嵌入式系統(tǒng)及其應(yīng)用

洪加富

【摘要】本文主要通過(guò)介紹嵌入式的概念、特點(diǎn)和主要構(gòu)件，來(lái)對(duì)嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際的應(yīng)用。并進(jìn)一步討論嵌入式未來(lái)的發(fā)展方向和基于嵌入式的Internet是為類網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

【關(guān)鍵詞】嵌入式系統(tǒng)；實(shí)時(shí)應(yīng)用；Internet

【中圖分類號(hào)】TP273 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B 【文章編號(hào)】2095-3089（2017）02-0286-01

引言

隨著社會(huì)的快速發(fā)展，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)貫穿我們生活的始終，逐漸進(jìn)入信息產(chǎn)業(yè)時(shí)代，嵌入式將成為芯片發(fā)展的主要方式。由于嵌入式系統(tǒng)的實(shí)用性和強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)支持能力，可以很好的解決實(shí)時(shí)性，可靠性等的問(wèn)題，所以對(duì)于嵌入式系統(tǒng)的研究是工業(yè)發(fā)展的重要手段。嵌入式系統(tǒng)在測(cè)控技術(shù)方面有了心發(fā)展，給測(cè)控技術(shù)提供了一個(gè)先進(jìn)、優(yōu)良的開(kāi)發(fā)技術(shù)；同時(shí)也是測(cè)控領(lǐng)域的巨大改革；總之，在測(cè)控技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，為嵌入式系統(tǒng)的要求越來(lái)越高，進(jìn)一步促進(jìn)了嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的進(jìn)步。

一、嵌入式的核心構(gòu)件

（一）嵌入式處理器

嵌入式系統(tǒng)主要硬件是嵌入式處理器，它在系統(tǒng)的控制和協(xié)調(diào)上擔(dān)負(fù)著重要的作用，是整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行效果的關(guān)鍵因素，他功能的強(qiáng)弱決定了嵌入式應(yīng)用的開(kāi)發(fā)環(huán)境和開(kāi)發(fā)復(fù)雜度。按照配置劃分，嵌入式系統(tǒng)能分為以下幾類：（1）微處理器，它的功能可以和小型的PC機(jī)配件差不多，但是能夠保留和嵌入式應(yīng)用密切的聯(lián)系的功能硬件。這樣就能夠?qū)⑾到y(tǒng)的體積和功耗大大減少。（2）微控制器，單片機(jī)就是它典型的代表，這種嵌入式控制器大部分都以微處理器的內(nèi)核做為核心，根據(jù)這些典型的應(yīng)用，將內(nèi)部的ROM、RAM和總線等必要的功能硬件連接起來(lái)。微控制器他的外設(shè)特點(diǎn)十分豐富，有著單片化、體積小、功耗低、可靠性高等一系列的特點(diǎn)，因此成為嵌入式系統(tǒng)的主流器件。數(shù)字信號(hào)處理器，它是專門用于對(duì)時(shí)間信號(hào)進(jìn)行匯總和快速處理的計(jì)算方式。在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令算法上經(jīng)過(guò)特殊的處理，所以具有很高的編譯效率和執(zhí)行速度。（4）嵌入式片上系統(tǒng)，是一種最求產(chǎn)品，也就是集成器件系統(tǒng)，它的最大特點(diǎn)就是將軟件和硬件有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，可以直接將微處理器內(nèi)嵌操作系統(tǒng)的功能代碼模塊；還具有很高的綜合性，在硅片內(nèi)部是利用硬件的編程語(yǔ)言的，可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)。因?yàn)榇蟛糠值南到y(tǒng)構(gòu)建都集成在嵌入式系統(tǒng)內(nèi)部，使得整個(gè)系統(tǒng)都比較簡(jiǎn)潔，可以減少整系統(tǒng)的體積和功能消耗及其有利的生產(chǎn)效率。目前，嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)主要采用32位嵌入式CPU，32位RISC系列有著低功耗、低成本和高性能的嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域占有領(lǐng)先地位。ARM公司是嵌入式處理器的發(fā)展先驅(qū)，能夠購(gòu)買該模塊的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。現(xiàn)在的IC電路模塊設(shè)計(jì)，可以根據(jù)功能需求，將多個(gè)模塊有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，形成自己的設(shè)計(jì)模式。

（二）實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)

嵌入式操作系統(tǒng)一般都是實(shí)時(shí)的系統(tǒng)操作系統(tǒng)，是嵌入式的軟件基礎(chǔ)和開(kāi)發(fā)平臺(tái)，可以負(fù)責(zé)系統(tǒng)所有的軟件和硬件的資源分配、調(diào)度和各個(gè)部件的協(xié)調(diào)工作。用戶的管理程序的其他程序都是建立在實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)中的，能夠提供一個(gè)高可靠性的內(nèi)核，將系統(tǒng)的各個(gè)資源包裝起來(lái)，為用戶帶來(lái)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的Api，能夠根據(jù)每個(gè)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行時(shí)間的合理分配，簡(jiǎn)化了任務(wù)之間的協(xié)調(diào)、資源分配以及網(wǎng)絡(luò)消息管理。為了能夠適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的Internet的應(yīng)用，提出了TCP/IP協(xié)議的支持。在實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的程序，具有很高的可移植性，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的獨(dú)立性。其中，開(kāi)源的嵌入式Linux以高效簡(jiǎn)練、質(zhì)量可靠、易學(xué)易用，應(yīng)用廣泛，軟件資源豐富、內(nèi)核功能強(qiáng)大、網(wǎng)絡(luò)通信和圖形管理機(jī)制進(jìn)行完善，同時(shí)價(jià)格優(yōu)惠和易于移植，廣受歡迎。

二、嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用

目前，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)滲透到我們生活的方方面面，在過(guò)程的控制和儀器儀表上，嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用也得到廣泛的重視。它的工作原理是，利用驅(qū)動(dòng)將換能器發(fā)射，超聲波可以穿過(guò)火災(zāi)后的混凝土，將利用接收換能器將其接收，利用放大濾波和電壓比較觸發(fā)器進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)接收到第一個(gè)脈沖后，向CPU提出中斷申請(qǐng)。聲時(shí)是判斷混凝土強(qiáng)度和彈性等的很重要的判斷參數(shù)。在此以外，超聲信號(hào)波形也是混凝土操作的判斷依據(jù)。智能超聲測(cè)試裝置按照其工作穩(wěn)定性和使用的方便性，測(cè)量精度高等有優(yōu)點(diǎn)，使其變得越來(lái)越受重視。

近幾年，嵌入式測(cè)控系統(tǒng)可以幫助Internet傳輸各種可靠的特點(diǎn)和嵌入式系統(tǒng)在成本和體積還有功耗上的積累。科學(xué)儀器和工業(yè)控制設(shè)備都必須支持TCP/lP協(xié)議，能夠?qū)F(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳遞到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上，讓人們可以在任何計(jì)算機(jī)的瀏覽器上查看器運(yùn)行狀態(tài)，觀測(cè)、分析和存儲(chǔ)測(cè)控?cái)?shù)據(jù)與信息，可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將控制信息傳到工業(yè)測(cè)控上，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程測(cè)控和遠(yuǎn)程維護(hù)。這就是對(duì)于Internet網(wǎng)絡(luò)的測(cè)控系統(tǒng)，又被稱為網(wǎng)絡(luò)化儀器。可以利用Linux完整的開(kāi)源代碼，和強(qiáng)大的技術(shù)支持，以及良好的可擴(kuò)展性功能，堅(jiān)持多種CPU和硬件組合平臺(tái)的相互支持，嵌入式系統(tǒng)具有很強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能，嵌入式操作系統(tǒng)一般采用嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。因?yàn)榍度胧綔y(cè)控系統(tǒng)在智能儀器、信息家電等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用，國(guó)內(nèi)單位和院校都在積極地開(kāi)展這些方面的應(yīng)用，國(guó)內(nèi)單位和院校的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)。Innovada 公司開(kāi)發(fā)出了Modem-NetChip通訊模塊，都能夠集成到測(cè)量數(shù)據(jù)的發(fā)送，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制設(shè)備，無(wú)需使用獨(dú)立的DSP芯片，可以可以利用POS機(jī)的安全系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)中。

三、結(jié)束語(yǔ)

隨著半導(dǎo)體技術(shù)的快速發(fā)展和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的提高，控制器的不斷更新，嵌入式系統(tǒng)也將為測(cè)系統(tǒng)提供新的特征，將其能夠更智能，性能更為穩(wěn)定，可以很好的滿足現(xiàn)代科技的發(fā)展和進(jìn)步，為測(cè)試系統(tǒng)提供更高的技術(shù)要求。

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