèi)容，而這些內(nèi)容只是他們應(yīng)該掌握內(nèi)容的一小部分，這不僅是由于實(shí)驗(yàn)任務(wù)的限制，還因?yàn)閷W(xué)牛無法接觸硬件層面的操作，無法全面領(lǐng)會(huì)嵌入式系統(tǒng)。

嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的另一個(gè)特點(diǎn)是嵌入式系統(tǒng)知識(shí)和技術(shù)更新速度快。在第1節(jié)我們?cè)岬竭^，緊跟實(shí)際應(yīng)用是嵌入式實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一個(gè)關(guān)鍵元素。由于嵌入式系統(tǒng)技術(shù)日新月異，嵌入式實(shí)驗(yàn)課程講述的知識(shí)和技能以及嵌入式實(shí)驗(yàn)設(shè)備和組件都必須不斷發(fā)展。我們?cè)趯?duì)清華大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系學(xué)生的調(diào)查問卷中發(fā)現(xiàn)，對(duì)傳統(tǒng)嵌入式實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的主要批評(píng)是實(shí)驗(yàn)設(shè)備和組件過于陳舊，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)與當(dāng)前技術(shù)聯(lián)系不夠緊密，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容缺乏吸引力。

綜上所述，設(shè)計(jì)一個(gè)高效的嵌入式實(shí)驗(yàn)平臺(tái)必須考慮軟硬件結(jié)合和嵌入式技術(shù)飛速發(fā)展這兩個(gè)因素。

3.當(dāng)代學(xué)生的特點(diǎn)

除了嵌入式實(shí)驗(yàn)課程本身，學(xué)生是不可忽略的另一個(gè)關(guān)鍵因素。學(xué)生是實(shí)驗(yàn)的參與者，他們對(duì)實(shí)驗(yàn)的感受影響著實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)的成敗，但是我們發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法令當(dāng)代學(xué)生逐漸失去學(xué)習(xí)興趣，這主要是因?yàn)閷W(xué)生一代一代地不斷發(fā)展與進(jìn)步，而傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法卻多年不變。

文獻(xiàn)[2]指出當(dāng)代學(xué)生與過去的學(xué)生有所不同：缺乏鉆研精神、缺乏耐心和依賴于軟件。當(dāng)代學(xué)生的特點(diǎn)如圖2所示。

當(dāng)代學(xué)生的第1個(gè)特點(diǎn)是缺乏鉆研精神絕大多數(shù)學(xué)生成長(zhǎng)于用戶至上主義日益流行的社會(huì)環(huán)境。相對(duì)于基礎(chǔ)原理，他們更關(guān)注功能；相對(duì)于架構(gòu)，他們更關(guān)注表象。簡(jiǎn)而言之，當(dāng)代學(xué)生中很少有人理解嵌入式系統(tǒng)的基本原理，另一方面，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)專門為演示和驗(yàn)證書本中講述的原理而設(shè)計(jì)，因此學(xué)生漸漸地?zé)o法將實(shí)際應(yīng)用與特別設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)相聯(lián)系，產(chǎn)生的問題是如果學(xué)生無法預(yù)見所學(xué)知識(shí)的未來應(yīng)用前景，就會(huì)將關(guān)注點(diǎn)轉(zhuǎn)移到其他方面。由此可見，將實(shí)驗(yàn)平臺(tái)與時(shí)興技術(shù)相結(jié)合非常重要。

當(dāng)代學(xué)生的第2個(gè)特點(diǎn)是缺乏耐心。生活節(jié)奏的日益加快和互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的日益普及，使得當(dāng)代學(xué)生漸漸缺乏耐心。他們習(xí)慣在實(shí)驗(yàn)開始后急于見到結(jié)果，就好像點(diǎn)擊鼠標(biāo)后立刻能在屏幕上看見反應(yīng)，但是在傳統(tǒng)的教學(xué)方法中，教學(xué)總是從對(duì)課程的全面描述分析開始。實(shí)踐證明這種描述很必要，它可以幫助學(xué)生全面了解課程的知識(shí)結(jié)構(gòu)，但是這些內(nèi)容有時(shí)會(huì)讓學(xué)生退卻，因?yàn)閷W(xué)生感覺課程非常抽象與枯燥。鑒于這些問題，新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)應(yīng)該在嵌入式系統(tǒng)的第一堂課就引起學(xué)生的興趣，同時(shí)提供一個(gè)吸引人的“結(jié)果”。

當(dāng)代學(xué)生的第3個(gè)特點(diǎn)是依賴于軟件。嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展通常被認(rèn)為是民眾賦予的。在某種程度上，這種發(fā)展是電子工程向更智能化發(fā)展的結(jié)果。然而，電子工程這種不可見的層面，通常被復(fù)雜的用戶界面和其他圖標(biāo)所偽裝，使得大家將其歸功于計(jì)算機(jī)科學(xué)，而不是電子工程。許多大學(xué)并沒有意識(shí)到這個(gè)問題，而將大部分注意力放在嵌入式軟件設(shè)計(jì)，忽略硬件層次的介紹。這種在嵌入式系統(tǒng)教學(xué)中的錯(cuò)誤關(guān)注導(dǎo)致出現(xiàn)“軟件比硬件更加重要”的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)。為了糾正這個(gè)偏見，我們應(yīng)該重視硬件并將其引入嵌入式系統(tǒng)課程。

總之，為了設(shè)計(jì)一個(gè)高效的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，當(dāng)代學(xué)生的特點(diǎn)不容忽視。

4.設(shè)計(jì)嵌入式實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的原則

基于上述討論，我們提出嵌入式系統(tǒng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的幾項(xiàng)設(shè)計(jì)原則。

完整性：實(shí)驗(yàn)平臺(tái)應(yīng)該相對(duì)完整。學(xué)生不但能接觸軟件，而且能操作硬件。這個(gè)原則主要解決兩個(gè)問題：首先糾正學(xué)生偏重于軟件的錯(cuò)誤；其次在第一節(jié)課就能吸引學(xué)生，告訴他們課程最后能夠建立一個(gè)基本的卻相對(duì)完整的系統(tǒng)。

開發(fā)性：實(shí)驗(yàn)平臺(tái)應(yīng)該能幫助學(xué)生自由地實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新思想。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在軟件和硬件上都應(yīng)為學(xué)生預(yù)留足夠數(shù)量和種類的接口，使學(xué)生能夠以此為基礎(chǔ)構(gòu)建自己的嵌入式系統(tǒng)。在實(shí)踐過程中，越來越多的基于實(shí)際應(yīng)用的嵌入式系統(tǒng)由學(xué)生實(shí)現(xiàn)，同時(shí)學(xué)生的創(chuàng)造熱情也被激發(fā)出來。

從教學(xué)的角度看，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)應(yīng)包含以下特點(diǎn)。

可升級(jí)性：平臺(tái)的軟硬件應(yīng)該能分別擴(kuò)展和升級(jí)，而無需對(duì)整個(gè)平臺(tái)進(jìn)行修改。如第2節(jié)所述，嵌入式系統(tǒng)技術(shù)升級(jí)速度快，尤其是硬件設(shè)備。為了滿足經(jīng)常升級(jí)的需要，可升級(jí)性原則應(yīng)該被放在關(guān)鍵位置。

靈活性：實(shí)驗(yàn)內(nèi)容應(yīng)該能根據(jù)課程的要求而裁剪，以便于實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的廣泛推廣。大多數(shù)定制的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在靈活性上有所欠缺，其實(shí)驗(yàn)內(nèi)容無法增加或減少，而為了適應(yīng)課程學(xué)時(shí)的變化不得不重新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。

為了達(dá)到上述目標(biāo)，我們提出一個(gè)完整的概念模型。目標(biāo)系統(tǒng)的概念模型如圖3所示。

這個(gè)概念模型由3個(gè)中間層和2個(gè)層組成。中間層包括主系統(tǒng)層、中間通道層和從系統(tǒng)層。層包括應(yīng)用層和組件層。我們將解釋這個(gè)模型如何能實(shí)現(xiàn)前面提出的目標(biāo)。

完整性：把中間3層看作一個(gè)整體，這個(gè)基本模型由一個(gè)典型嵌入式系統(tǒng)中的主要元素組成，從最頂層的應(yīng)用層到最底層的功能組件層。學(xué)生可以接觸完整系統(tǒng)的每一個(gè)組件。

開放性：模型的最頂層和最底層向?qū)W生開放。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)者將足夠多的軟硬件接口提供給學(xué)生，這些接口必須是完整的和用戶友好的。使用硬件接口，學(xué)生能夠通過連接所需的硬件模塊構(gòu)建一個(gè)創(chuàng)新的嵌入式設(shè)備；使用軟件接口，學(xué)生可以方便地加載硬件模塊所需的軟件資源。

可升級(jí)性：實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)應(yīng)該模塊化和層次化，每一層為上一層提供上層接口，為下一層提供下層接口。每一層可獨(dú)立地進(jìn)行擴(kuò)展和升級(jí)，與相鄰層次的接口保持兼容。模型的中間層被設(shè)計(jì)為3層結(jié)構(gòu)，這個(gè)靈感來自于Phidgets的設(shè)計(jì)，它能為實(shí)際設(shè)備的實(shí)現(xiàn)提供更多可能性。

靈活性：每個(gè)層次都能根據(jù)課程的重點(diǎn)而被加強(qiáng)或削弱，因此實(shí)驗(yàn)內(nèi)容可根據(jù)課程要求而變化。實(shí)驗(yàn)課可被安排在兩層或更多層之上。基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生建立一個(gè)基本的嵌入式系統(tǒng)，而在高級(jí)實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生能深入研究模型中的各個(gè)層，以實(shí)現(xiàn)創(chuàng)意設(shè)計(jì)。

篇10

ARM9-Based Embedded System Design

Liu Xiwen

(China Shipbuilding Industry Corporation 715 Institute,Hangzhou310012,China)

Abstract:This paper Tames's AT91SAM9261 processor core,gives the embedded system design,development ideas.Brief description of the embedded operating system development,focusing on analysis of embedded systems development environment set up;Ethernet port,USB interface,UART interface design;embedded systems software development,file system migration.

Keywords:Linux;ARM9;Embedded systems

一、概述

嵌入式系統(tǒng)是一種智能部件內(nèi)裝于專用設(shè)備的高速計(jì)算機(jī)，它的主要功能是作為一個(gè)大型工程系統(tǒng)中的信息處理部件來控制專門的硬件設(shè)備。嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)廣泛地用于辦公自動(dòng)化、消費(fèi)、通信、汽車、工業(yè)和軍事領(lǐng)域。

嵌入式的典型應(yīng)用有：過程控制；通訊設(shè)備；智能儀器；消費(fèi)產(chǎn)品；機(jī)器人；計(jì)算機(jī)外設(shè)設(shè)備：打印機(jī)，終端，磁盤驅(qū)動(dòng)器；軍事電子設(shè)備和現(xiàn)代武器等。

二、嵌入式操作系統(tǒng)

近十年來，嵌入式系統(tǒng)得到了飛速的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)的運(yùn)行離不開嵌入式操作系統(tǒng)。從支持8位微處理器到16位、32位甚至64位，從支持單一品種的微處理器芯片到支持多品種微處理器芯片，從只有實(shí)時(shí)內(nèi)核到除了內(nèi)核外還提供其他功能模塊如：文件系統(tǒng)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、GUI圖型系統(tǒng)等。

據(jù)嵌入式系統(tǒng)雜志的最新報(bào)告，世界各國(guó)有四十多家公司，已成功的推出了百余種可供嵌入式應(yīng)用的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，其中幾個(gè)著名的操作系統(tǒng)是Mentor公司的VRTX，Integrated System公司（ISI）的pSOS，Wind River公司的Vx Works等，這些操作系統(tǒng)適用于實(shí)時(shí)、多任務(wù)應(yīng)用環(huán)境，而且還具有相應(yīng)的功能齊全的交叉開發(fā)環(huán)境。

目前嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)及其應(yīng)用開發(fā)環(huán)境的發(fā)展動(dòng)向是：

（一）嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)正向?qū)崟r(shí)超微內(nèi)核開放發(fā)展

近幾年，國(guó)外發(fā)展了一種基于微內(nèi)核思想設(shè)計(jì)的精巧的嵌入式微內(nèi)核，即實(shí)時(shí)超微內(nèi)核，超微內(nèi)核是一種非常緊湊的基本內(nèi)核代碼層，為嵌入式應(yīng)用提供了可搶占，快而確定的實(shí)時(shí)服務(wù)，在它的基礎(chǔ)上可以靈活地構(gòu)造各種類型的，與現(xiàn)成系統(tǒng)兼容的，可伸縮的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。能滿足應(yīng)用代碼的可重用和可伸縮性（scalability）的需求。Microtec已首先推出了基于實(shí)時(shí)超微內(nèi)核的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)VRTXsa，它與VRTX32兼容，并具有更強(qiáng)的功能實(shí)時(shí)性和可靠性有了很大的改進(jìn)。

（二）開發(fā)環(huán)境向開放、集成化的方向發(fā)展

由于嵌入式應(yīng)用軟件的特殊性，往往要求應(yīng)用程序設(shè)計(jì)者具有一定的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的專門知識(shí)，能合理地劃分任務(wù)，合理的配置系統(tǒng)以及目標(biāo)聯(lián)機(jī)的調(diào)試。因此，要設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一個(gè)高性能的實(shí)時(shí)應(yīng)用軟件，需要強(qiáng)有力的交叉開發(fā)工具系統(tǒng)的支持，國(guó)外十分重視發(fā)展與實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)配合的嵌入式應(yīng)用的集成開發(fā)環(huán)境，現(xiàn)已發(fā)展到第三代，它以客戶服務(wù)器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，具有運(yùn)行系統(tǒng)的無關(guān)性，連接的無關(guān)性的特點(diǎn)。

1993年，MICROTEC推出了世界上最先進(jìn)的第三代嵌入式集成交叉開發(fā)系統(tǒng)Spectra（現(xiàn)稱為VRTX開發(fā)系統(tǒng)），該系統(tǒng)可在UNIX及WINDOWSNT上建立起開放的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的交叉開發(fā)平臺(tái)，能將多來源的開發(fā)工具有機(jī)地結(jié)成一體對(duì)復(fù)雜的嵌入式應(yīng)用開發(fā)提供全過程支持。

（三）完整的解決方案

RTOS廠家本身或與其他軟件公司和半導(dǎo)體公司配合為典型應(yīng)用提供解決方案，如PDA、機(jī)頂盒、路由器等。

三、嵌入式系統(tǒng)軟件的開發(fā)環(huán)境

構(gòu)建一個(gè)復(fù)雜的嵌入式系統(tǒng)，僅有硬件是不夠的，我們還需要進(jìn)行操作系統(tǒng)的移植。我們通常在ARM平臺(tái)上構(gòu)建Windows CE、Linux、PalmOS等操作系統(tǒng)，其中Linux具有開放源代碼的優(yōu)點(diǎn)。基于ARM的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)包含以下內(nèi)容：

1.基于嵌入式處理器的硬件設(shè)計(jì)；

2.底層軟件平臺(tái)搭建；

3.Bootloader的移植；

4.嵌入式Linux操作系統(tǒng)內(nèi)核的移植；

5.嵌入式Linux操作系統(tǒng)根文件系統(tǒng)的創(chuàng)建；

6.電路板上外設(shè)Linux驅(qū)動(dòng)程序的編寫。

由于嵌入式實(shí)時(shí)應(yīng)用系統(tǒng)的軟件開發(fā)受到時(shí)間、空間開銷的限制。常常需要在專門的開發(fā)平臺(tái)上進(jìn)行軟件的交叉開發(fā)，其交叉開發(fā)環(huán)境如圖1所示。

圖1.嵌入式系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境

開發(fā)平臺(tái)稱為宿主機(jī)，應(yīng)用系統(tǒng)稱作目標(biāo)機(jī)，宿主機(jī)可以是與目標(biāo)機(jī)相同或不相同的機(jī)型。這種不同機(jī)型的開發(fā)平臺(tái)又稱作交叉式開發(fā)系統(tǒng)。顯然，在這種獨(dú)立的實(shí)時(shí)軟件開發(fā)系統(tǒng)上，應(yīng)配備完整的實(shí)時(shí)軟件開發(fā)的工具：如高級(jí)語言、在線調(diào)試器和在線仿真器等。

四、嵌入式系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本文嵌入式系統(tǒng)硬件核心采用32位高性能ARM9處理器，外擴(kuò)存儲(chǔ)器、USB接口、網(wǎng)口、液晶屏、按鍵等組成。系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖2所示：

圖2.系統(tǒng)硬件整體架構(gòu)

核心模塊（圖2虛線框內(nèi)）選用CPU為AT91SAM9261，它是一款以ARM926EJ-S處理器為核心的超低功耗微控制器。該型號(hào)專為功耗低、數(shù)據(jù)吞吐量大的無線手持式應(yīng)用市場(chǎng)而開發(fā)的，其待機(jī)電流僅為2.5μA；工作頻率500Hz時(shí)，電流消耗則為400μA。在工業(yè)級(jí)溫度范圍內(nèi)，處理器性能達(dá)到200MIPS時(shí)，即使所有外設(shè)開啟，其工作電流也僅僅是65mA。

（一）AT91SAM9261的主要特性

篇11

1電子系統(tǒng)的智能化與集群化

我們從電子系統(tǒng)的時(shí)代變革中，可以明顯看出電子系統(tǒng)的智能化、集群化趨勢(shì)。傳統(tǒng)電子系統(tǒng)，是孤立的泛性產(chǎn)品系統(tǒng)（沒有歸一化內(nèi)核）；智能電子系統(tǒng)，是歸一化微控制器內(nèi)核基礎(chǔ)上智能產(chǎn)品系統(tǒng)，并從單個(gè)產(chǎn)品走向集群（分布式集群、總線集群、局域網(wǎng)集群）；物聯(lián)網(wǎng)電子時(shí)代的嵌入式系統(tǒng)，是普遍具有互聯(lián)網(wǎng)接入功能的智能電子系統(tǒng)，有緊耦合與松耦合接入兩種狀態(tài)。松耦合的智能電子系統(tǒng)是一個(gè)獨(dú)立的產(chǎn)品系統(tǒng)，通常在網(wǎng)下使用，需要時(shí)接入，如手機(jī)、桌面電腦、智能家電等；緊耦合的智能電子系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)，如市政交通管理系統(tǒng)、小區(qū)物業(yè)安全管理的實(shí)時(shí)監(jiān)視電子系統(tǒng)。目前，傳統(tǒng)電子系統(tǒng)基本被淘汰，智能電子系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)電子系統(tǒng)會(huì)長(zhǎng)期并存。與3個(gè)電子時(shí)代相對(duì)應(yīng)的開發(fā)環(huán)境變遷，是產(chǎn)品開發(fā)的平臺(tái)化與可靠性設(shè)計(jì)內(nèi)容的變遷。傳統(tǒng)電子時(shí)代是電子工程師單打獨(dú)斗的時(shí)代，電子產(chǎn)品的功能性設(shè)計(jì)、低功耗設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)完全依靠電子工程師的聰明才智，由電子工程師獨(dú)立完成。智能電子時(shí)代，產(chǎn)品硬件體系設(shè)計(jì)是電子工程師在微控制器、大規(guī)模集成電路的功能模塊基礎(chǔ)上的配置設(shè)計(jì)；產(chǎn)品的軟件體系設(shè)計(jì)是集成開發(fā)環(huán)境、操作系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)工程方法基礎(chǔ)上的應(yīng)用程序設(shè)計(jì)。微控制器、集成電路、集成開發(fā)環(huán)境、操作系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)工程方法等，構(gòu)成了形形的知識(shí)平臺(tái)。這些平臺(tái)不只是簡(jiǎn)單的知識(shí)集成，而是具有人工智能、可以代替人類個(gè)體腦力勞動(dòng)的知識(shí)力量平臺(tái)。例如，原先設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)時(shí)，電子工程師必須了解模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)的知識(shí)與技術(shù)，如今，有了A／D轉(zhuǎn)換芯片，便可省去電子工程師的這部分腦力勞動(dòng)。又如，沒有實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)時(shí)，電子工程師設(shè)計(jì)嵌入式程序時(shí)，必須認(rèn)真考慮多任務(wù)系統(tǒng)程序的實(shí)時(shí)協(xié)調(diào)與管理，有了實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，所有這些任務(wù)的協(xié)調(diào)與管理都由操作系統(tǒng)依靠協(xié)議自動(dòng)實(shí)現(xiàn)。因此，智能電子時(shí)代的電子產(chǎn)品系統(tǒng)設(shè)計(jì)，進(jìn)入到人工智能的平臺(tái)化開發(fā)時(shí)代。與智力替代的平臺(tái)開發(fā)模式相對(duì)應(yīng)的是可靠性設(shè)計(jì)內(nèi)容的變遷。傳統(tǒng)電子系統(tǒng)的可靠性完全依靠電子工程師的精心設(shè)計(jì)。智能電子時(shí)代，電子系統(tǒng)的可靠性、安全性設(shè)計(jì)進(jìn)入到智能化、平臺(tái)化的設(shè)計(jì)時(shí)代，從而使智能電子系統(tǒng)的可靠性、安全性設(shè)計(jì)到達(dá)最高境界。物聯(lián)網(wǎng)電子時(shí)代，智能電子系統(tǒng)對(duì)互聯(lián)網(wǎng)開放，導(dǎo)致互聯(lián)網(wǎng)中各種不安全因素對(duì)智能電子系統(tǒng)的入侵。因此，物聯(lián)網(wǎng)電子系統(tǒng)安全性、可靠性設(shè)計(jì)的一個(gè)重要方法是對(duì)入侵窗口的管理設(shè)計(jì)。

2物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的安全性架構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)安全體現(xiàn)在一個(gè)個(gè)具體的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)安全性設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分了解物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的安全性架構(gòu)。

（1）物聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)

通常，人們用應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層、感知層來概括物聯(lián)網(wǎng)。應(yīng)用層描述了物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中形形的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)，人們通常論及的物聯(lián)網(wǎng)都是一個(gè)個(gè)具體的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。早期，人們用應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層、感知層來描述物聯(lián)網(wǎng)，缺失了控制層，在許多物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，控制層是必不可少的內(nèi)容，我們可以用網(wǎng)絡(luò)層、感知層與控制層來構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)模型。

（2）物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)模型

圖1是一個(gè)由互聯(lián)網(wǎng)與嵌入式集群系統(tǒng)構(gòu)成的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)最簡(jiǎn)模型。嵌入式集群系統(tǒng)通常都是一個(gè)嵌入式系統(tǒng)的局域網(wǎng)，互聯(lián)網(wǎng)直接服務(wù)于物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層與管理層，每個(gè)局域網(wǎng)中的嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)都有可能直接與互聯(lián)網(wǎng)相連。感知層、控制層由嵌入式系統(tǒng)構(gòu)成，嵌入式局域網(wǎng)將它們聯(lián)接起來，形成嵌入式集群系統(tǒng)。當(dāng)這個(gè)嵌入式集群系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)相連后，便構(gòu)成一個(gè)具體的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。通常，嵌入式集群系統(tǒng)是一個(gè)安全、可靠的嵌入式系統(tǒng)局域網(wǎng)。接入互聯(lián)網(wǎng)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)新的可靠性、安全性問題，即互聯(lián)網(wǎng)惡意入侵產(chǎn)生的安全性問題。在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)模型中，它體現(xiàn)為一個(gè)非安全的入侵界面。

（3）物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的安全性架構(gòu)

從圖1的模型可以看出，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)是本質(zhì)可靠的嵌入式系統(tǒng)與本質(zhì)非可靠的互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成的交互系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)可以有多個(gè)渠道交互（因?yàn)榍度胧较到y(tǒng)都有獨(dú)立的互聯(lián)網(wǎng)接入功能），這些交互渠道都可能會(huì)帶來可靠性、安全性問題。在嵌入式系統(tǒng)的高可靠性基礎(chǔ)上，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)安全性設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是入侵界面的管控與感知層、控制層的安全防護(hù)設(shè)計(jì)。

3物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的安全性設(shè)計(jì)原則

物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)中，許多安全性問題最終都會(huì)反映在嵌入式系統(tǒng)的感知層與控制層上。嵌入式系統(tǒng)的安全性問題是由互聯(lián)網(wǎng)的安全性因素引起的。因此，最大限度地減少互聯(lián)網(wǎng)對(duì)嵌入式系統(tǒng)的入侵渠道，是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)安全性設(shè)計(jì)的重要原則。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的安全性設(shè)計(jì)模型如圖2所示。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的安全性設(shè)計(jì)目標(biāo)，是要建立一個(gè)歸一化的安全性管理界面。所有交互行為都通過歸一化界面進(jìn)行管理，可以大大減少互聯(lián)網(wǎng)的入侵渠道，有利于減少安全漏洞與實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)安全性的集中管理，防止出現(xiàn)安全患。實(shí)現(xiàn)界面安全的防入侵管理是入口的驗(yàn)證環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)。密碼驗(yàn)證是最常使用的一種方法，還有數(shù)符密碼與生物特征密碼（指紋、掌紋、人臉、虹膜等）。除此以外，在交互中實(shí)時(shí)使用的校驗(yàn)碼也是行之有效的方法。感知層、控制層的安全防護(hù)設(shè)計(jì)也是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)的重要一環(huán)。感知層能迅速感知系統(tǒng)的應(yīng)急狀態(tài)，并即時(shí)啟動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)急處理（關(guān)閉并進(jìn)入安全狀態(tài)）。2016年3．15晚會(huì)，恰逢谷歌“AlphaGo”掀起的人工智能熱潮，央視在會(huì)上演示了讓人驚心動(dòng)魄的智能電子系統(tǒng)的安全漏洞。畫面上演示了不法分子通過手中的設(shè)備侵入無人機(jī)系統(tǒng)，接管了無人機(jī)，而無人機(jī)機(jī)主無能為力；一位黑客在一戶人家的外面成功入侵該住宅的Wi－Fi，并控制了該家庭的所有智能設(shè)備，包括智能洗衣機(jī)、烤箱和智能攝像頭，可以讓滾筒洗衣機(jī)空轉(zhuǎn)、讓烤箱的溫度飆升到危險(xiǎn)數(shù)值甚至引發(fā)火災(zāi)，讓智能攝像頭隨意轉(zhuǎn)動(dòng)拍攝，偷窺用戶的室內(nèi)活動(dòng)和隱私等。這些都是物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代嵌入式系統(tǒng)的安全隱患。嵌入式系統(tǒng)本身是安全可靠的，因?yàn)樗且粋€(gè)是封閉型的本質(zhì)安全系統(tǒng)。多年來，家庭中的洗衣機(jī)、電冰箱、烤箱、微波爐、電視機(jī)等智能設(shè)備從來沒有出現(xiàn)過上述的安全事故。只有嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)開放后，才會(huì)出現(xiàn)安全漏洞。上述安全事故是在智能設(shè)備接入Wi－Fi網(wǎng)絡(luò)或互聯(lián)網(wǎng)后，形成的非安全的入侵渠道所致。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中智能硬件的安全漏洞在于對(duì)互聯(lián)網(wǎng)的開放，這個(gè)安全漏洞是可控的。只要減少互聯(lián)網(wǎng)接入的通道數(shù)量，在這些接入通道中設(shè)立可靠的校驗(yàn)、準(zhǔn)入管理環(huán)節(jié)，就能保證系統(tǒng)安全。

篇12

1嵌入式系統(tǒng)

嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，并且軟硬件可裁剪，適用于對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。一般嵌入式系統(tǒng)是非PC系統(tǒng)，主要由嵌入式微處理器、硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)以及用戶的應(yīng)用程序等4個(gè)部分組成，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)其它設(shè)備的控制、監(jiān)視或管理等功能。

2相關(guān)理論知識(shí)

2.1移動(dòng)計(jì)算

移動(dòng)計(jì)算是一種新型技術(shù)，使得計(jì)算機(jī)或其它信息設(shè)備，在沒有與固定的物理連接設(shè)備相連的情況下，能夠傳輸數(shù)據(jù)，并且能夠及時(shí)準(zhǔn)確地與中央信息系統(tǒng)相交互，分擔(dān)中央信息系統(tǒng)的計(jì)算壓力，在用戶需要的任何時(shí)刻都可以得到相應(yīng)的信息，比傳統(tǒng)的計(jì)算環(huán)境更為復(fù)雜和靈活。它既可以通過無線網(wǎng)絡(luò)、智能計(jì)算設(shè)備可以隨時(shí)進(jìn)入主網(wǎng)絡(luò)；也可以在不同地點(diǎn)，將調(diào)制解調(diào)器和附近的電話相連接，通過電話網(wǎng)進(jìn)入主網(wǎng)絡(luò)；移動(dòng)用戶還在不同場(chǎng)地使用靜態(tài)計(jì)算機(jī)獲得相應(yīng)的服務(wù)等。因此，根據(jù)移動(dòng)計(jì)算所具有的特性，在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中移動(dòng)計(jì)算是必不可少的。

2.2嵌入式移動(dòng)數(shù)據(jù)庫

由于嵌入式系統(tǒng)本身具有的特點(diǎn)，利用傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫技術(shù)已不能滿足當(dāng)前系統(tǒng)的需求，因而，嵌入式數(shù)據(jù)庫技術(shù)這一名詞便應(yīng)運(yùn)而生。該技術(shù)的核心是移動(dòng)計(jì)算，主要強(qiáng)調(diào)其移動(dòng)性，傳統(tǒng)的PC機(jī)要在苛刻的環(huán)境下做到良好的移動(dòng)是很困難的。為了很好地滿足對(duì)移動(dòng)客戶端計(jì)算的要求，便將嵌入式數(shù)據(jù)庫技術(shù)應(yīng)用到數(shù)據(jù)庫的研究與開參考文獻(xiàn)：

篇13

作者簡(jiǎn)介：季玉香(1981—)，女，河北保定人，助教。研究方向：計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件和軟件都得到相應(yīng)的發(fā)展和提升，嵌入式系統(tǒng)的硬件規(guī)模和性能得到極大的提升，嵌入式系統(tǒng)軟件的開發(fā)和應(yīng)用具有一定的復(fù)雜性和規(guī)模性，正是由于其運(yùn)行環(huán)境的特殊性，對(duì)其系統(tǒng)的應(yīng)用和開發(fā)的精度要求非常高。只有穩(wěn)定、可靠的系統(tǒng)，才能保證在嵌入時(shí)，不會(huì)影響原始系統(tǒng)運(yùn)行。開發(fā)和研究嵌入式自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，成為當(dāng)前相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要課題。軟件質(zhì)量對(duì)整個(gè)產(chǎn)品的質(zhì)量起到?jīng)Q定性的作用，繼續(xù)我們進(jìn)一步提升嵌入式領(lǐng)域的自動(dòng)測(cè)試技術(shù)水平，以保證產(chǎn)品檢測(cè)質(zhì)量，并提升軟件的可靠性，縮短整個(gè)系統(tǒng)的開發(fā)周期。

1傳統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中存在的問題

目前該單位采用傳統(tǒng)的單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)測(cè)試和控制操作，其運(yùn)算能力低下，主要采用傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)處理技術(shù)。隨著現(xiàn)代作業(yè)的不斷變化，已經(jīng)無法滿足其需求。其主要存在問題包括：

1.1開發(fā)平臺(tái)不同數(shù)據(jù)類型結(jié)構(gòu)不統(tǒng)一

網(wǎng)絡(luò)程序具有多樣性，開發(fā)的平臺(tái)也是多種多樣的，包括Windows、Linux等，兩者的平臺(tái)不同就會(huì)導(dǎo)致處理器存在很大的差異，數(shù)據(jù)庫的選擇上也會(huì)有所不同，這種平臺(tái)的差異，數(shù)據(jù)庫安裝的差異都會(huì)導(dǎo)致類型和結(jié)構(gòu)的不統(tǒng)一，比如說Windows可以直接對(duì)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)程序進(jìn)行訪問，但是Linux需要安裝所訪問程序的相關(guān)軟件；其次處理器的不同使字的長(zhǎng)度存在一定的差異，由于不同的處理器所支持的體系結(jié)構(gòu)不同，從而導(dǎo)致子長(zhǎng)不同，形成結(jié)構(gòu)的差異性。這種差異產(chǎn)生的最主要原因是因?yàn)榭刂婆_(tái)和測(cè)試臺(tái)在開發(fā)的過程中選擇了不同的開發(fā)環(huán)境，使用了不通的編程語言，環(huán)境和語言的差異最終導(dǎo)致了數(shù)據(jù)類型結(jié)構(gòu)的不同。

1.2數(shù)據(jù)庫備份及恢復(fù)不及時(shí)

首先要解決數(shù)據(jù)源的配制問題，數(shù)據(jù)源是數(shù)據(jù)庫信息的主要來源，而自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的備份和恢復(fù)是通過控制臺(tái)進(jìn)行，所以控制臺(tái)要合理的配制這些數(shù)據(jù)源，通過特定的網(wǎng)絡(luò)程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)源的有效配置但，但是很多的控制系統(tǒng)都沒有及時(shí)的對(duì)這些數(shù)據(jù)源進(jìn)行配制，實(shí)踐的延誤在一定程度上影響了數(shù)據(jù)的備份，有些控制系統(tǒng)在進(jìn)行數(shù)據(jù)源配制時(shí)沒要根據(jù)規(guī)定的程序和方法，導(dǎo)致數(shù)據(jù)源配制不合理；由于數(shù)據(jù)庫的儲(chǔ)存量較大，儲(chǔ)存的信息較多，一直到測(cè)試結(jié)束再對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行配制很有可能丟失部分?jǐn)?shù)據(jù)，尤其是在測(cè)試項(xiàng)目較多的時(shí)候，沒有在每一個(gè)項(xiàng)目測(cè)試結(jié)束后進(jìn)行配置很有可能導(dǎo)致項(xiàng)目數(shù)據(jù)的遺漏，從而影響數(shù)據(jù)庫的備份和數(shù)據(jù)庫的恢復(fù)。以上問題都是數(shù)據(jù)庫備不及時(shí)，沒有定期定時(shí)備份所導(dǎo)致的。

1.3測(cè)試報(bào)告的設(shè)計(jì)和生成

測(cè)試報(bào)告是對(duì)測(cè)試過程的概述，測(cè)試結(jié)果的說明和分析，為了真實(shí)的反映測(cè)試的情況，我們?cè)趯?duì)測(cè)試報(bào)告進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)要充分的考慮這些問題，包括測(cè)試的方法，測(cè)試的問題，測(cè)試的結(jié)果以及最后的分析都要在測(cè)試報(bào)告中體現(xiàn)。但是目前很多自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試報(bào)告都不夠全面，往往只關(guān)注了測(cè)試的結(jié)果，沒有反映測(cè)試的問題，也沒有對(duì)這些問題進(jìn)行分析；其次測(cè)試報(bào)告的種類較多，目前應(yīng)用最廣泛的文字報(bào)告大多基于一定的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，比如說WORD、EXCEL等，這些網(wǎng)絡(luò)模板的應(yīng)用雖然有利于測(cè)試報(bào)告的生成，但是帶來的問題也是不容小覷的，尤其是測(cè)試的項(xiàng)目和模塊存在很大的差異，但是在生成報(bào)告的時(shí)候并沒有考慮這些差異，更多的采用同一種方法進(jìn)行報(bào)告設(shè)計(jì)和生成。這些報(bào)告設(shè)計(jì)和生成問題都嚴(yán)重的影響了測(cè)試效果的反映狀況，對(duì)發(fā)現(xiàn)問題和解決問題產(chǎn)生了很大障礙。

2系統(tǒng)升級(jí)與優(yōu)化設(shè)計(jì)

該單位為了實(shí)現(xiàn)對(duì)對(duì)象的靜態(tài)幾何參數(shù)的測(cè)試，采用監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，使用現(xiàn)代便攜式軌道檢測(cè)儀器，極大地降低了工作人員的工作量。其系統(tǒng)設(shè)計(jì)的優(yōu)化方案如下：在SoC的設(shè)計(jì)理念上融合ARM系列的微處理技術(shù)，應(yīng)該嵌入式系統(tǒng)更好的升級(jí)系統(tǒng)。ARM核以高性能、低能耗的特點(diǎn)，在系統(tǒng)中配制IC制造廠生產(chǎn)的大量片上外設(shè)，進(jìn)一步提升ARM系列處理器擁有良好的嵌入式功能。系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用ARM7TDMI核處理器S3C44BO，完成自動(dòng)測(cè)試。其主要的核心構(gòu)成系統(tǒng)包括通信核數(shù)據(jù)兩個(gè)模塊，具體分析如下：

2.1軟件網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計(jì)

通信是網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的重要組成部分，在整個(gè)嵌入式模塊自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中占有非常重要的地位，這種通信功能主要是通過一種網(wǎng)絡(luò)編程的接口和網(wǎng)絡(luò)中不同的應(yīng)用程序進(jìn)行通信，然而這中網(wǎng)絡(luò)編程的接口具有一定的特殊性，需要依靠TCP/IP的數(shù)據(jù)進(jìn)行套接字的連接，所謂的套接字也就是兩個(gè)程序進(jìn)行通訊連接的一個(gè)端點(diǎn)，要想保證網(wǎng)絡(luò)通信的正常，我們就需要確保套接字的功能。這種軟件網(wǎng)絡(luò)通信的設(shè)計(jì)使各網(wǎng)絡(luò)程序很好的交流，形成一個(gè)良好的資源共享平臺(tái)，不僅有利于對(duì)這些網(wǎng)絡(luò)程序進(jìn)行統(tǒng)一的控制，形成一個(gè)良好的控制系統(tǒng)，還對(duì)嵌入式模塊測(cè)試系統(tǒng)有著進(jìn)一步的改進(jìn)和完善，使其更好的發(fā)揮測(cè)試作用[1-2]。由于網(wǎng)絡(luò)通信具有及時(shí)性和全面型的特點(diǎn)，自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)需要通過這樣的軟件網(wǎng)絡(luò)通信來更好的接收和傳輸信息，自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)軟件網(wǎng)絡(luò)通信的設(shè)計(jì)和開發(fā)是一項(xiàng)復(fù)雜的工程，由于自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)不能直接的進(jìn)行通信，需要依靠數(shù)據(jù)包來達(dá)到通訊的需求，這也就給網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計(jì)提出了更高的要求。我們?cè)谶M(jìn)行實(shí)際的設(shè)計(jì)和開發(fā)的時(shí)候要留有一定空間的緩沖區(qū)，為通訊的全面性和穩(wěn)定性提供一定的保障；其次在設(shè)計(jì)的時(shí)候要遵循通信的原則和協(xié)議，比如說TCP/IP的協(xié)議就是我們?cè)陂_發(fā)時(shí)必須遵守的，要堅(jiān)持這些原則的條件下進(jìn)行設(shè)計(jì)和開發(fā)，使各網(wǎng)絡(luò)程序的功能和性能能夠有效發(fā)揮，推動(dòng)嵌入式模塊自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展。

2.2數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫是自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)控制和管理職能的主要場(chǎng)所和依據(jù)，通過網(wǎng)絡(luò)通信，自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)對(duì)各網(wǎng)絡(luò)程序形成了一個(gè)整體控制，整體控制的來源就是這些數(shù)據(jù)庫的信息，通過數(shù)據(jù)庫反應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)信息可以清楚的了解網(wǎng)絡(luò)程序出現(xiàn)問題的環(huán)節(jié)和地方，為解決這些問題提供一定的參考[4]。其次數(shù)據(jù)的管理和儲(chǔ)存也是要依靠數(shù)據(jù)庫來進(jìn)行的，要想保證數(shù)據(jù)庫信息的準(zhǔn)確性和全面性，自動(dòng)測(cè)試控制系統(tǒng)需要對(duì)數(shù)據(jù)庫直接的操作，比如說我們經(jīng)常用到的ADO、DAO等，這些就是直接操作數(shù)據(jù)庫的方式，由于開發(fā)的平臺(tái)存在很大的差異，那么我們?cè)谶M(jìn)行操縱的時(shí)候就要根據(jù)不同的平臺(tái)選擇不同的方法。自動(dòng)測(cè)試所設(shè)計(jì)的項(xiàng)目包含方方面面的內(nèi)容，如果所有的項(xiàng)目測(cè)試的數(shù)據(jù)都集中在一張數(shù)據(jù)表上，不僅會(huì)給數(shù)據(jù)分析和查找?guī)Я寺闊€會(huì)影響整個(gè)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的功能，這也就要求我們?cè)趯?duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)要重點(diǎn)考慮這一問題，盡可能的把每一個(gè)項(xiàng)目的數(shù)據(jù)用獨(dú)立的數(shù)據(jù)表來記錄，是表格反映的信息清楚明了；由于嵌入模式不是單一不變的，針對(duì)不同的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)有不同的類型選擇，如果每一種類型的嵌入模式都記錄在同一張表格上，不能很好的將各類型的模式進(jìn)行分類，不僅降低了工作效率，還影響了自動(dòng)測(cè)試的效果，為了避免這一情況的出現(xiàn)，在對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)要給不同類型的嵌入模式用不同的表格記錄，更全面的反映信息；同時(shí)還要對(duì)測(cè)試的時(shí)間、測(cè)試的項(xiàng)目、測(cè)試的模式以及測(cè)試的人員進(jìn)行總體記錄，在出現(xiàn)問題是能夠及時(shí)的發(fā)現(xiàn)問題出現(xiàn)的原因，并且快速的采取解決措施。

3系統(tǒng)嵌入式自動(dòng)測(cè)試優(yōu)化體會(huì)與效果

通過本次實(shí)驗(yàn)研究，筆者總結(jié)提出，要保證嵌入式系統(tǒng)自動(dòng)測(cè)試的質(zhì)量核效率，應(yīng)該在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，注意從以下幾個(gè)方面考慮：

3.1改善結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一性

造成結(jié)構(gòu)不統(tǒng)一最主要的原因是因?yàn)榭刂婆_(tái)和測(cè)試臺(tái)不同環(huán)境和編程語言的選擇，為了解決這一問題，我們就要更好的發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)通信功能，雙方在制定通信協(xié)議時(shí)要根據(jù)數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)形式和儲(chǔ)存方式進(jìn)行有效的溝通，減小數(shù)據(jù)庫之間的差異，改善結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一性。

3.2及時(shí)的備份和恢復(fù)數(shù)據(jù)庫

數(shù)據(jù)庫的備份是為了更好的儲(chǔ)存信息，一旦數(shù)據(jù)受到損壞，就可以利用備份將損壞的數(shù)據(jù)恢復(fù)，但是數(shù)據(jù)庫的備份和恢復(fù)都有一定的條件限制，需要在特定的環(huán)境下進(jìn)行，為了更好的保證數(shù)據(jù)庫的備份和恢復(fù)功能，我們應(yīng)該對(duì)備份和恢復(fù)的策略進(jìn)行更加深入的研究。比如說在測(cè)試大型項(xiàng)目或者多個(gè)項(xiàng)目時(shí)，要在每一個(gè)環(huán)節(jié)結(jié)束后都進(jìn)行備份，不能再全部結(jié)束后備份，從而保證數(shù)據(jù)庫信息的全面性，在數(shù)據(jù)庫受到損害時(shí)也能夠全面的恢復(fù)[10-11]。

3.3嚴(yán)格控制測(cè)試報(bào)告的設(shè)計(jì)和生成

上述中提高設(shè)計(jì)報(bào)告存在不全面問題，這也就要求我們?cè)谠O(shè)計(jì)測(cè)試報(bào)告時(shí)包含的內(nèi)容要全面，包括測(cè)試時(shí)間、地點(diǎn)、人員，測(cè)試方法、步驟、問題以及結(jié)果分析，不能只有結(jié)果的顯示而沒有過程的探討；其次要根據(jù)測(cè)試模塊的不同和項(xiàng)目的不同生成不同的測(cè)試報(bào)告，利用現(xiàn)代化的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，合理的選擇報(bào)告的平臺(tái)和生成方式，更好的反映測(cè)試效果。通過本次系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)能順利完成控制和運(yùn)算操作，具有12位高性能AD轉(zhuǎn)換器的MAX197設(shè)備，能順利完成傳感器信號(hào)的轉(zhuǎn)換，并成功將數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫中。系統(tǒng)整體運(yùn)行效率由原來的65%，提升到現(xiàn)在的89%，取得非常理想的實(shí)踐效果。

4結(jié)束語

綜上所述，隨著嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)實(shí)踐的不斷深入，嵌入式在實(shí)踐中的應(yīng)用也越來越廣泛。而隨著產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐活動(dòng)的逐漸復(fù)雜和多樣化，我們迫切需要一種測(cè)試系統(tǒng)軟件的開發(fā)和應(yīng)用，能在軟件開發(fā)的單元階段、集成階段以及系統(tǒng)階段等對(duì)嵌入式系統(tǒng)軟件進(jìn)行實(shí)時(shí)的在線跟蹤式測(cè)試與分析，從而全面提高整體系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。這樣才能保證質(zhì)量和效率。本文主要針對(duì)一種嵌入式自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)軟件的構(gòu)成、模塊框架以及實(shí)踐應(yīng)用等多方面問題進(jìn)行分析，證明嵌入式模塊自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)軟件的開發(fā)和應(yīng)用，具有重要的現(xiàn)實(shí)價(jià)值和意義，值得我們深入探討。

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