淺析電子系統(tǒng)嵌入式計算機技術(shù)

趙全浩

（山東科技大學(xué)，山東青島，266590）

1 嵌入式計算機特點分析

■1.1 嵌入對象較為廣泛

隨著微電子技術(shù)不斷的深入發(fā)展，嵌入式計算機技術(shù)能夠完成其他所有系統(tǒng)機設(shè)備，進一步實現(xiàn)了其性能的優(yōu)化與創(chuàng)新發(fā)展。例如，我國傳統(tǒng)模式下的洗衣機，通常情況下都是采用人工操作方式實現(xiàn)，并且其整個洗衣服的過程、漂洗、甩干等操作，都是實行分離式操作，整個操作過程相對較為繁瑣。而嵌入式計算機技術(shù)在該領(lǐng)域的應(yīng)用，成功的解決了傳統(tǒng)洗衣機的不足與缺陷，并且在整個洗衣的過程完善是采用自動化控制，極大的提升了洗衣機工作效率。

■1.2 嵌入形式多樣化

由于系統(tǒng)以及設(shè)備存在著差異，致使其對于嵌入式計算機的要求，會在很大程度上存在嚴重的差異。基于此，在進行嵌入式計算機技術(shù)的應(yīng)用過程當中，必然會出現(xiàn)嵌入形式多樣化，進而滿足不同系統(tǒng)機設(shè)備的實際需求。

■1.3 嵌入功能相對專一

嵌入式計算機與其他計算機有所不同，嵌入式計算機屬于專用型計算機。并且嵌入式計算機在服務(wù)對象、以及功能目標等方面較為明確。并且嵌入式計算機的功能領(lǐng)域，呈現(xiàn)出較為專一性的特點。并且在此過程當中，完全不需要添加其他多余的功能，在一定程度上能夠加強對其成本的有效控制。

■1.4 具有實時的嵌入性能

在發(fā)揮嵌入式計算機的性能時，其具有一定的實時性特征。此外，嵌入式計算機可以有限的范圍內(nèi)，接受命令信號，并且能夠及時的完成其既定的任務(wù)。當前的這種操作形式，是嵌入式計算機本身所具備的特征。因此，在設(shè)計與構(gòu)造嵌入式計算機系統(tǒng)的過程當中，設(shè)計人員需要加強對系統(tǒng)軟件的配置進行考慮，通過合理的配置其硬件與軟件，進而實現(xiàn)嵌入式計算機的實時性。

■1.5 可靠的嵌入結(jié)構(gòu)

嵌入式計算機具有極強的隱蔽性，通常情況下會隱藏在計算機系統(tǒng)當中，它并不是孤立存在的，倘若不是專業(yè)用戶，難以直接與嵌入式系統(tǒng)。嵌入式計算機當前的這種模式，主要的優(yōu)勢在于充分發(fā)揮系統(tǒng)的功能，能夠有效的避免由于人為因素，為該計算機系統(tǒng)帶來不必要的影響。此外，嵌入式計算機系統(tǒng)在投入使用后，人們難以對其系統(tǒng)進行直接控制。

2 實時分布操作系統(tǒng)

電子系統(tǒng)嵌入式計算機的軟件大致上可分為：應(yīng)用軟件、硬件模塊支持軟件、操作系統(tǒng)等三個層次。其一，硬件模塊支持軟件。主要包括圖像處理、網(wǎng)絡(luò)開關(guān)、數(shù)據(jù)處理以及信號處理等部分內(nèi)容。其二，應(yīng)用軟件層。應(yīng)用軟件層主要是一種電子系統(tǒng)功能性軟件，具體包括電子、導(dǎo)航、通訊、數(shù)據(jù)鏈、雷達等多方面處理軟件。其三，操作系統(tǒng)。分布式操作系統(tǒng)、功能重組、以及軟件動態(tài)下載等，能夠?qū)Πl(fā)生的故障進行準確的定位，隔離等操作，支持應(yīng)用軟件等動態(tài)遷移。

■2.1 安全關(guān)鍵內(nèi)核

安全關(guān)鍵內(nèi)核能夠?qū)Σ僮飨到y(tǒng)進行狀態(tài)控制，并將其與分區(qū)操作系統(tǒng)進行空間隔離，促使安全內(nèi)核免于受到應(yīng)用程序的影響，與此同時，有效的避免了分區(qū)操作之間的相互影響。分區(qū)操作系統(tǒng)擁有其專用的時間片及內(nèi)存，如同在一個目標機平臺上運行，進而有效的隔離子系統(tǒng)當中的軟件邏輯。

■2.2 分區(qū)操作系統(tǒng)

電子系統(tǒng)應(yīng)用軟件的運行在分區(qū)操作系統(tǒng)中的組件環(huán)境之上[1]，提升系統(tǒng)的重組能力、以及動態(tài)管理。并且利用模型設(shè)計等進行自動生成，進而有效的提升其系統(tǒng)開發(fā)的效率。通過對任務(wù)電子系統(tǒng)資源的接口定義，進而實現(xiàn)對安全關(guān)鍵系統(tǒng)的配置及部署[2]。此外，分區(qū)內(nèi)有時間片資源、以及獨立的內(nèi)存空間。還具備獨立的通信管理、儲存管理、健康性管理等。

3 冗余設(shè)計及功能重組分析

■3.1 冗余設(shè)計

電子系統(tǒng)嵌入式計算機冗余設(shè)計主要包括以下4級內(nèi)容：第1級：功能模塊內(nèi)部。例如，圖像處理模塊中的處理器、信號處理模塊、以及數(shù)據(jù)處理模塊等。第2級：功能模塊之間：圖像處理模塊、信號處理模塊、大容量存儲器模塊、電源模塊之間等。第3級：網(wǎng)絡(luò)開關(guān)之間。網(wǎng)絡(luò)開關(guān)主要是利用雙冗余設(shè)計，并且雙網(wǎng)絡(luò)開關(guān)機雙供電系統(tǒng)，在同時出現(xiàn)在每一個模塊當中。第4級：機架之間。主要實現(xiàn)對圖像處理、數(shù)據(jù)處理、以及數(shù)據(jù)存儲資源冗余。

■3.2 BIT測試

BIT電路被嵌入到嵌入式計算機的每一個模塊當中，并且發(fā)揮BIT的優(yōu)勢功能，加強對該模塊的進行測試。BIT電路主要有三種自檢方式分別為：維護自檢、周期自檢及加電自檢。

■3.3 測試方法設(shè)計

在嵌入式計算機的測試過程當中，主要通過對其進行定位設(shè)計以及故障測試，其中主要包括測試信號的主要提取方法、防誤警設(shè)計、故障方程等。

■3.4 應(yīng)用重構(gòu)

當系統(tǒng)當中的任意一個模塊發(fā)生故障時，操作系統(tǒng)會自動進行嘗試應(yīng)用恢復(fù)。一旦嘗試應(yīng)用恢復(fù)出現(xiàn)失敗的情況，則需要根據(jù)實際情況，加強對應(yīng)用進行遷移或者重構(gòu)。而重構(gòu)主要分為系統(tǒng)重構(gòu)與應(yīng)用重構(gòu)兩種類型，例如應(yīng)用重構(gòu)，主要是指對應(yīng)用軟件之間的關(guān)系加以改變，促使其應(yīng)用功能隨之發(fā)生改變。而靜態(tài)重構(gòu)與動態(tài)重構(gòu)作為重構(gòu)的中重要組成部分，具體功能表現(xiàn)在以下方面：其一，動態(tài)重構(gòu)。主要是指在應(yīng)用運行的過程中，通過對運行組件之間的關(guān)系加以改變，進而改變其工作。而靜態(tài)重構(gòu)是針對應(yīng)用卸載后、或者應(yīng)用為部署的情況下，通過對描述文件中的組件連接關(guān)系進行適當?shù)男薷模M而實現(xiàn)其新的連接方式。此外，系統(tǒng)重構(gòu)主要是指對系統(tǒng)內(nèi)全部的應(yīng)用，按照系統(tǒng)當前的資源狀況進行重新的分配部署戰(zhàn)略[2]。而系統(tǒng)重構(gòu)同樣具備動態(tài)重構(gòu)與靜態(tài)重構(gòu)兩種形式，所謂的系統(tǒng)動態(tài)重構(gòu)是指基于系統(tǒng)運行的狀態(tài)中，對系統(tǒng)當中的運行的應(yīng)用進行遷移。而系統(tǒng)靜態(tài)重構(gòu)是指對系統(tǒng)配置描述進行修改后，重新啟動系統(tǒng)。

4 嵌入式計算機技術(shù)的應(yīng)用分析

■4.1 家用電氣系統(tǒng)嵌入式計算機

在人們的日常生產(chǎn)生活過程當中，家用電氣系統(tǒng)嵌入式計算機較為常見。例如，冰箱、全自動洗衣機、空調(diào)、以及數(shù)字電視等家用電器，雖然，人們不能夠用眼睛觀察，但是家用電氣系統(tǒng)嵌入式計算機的存在，為人們的生產(chǎn)生活帶來了重大改變。由于嵌入式計算機在空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用，極大的豐富了空調(diào)的自動調(diào)節(jié)溫度、睡眠等功能，不但有效的降低了電能的消耗，而且還有助于節(jié)能環(huán)保，在很大程度上為人們的生活提供了便利。

■4.2 工業(yè)控制嵌入式計算機

嵌入式計算機在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，能夠在一定程度上加強對工業(yè)相關(guān)設(shè)備的控制與管理，極大的提升了設(shè)備的運行效率。例如，現(xiàn)階段工業(yè)領(lǐng)域所使用的嵌入式工控機，是一種針對工業(yè)現(xiàn)場而進行設(shè)計的結(jié)構(gòu)緊湊型計算機[3]。并且在工作環(huán)境及溫度較為惡劣的情況下，嵌入式工控機仍然能夠保持靈活運用，主要包括監(jiān)控等領(lǐng)域的應(yīng)用。

■4.3 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)嵌入式計算機

嵌入式計算機在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)當中的應(yīng)用，是計算機技術(shù)發(fā)展的必然之舉。當前由于編碼的開放的原因，導(dǎo)致嵌入式計算機在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)當中得到廣泛的應(yīng)用后，能夠?qū)^大部分的系統(tǒng)程序進行再次編輯，進而促進了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)用的便捷性。例如，嵌入式計算機技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用，能夠保障在相同設(shè)計基礎(chǔ)上，建立不同的系統(tǒng)，并且在一定程度上能夠?qū)崿F(xiàn)功能的多樣化。不但可以有效的降低了設(shè)備的硬件成本。而且還通過數(shù)據(jù)共享，實現(xiàn)了產(chǎn)品使用周期的延緩，為我國醫(yī)療事業(yè)的發(fā)展提供了堅實的技術(shù)保障。

5 結(jié)語

綜上所述，嵌入式計算機技術(shù)在我國經(jīng)歷了漫長的發(fā)展歷程，終于從技術(shù)探索階段走向了技術(shù)成熟的階段，并在我國社會各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，并且為各行各業(yè)的發(fā)展提供了堅實的保障基礎(chǔ)。因此，在嵌入式計算機技術(shù)的實際應(yīng)用過程當中，要給予其足夠的重視，發(fā)揮嵌入式計算機技術(shù)的優(yōu)勢，促進各行各業(yè)的良好發(fā)展。此外，嵌入式計算機對人們的日常生產(chǎn)生活帶來了嚴重的影響，例如家用電氣系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、工業(yè)控制等領(lǐng)域的應(yīng)用，發(fā)揮著嵌入式計算機不可替代的作用。相信在未來的發(fā)展歷程當中，由于信息技術(shù)的不斷發(fā)函，必然會將嵌入式計算機技術(shù)推向新一輪的發(fā)展高峰。