一種平臺化的嵌入式智能儀器儀表系統底層共性驅動技術研究

劉小菊（煤科集團沈陽研究院有限公司，遼寧沈陽　110016）

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一種平臺化的嵌入式智能儀器儀表系統底層共性驅動技術研究

劉小菊
（煤科集團沈陽研究院有限公司，遼寧沈陽110016）

【摘 要】智能儀器儀表是當代計算機技術和儀表組合而成的產物，其在科研、生態環境監測以及制造行業等領域發揮著非常關鍵的作用。可當前的智能儀器還有結構單一、功能較少、實用性較差以及難以維護等缺陷，影響了儀器儀表的功能性和經濟性。現簡要分析平臺化的嵌入式智能儀器儀表系統底層共性驅動技術，力求為今后的相關工作提供參照。

【關鍵詞】嵌入式智能儀器儀表驅動技術

智能儀器儀表是計算機技術與數字儀器結合的產品，其屬于包含有微機或者微型處理器的測量設備。借助智能儀表中的微型處理器，能夠對檢測數據實行儲存、計算以及分析，且進行邏輯決策，很大程度提升了儀器的性能，與傳統儀器儀表相比具有極大優勢。因此，對智能儀器儀表進行研究具備非常重要的意義。

1　數據測量模塊接口驅動技術

1.1串行外設接口驅動技術

串行外設接口的速度較高，能夠符合主中央處理器和若干個外圍低速元件彼此的數據傳送要求。串行外設接口以主從形式運行，此類形式往往存在單一主元件與一個或多個從元件，信息在主機端移位脈沖下按位進行互相傳送。而在智能儀表之中，主處理器在主機端主要以單主單從或單主多從的方式以及單一或若干個信息收集模塊實行通訊，最終有效集成信息收集模塊。

1.2I2C接口驅動技術

I2C總線是微電子通訊控制方面應用較多的一類新式總線指標。其具備接口較少、控制簡便、元件封裝形式比較小以及高通訊速率等優勢。進行主從形式的通訊過程中，還能夠借助I2C總線的功能同時接進若干個I2C元件，借助地址對通訊對象進行識別。其主要利用串行數據線和串行時鐘線實現對連接進行總線的元件進行數據傳輸，且基于地址對各個元件進行識別［1］。

2　信息數據存儲系統的驅動技術

2.1存儲元件驅動技術

對同步動態隨機存儲器的驅動技術包含初始化、讀取寫入以及刷新。初始化通常進行預先充電、自動化刷新以及配置寄存系統。刷新則應用自動化刷新模式。借助AMD Alchemy方案內置同步動態隨機存儲器對系統進行初始，讀取寫入主要由內核中內存管理系統進行。因虛擬內存管理系統的先進性和復雜性會產生較多的調度與數據交互，進而減少智能儀器儀表的時效性。所以，于存儲系統的設計過程中禁用了虛擬內存的調入性能。固態存儲器與動畫編輯器的驅動技術包含基礎的讀取、寫入、擦除以及上層閃存管理系統，智能儀器系統中應用的嵌入式Linux主要借助雙雷達微波交通檢測器子系統的抽象裝置對固態存儲器與動畫編輯器進行操作與數據的讀取和寫入管理。并且為設備提供了硬件與上層的抽象接口，存儲裝置的驅動設計變得越來越便捷，可以有效支持與管理各種裝置。雙雷達微波交通檢測器驅動系統僅需有效控制物理裝置訪問，和內核傳輸的那些比較復雜的環節由抽象層進行。抽象層對NAND Flash的驅動系統實行抽象，并可以進行錯誤檢查、系統糾錯以及壞道問題處置。客戶模塊系統為客戶提供直接訪問的接口。另外，抽象層對抽向設備構造進行了定義，針對設備的驅動系統，僅設計公共端現實的接口函數，其監測現實中設備之后，對該設備進行注冊［2］。

2.2文件系統結構的設計方案

文件系統是智能儀器儀表數據存儲系統的關鍵構成，其直接對系統自身屬于與客戶信息的存儲形式產生影響。其在系統底層文件中添加抽象層，即虛擬文件系統。此類分層的方式使Linux操作系統能夠具備極佳的兼容性，還能夠很大程度提升其擴充性。在容量較大的存儲平臺中，需結構完整的存儲與文件系統。尤其針對智能儀器儀表系統此類寬應用領域的裝置，在運行條件相對復雜的情況下，很有可能發生供電不穩等故障問題。所以，智能儀器儀表平臺對文件系統的可靠性設定了非常嚴格的標準。可以應用根據NAND Flash的YAFFS文件系統提升系統的穩定性，確保信息安全。

3　人機接口模塊的驅動技術

3.1液晶顯示器驅動技術

由于智能儀器儀表的技術水平和數據顯示的標準要求越來越嚴格，簡單的顯示已經無法滿足要求，但圖形顯示系統能夠直觀完整的展現影像和字符。液晶顯示器屬于數據顯示和人機交互的平臺，具備輕重量、低能耗、運行低電壓、不產生輻射以及顯示數據量多的優勢。因此，可以把液晶顯示器當成人機交互的重要接口裝置。

3.2觸摸屏驅動技術

應用這種人機交互形式，操作人員僅觸碰屏幕上的符號或者文字就可以對整體系統進行操作，消除了按鈕和開關管理形式，使人機交互變得更加便捷。所以，觸控屏已經變成了目前應用最廣泛的人機交互裝置。其輸入系統是由檢測設備和控制系統構成。基于運行機理的差異，其可以分成電阻式、電容式、表面聲波屏、紅外線掃描屏以及矢量壓力傳感觸控屏等幾類。在觸摸平面的時候，控制器對操作人員觸摸的部位進行定位和檢測，且經過接口端傳輸到中央處理器，處理器基于屏幕相應坐標位置的內容明確操作者的控制意圖，并下達對應的命令。

4　數據通訊系統接口的驅動技術

4.1以太網驅動技術

網絡接口裝置同樣需建立專門的數據信息結構且向內核進行注冊，進而在和外界實行信息交換的情況下，對請求函數進行調用。可塊設備僅響應系統內核發出的請求，網絡裝置驅動系統卻可以異步接收系統之外的信息。所以，如果內核命令塊設備驅動系統向內核傳輸緩沖區信息的情況下，網絡驅動裝置就會向內核發出請求，要求將系統之外得到的信息傳輸到內核中。網絡設備驅動程序主要實現數據包的發送和接收，并為上層協議提供訪問的方法。Linux操作系統中，全部網絡驅動裝置均存在一致接口，對所有硬件的訪問均需經過這個接口。實行網絡信息傳送的過程中，網絡裝置驅動系統要經過標準接口把信息傳輸至對應網絡層之中，或向網絡傳輸信息［3］。

4.2USB接口的驅動技術

當前時期，USB接口的應用十分廣泛，其具備高傳輸速度、成本低廉、高兼容性以及能夠動態鏈接的優勢。智能儀器系統可以有效的支持USB接口，一方面能夠借助USB接口將裝置相連，并實行高速度的數據交互，另一方面可以對鍵鼠、U盤、讀卡器以及攝像頭等設備實行動態化集成。很大程度擴展了智器儀表系統的功能。

5　結語

綜上所述，該研究對智能儀器儀表系統中的功能性模塊驅動技術進行了初步的分析，可仍需不斷優化和提升其總體性能。且隨著智能儀器儀表檢測標準的持續快速提升，需更多先進的科學技術對其進行支撐和完善，而這方面也正是相關科研工作者未來主要努力的方向。

參考文獻：

［1］牛延謀.嵌入式系統智能儀表開發平臺的研究及其在流量儀表設計中的應用［J］.中國化工貿易，2015（21）:38-40.

［2］劉忠超，翟天嵩.基于AVR的智能儀表的嵌入式以太網接口設計［J］.中國農機化學報.2012（1）:169-172.

［3］安宇.淺析嵌入式系統及其對儀器儀表技術的支持［J］.中國科技博覽，2015（24）:330.