單片機與嵌入式系統(tǒng)應用探討

崔方錕

摘要：隨著嵌入式系統(tǒng)數(shù)量及需求的不斷增加，其所生產(chǎn)的電子產(chǎn)品越來越受大眾的歡迎。此外，單片機在嵌入式系統(tǒng)中同樣發(fā)揮著不可替代的作用，其具備強大的集成功能，可以將其視為小型的微型計算機系統(tǒng)。自20世紀80年代開始，單片機集成技術越來越完善，其在嵌入式系統(tǒng)中的應用也日益廣泛，起到測試、控制等強大功能。

關鍵詞：單片機;嵌入式系統(tǒng);電機控制;網(wǎng)絡測試

引言

電機控制系統(tǒng)的高效運轉需要嵌入式單片機的作用，從硬件和軟件兩個方面相統(tǒng)一才能夠保證其運轉效率。從硬件應用方面來看，嵌入式單片機的使用有利于完善電機結構，從軟件應用方面來看，嵌入式單片機是軟件處理信息數(shù)據(jù)的重要組成部分。將嵌入式單片機應用到電機控制系統(tǒng)能夠有效降低能源消耗，在原有的基礎上優(yōu)化電機控制系統(tǒng)的相關性能。

1簡介

嵌入式操作系統(tǒng)就是指非正常通用的子電腦系統(tǒng)，有別于通用計算機的非通用電腦功能，但又不能稱之為是非通用電腦計算機的外圍硬件控制設備或通用計算機器材。嵌入式操作系統(tǒng)主要是由外圍嵌入式微處理器、外圍應用系統(tǒng)具體硬件以及集成控制設備、嵌入式操作系統(tǒng)以及針對外圍用戶的具體外圍應用程序等部分共同設計組成的，是集軟硬件為一體并可同時獨立正常運行且能系統(tǒng)工作的“器件”。嵌入式操作系統(tǒng)的外圍應用軟件包括操作程序具體系統(tǒng)外圍應用軟件和外圍應用程序具體系統(tǒng)外圍編程。操作程序外圍系統(tǒng)，具有控制外圍應用程序的有序的系統(tǒng)編程與外圍系統(tǒng)硬件聯(lián)系的作用，而其外圍應用程序系統(tǒng)編程即控制系統(tǒng)能夠正常工作運行。

2單片機與嵌入式系統(tǒng)應用探討

2.1協(xié)議與擴展功能設計

單片機在嵌入式系統(tǒng)中的應用與SPI協(xié)議完成數(shù)據(jù)通信，應用AD轉換器實現(xiàn)對通信信號的處理。系統(tǒng)設計應用雙全工通信模式，在系統(tǒng)的芯片位置設置數(shù)據(jù)通信線路。通信模塊基于SCK的控制應用，結合系統(tǒng)內(nèi)部的雙向移位寄存器實現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的交互。但該線路接口會占用4條線路，設計人員需要考慮到對電源的限制性設計，通過適當減少電路接口的方式，使得整個系統(tǒng)通信功能具有科學性。單片機集成功能應用也比較復雜，由于系統(tǒng)中的CPU無法直接實現(xiàn)任務指令執(zhí)行工作。需要經(jīng)過通信協(xié)議的簽訂完成數(shù)據(jù)傳輸，SPI總線基于虛擬通道協(xié)議的簽訂，驅動數(shù)據(jù)包進行速率優(yōu)化，發(fā)揮優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ埽诖诉^程中發(fā)揮糾錯的作用。為了確保通信數(shù)據(jù)包與單片機之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，虛擬通道建立通過擴展性功能的應用對數(shù)據(jù)格式進行優(yōu)化，通過代碼寫入實現(xiàn)對數(shù)據(jù)包的分析，并對數(shù)據(jù)包進行相應的封裝處理。硬件驅動程序設計應用基于強大的數(shù)據(jù)處理功能與擴展性功能實現(xiàn)對外設裝置指令的響應。借助虛擬通道可以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)化設計，調用指令。單片機即將串行端口的連接設備集成到系統(tǒng)之中，外圍端口與本地端口發(fā)揮對程序內(nèi)核的封裝作用，為用戶提供相應的服務。連接本地端口的程序執(zhí)行硬件任務，虛擬通道連接的程序則不執(zhí)行此任務，通過外圍控制器可以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的傳輸、接收。本文設計MCU嵌入式系統(tǒng)，基于單片機實現(xiàn)數(shù)據(jù)控制和指令控制功能。在工業(yè)領域中，該系統(tǒng)的應用比較廣泛，且應用成本比較低，能源消耗量也比較小，后期維護也比較簡單。該系統(tǒng)應用符合人性化的設計理念，但市場上的嵌入式系統(tǒng)的功能存在差異，網(wǎng)絡通信機接口數(shù)量端口功能不同，但基于此網(wǎng)絡控制端口的設計應用，可以滿足其他的通信協(xié)議要求。

2.2優(yōu)化整體的硬件結構

電機控制系統(tǒng)主要由CPU控制芯片、電子轉子位置傳感器和驅動模塊設計這三部分組成。在運行過程中所用到的原理是：首先，電子轉子位置傳感器檢測實際位置并將電子轉子的位置等相關數(shù)據(jù)傳輸?shù)紺PU控制芯片中，CPU控制芯片進一步將這些信息轉換成電信號，通過信號傳輸，將這些信息呈遞給驅動模塊，之后驅動模塊進一步處理這些信息將其轉化為一個個的指令，使電機運行。在完成這一系列的流程之后，CPU控制芯片能夠進一步監(jiān)測運行的條件，并調節(jié)電機的轉速，使其能夠達到合適的運行效率。除此之外，CPU控制芯片還可以根據(jù)電子轉子位置傳感器所提供的信號進一步分析并計算出轉子實際運行的轉速與設定轉速之間存在的差異，并將這些差異以電信號的方式傳遞給電機控制系統(tǒng)，從而實現(xiàn)閉環(huán)控制。

2.3嵌入式系統(tǒng)性能測試

系統(tǒng)用戶在安裝應用嵌入式操作系統(tǒng)運行過程中，可能會經(jīng)常同時遇到操作系統(tǒng)卡頓、崩潰等情況。造成這種情況的主要技術原因是，嵌入式操作系統(tǒng)本身無法再次且持續(xù)承載龐大的系統(tǒng)數(shù)據(jù)和信息。首先，程序員應該確保整個嵌入式系統(tǒng)軟件運行虛擬環(huán)境的安全兼容性，最大限度地提高整個嵌入式操作系統(tǒng)軟件開發(fā)的服務質量。這就需要測試整個嵌入式操作系統(tǒng)的荷載運行狀況，還要測試真實虛擬應用環(huán)境場景下整個嵌入式操作系統(tǒng)的運行情況，從而進一步要求確保安全嵌入式系統(tǒng)性能測試的科學性和合理性。除此之外，程序員還應及時模擬系統(tǒng)用戶長期投入使用后對其嵌入式操作系統(tǒng)的基本工作運行性能情況，并及時采取各種運行測試。如果兩種性能運行測試檢驗結果之間存在較大差異，那么程序員需要及時針對系統(tǒng)干擾源等因素對其進行性能調整與綜合優(yōu)化，從而保障嵌入式操作系統(tǒng)始終能夠正常運行，給系統(tǒng)用戶帶來更好的使用體驗感。

2.4單片機在嵌入式系統(tǒng)其他領域中的實踐應用

除上述功能中將單片機應用到嵌入式系統(tǒng)外，在其他領域中其也可以發(fā)揮相應的功能。如節(jié)能功能、語音設備控制、預警裝置和醫(yī)療設備等，均可以基于單片機實現(xiàn)對嵌入式系統(tǒng)的應用。例如，小米手環(huán)、智能手表等應用單片機嵌入系統(tǒng)，實現(xiàn)人體健康數(shù)據(jù)的智能化收集。由于連接設備在應用過程中長期處于負載的狀態(tài)，能源消耗量比較大。但應用單片機嵌入式系統(tǒng)，可以控制信息的上報情況，當連接設備信息未進行上報期間，則設備在系統(tǒng)的控制下處于低能耗狀態(tài)，起到了一定的節(jié)能控制作用。在語音設備中，單片機嵌入式系統(tǒng)應用可以實現(xiàn)人機語音交互功能，通過對單片機的編程，賦予其一定的邏輯控制功能，識別和處理一些語音內(nèi)容。目前，其在導航中應用比較廣泛，在智能終端中也得到了廣泛的應用。除此之外，其在預警裝置中的應用也具有適應性，如比較常見的智能報警系統(tǒng)、火災報警器等，均應用單片機實現(xiàn)對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的科學采集，經(jīng)由通信網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)傳輸至系統(tǒng)模塊之中。由于單片機具有良好的集成效果，在醫(yī)療領域中應用可以實現(xiàn)對病人身體特征以及相關數(shù)據(jù)的采集，在后臺終端激進型系統(tǒng)交互，當病人的生理體征發(fā)生異常時，系統(tǒng)會自動報警。基于單片機的嵌入式系統(tǒng)應用與智能技術結合，可以發(fā)揮強大的功能。

結語

嵌入式系統(tǒng)中影響訪存速度的因素有很多，提高系統(tǒng)的訪存性能是一個綜合性的問題。本文從硬件和軟件兩個方面對嵌入式系統(tǒng)中影響訪存速度的因素進行分析，并提出了改進的方向和思路，最后根據(jù)影響因素搭建測試環(huán)境，驗證了各影響因素對于訪存速度的影響，確保了分析所得結論和性能提升解決方案的準確性和有效性。

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