嵌入式設(shè)計系統(tǒng)精選(九篇)

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第1篇：嵌入式設(shè)計系統(tǒng)范文

關(guān)鍵詞：嵌入式芯片；FPGA；人機(jī)交互界面

嵌入式芯片是當(dāng)前一些主流數(shù)碼設(shè)備的核心部件，也是嵌入式系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)。嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，軟硬件可裁減的，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗等綜合性嚴(yán)格要求的專用計算機(jī)系統(tǒng)。簡單地說，嵌入式系統(tǒng)集系統(tǒng)的應(yīng)用軟件與硬件于一體，類似于PC中BIOS的工作方式，具有軟件代碼小、高度自動化、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)，特別適合于要求實(shí)時和多任務(wù)的體系。

嵌入式芯片主要包括FPGA芯片(Field Programmable Gate Array 現(xiàn)場可編程門陣列），MCS-51系列芯片等等。本文主要介紹面向嵌入式芯片的指令測試系統(tǒng)。

一、系統(tǒng)架構(gòu)

測試系統(tǒng)的主體是面向嵌入式芯片的人機(jī)交互界面。它為用戶提供了檢測芯片指令集的各種便捷操作。

為了更好的實(shí)現(xiàn)測試體系的各項功能，筆者在編寫程序時，將測試系統(tǒng)人為的分成了幾個模塊。這些模塊之間有著非常緊密的聯(lián)系，每一步的實(shí)現(xiàn)都是下一步成功運(yùn)行的基礎(chǔ)。

測試體系的主體架構(gòu)主要分為五個部分：

（一）源代碼的輸入與保存

用戶可以通過編輯框輸入代碼，實(shí)現(xiàn)程序的編寫。此外系統(tǒng)還為用戶提供了編輯框的清空操作，并可以自動將編寫的代碼保存為.asm文件。

（二）源文件的讀取與顯示

用戶可以將已經(jīng)編寫好的源文件讀入系統(tǒng)，并對其進(jìn)行編輯。

（三）交叉編譯

系統(tǒng)對讀入的源文件進(jìn)行編譯，期間用戶可以自動配編譯工具，編譯完成后系統(tǒng)將自動報錯。

（四）串口的輸入輸出

系統(tǒng)可以將用戶指定的二進(jìn)制文件送到串行口中，并發(fā)送至連接到PC端的8051芯片中。發(fā)送成功后，系統(tǒng)將顯示已經(jīng)發(fā)送的信息。

系統(tǒng)可以自動接收來自串口的消息，并顯示在相應(yīng)的列表框中。

（五）程序運(yùn)行日志

系統(tǒng)在用戶運(yùn)行了測試體系之后，即程序的出口處，自動生成程序的運(yùn)行日志，它為用戶顯示了程序運(yùn)行的各項參數(shù)，例如程序運(yùn)行時間，串口狀態(tài)等。

此外系統(tǒng)為了使用戶可以更加方便自如的使用本測試框架，在每一部分的實(shí)現(xiàn)過程中，都充分考慮了軟件的靈活性，盡可能的讓用戶自主配置測試體系的各項參數(shù)。

二、系統(tǒng)設(shè)計

（一）整體性

作為嵌入式測試系統(tǒng)的人機(jī)交互界面，在其設(shè)計的過程中必然要形成一套完備的軟件體系，即保證程序運(yùn)行的整體性。這關(guān)系到整個測試系統(tǒng)的完整性和穩(wěn)定性。

源代碼輸入和源文件讀取部分主要是將指令集測試代碼導(dǎo)入到系統(tǒng)中。交叉編譯部分的工作是對導(dǎo)入系統(tǒng)的測試代碼進(jìn)行編譯處理，以便用戶對測試代碼進(jìn)行調(diào)試。串口檢測部分是將編譯通過的測試程序所生成的二進(jìn)制文件以8位字符串的形式送入串口，經(jīng)過開發(fā)板的運(yùn)行以后，將結(jié)果通過串口輸出到指定的LCD顯示屏或PC上，從而驗(yàn)證測試程序的可執(zhí)行性。程序運(yùn)行日志是對整個程序運(yùn)行的效率和穩(wěn)定性向用戶提供的反饋信息。

（二）靈活性

在保證程序運(yùn)行的整體性的同時，為了使測試體系的使用更加的方便，提高測試體系進(jìn)一步完善的空間，就必須保證各功能模塊的靈活性。在源代碼輸入和源文件讀取的部分，系統(tǒng)默認(rèn)的輸入程序是匯編程序，但用戶也可以輸入C程序，JAVA程序，XML程序等多種程序語言。同時，在交叉編譯部分也可以通過調(diào)用不同的編譯器和鏈接器對這些程序編譯調(diào)試，這無形中將單一的面向嵌入式芯片的匯編編譯器擴(kuò)展為集C語言編譯器，JAVA語言編譯器和XML語言編譯器等多種編譯器于一體的集成編譯環(huán)境，從而實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的編譯功能。串口檢測部分為用戶提供串口參數(shù)的配置框，并支持串口信息的發(fā)送與接收，從而使測試體系具有了類似超級終端的串口通信功能，這也為用戶對串口操作提供了極大的方便。

三、結(jié)束語

作為當(dāng)前主流的數(shù)碼產(chǎn)品的關(guān)鍵部件，嵌入式芯片必然會在未來的IT市場上占有越來越重要的地位。本文所探討的嵌入式芯片測試系統(tǒng)正是基于這樣的考量，不但從源代碼的輸入與保存，源文件的讀取與顯示，交叉編譯，串口的輸入輸出和程序運(yùn)行日志這五個模塊來構(gòu)建測試系統(tǒng)，而且還從程序設(shè)計的整體性和靈活性兩個方面，對該系統(tǒng)進(jìn)行了評測。未來的嵌入式系統(tǒng)和普通的計算機(jī)系統(tǒng)在微型化和小型化方面將會趨于一致，而測試系統(tǒng)也可以進(jìn)一步擴(kuò)展為對整個計算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的檢測。希望測試系統(tǒng)能為嵌入式芯片的發(fā)展做出一定的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡振華.VHDL與FPGA設(shè)計[M].北京:中國鐵道出版社,2003.

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[3]張大波,吳迪,郝軍.嵌入式系統(tǒng)原理設(shè)計與應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2005.

第2篇：嵌入式設(shè)計系統(tǒng)范文

關(guān)鍵詞：軟件測試控制系統(tǒng)嵌入式

中圖分類號:TP311.52 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416(2012)05-0151-01

1、嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)以及實(shí)現(xiàn)方法

嵌入式系統(tǒng)的主要特點(diǎn)如下：嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件的緊密結(jié)合，具有很強(qiáng)的依賴性之間的軟件和硬件，嵌入式系統(tǒng)的功能和性能通過軟件和硬件來實(shí)現(xiàn)。因此，在硬件平臺上的嵌入式軟件系統(tǒng)的測試。在硬件，嵌入式軟件系統(tǒng)測試。這是一個不同的主機(jī)平臺上的軟件，只能在電腦平臺的主機(jī)平臺軟件系統(tǒng)測試，不需要專門的硬件平臺測試。嵌入式系統(tǒng)的要求非?？量痰臅r間。嵌入式系統(tǒng)，實(shí)時控制系統(tǒng)，為要求苛刻的實(shí)時場合。嵌入式系統(tǒng)的硬件資源有限，存儲容量和速度的嵌入式CPU和應(yīng)用環(huán)境的制約。

軟件測試的方法可以分為黑盒測試和白盒測試兩大類：黑盒測試是一種基于需求的測試，以驗(yàn)證測試軟件是否滿足軟件的需求。白盒是基于結(jié)構(gòu)的測試，軟件控制流測試包括語句覆蓋，分支覆蓋，等等和數(shù)據(jù)流測試。覆蓋測試原理是：測試軟件，測試工具的使用靜態(tài)分析，以確定代碼中的分支點(diǎn)，并統(tǒng)一編號，分配給每個分支點(diǎn)。計劃執(zhí)行的歷史信息和路徑，你可以從這份文件中，為了計算的代碼覆蓋率。嵌入式軟件與主機(jī)平臺上的軟件有不同的特點(diǎn)，所以從主機(jī)平臺軟件測試，測試也明顯不同。

2、嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用

嵌入式系統(tǒng)為中心，基于計算機(jī)技術(shù)，利用可定制的功能性，可靠性，成本，體積，功耗嚴(yán)格要求，設(shè)備專用計算機(jī)系統(tǒng)111硬件和軟件。它一般由嵌入式微處理器，硬件設(shè)備，嵌入式操作系統(tǒng)和用戶應(yīng)用程序，控制其他設(shè)備，監(jiān)事或管理由四部分。最典型的嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)是與人民生活密切相關(guān)的，任何一個普通的人可能有各種使用嵌入式微處理器技術(shù)的電子產(chǎn)品，MP3，PDA等數(shù)字設(shè)備，數(shù)字家電，智能家電，地理信息系統(tǒng)的車輛。事實(shí)上，新的嵌入式設(shè)備的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過通用計算機(jī)。其硬件系統(tǒng)表現(xiàn)如右：

嵌入式操作系統(tǒng)和通用操作系統(tǒng)有許多功能，如可靠性，可削減，可擴(kuò)展性，實(shí)時等。前三嵌入式應(yīng)用環(huán)境的要求?！皩?shí)時”，以滿足系統(tǒng)內(nèi)容的實(shí)時性要求。通常在一些嵌入式操作系統(tǒng)，通常被稱為“實(shí)時操作系統(tǒng)，但它是操作系統(tǒng)的性能有一個更好的實(shí)時能力。在一個特定的嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)中，沒有實(shí)時的結(jié)論。不同的嵌入式操作系統(tǒng)，可以有不同的實(shí)時能力。嵌入式操作系統(tǒng)應(yīng)符合設(shè)計實(shí)時任務(wù)調(diào)度，運(yùn)行速度快，實(shí)時性能的內(nèi)容嵌入式操作系統(tǒng)的能力，可以更容易地實(shí)現(xiàn)實(shí)時的應(yīng)用程序。

3、應(yīng)用航天業(yè)的條件和發(fā)展

今天的軟件和硬件技術(shù)的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)被廣泛用于航空航天，國防，軍工，電子通訊等行業(yè)，其中軟件變得越來越復(fù)雜。應(yīng)用嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)，這些地區(qū)往往是高安全性，關(guān)鍵任務(wù)系統(tǒng)，軟件，小缺陷可能會嚴(yán)重威脅生命和國家安全的，巨大的天文財產(chǎn)損失。這使得它保證嵌入式軟件的質(zhì)量和可靠性變得至關(guān)重要。

4、航天業(yè)的應(yīng)用條件

嵌入式系統(tǒng)的任務(wù)有一定量的時間限制。據(jù)截止時間，實(shí)時系統(tǒng)，實(shí)時被分為“硬實(shí)時時間”和“軟實(shí)時”?？梢酝耆珴M足硬實(shí)時應(yīng)用的需求，否則，導(dǎo)致發(fā)生重大安全事故，甚至造成了生命和生態(tài)破壞。

可預(yù)見性是一個系統(tǒng)，能夠?qū)崟r執(zhí)行任務(wù)的時間來判斷，以確定它是否能滿足任務(wù)的期限。在航空航天工業(yè)實(shí)時系統(tǒng)需要嚴(yán)格的時間限制，稱為實(shí)時系統(tǒng)的可預(yù)測性是一個重要的性能要求也至關(guān)重要。除了硬件延遲的可預(yù)見性，也需要軟件系統(tǒng)的可預(yù)測性，包括應(yīng)用程序的可預(yù)測性的響應(yīng)時間可預(yù)測的，也就是說，在有限的時間內(nèi)完成必要的工作;和操作系統(tǒng)，即實(shí)際運(yùn)行時的開銷時間原語，調(diào)度功能應(yīng)范圍內(nèi)，以確保應(yīng)用程序的執(zhí)行時間為界。

5、與外部環(huán)境的相互作用

航天業(yè)需要的外部環(huán)境是獨(dú)一無二的，這樣的外部環(huán)境是一個實(shí)時系統(tǒng)不可或缺的組成部分。空間計算機(jī)子系統(tǒng)控制系統(tǒng)，它必須在規(guī)定時間內(nèi)作出回應(yīng)外部請求。外部物理環(huán)境經(jīng)常指責(zé)子系統(tǒng)，兩個互動，以形成一個完整的實(shí)時系統(tǒng)。為此，該系統(tǒng)需要一個靜態(tài)的分析，并保留資源和冗余配置，系統(tǒng)可以工作在最壞的情況下，或避免損失?？煽啃砸殉蔀楹娇蘸教旃I(yè)的實(shí)時系統(tǒng)性能不可缺少的一個重要指標(biāo)來衡量。

6、結(jié)語

隨著嵌入式系統(tǒng)的廣泛使用，其實(shí)時性已經(jīng)吸引了越來越多的關(guān)注。實(shí)時嵌入式系統(tǒng)是一個綜合性的問題，應(yīng)考慮在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計，硬件不僅是軟件的選擇也應(yīng)注意。在這些領(lǐng)域的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的特點(diǎn)，往往是高安全性，關(guān)鍵任務(wù)系統(tǒng)，軟件，小缺陷可能會嚴(yán)重威脅生命和國家安全的一個巨大的天文數(shù)字的財產(chǎn)損失。這使得它變得至關(guān)重要，以確保嵌入式軟件的質(zhì)量和可靠性。

參考文獻(xiàn)

[1]謝東,李昌禧.基于LabVIEW的嵌入式軟件黑盒測試系統(tǒng)的研究[J].工業(yè)控制計算機(jī),2005年12期.

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[3]崔小樂,劉斌,鐘德明,阮鐮,高小鵬.實(shí)時嵌入式軟件仿真測試平臺的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計[J].測控技術(shù),2003年07期.

[4]崔小樂,劉斌,楊順昆,阮鐮.嵌入式軟件仿真測試平臺的建模環(huán)境設(shè)計[J].測控技術(shù),2004年02期.

第3篇：嵌入式設(shè)計系統(tǒng)范文

關(guān)鍵詞：嵌入式；系統(tǒng)設(shè)計；低功耗技術(shù)

一、硬件的低功耗設(shè)計

1、硬件電路器件

程序編寫后實(shí)現(xiàn)功能需要硬件電路的參與，因此硬件部分是電路設(shè)計的重點(diǎn)，也關(guān)系到嵌入式模塊功能是否能夠?qū)崿F(xiàn)。電路中的電子元器件如果設(shè)計不合理或者焊接誤差，會導(dǎo)致使用階段斷連情況發(fā)生，目前多用集成技術(shù)來解決這些耗能隱患。CMOS技術(shù)應(yīng)用后使硬件電路的連接形式更合理，控制模塊運(yùn)轉(zhuǎn)階段的能源損耗量被控制在了標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，流經(jīng)電流如果出現(xiàn)異常變化，會調(diào)整穩(wěn)定后再流入到電路中。由于現(xiàn)在絕大部分電路均采用集成電路CMOS工藝技術(shù)，這與以前的TTL工藝相比，本身就已經(jīng)起到了降低電子元器件和整體系統(tǒng)功耗的作用，因此，應(yīng)該繼續(xù)多采用CMOS集成電路工藝技術(shù)。另外，由于采用CMOS集成工藝技術(shù)，其電路靜態(tài)功耗很小（可忽略不計），而動態(tài)功耗較大，因?yàn)閯討B(tài)功耗是指電路高低電平翻轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的功耗，在電路高低電平翻轉(zhuǎn)跳變沿期間，電流很大，存在較大功耗，所以，降低硬件電路功耗主要是降低電路動態(tài)功耗。

2、低功耗器件的選用

實(shí)現(xiàn)低功耗還要對電子器件進(jìn)行挑選，對比不同類型元器件的節(jié)能指標(biāo)，低功率環(huán)境下對器件的損害程度更小，在安全使用年限內(nèi)也不會發(fā)生功率損耗過大的現(xiàn)象。嵌入式技術(shù)中硬件部分設(shè)計與軟件程序編寫都同等重要，器件選擇時如果無法確定標(biāo)準(zhǔn)，可以采用試驗(yàn)的方法來幫助計算功率損耗情況，對比階段也更容易進(jìn)行，在這樣的環(huán)境下，嵌入式技術(shù)應(yīng)用才能達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。完成同樣的功能，電路的實(shí)現(xiàn)形式有多種。例如，盡可能地將嵌入式系統(tǒng)的內(nèi)部存儲器RAM轉(zhuǎn)換為外部的閃存FLASH，因?yàn)樵谕瑯訔l件下，讀內(nèi)部RAM比讀外部FLASH會帶來更大的功耗。也可以利用分立元件、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，應(yīng)盡量使用集成度高的器件，以減少電路中使用元件的個數(shù)，減少整機(jī)的功耗。

3、微處理器的選擇

微處理器能夠起到對治理程序控制的發(fā)現(xiàn)不合理現(xiàn)象也要及時采取調(diào)控方法，處理器運(yùn)行階段損耗的功率比較大，也是節(jié)能設(shè)計期間重點(diǎn)優(yōu)化的部分。選擇時首先要判斷功能是否能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，在此前提下進(jìn)行后續(xù)損耗的對比分析。要有明確的額定功率，這樣在損耗控制時技術(shù)應(yīng)用才更順利，技術(shù)應(yīng)用形成并不是固定的，可以根據(jù)實(shí)際使用需求對技術(shù)方法進(jìn)行組合應(yīng)用，將損耗降至最低。僅消耗少部分電能便能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的高效運(yùn)行，功能實(shí)現(xiàn)的流程也更合理，是嵌入式設(shè)計時首要遵從的標(biāo)準(zhǔn)。并且高效率的處理器都提供有多種時鐘頻率和工作電壓的選擇，以便于最大限度地節(jié)約功耗。此外，在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計時，在工作電壓相差不大和系統(tǒng)處理能力許可的情況下，還應(yīng)盡可能降低微處理器的時鐘頻率，現(xiàn)以起到節(jié)能的作用。以SAMSUNGS3C2410（32位ARM920T內(nèi)核）為例，它就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。

二、軟件的低功耗設(shè)計

1、優(yōu)化編譯器

控制程序在運(yùn)行使用過程中，要定期檢驗(yàn)，觀察控制功能是否高效實(shí)現(xiàn)，并對使用中常常出現(xiàn)誤差的部分進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，編譯器模塊是實(shí)現(xiàn)調(diào)控功能的部分，在此過程中，會涉及到頻繁的計劃變動，經(jīng)過多次試驗(yàn)后最終確定的編譯模式應(yīng)用后才不會出現(xiàn)誤差。但是，在某些情況下，這樣會影響程序的執(zhí)行性能。編譯器的有效性以及它所生成的代碼效率，可以與匯編語言代碼相比較得出。事實(shí)上，在一個程序中，每一條指令都將激活微處理器中的某些硬件部件，因此，正確選擇指令可以降低處理器的功耗。通過優(yōu)化編譯器可以進(jìn)行有效的軟件低功率化，從而生成效率更高的代碼，以降低嵌入式設(shè)備的功耗。

2、采用軟件代替硬件電路

軟件與硬件相比較功能更加豐富，也能在工作任務(wù)開展階段形成更穩(wěn)定的控制體系。因此采用軟件來對復(fù)雜的電路進(jìn)行更換，才是更高效合理的，使用功能不受到影響的前提下達(dá)到降低功耗的目標(biāo)，這樣的處理形式符合嵌入式設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。一般的硬件電路都存在功耗，所以，可以把具有數(shù)據(jù)運(yùn)算處理功能的硬件電路用軟件來實(shí)現(xiàn)，例如濾波電路，指數(shù)、對數(shù)運(yùn)算電路、抗干擾電路等。但是，任何事情都不是絕對的，部分硬件電路到底能否通過軟件來實(shí)現(xiàn)，此外，還要考慮處理大量的軟件數(shù)據(jù)，需要提高處理器的性能和功耗等，同時要考慮這是否合算。

3、中斷驅(qū)動技術(shù)設(shè)計

把整個嵌入式系統(tǒng)軟件設(shè)計成多個事件來處理，而在系統(tǒng)上電初始化時，主程序只進(jìn)行系統(tǒng)的初始化（包括寄存器、外部設(shè)備等），初始化完成后，進(jìn)入低功耗狀態(tài)，然后把CPU控制的設(shè)備都接到中斷輸入端上。當(dāng)外設(shè)發(fā)生了一個事件，即產(chǎn)生中斷信號，使CPU退出節(jié)電狀態(tài)而進(jìn)入事件處理，事件處理完成后，繼續(xù)進(jìn)入節(jié)電狀態(tài)。在嵌入式程序設(shè)計時，一個程序到底使用中斷方式還是查詢方式，對于一些簡單的應(yīng)用并不那么重要，但在其低功耗特性上卻相去甚遠(yuǎn)。使用中斷方式，微控制器可以什么都不做，甚至可以進(jìn)入等待模式或停止模式；而在查詢方式下，微控制器必須不停地訪問寄存器，這會帶來很多額外的功耗，所以，用軟件進(jìn)行設(shè)計時，除非系統(tǒng)本身已要求采用查詢方式，否則應(yīng)盡可能采用中斷方式進(jìn)行編程。

4、定時器延時程序的采用

當(dāng)軟件設(shè)計中需要用到延時程序時，設(shè)計人員應(yīng)多使用定時器延時方法來進(jìn)行設(shè)計。這是因?yàn)?，通常嵌入式處理器進(jìn)入待機(jī)模式后，CPU會停止工作，而定時器可以正常工作，由于定時器的功耗很低，故當(dāng)處理器調(diào)用延時程序后，嵌入式系統(tǒng)便可進(jìn)入待機(jī)模式，此時定時器可以繼續(xù)工作，定時時間一旦結(jié)束，即可喚醒CPU重新進(jìn)入工作，這樣不但降低了CPU功耗，還提高了CPU的工作效率。而如果采用查詢方式，則CPU會不斷地對系統(tǒng)進(jìn)行查詢，由于CPU時刻工作，這樣不但效率低下，同時處理器功耗也很大。

5、算法優(yōu)化

優(yōu)化算法多出現(xiàn)在嵌入式DSP中，采用大量現(xiàn)成的公式和計算方法，可以節(jié)省系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)算的時間，減少功耗；另外，在嵌入式系統(tǒng)允許的誤差情況下，也可以近似用比較簡單的函數(shù)來取代復(fù)雜函數(shù)進(jìn)行運(yùn)算，從而減少功率消耗。

結(jié)語：嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計涉及到硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩個方面，在實(shí)際系統(tǒng)應(yīng)用時，低功耗的設(shè)計并非是單方面的因素，需要綜合考慮各種可能的原因、條件和狀態(tài)，應(yīng)把硬件設(shè)計和軟件設(shè)計綜合起來進(jìn)行考慮，并對細(xì)節(jié)進(jìn)行認(rèn)真的分析，同時對多種可能的方案和方法進(jìn)行計算和總結(jié)，這樣才可能取得較為滿意的效果，最終達(dá)到降低系統(tǒng)功耗的目的。

參考文獻(xiàn)：

第4篇：嵌入式設(shè)計系統(tǒng)范文

【關(guān)鍵詞】嵌入式 信息終端 通訊子系統(tǒng) 設(shè)計 實(shí)現(xiàn)

信息終端理論具有廣博的范疇，筆者則是側(cè)重PSTN網(wǎng)絡(luò)固化用戶來探究如何科學(xué)設(shè)計信息終端通訊子系統(tǒng)的。主體目標(biāo)就是打造一個通訊平臺，借助這一平臺信息終端可以豐富信息服務(wù)，增加服務(wù)項目與服務(wù)內(nèi)容，通過這一平臺信息所提供的通訊資源，業(yè)內(nèi)人士能夠發(fā)明更多新型服務(wù)，打破傳統(tǒng)簡單的普通電話語音服務(wù)的局限性，使用戶能夠享受到更多元化的服務(wù)，滿足用戶的需求。

一、PSTN與嵌入式技術(shù)分析

（一）PSTN簡單介紹

PSNT的全稱為：公共電話交換網(wǎng)，主要是以語音服務(wù)為主的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，在高端電信技術(shù)的支持下，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的絕大部分都達(dá)到了數(shù)字化高度，

當(dāng)前市場上對于PSTN用戶提供的服務(wù)多數(shù)帶有一定的局限性，而且所有的服務(wù)尚未被整理在同一個信息終端中，嵌入式技術(shù)作為一種時下流行的技術(shù)，目前已經(jīng)被廣泛開發(fā)與利用，將其應(yīng)用于PSTN能夠達(dá)到IP層的數(shù)據(jù)傳輸，這一技術(shù)具有更廣闊的功能與優(yōu)勢。

（二）嵌入式系統(tǒng)的簡單介紹

嵌入式系統(tǒng)又被稱作：微處理器。這一系統(tǒng)目前被廣泛利用于多個領(lǐng)域。特別是將其應(yīng)用于PSTN系統(tǒng)上具有一定的可行性，具體體現(xiàn)在：1.嵌入式系統(tǒng)獲得飛快發(fā)展，具有功能全、體積小的特點(diǎn)，促進(jìn)了微型信息系統(tǒng)的發(fā)展。2.對于PSTN在信號傳播過程中所用到的調(diào)制解調(diào)芯片，其協(xié)議具有高度的集成性，功能也更為健全，具有良好的開發(fā)接口。3.由于嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展進(jìn)步，將其同互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)系起來，有效地克服了internet 同計算機(jī)系統(tǒng)之間的矛盾，極大地降低了應(yīng)對與解決網(wǎng)絡(luò)協(xié)議時產(chǎn)生的負(fù)擔(dān)，而且伴隨著嵌入式操作系統(tǒng)的引入，整個系統(tǒng)的功能擴(kuò)展性增強(qiáng)，系統(tǒng)的穩(wěn)定性增強(qiáng)，為用戶提供更為細(xì)致周到的服務(wù)，服務(wù)項目也更加豐富。

二、嵌入式信息終端通訊子系統(tǒng)設(shè)計方法

（一）通訊子系統(tǒng)與嵌入式信息終端系統(tǒng)關(guān)系

信息終端中，應(yīng)用同服務(wù)是相互對應(yīng)的，通過設(shè)計來完善服務(wù)，也就是說要憑借系統(tǒng)所供應(yīng)的資源，參照服務(wù)特點(diǎn)來對應(yīng)策劃出應(yīng)用，在利用通訊子系統(tǒng)資源的條件下，應(yīng)用程序?qū)?yīng)提供各種服務(wù)，應(yīng)該根據(jù)服務(wù)所需要的基本協(xié)議來對通訊子系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，充分發(fā)揮操作系統(tǒng)的作用，實(shí)現(xiàn)對終端通訊資源的管理，二者的關(guān)系圖如下所示：

以嵌入式系統(tǒng)為基礎(chǔ)構(gòu)建信息終端系統(tǒng)的通訊子系統(tǒng)，需要引入嵌入式微處理器以及調(diào)制解調(diào)芯片。

（二）通訊子系統(tǒng)的設(shè)計方法：

通常情況，信息系統(tǒng)是從頂端向下來設(shè)計的。1、先明確客戶的服務(wù)需求，再來分析系統(tǒng)的工作流程，進(jìn)一步對系統(tǒng)的服務(wù)流程與結(jié)構(gòu)做出規(guī)劃，從而抉擇出功能模塊。2、對功能模塊進(jìn)行集中探究找出其內(nèi)部流程，在對內(nèi)部流程科學(xué)分析情況下，來決定針對硬件設(shè)備操作的底層模塊。3、對已經(jīng)選擇的硬件設(shè)備做出全面的總結(jié)與分析，確保底層模塊功能的發(fā)揮。

嵌入式信息終端系統(tǒng)的設(shè)計的核心所在就是要實(shí)現(xiàn)其應(yīng)用價值，所采用的設(shè)計方法也是直接針對于服務(wù)，然而這些服務(wù)的實(shí)現(xiàn)，則需要調(diào)動通訊子系統(tǒng)功能模塊，而且必須有底層模塊做支撐。根據(jù)以上的分析可以看出：對信息終端通訊子系統(tǒng)的設(shè)計需要對服務(wù)做好分析，設(shè)計需要針對于服務(wù)來完成功能模塊的設(shè)計，進(jìn)而根據(jù)功能模塊完成底層模塊的設(shè)計。

與此同時，與子系統(tǒng)的設(shè)計類似，通訊子系統(tǒng)服務(wù)功能的實(shí)現(xiàn)也本著一樣的思路，然而，由于不同階段的預(yù)期目標(biāo)有所差異，需要針對服務(wù)展開分析，明確在整個服務(wù)流程中，單個服務(wù)的詳細(xì)定位，其中針對于服務(wù)的功能模塊的設(shè)計就是要提供出與服務(wù)相對的功能模塊內(nèi)部程序；針對于功能模塊的底層模塊設(shè)計就是要通過參照通訊子系統(tǒng)中的信號底層模塊，達(dá)到對底層模塊的設(shè)計，實(shí)質(zhì)上這其中無非是對設(shè)計的編輯與運(yùn)用。

（三）嵌入式信息終端通訊子系統(tǒng)設(shè)計的特點(diǎn)

在PSTN通訊子系統(tǒng)的設(shè)計方面已經(jīng)形成了多種方法，然而，幾乎所有的設(shè)計方案都是對應(yīng)某一特定服務(wù)，其不足之處在于無法兼具新類型的服務(wù)，就是說不能夠更好地擴(kuò)展服務(wù)項目與服務(wù)內(nèi)容，然而，對應(yīng)的嵌入式設(shè)計方案則有效地解決了這些問題。這一設(shè)計方法能夠兼容新類型服務(wù)。

（四）嵌入式信息終端通訊子系統(tǒng)所能夠提供的服務(wù)類型

在嵌入式系統(tǒng)的有效支撐下，通訊子系統(tǒng)的服務(wù)類型更加多元化，這些服務(wù)類型也更具深刻的意義與典型性特征，以往的普通語音服務(wù)得以持續(xù)，對應(yīng)又新增了一系列服務(wù)類型，那就是：固網(wǎng)短信服務(wù)、互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)以及遠(yuǎn)程控制服務(wù)等等，大大增加了服務(wù)類型，提高了對用戶的服務(wù)水平。

三、總結(jié)

嵌入式設(shè)計方法是一種科學(xué)有效的通訊子系統(tǒng)信息終端設(shè)計方法，這一設(shè)計方法在PSTN中的運(yùn)用，有效增加了信息服務(wù)項目，拓展了服務(wù)類型。

參考文獻(xiàn)：

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第5篇：嵌入式設(shè)計系統(tǒng)范文

關(guān)鍵詞： 嵌入式技術(shù)； 無線傳感網(wǎng)絡(luò)； 火災(zāi)檢測； 時監(jiān)測

中圖分類號： TN911.23?34； TP27 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2017）10?0168?04

Abstract： A fire detection system based on embedded technology is studied. The wireless technology and embedded technology are used to design the fire detection system. The system can collect the fire factor in real time， and uses the modes of wireless communication and route transmission to transmit the data to the processor， so as to generate a fire decision， and perform the early warning. The wireless communication method is adopted in Internet and mobile phone monitoring center to acquire the early warning information and environmental parameters timely. According to the monitored smoke， atmospheric pressure， temperature， relative humidity and other information， the environmental condition of the forest is analyzed comprehensively to forecast the fire effectively， and avoid the economic losses caused by forest fire. The experimental results show that the system has reached the expected target.

Keywords： embedded technology； wireless sensor network； fire detection； real?time monitoring

在特定環(huán)境以及人民活動范圍逐漸提升的過程中我國的森林火災(zāi)事件頻頻出現(xiàn)。森林火災(zāi)具有危害性大以及難以預(yù)測的特性。由于森林火災(zāi)的危害性和普遍性以及森林資源的珍貴性使得森林防火的重要性越來越大，所以應(yīng)當(dāng)通過對高效精確技術(shù)手段的應(yīng)用來有效地預(yù)警和監(jiān)測森林火災(zāi)[1?2]。

通過對無線技術(shù)和嵌入式技術(shù)的應(yīng)用所設(shè)計的火災(zāi)檢測系統(tǒng)，能夠?qū)崟r地采集火災(zāi)因子，采用無線通信和路由傳輸?shù)姆绞綄?shù)據(jù)傳輸?shù)教幚砥髦校M(jìn)而生成火災(zāi)決策和預(yù)警。互聯(lián)網(wǎng)以及手機(jī)監(jiān)測中心可以采用無線通信方法及時地獲取預(yù)警信息和環(huán)境參數(shù)，根據(jù)所監(jiān)測的煙塵、大氣壓、溫度以及相對濕度等信息來綜合分析森林環(huán)境狀況，進(jìn)而有效地預(yù)報火災(zāi)，避免森林火災(zāi)產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)損失[3?4]。

1 火災(zāi)檢測系統(tǒng)總體設(shè)計

森林具有數(shù)目分布隨機(jī)、面積廣以及距離短的特點(diǎn)，因此本文以ZigBee技術(shù)為基礎(chǔ)設(shè)計了一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)來監(jiān)控森林火災(zāi)。作為一種自組織、低復(fù)雜度、近距離、低功耗以及低成本的無線組網(wǎng)通信技術(shù)，ZigBee技術(shù)具有有線系統(tǒng)所不具有的優(yōu)勢，能夠以較為靈活的方式進(jìn)行安裝和布置，同時具有較高的可靠性、較低的能耗以及低廉的安裝費(fèi)用等優(yōu)勢，因此在實(shí)時監(jiān)測森林火災(zāi)的過程中能夠發(fā)揮非常重要的作用[5?6]。

系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。外部通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)、終端設(shè)計以及主控制器是本文所設(shè)計火災(zāi)檢測系統(tǒng)的主要組成部分。其中終端節(jié)點(diǎn)、路由器以及協(xié)調(diào)器是無線數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)的三種功能節(jié)點(diǎn)，通過自組織這三種功能節(jié)點(diǎn)能夠組成無線通信網(wǎng)絡(luò)，各種傳感器組成了終端設(shè)備，在風(fēng)力、煙霧濃度以及溫度等森林環(huán)境參數(shù)監(jiān)測的過程中能夠發(fā)揮非常重要的作用。

主控制器，也就是嵌入式網(wǎng)關(guān)，該部分為系統(tǒng)的主要控制部分，需要將系統(tǒng)外部網(wǎng)絡(luò)與內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)連接起來；另外利用ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崟r地監(jiān)測智能終端設(shè)備[7]。內(nèi)部網(wǎng)路，也就是無線數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)，多個 CC2530 模塊組成了這種網(wǎng)絡(luò)。模塊中包含終端節(jié)點(diǎn)、路由器以及解調(diào)器三種類型的節(jié)點(diǎn)，通過ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)⒔K端節(jié)點(diǎn)上所采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絽f(xié)調(diào)器，然后利用UART接口協(xié)調(diào)器能夠?qū)?shù)據(jù)傳輸?shù)角度胧骄W(wǎng)關(guān)中。傳感器主要包含風(fēng)力傳感器、氣體傳感器以及溫濕度傳感器等，主要在內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的終端節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行安裝，主要對目標(biāo)區(qū)域的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行采集。

外部網(wǎng)絡(luò)， Internet，用戶通過外部網(wǎng)絡(luò)能夠遠(yuǎn)程訪問整個系統(tǒng)[8]。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 嵌入式模塊硬件設(shè)計

作為一種中央處理器架構(gòu)，ARM架構(gòu)和PC 常用的X86比較類似，這種架構(gòu)具有穩(wěn)定性高、效率高、成本低以及功耗低的特點(diǎn)，因此在嵌入式設(shè)備的應(yīng)用非常廣泛[9]。本文在設(shè)計的過程中對S3C2440A 處理器進(jìn)行了應(yīng)用。

（1） 供電電路。本文設(shè)計的嵌入式系統(tǒng)中使用 5 V，3.3 V及1.25 V 三種電壓供電。5 V和3.3 V電壓為存儲器和外部設(shè)備供電，1.25 V電壓為S3C2440A 處理器的內(nèi)核供電。3.3 V電壓由5 V電壓經(jīng)過AS1117AR?3.3芯片轉(zhuǎn)換，1.25 V電壓由3.3 V電壓經(jīng)過MAX8860EUA 芯片轉(zhuǎn)換得來[10]。供電電路如圖2所示。

（2） USB 接口電路。本文使用4線制的USB連接方式，USB 的接口電路如圖3所示，D+，D-端用于傳輸數(shù)據(jù)。

（3） 以太網(wǎng)電路。本文研究的嵌入式檢測系統(tǒng)中使用DM9000 網(wǎng)卡芯片作為以太網(wǎng)連接，使用H1102 網(wǎng)絡(luò)變壓器作為電氣隔離以及保護(hù)芯片之用[11]。

2.2 無線通信模塊硬件設(shè)計

本文設(shè)計火災(zāi)檢測系統(tǒng)的無線通信模塊使用TI 公司的 CC2530 芯片作為射頻芯片。

（1） 主控器最小系統(tǒng)。最小系統(tǒng)電路是實(shí)現(xiàn)主控器基本功能的基礎(chǔ)電路，如圖4所示[12]。

2.3 傳感采集模塊硬件設(shè)計

（1） 溫濕度傳感器。本系統(tǒng)采用SHT10數(shù)字式溫濕度傳感器芯片對檢測區(qū)域內(nèi)的環(huán)境溫濕度進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，該芯片抗干擾能力突出、功耗低、體積較小。SHT10數(shù)字式溫濕度傳感器芯片與CC2530主控模塊連接見圖6。

（2） 煙霧濃度傳感器 MQ?2。本系統(tǒng)采用MQ?2 煙霧濃度傳感器對檢測區(qū)域內(nèi)的環(huán)境煙霧濃度進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，該芯片抗干擾能力突出、對烷類氣體檢測效果最優(yōu)。其工作電壓為DC 5 V，檢測范圍在100～1 000 ppm。MQ?2 煙霧濃度傳感器與CC2530主控模塊連接如圖7所示，傳感器需要經(jīng)過LM358 放大處理后與CC2530進(jìn)行連接[13]。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1 采集節(jié)點(diǎn)的程序設(shè)計

在接通電源以后采集節(jié)點(diǎn)首先初始化整個系統(tǒng)。完成初始化以后就開始對節(jié)點(diǎn)自身附近的可用信道進(jìn)行掃描，如果有可用信道就通過發(fā)送入網(wǎng)請求來進(jìn)入到網(wǎng)絡(luò)中。根據(jù)前面的描述，森林檢測環(huán)境非常復(fù)雜，只能采用池供電的方法對實(shí)際森林環(huán)境進(jìn)行檢測，因此節(jié)點(diǎn)的能量會受到一定的限制。

為了減少節(jié)點(diǎn)采集過程中所耗費(fèi)的能量，在完成初始化后節(jié)點(diǎn)就進(jìn)入到休眠狀態(tài)，利用定時采集數(shù)據(jù)的方法能夠喚醒采集節(jié)點(diǎn)。當(dāng)達(dá)到定時時間以后就會喚醒節(jié)點(diǎn)，根據(jù)所設(shè)置的定時周期就可以周期性地采集森林環(huán)境數(shù)據(jù)，然后直接或者間接地將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄W(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)中，就能夠不間斷地監(jiān)測森林環(huán)境，還能夠保證實(shí)時和高效地傳輸網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)和采集節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)。另外還能夠有效地避免節(jié)點(diǎn)消耗過多的能量，對于整個系統(tǒng)生命周期的延長有非常重要的作用。采集節(jié)點(diǎn)的程序流程如圖8所示[14]。

3.2 路由節(jié)點(diǎn)的程序設(shè)計

在對路由節(jié)點(diǎn)程序進(jìn)行設(shè)計的過程中，應(yīng)當(dāng)保證路由轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)功能的實(shí)現(xiàn)。在申請進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)以后路由節(jié)點(diǎn)需要根據(jù)所設(shè)置的周期對森林環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行不間斷的采集，另外還要對其他路由節(jié)點(diǎn)和采集節(jié)點(diǎn)發(fā)送過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，最后將這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄W(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)中。路由節(jié)點(diǎn)的流程如圖9所示[15]。

3.3 網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的主程序設(shè)計

在整個森林火災(zāi)檢測系統(tǒng)中網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)是核心部分，能夠連接監(jiān)測中心和傳感器節(jié)點(diǎn)。既要對路由節(jié)點(diǎn)和傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送過來的環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行接收，還要通過對通信模塊的控制將數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)端監(jiān)測中心；另外一方面各個傳感器節(jié)點(diǎn)通過網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)能夠獲取監(jiān)測中心的指令。在接通電源后網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)首先初始化核心微處理器模塊，同時對無線通信模塊進(jìn)行初始化。初始化完成后通過對空閑信道的掃描來建立全新的網(wǎng)絡(luò)，并對所建立的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行啟動。

接下來節(jié)點(diǎn)的地址信息通過網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)街車膫鞲衅髦校绻麄鞲衅魈幵谟行У耐ㄐ欧秶鷥?nèi)，而且接收到了信息，才對網(wǎng)關(guān)所分配的地址成功獲取以后就能夠?qū)⒋_認(rèn)信息發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)中，使得成功地組建系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。這樣傳感器所發(fā)送的入網(wǎng)請求就能夠得到定時的響應(yīng)和監(jiān)測，對于傳感器節(jié)點(diǎn)所采集到的環(huán)境數(shù)據(jù)也能夠順利的接收。網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的主程序流程如圖10所示[15]。

3.4 監(jiān)控組態(tài)軟件設(shè)計

基本上所有的工業(yè)軟硬件通信接口都能夠?qū)崿F(xiàn)與組態(tài)王的兼容，因此可以將其稱之為具有開放性特點(diǎn)的監(jiān)控系統(tǒng)集成平臺。具有適應(yīng)性強(qiáng)以及展性強(qiáng)的特點(diǎn)。利用組態(tài)王能夠進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的，另外通過瀏覽器監(jiān)控端能夠在任意的位置對監(jiān)控畫面和監(jiān)控的數(shù)據(jù)進(jìn)行查看。圖11為組態(tài)王操作智能板卡的方法。設(shè)計人員利用組態(tài)王對所用板卡的驅(qū)動程序進(jìn)行固定調(diào)用以后就能夠?qū)Π蹇ǖ倪壿嬯P(guān)系進(jìn)行使用，另外利用組態(tài)王能夠自動的完成其他底層的操作。

嵌入式火災(zāi)檢測系統(tǒng)的組態(tài)界面如圖12所示。

4 結(jié) 論

本文研究一種基于嵌入式的火災(zāi)檢測系統(tǒng)，通過對無線技術(shù)和嵌入式技術(shù)的應(yīng)用所設(shè)計的火災(zāi)檢測系統(tǒng)。對檢測系統(tǒng)的嵌入式模塊硬件、無線通信模塊硬件、傳感采集模塊硬件進(jìn)行了設(shè)計。對系統(tǒng)采集節(jié)點(diǎn)程序、路由節(jié)點(diǎn)程序、網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)程序及組態(tài)軟件進(jìn)行了設(shè)計。結(jié)果表明，該設(shè)計達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

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第6篇：嵌入式設(shè)計系統(tǒng)范文

MicroBlaze嵌入式軟核的運(yùn)行速度較快，可配置性強(qiáng)，屬于32位RISC處理器，該處理器支持CoreConnect總線的標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)集合，和CPU同頻，并支持FCB、XSL、XCL等高速連接，此外，通過MAILBOX和MUTEX，該軟核處理器還能實(shí)現(xiàn)多核處理系統(tǒng)。從理論上來講，F(xiàn)PGA容量是唯一影響CPU數(shù)量的因素，但是實(shí)際上CPU數(shù)量最多只能到8個。對MicroBlaze處理器進(jìn)行設(shè)計之前，需要先明確其功能任務(wù)，這樣才能快速選取或者設(shè)計處理器組件，進(jìn)行參數(shù)化控制，縮短設(shè)計時間。設(shè)計MicroBlaze處理器時選用任務(wù)目標(biāo)為導(dǎo)向的設(shè)計方法，設(shè)計的主要內(nèi)容如下所述：（1）根據(jù)FPGA型號確定主頻，并根據(jù)處理能力需求確定單核或者是多核。（2）根據(jù)具體的軟件運(yùn)行空間和處理器要求，確定容量、FLASH芯片及RAM類型。（3）根據(jù)需要的外部接口、外部芯片及片內(nèi)模塊等，選取相應(yīng)的IP-Core或設(shè)計相應(yīng)的模塊，實(shí)現(xiàn)各類接口。初步確定設(shè)計的參數(shù)和元件后，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。

2嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本文采用SOPC技術(shù)設(shè)計了基于MicroBlaze軟核處理器的嵌入式系統(tǒng)，設(shè)計過程體現(xiàn)了SOPC技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)接口選擇SMSC91C111芯片實(shí)現(xiàn)，支持CoreConnect總線的標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)集合，DDRSDRAM和BRAM用來存儲相關(guān)的數(shù)據(jù)，并且存儲的數(shù)據(jù)不同，其中BRAM存儲系統(tǒng)數(shù)據(jù)及系統(tǒng)運(yùn)行代碼，DDRSDRAM存儲系統(tǒng)中的軟件代碼和系統(tǒng)參數(shù)。LCD顯示屏的主要作用是顯示系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。該系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)和以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸，其實(shí)質(zhì)是以太網(wǎng)控制器，具有MAC層及物理層的功能。

3基于MicroBlaze的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)流程

完成MicroBlaze處理器的設(shè)計之后，開始對嵌入式系統(tǒng)的硬件進(jìn)行設(shè)計，硬件的設(shè)計如下所述。先創(chuàng)建硬件平臺，平臺的創(chuàng)建通過XPS的BSB向?qū)?shí)現(xiàn)；然后刪減或者添加開發(fā)板平臺的IP核，并對IP核的屬性進(jìn)行設(shè)置；最后在SystemAssem⁃blyview界面中分配地址、對端口和相應(yīng)的總線連接進(jìn)行設(shè)置。在開發(fā)板中下載系統(tǒng)生成的正確的Bitstreams，SDK中運(yùn)行相應(yīng)的應(yīng)用程序時會看到對應(yīng)的現(xiàn)象。系統(tǒng)的開發(fā)包括硬件開發(fā)和軟件開發(fā)，通過EDK平成。

3.1硬件開發(fā)設(shè)計

用基本系統(tǒng)向?qū)SB搭建Microblaze平臺，平臺的搭建主要包括三方面的內(nèi)容：確定FPGA器件的型號，并對器件的屬性進(jìn)行設(shè)置；根據(jù)系統(tǒng)需求添加需要的外設(shè)，添加之后設(shè)置其屬性；平臺功能測試等。XPS能夠自定義IP核，生成向?qū)?chuàng)建User_Logic用戶邏輯模塊及IPIF接口模塊，兩個模塊的功能和屬性各不相同，其中用戶可以采用User_Logic模塊，根據(jù)系統(tǒng)需求任意添加自定義邏輯，不必考慮它們和Microblaze之間的通信鏈接，而IPIF接口模塊的功能是進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換并捕捉到PLB總線信號，和PLB總線進(jìn)行交互，如果用戶想要自定義輸入/輸出信號，只要在IPIF模塊中聲明即可。設(shè)計系統(tǒng)平臺時，需要添加多種外設(shè)，如添加SMSC91C111芯片的控制邏輯；添加外部存儲器SRAM的控制邏輯；FPGA的I/O接口控制邏輯及添加用戶自定義的邏輯接口控制邏輯等，這些外設(shè)和Microblaze軟核處理器的連接是通過特定的片內(nèi)總線實(shí)現(xiàn)。

3.2軟件開發(fā)設(shè)計

通過EDK平臺的SDK組件可以完成完整的嵌入式系統(tǒng)軟件平臺的設(shè)計。利用SDK組件用戶可以生成需要的MHS文件及MSS文件。MHS文件包含了整個MicroBlaze系統(tǒng)的總線、外設(shè)、處理器等描述。MSS文件包含了全部的外設(shè)驅(qū)動信息描述，通過驅(qū)動文件完成軟件調(diào)度程序，由MB2GCC工具編譯調(diào)度程序生成可執(zhí)行程序。最終生成軟件程序及.bit文件下載到開發(fā)板。程序設(shè)計好之后，需要進(jìn)行測試，如果程序運(yùn)行中存在問題，則可以應(yīng)用XMD調(diào)試軟件，使程序更加完善，解決問題完成設(shè)計。MHS文件可以根據(jù)系統(tǒng)需求進(jìn)行更改，使系統(tǒng)變得更加完善。PlatGen（硬件平臺生成器）產(chǎn)生整個系統(tǒng)的網(wǎng)表，結(jié)合約束文件能夠生成可配置文件（.bit），用來下載。此外，EDK還提供了大量的函數(shù)庫，完整的操作系統(tǒng)及板級支持包（BSP）都能夠幫助用戶開發(fā)軟件平臺。用戶可以根據(jù)功能需求需要對外設(shè)進(jìn)行設(shè)置，應(yīng)用VerilogHDL或者VHDL代碼在ProjectNavigatorISE環(huán)境中對用戶的IPcore進(jìn)行設(shè)計，然后利用creat—importperipheral工具（XPS中）完成創(chuàng)建和導(dǎo)入IPcore。EDK系統(tǒng)存在的IPcore和用戶自己定義的IPcore可以構(gòu)建一個完整的嵌入式系統(tǒng)。

3.3操作系統(tǒng)的移植

該嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用了μC/OS操作系統(tǒng)，該操作系統(tǒng)是一種實(shí)時操作系統(tǒng)，比較適用于微控制器。設(shè)計μC/OS操作系統(tǒng)時，要以平臺的移植需求為基礎(chǔ)，對于不同的平臺μC/OS系統(tǒng)的要求也不相同，因此，需要改寫宏和函數(shù)。*OS_ENTER_CRITICAL及OS_ENTER_CRITICAL:這是兩個不同的宏，它們的主要功能是進(jìn)行臨界段保護(hù)。在該嵌入式系統(tǒng)中臨界段保護(hù)的實(shí)現(xiàn)需要利用匯編代碼關(guān)。*OS_TASK_SW：這個宏的主要作用是用于任務(wù)切換，嵌入式系統(tǒng)中任務(wù)切換主要利用CPU的軟件中斷方式實(shí)現(xiàn)。如果需要中斷則調(diào)用此宏，宏產(chǎn)生軟件中斷，相應(yīng)的中斷處理程序會對中斷進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)任務(wù)的切換及上下文保護(hù)。*OSIntCtxSw::采用純匯編實(shí)現(xiàn)中斷級任務(wù)切換。*OSTickISR:采用純匯編實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)定時器中斷的處理函數(shù)。*OSCtxSw::采用純匯編實(shí)現(xiàn)，用戶級上下文切換。*OSTaskStkInit:創(chuàng)建任務(wù)時,初始化任務(wù)堆棧。

4結(jié)論

第7篇：嵌入式設(shè)計系統(tǒng)范文

(Ed.)

UML-B Specification for

Proven Embedded Systems

Design

2004, 300pp.

Hardcover $ 129.00

ISBN 1-4020-2866-0

Kluwer Academic Publishers

本書介紹了貫穿整個模塊系統(tǒng)設(shè)計方法論的系統(tǒng)性質(zhì)形式證法。該方法論將子系統(tǒng)的共同驗(yàn)證與虛擬系統(tǒng)部件的系統(tǒng)精化和復(fù)用性相結(jié)合，通過規(guī)約的形式與非形式方法相結(jié)合，由UML和B語言來完成。這樣就允許通過經(jīng)證明的子系統(tǒng)的合成來驗(yàn)證系統(tǒng)規(guī)約（對于接口則給予某些特別的注意，符合VSIA/SLIF方法）。將B語言與C、VHDL和SystemC語言相連，將通過構(gòu)造校正設(shè)計的過程擴(kuò)展到較低的單片系統(tǒng)開發(fā)階段。因此證明嵌入式軟件產(chǎn)品是與證明硬件產(chǎn)品相配套的。書中開發(fā)了用于從UML和B語言產(chǎn)生代碼的原型工具，現(xiàn)有的B語言驗(yàn)證工具被拓展成支持IP的再使用，這都是根據(jù)VSIA的推薦。書中所涉及的方法論及工具是通過開發(fā)三個工業(yè)應(yīng)用來驗(yàn)證的，即無線移動終端、建立在HIPERLAN/2協(xié)議基礎(chǔ)上的電信單片系統(tǒng)、以及汽車的防碰撞組件。

全書共有17章。第1章形式方法介紹：它們是怎樣應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的？第2章使用UML、B和SystemC的形式統(tǒng)一系統(tǒng)規(guī)約環(huán)境；第3章使用PUSSEE方法設(shè)計嵌入式系統(tǒng)；第4章借助事件B的系統(tǒng)層次建模與精化；第5章用于UML中形式系統(tǒng)建模的UML-B簡況；第6章U2B―用于從UML-B模型轉(zhuǎn)換到B語言的工具；第7章BHDL硬件描述語言；第8章用于UML對硬件描述語言映射的概念性框架；第9章B語言中基于接口的合成精化；第10章借助互補(bǔ)模型檢驗(yàn)的有限狀態(tài)機(jī)的精化；第11章適應(yīng)漫游控制實(shí)例研究設(shè)計實(shí)驗(yàn)；第12章適就漫游控制器實(shí)例的研究；第13章使用事件B的電子線路形式建模；第14章回送注銷單元實(shí)例研究；第15章可移動設(shè)計系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果；第16章UML-B規(guī)約與漢明編碼器/解碼器的硬件實(shí)現(xiàn)；第17章實(shí)踐中的PUSSEE方法。書后的附錄A1：嵌入式系統(tǒng)設(shè)計方法的評估標(biāo)準(zhǔn)。

本書描述的問題有一定的難度，所獲得的成果證明了該項目研究的成功，且視野廣闊，因此受到歐洲專家的肯定。本書公布的形式方法現(xiàn)在已經(jīng)能夠應(yīng)對工業(yè)中有難度的問題，便于設(shè)計工程師、大學(xué)教師和研究人員使用。

胡光華，高級軟件工程師

(原中國科學(xué)院物理學(xué)研究所)

第8篇：嵌入式設(shè)計系統(tǒng)范文

關(guān)鍵詞：ARM；嵌入式系統(tǒng)；linux；BootLoader

中圖分類號：TP274文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1009-3044(2008)09-11724-02

The Design and Realization of Embedded System Based on ARM

LIN Hua

(Computer Science College of Yangtze University, Jingzhou 434023, China)

Abstract: This paper designed a new embedded system based on ARM．Firstly, it introduced the embedded system hardware design, Secondly, it analyzed detailedly the compile and transplant course of the uCLinux, in the end it discussed on the communication software design for uCLinux.

Key words: ARM; Embedded System; Linux; BootLoader

隨著計算機(jī)技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)在個人數(shù)據(jù)處理、多媒體通信、在線事務(wù)處理、生產(chǎn)過程控制、交通控制等各個領(lǐng)域內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用，各種嵌入式相關(guān)的新產(chǎn)品紛紛涌現(xiàn)。嵌入式系統(tǒng)越來越引起人們的關(guān)注，對嵌入式系統(tǒng)的研究，是掌握信息技術(shù)的核心。本文以處理器S3C44B0為核心，設(shè)計出一個基于ARM+uCLinux的嵌入式系統(tǒng)，對于嵌入式系統(tǒng)有獨(dú)到的研究。

1 嵌入式硬件方案設(shè)計

1.1 系統(tǒng)硬件平臺

系統(tǒng)的硬件平臺主要是由嵌入式處理器、FLASH、SDRAM、以太網(wǎng)接口、USB接口、UART接口、JTAG接口、I/O接口、I2C、系統(tǒng)電源、復(fù)位電路等組成。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示：

1.2 主要硬件的設(shè)計

1.2.1 ARM嵌入式處理器的設(shè)計

處理器采用Samsung公司的S3C44B0微處理器，S3C44B0最突出的特點(diǎn)是它的CPU核使用ARM公司的16/32位ARM7TDMI RISC結(jié)構(gòu)。ARM7TDMI系統(tǒng)擴(kuò)充包括Thumb協(xié)處理器、片上ICE中斷調(diào)試支持和32位硬件乘法器。S3C44B0通過在ARM7TDMI內(nèi)容基礎(chǔ)上擴(kuò)展一系列完整的通用器件，主要包括：8KB的Cache，外部存儲器控制器，LCD控制器，2通道UART，4通道DMA， 71個通用I/O端口，8個外部中斷源等。

1.2.2 網(wǎng)絡(luò)接口的設(shè)計

采用RTL8019AS芯片作為網(wǎng)絡(luò)接口芯片，RTL8019AS是一種高度集成的以太網(wǎng)芯片，能簡單的實(shí)現(xiàn)Plug and Play并兼容NE2000，芯片內(nèi)部集成了DMA控制器、ISA總線控制器、16KSRAM，用戶可以通過DMA方式把需要發(fā)送的數(shù)據(jù)寫入片內(nèi)SRAM中，讓芯片自動將數(shù)據(jù)發(fā)送出去；而芯片在接收到數(shù)據(jù)后，用戶可以通過DMA方式將數(shù)據(jù)讀出。

1.2.3 USB接口的設(shè)計

采用PDIUSBD12作為USB接口芯片，PDIUSBD12是一款性價比很高的USB器件，完全符合USB1，1版的規(guī)范，它通常用作微控制器系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)與微控制器進(jìn)行通信的高速通用并行接口，它還支持本地的DMA傳輸。

2 軟件體系的設(shè)計

軟件開發(fā)過程包括BootLoader設(shè)計、uCLinux的編譯和移植、uCLinux下的網(wǎng)絡(luò)編程和應(yīng)用程序開發(fā)等。

2.1 BootLoader的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

在嵌入式系統(tǒng)中，BootLoader的作用與PC機(jī)上的BIOS類似，BootLoader可以完成對系統(tǒng)板上的主要部件進(jìn)行初始化，也可以下載文件到系統(tǒng)板、對CPU、SDRAM、Flash，通過串行口Flash進(jìn)行擦除與編程。

BootLoader作為系統(tǒng)復(fù)位或上電后首先運(yùn)行的代碼，一般應(yīng)寫入Flash存儲器中并從起始物理地址0x0開始。BootLoader根據(jù)實(shí)現(xiàn)的功能不同，其復(fù)雜程度也各不相同。一個簡單的BootLoader程序可以僅僅完成串行口的初始化，并進(jìn)行通信，而功能完善的BootLoader可以支持比較復(fù)雜的命令集，對系統(tǒng)的軟硬件資源進(jìn)行合理的配置與管理。因此，用戶可根據(jù)自身的需求實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。BootLoader的設(shè)計步驟一般如下：

2.1.1 系統(tǒng)初始化

系統(tǒng)初始化主要實(shí)現(xiàn)以下的幾個功能：

(1)進(jìn)入SVC32工作模式(管理模式)，以取得訪問一些系統(tǒng)資源的權(quán)限。

(2)禁止所有的中斷并清除所有中斷標(biāo)志。

(3)初始化SYSCFG寄存器。

(4)導(dǎo)入鏈接器預(yù)定義的變量，為存儲器的重映射做準(zhǔn)備。

2.1.2 Memory Remap的實(shí)現(xiàn)

Memory Remap就是地址重映射，即存儲空間的重新分配，主要分為以下幾個步驟：

2.1.2.1 初始化SDRAM

系統(tǒng)剛上電后，只有Flash是可用的， SDRAM沒有被初始化，是不可用的。此時Flash被映射到0-2M的地方。通過配置相關(guān)寄存器完成SDRAM的初始化后，SDRAM被映射到了2-18M的位置上。此時的Memory Map為：0-2M是Flash,2-18M是SDRAM

2.1.2.2 將BootLoader從Flash中復(fù)制到SDRAM中

在此之前，BootLoader一直是在Flash里面執(zhí)行的。為了實(shí)現(xiàn)Memory Remap，并且保證remap后BootLoader可以繼續(xù)執(zhí)行，需要把BootLoader自己全部復(fù)制到SDRAM里面去。BootLoader的大小利用鏈接器預(yù)定義的程序段變量。此時，在SDRAM里己經(jīng)有了一個BootLoader的拷貝，但是必須注意，BootLoader還是在Flash里面執(zhí)行。此時的Memory Map為：0-2M還是Flash，2-18 M還是SDRAM，但是SDRAM里面多了一個BootLoader的拷貝。

2.1.2.3 地址重映射

通過設(shè)置S3C44B0的相關(guān)寄存器，可以完成最后的地址重映射。SDRAM在0-16M的位置，而Flash被Map到了16-18M的位置。由于在SDRAM有一份BootLoader的拷貝，所以Remap以后BootLoader將轉(zhuǎn)到SDRAM里面來執(zhí)行。

2.1.3 Kernel的裝載

此處的Kernel即為uClinux的內(nèi)核映像，完成Kernel把控制權(quán)交給了uClinux來管理，Kernel將被裝載到的裝載后，系統(tǒng)就0x8000處。Kernel的裝載過程如下所示：

(1)將RW段復(fù)制到OxA0,0000處，ZI段清零。

(2)設(shè)置堆棧指針SP=0x80,0000。

(3)跳轉(zhuǎn)到函數(shù)loadkernel()中。

(4)將Kernel裝載到0x8000，同時將PC指向0x8000。

(5)Kernel獲得控制權(quán)，接管整個系統(tǒng)。

2.2 嵌入式操作系統(tǒng)的編譯與移植

本系統(tǒng)采用uCLinux作為操作系統(tǒng)，uCLinux包含一整套的編譯、調(diào)試等開發(fā)工具、內(nèi)核源代碼、各種文件系統(tǒng)、圖形接口、各種協(xié)議、驅(qū)動程序以及豐富的應(yīng)用程序。uCLinux操作系統(tǒng)主要由內(nèi)核、Shell、文件結(jié)構(gòu)組成；其中內(nèi)核是系統(tǒng)的心臟，是運(yùn)行程序和管理磁盤、打印機(jī)等硬件設(shè)備的核心程序。Linux的內(nèi)核主要由5個子系統(tǒng)構(gòu)成：進(jìn)程調(diào)度、內(nèi)存管理、虛擬文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)接口和進(jìn)程間通信，在設(shè)計時，可以根據(jù)需要配置內(nèi)核選擇體系結(jié)構(gòu)和裁剪內(nèi)核。

2.2.1 uClinux交叉編譯環(huán)境

uClinux交叉編譯環(huán)境的建立可分為以下兩個步驟：

(1)要在宿主PC機(jī)上安裝標(biāo)準(zhǔn)Linux操作系統(tǒng)(也可以在Windows環(huán)境下安裝Cygwin，模擬Linux環(huán)境，但可能在開發(fā)過程中產(chǎn)生兼容性錯誤，因此不推薦)，如RedHat Linux，并對計算機(jī)的硬件設(shè)備如網(wǎng)卡進(jìn)行配置，確認(rèn)網(wǎng)絡(luò)配置正確。

(2)要在宿主PC機(jī)上安裝交又編譯的一些工具鏈，主要有以下這些： arm-elf-binutils，arm-elf-gcc, genromfs，arm-elf-gdb, elf2flt等。

2.2.2 uClinux內(nèi)核的編譯和移植

uClinux內(nèi)核采用模塊化的組織結(jié)構(gòu)，通過增減內(nèi)核模塊的方式來增減系統(tǒng)的功能，因此，通過正確合理的設(shè)置內(nèi)核的功能模塊，只編譯系統(tǒng)所需功能的代碼以減少內(nèi)核的大小。編譯工作的具體步驟下所示：

(1)解壓源代碼文件并進(jìn)入到uClinux-Samsung目錄中。

(2)make menuconfig進(jìn)行內(nèi)核配置。

(3)make dep尋找文件依賴關(guān)系。

(4)make clean清除無用文件。

(5)make lib only 編譯庫文件。

(6)make user_ only編澤用戶應(yīng)用程序文件。

(7)make image編澤內(nèi)核文件。

(8)make編譯完成，生成內(nèi)核文件。

編譯上述步驟后，會在images目錄下看到一些文件，如：linux.text，linux.data,romfs.img,image.bin,image.rom,image.ram,boot.rom。

最后，將image.rom燒寫入Flash存儲器的0x0處，當(dāng)系統(tǒng)復(fù)位或上電時，內(nèi)核會自解壓到SDRAM，并開始運(yùn)行。可以通過串行口觀察uClinux的啟動情況。

如果編譯和加載的過程都正確，就可以在超級終端中看到uClinux移植成功的相關(guān)提示。

2.3 uCLinux下的網(wǎng)絡(luò)編程

2.3.1 uCLinux下的網(wǎng)絡(luò)編程協(xié)議簡介

uCLinux下的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧的各層之間是通過一系列互相連接層的軟件來實(shí)現(xiàn)Internet地址族的。其中BSD socket層由專門用來處理BSD socket的通用套接字管理軟件來處理，它由INET socket層來支持。INET socket為基于IP的協(xié)議TCP和UDP管理傳輸端點(diǎn)。 UDP是一個無連接協(xié)議，而TCP(傳輸控制協(xié)議)是一個，TCP靠的端對端協(xié)議。傳輸U(kuò)DP包的時候，uCLinux不知道也不關(guān)心它們是否安全到達(dá)了口的地。TCP則不同。在TCP連接的兩端都需要加上一個編號，以保證傳輸?shù)臄?shù)據(jù)被正確接收。在IP層，實(shí)現(xiàn)了Internet協(xié)議代碼，這些代碼要給傳輸?shù)臄?shù)據(jù)加上一個IP頭，并且知道如何把傳入的IP包送給TCP或者UDP協(xié)議。在IP層以下，就是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備來支持所有的uCLinux 網(wǎng)絡(luò)工作，如PLIP, SLIP和以太網(wǎng)。

2.3.2 uCLinux環(huán)境下的socket編程

網(wǎng)絡(luò)的socket數(shù)據(jù)傳輸是一種特殊的I/O，socket也是一種文件描述符，也具有一個類似文件的函數(shù)調(diào)用socket()。該函數(shù)返回一個整型的socket描述符，隨后的連接建立、數(shù)據(jù)傳輸?shù)炔僮鞫际峭ㄟ^該socket函數(shù)實(shí)現(xiàn)的。常用的socket類型有兩種：流式socket和數(shù)據(jù)報式socket。兩者的去別在于：前者對應(yīng)于TCP服務(wù)，后者對應(yīng)于UDP服務(wù)。uCLinux中socket編程中用到的函數(shù)有：

(1)socket函數(shù)：為了執(zhí)行I/O，一個進(jìn)程必須做的第一件事情就是調(diào)用socket函數(shù)，指定期望的通信協(xié)議類型(使用IPv4的TCP、使用IPv6的UDP, Unix域字節(jié)流協(xié)議等)。

(2)connect函數(shù)：TCP客戶用connect函數(shù)來建立一個與TCP服務(wù)器的連掛。

(3)bind函數(shù)： 函數(shù)bind給套接口分配一個本地協(xié)議地址，對于網(wǎng)際協(xié)議，協(xié)議地址是非顛倒2位IPv4地址16位的TCP或UDP端口號的組合。

(4)listen函數(shù)：僅被除數(shù)TCP服務(wù)器調(diào)用。將未連接的套接口轉(zhuǎn)換成被動套接口，指示內(nèi)核應(yīng)接受指向此套接口的連接請求。根據(jù)TCP狀態(tài)轉(zhuǎn)換調(diào)用函數(shù)listen導(dǎo)致套接口從CLOSED狀態(tài)轉(zhuǎn)換到LISEN狀態(tài)。listen函數(shù)還規(guī)定了內(nèi)核為此套接口排隊的最大連接個數(shù)。

(5)accept函數(shù)：accept函數(shù)由TCP服務(wù)器調(diào)用，從已完成連接隊列頭返回下一個己完成連接。若己完成連接隊列為空，則進(jìn)程睡眠。

3 小結(jié)

嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心、以計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計算機(jī)系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)在各個領(lǐng)域 得到了廣泛的應(yīng)用，如遠(yuǎn)程監(jiān)控、智能儀表、數(shù)控系統(tǒng)、消費(fèi)產(chǎn)品等。隨著嵌入式系統(tǒng)軟硬件技術(shù)的飛速發(fā)展，其在行業(yè)的應(yīng)用領(lǐng)域必將更為廣闊，嵌入式系統(tǒng)的研究將會有非常廣泛的前景。

參考文獻(xiàn)：

[1] 魏忠,蔡勇,雷紅衛(wèi).嵌入式開發(fā)詳解[M].北京:電子工業(yè)出版社,2003.

[2] 王陳賾.ARM嵌入式技術(shù)實(shí)踐教程[M].北京:航空航天大學(xué)出版社,2005.

第9篇：嵌入式設(shè)計系統(tǒng)范文

關(guān)鍵詞：嵌入式； 自動控制； 模糊控制； 高溫沸騰爐

中圖分類號：TP319 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：16727800（2013）009009603

作者簡介：程學(xué)先（1945-），男，湖北工業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院教授，研究方向?yàn)檐浖こ?、?shù)據(jù)庫、管理信息系統(tǒng)、計算機(jī)控制；程傳慧（1979-），女，博士，中南財經(jīng)政法大學(xué)信息與安全工程學(xué)院副教授，研究方向?yàn)橛嬎銠C(jī)網(wǎng)絡(luò)。

0引言

單片機(jī)是工業(yè)控制中大量使用的前端控制器，應(yīng)用嵌入式系統(tǒng)常可實(shí)現(xiàn)升級。高溫沸騰爐以煤粉為燃料，實(shí)現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場所需高溫，通過加煤使?fàn)t膛溫度上升，通過加風(fēng)使?fàn)t膛溫度下降，通過二者結(jié)合控制溫度變化以滿足工藝需要。我們曾開發(fā)基于單片機(jī)的高溫沸騰爐控制系統(tǒng)，存在如下問題：①很難使用數(shù)學(xué)模型來精確地描述整個燃燒過程，采用模糊控制技術(shù)，要求采集較大數(shù)量的參數(shù)且有較高精度，使用單片機(jī)有局限性[1]；②某些場合需要采用無線數(shù)據(jù)傳送方式，現(xiàn)有系統(tǒng)不能滿足要求；③參數(shù)調(diào)整只能采用鍵盤方式，不能用可視化調(diào)整方式，曲線不夠光滑。采用嵌入式系統(tǒng)可解決上述問題。

1硬件設(shè)計

系統(tǒng)輸入信號包括：爐膛溫度、尾氣溫度、鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)門位置（鼓風(fēng)開度信號）、混合室溫度、給煤機(jī)轉(zhuǎn)速、鼓風(fēng)風(fēng)壓、爐膛負(fù)壓、引風(fēng)風(fēng)門開度及引風(fēng)機(jī)開度信號；輸出信號包括給煤變頻器的模擬信號和變頻器轉(zhuǎn)速、鼓風(fēng)開度、鼓風(fēng)機(jī)電流、引風(fēng)機(jī)電流、鼓風(fēng)壓力與爐膛負(fù)壓控制等信號，及與上位機(jī)通信信號。

新系統(tǒng)選擇凌陽SPCE3200系統(tǒng)為主控模塊，擴(kuò)展TFT液晶接口模塊（包括LCD觸摸液晶屏）、無線傳輸模組、ZigBee、GPRS模組、音頻輸出模塊、USB模塊、看門狗電路、并行口擴(kuò)展模塊等，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

SPCE3200板有9路12位的ADC（A/D Converter），各路傳感器采樣信號經(jīng)運(yùn)算放大器放大后直接接各輸入端；有雙通道16位高速DAC，分別用于控制信號與語音信號的輸出；內(nèi)置SDDRAM最大容量可達(dá)16M字節(jié)，能滿足本設(shè)計對數(shù)據(jù)的存儲需要；內(nèi)置UART接口及RS232電平轉(zhuǎn)換電路，能直接實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的通信[4]。

TFT LCD（薄膜晶體管液晶顯示器）用于顯示主要參數(shù)與控制量變化曲線，還可以觸摸方式修正曲線走向，可視化實(shí)現(xiàn)參數(shù)的平滑調(diào)節(jié)。

ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議具有低功耗、易組網(wǎng)的特點(diǎn)。利用ZigBee模組采用SPI方式與主控制器通信，可以實(shí)現(xiàn)與無線傳感器無線互聯(lián)。

GPRS模組采用SIM300通訊芯片，利用無線移動網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)語音傳輸和點(diǎn)對點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸；其內(nèi)具備TCP/IP協(xié)議棧，可以直接利用它實(shí)現(xiàn)無線上網(wǎng)。模組使用標(biāo)準(zhǔn)的UART串行通信接口可以與任何帶有通用UART串行通信接口的控制器進(jìn)行連接。它與音頻輸出模塊協(xié)同工作可以實(shí)現(xiàn)與手機(jī)通信。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)重大異常時可發(fā)送手機(jī)短信。

USB模塊提供與U盤接口，可保存控制過程中輸入與輸出的數(shù)據(jù)，用于控制過程分析及控制參數(shù)的修正。

對上位機(jī)的接口可以方便地連接打印機(jī)或與企業(yè)管理系統(tǒng)相聯(lián)系。

2系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件基于Linux系統(tǒng)，應(yīng)用C++開發(fā)。

2.1系統(tǒng)軟件模塊構(gòu)成

系統(tǒng)包括輸入數(shù)據(jù)處理、輸出控制計算、輸出數(shù)據(jù)處理、顯示與觸摸數(shù)據(jù)處理、輔助程序等單元，詳細(xì)模塊構(gòu)成如圖2所示。

2.2控制流程

對于采集信號先基于線性平均進(jìn)行濾波；進(jìn)而采用線性插值算法實(shí)現(xiàn)波形還原；對于不同的異常工作狀態(tài)，采用不同的處理方式，如圖3所示。

2.3控制算法

高溫沸騰爐系統(tǒng)對安全性與燃燒過程的穩(wěn)定性要求很高：溫度過低、燃燒效率低，一旦熄火，將嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量；爐溫過高，燃燒煤粉會因結(jié)焦成塊而影響生產(chǎn)的安全性。傳統(tǒng)的控制算法是直接數(shù)字控制系統(tǒng)算法（DDC），可以實(shí)現(xiàn)多路調(diào)節(jié)，監(jiān)控軟件包括實(shí)時調(diào)度管理程序和中斷管理程序，對于主要參數(shù)的自動調(diào)節(jié)采用多路調(diào)節(jié)和簡單自動控制技術(shù)[3]。這樣的算法動態(tài)響應(yīng)慢，對于慣性大、滯后時間長、存在高時變性的本類系統(tǒng)，無法保證動態(tài)品質(zhì)。

模糊控制不需要建立被控對象的精確數(shù)學(xué)模型，是通過歸納操作人員和該領(lǐng)域?qū)＜业慕?jīng)驗(yàn)而建立的，算法簡單、性能優(yōu)良，有較強(qiáng)的魯棒性[2]。

程序流程包括：對采集的信號量剔除干擾值、預(yù)處理、平滑處理等得到判斷依據(jù)；再做以下3項處理：①判斷這些值是否已經(jīng)超過臨界值，做相應(yīng)的異常處理；②將數(shù)值顯示在顯示屏上供用戶參考；③計算輸出量，并從對應(yīng)的線路上輸出。

其中，計算輸出量是核心問題。許多數(shù)據(jù)表明，沸騰爐在爐膛溫度從850℃左右上升到930℃左右區(qū)間內(nèi)如果給煤與送風(fēng)過程比較穩(wěn)定，爐膛溫度模型可以認(rèn)為是一個線性模型。但850℃～930℃這個區(qū)間并非固定，穩(wěn)定的條件也很難保證，因而實(shí)際系統(tǒng)一般是非線性的。

本系統(tǒng)初始使用仿人點(diǎn)動模型（趨勢預(yù)測模型），認(rèn)為溫度變化是按照某一條曲線進(jìn)行的，可以按照某一精度將曲線用若干條線段進(jìn)行模擬。在人工控制狀態(tài)下，操作人員在溫度偏低時，選擇多加煤或者多減風(fēng)操作；當(dāng)溫度上升到達(dá)一定的值時，加煤量開始減少（或者開始逐步地加風(fēng)）；例如：溫度在850℃時，可能通過儀表輸出15mA的加煤輸出量，溫度迅速上升；當(dāng)溫度上升到了900℃～910℃左右時，控制輸出量可能就開始逐步從15mA減少到14mA、12mA、10mA。這樣，當(dāng)溫度繼續(xù)上升時，在980℃～1 000℃左右就不再上升了。模擬這一過程，在求解預(yù)期溫度時，在數(shù)學(xué)模型上表現(xiàn)為針對不同的動作（加/減煤，加/減風(fēng)）求解在某一時刻所屬區(qū)間的線段斜率。爐內(nèi)溫度系統(tǒng)是多變量、多耦合系統(tǒng)，根據(jù)對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的觀察與分析，沸騰爐控制變量耦合關(guān)系如表1所示。

3結(jié)語

本系統(tǒng)能滿足高溫沸騰爐的控制需求，具有以下特性：①系統(tǒng)有較高獨(dú)立性，可以單獨(dú)控制、可以遠(yuǎn)程控制，易維護(hù)、易擴(kuò)展；②通過大屏幕液晶顯示屏可以顯示當(dāng)前與歷史各分類曲線，可以人工修改曲線，利用自學(xué)習(xí)功能改變參數(shù)使能根據(jù)工藝需要實(shí)現(xiàn)更精確的控制，提高控溫質(zhì)量；③傳感信息可以有線也可以無線接入，可以適應(yīng)不同環(huán)境需求；④提供了多媒體功能，系統(tǒng)可用性較高。

參考文獻(xiàn)：

[1]馬明建，周長城. 數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)[M].西安：西安交通大學(xué)出版社，2000.

[2]李世勇.模糊控制、神經(jīng)控制和智能控制論[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1996.