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  • 嵌入式系统需求分析
    2022-03-03 20:28:41
    • 好啦,大家时间都很宝贵,废话不多说,正式进入今天的主题,讲讲嵌入式系统需求分析与体系结构设计

    1.1软件需求分析

    描述了系统做什么的问题。主要完成以下要求:

    1. 确定软件系统的功能需求和非功能需求
    2. 分析软件系统的数据要求
    3. 导出系统的逻辑模型
    4. 修正项目开发计划
    5. 必要时开发快速原型系统

    1.1.1 关于选择裸机开发还是基于实时操作系统

    • 一是采用在裸机上直接开发的方式,且关键部分采用汇编语言编写,可以保证该控制系统的实时性;
    • 二是由于该软件系统由多种周期的处理任务组成,采用商用嵌入式实时操作系统开发方式可以保证系统的可靠性
    • 三是对于软实时系统,选择基于优先级调度的算法可以满足软实时系统的需求,而且可以提供高速的响应和大的系统吞吐量;而对于硬实时系统来说,需要使用调度算法简单,反应速度快的实时调度算法

    1.1.2 实时操作系统优点

    嵌入式实时操作系统首先要完成的4个主要任务是进程管理、内存管理、进程间通信/同步和IO资源管理

    • 一是提供的任务调度功能能够调度一切资源保证多周期
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  • 通过在已有嵌入式硬件基础上,利用操作系统ARMLinux建立嵌入式平台,并在PC机上由Linux操作系统编写和编译boa、CGI等一系列应用程序,并移植到嵌入式平台上,组建嵌入式家庭网关,从而构建成一个基于ARMLinux嵌入式...

    通过在已有嵌入式硬件基础上,利用操作系统ARMLinux建立嵌入式平台,

    并在PC机上由Linux操作系统编写和编译boa、CGI等一系列应用程序,并移植到嵌入

    式平台上,组建嵌入式家庭网关,从而构建成一个基于ARMLinux嵌入式平台的、使用

    Boa作为Web服务器的远程在线控制系统, 系统可以通过IE页面对各种模拟家电设备

    进行动态的交互控制,在真正意义上实现了通过互联网进行远程控制,实现了智能家

    电远程控制系统的设计目标。

    1、 描述系统;

    (1) 远程的LED控制

    (2) 远程步进电机控制

    (3) 远程电机控制

    要求能够通过Internet B/S(浏览器/服务器)结构进行访问。加上相应的CGI程序 能够通过GPRS完成控制

    能够通过客户端完成C/S(客户端/服务器)结构的访问

    2、 可行性分析(使用什么样的技术来完成)

    根据现有的试验硬件平台GEC2410,对其软件系统的移植,根据硬件电路图,设计相应的驱动程序。

    B/S体系结构的网络控制,可以通过移植Boa server服务器和服务器端CGI(通用网关接口,用于提交客户端的请求)

    \

    本文的主要研究思路

    本设计通过分析各种已有的嵌入式家庭网关设计事例,总体拟采用以ARM 核的 32 位嵌入式微处理器为硬件平台,结合通信技术,通过移植嵌入式操作系统,并在其上开发相应的驱动程序、应用程序和嵌入式WEB 服务器实现一个方便、实用的家庭网关。主体研究内容如下:

    1) 收集、分析国内外嵌入式系统的标准文档与资料,特别是嵌入式Linux 系统 的资料,对其关键技术、特点和应用前景进行比较、分析,形成自己的结论;

    2) 基于嵌入式开发系统硬件,通过移植、完善,建立拥有源代码的嵌入式Linux 系统平台;

    3) 建立拥有源代码的TCP/IP 协议栈;

    4) 建立拥有源代码的WEB服务支持,并实现远程交互式网页访问。

    5) 支持远程控制的智能家电系统原型的设计与实现。

    系统的软件结构

    系统采用在嵌入式操作系统(本系统采用ARMLinux)的基础下通过WEB 方式,

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    总述:嵌入式系统在这里主要是做了简单科普,然后根据嵌入式系统的特点重点讲嵌入式系统的需求分析、开发、设计等,特别是这些环节中落地时需要抓住的关键点。

     

    1、嵌入式系统概述

    答:嵌入式系统是一种以应用为中心,以计算机技术为基础,适应不同应用功能、可靠性、成本、梯级、功耗等方面的要求,集可配置、可裁剪的软硬件于一体的专用计算机系统。嵌入式、专用性、计算机系统是嵌入式系统的三个核心要素。嵌入式系统具有专用性强、实时性强、软硬件依赖性强、处理器专用、多种技术紧密结合、系统透明性、系统资源受限等特点。

    嵌入式系统的硬件基础是由嵌入式处理器、存储器、外部设备组成。嵌入式的软件基础分为系统软件、应用支撑软件、应用软件三个层次。

     

    2、嵌入式数据库系统

    答:嵌入式数据库系统是一个包含EDBMS在内跨越移动通信设备、工作站或台式机、数据库服务器的综合系统,受系统使用环境影响较大。嵌入式数据库系统使用环境具有设备随时移动性、网络频繁断接、网络条件多样化、通信能力不对称的特点。一个完整的EDBMS由若干子系统组成,包括主数据库、同步服务器、嵌入式数据库、连接网络等。嵌入式移动数据库在实际应用中必须解决数据的一致性、高效的事务处理、数据安全性等关键问题。

     

    3、嵌入式实时操作系统

    答:嵌入式操作系统(EOS)是运行在嵌入式系统上,支持嵌入式应用程序的操作系统,是控制和管理嵌入式系统中硬件和软件资源,提供系统服务的软件集合。与通用操作系统相比,EOS具有微型化、代码质量高、专业化、实时性强、可裁剪配置等特点。

    嵌入式操作系统的硬件抽象层结构根据抽象程度不同分为系统结构抽象层、处理器变种抽象层、平台抽象层三个层次。每个EOS都有一个内核,大多数内核都包含调度器、内核对象、内核服务三个公共构件。调度器是EOS的新仓,提供一组算法决定何时执行哪个任务;内核对象是特殊的内核构件,帮助创建嵌入式应用;内核服务是内核在对象上执行的操作或通用操作。

    嵌入式系统的实时性能是由硬件、实时操作系统(RTOS)、应用程序共同决定的,其中RTOS内核的性能起关键性作用。评估RTOS设计性能时,时间是最重要的一个性能指标,常用的时间性能指标有任务切换时间、中断处理相关的时间指标中断延迟时间和中断响应时间、系统响应时间。

    多任务调度算法根据时限的性质、周期性、可抢占性、静态或动态等准则,分为软时限算法和硬时限算法、周期性和非周期性算法、可抢占和非抢占算法、静态算法和动态算法、单处理器调度和多处理器调度算法、在线调度和离线调度算法等。大多数内核支持两种普遍的调度算法 ,基于优先级的抢占调度和时间轮转调度算法,优先级可以分为动态优先级和静态优先级。

    对于一个实时系统,如果每个任务都能满足时限要求,则称该系统是可调度的或者该系统满足可调度性,也称该系统为健壮的系统。速率单调调度(RMS)算法是一个静态的固定优先级算法,任务的优先级与周期表现为单调函数关系,执行最频繁的任务优先级最高,及任务的周期越短,优先级越高。RMS是静态调度算法中最有效的算法。如果一组任务能够被任何一种静态调度算法调度,在RMS下也是可调度的。RMS是基于以下假设:1、所有任务都是周期性的;2、任务间不需要同步,没有资源共享,没有任务间的数据交换等问题;3、系统采用抢占式调度,总是优先级最高且就绪的任务被执行;4、任务的时限是其下一周期的开始;5、每个任务具有不随时间变化的定常时间;6、所有任务具有同等重要的关键性级别。要使具有n个任务的实时系统中所有任务都满足硬实时条件,必须使RMS定理成立:E1/T1+E2/T2+... ...+En/Tn <= n * (2的1/n次方-1) 。Ei/Ti是任务i所需的CPU时间。通常,作为实时系统设计的第一个原则,CPU利用率应当在60%到70%之间。

    在时间轮转调度中,当有两个或两个以上就绪任务具有相同优先级,且优先级是就绪任务最高优先级时,调度程序会依次调度每个任务运行一个小的时间片,然后在调度另一个任务运行一个小的时间片,依次进行。在时间轮转调度中,时间片的大小是至关重要的。通常纯粹的时间轮转调度无法满足实时系统的要求,取而代之的是基于优先级的抢占式时间轮转调度。截止时间优先(EDF)调度算法是指进程的优先级随执行时间变化,执行时限越靠近,则相对优先级越高,系统中进程的优先级随时调整。EDF是一种动态优先级调度算法,根据最大延迟最小化思想,遵循如下基本定理:给定一组n个独立任务和一组任意的到达时间,任务可调度的充要条件是E1/T1+E2/T2+... ...+En/Tn <=1 。EDF算法的优点是其可调度性上限为100%,对于任何一组任务,如果EDF不能满足其调度性要求,则没有其他算法满足这组任务的调度性要求。实际上,在实时系统中实现EDF的难度较大,主要是动态确定任务优先级有较大开销,达不到100%的上限。

    优先级反转是由于资源竞争,低优先级的任务在执行而高优先级的任务在等待的现象。解决优先级反转问题的常用方法主要有两种:采用优先级继承协议与采用优先级天花板协议。优先级继承协议是当低优先级任务持有高优先级任务的资源时,其优先级提升到高优先级任务一样的优先级,到退出临界区释放完成资源后,优先级恢复到原先的低优先级。天花板优先级协议解决了优先级继承协议具有死锁和阻塞链问题,通过调整资源的优先级等同于需要它的最高优先级任务的优先级,当这个任务执行完成后,调整资源的优先级为需要它的任务中优先级最高任务的优先级。优先级天花板协议是控制访问临界资源的信号量的优先级天花板,信号量的优先级天花板是所有使用该信号量任务中有最高优先级的任务的优先级。

     

    4、嵌入式系统开发

    答:嵌入式系统的应用软件是面向特定用户和特定应用的软件系统,是实现嵌入式系统功能的关键。嵌入式系统的软件开发方法采用交叉式开发方法,即软件在一个通用平台上开发,在另一个嵌入式目标平台上运行。开发嵌入式软件的平台称为宿主机系统,被开发的嵌入式系统称为目标机系统,当软件执行环境和开发环境一致时,开发过程则称为本地开发。宿主机提供的基本开发工具是交叉编译器、交叉链接器、源代码调试器,作为目标机的嵌入式系统可能提供动态装载器、链接装载器、监视器和调试代理等。目标机和宿主机之间有一组连接,通过这组连接实现源代码、调试信息等关键信息的传输。

    嵌入式系统软件的开发过程大体分为项目计划、可行性分析、需求分析、概要设计、详细设计、程序建立、下载、调试、固化、测试、运行等几个阶段,各阶段不断反复,知道最终完成设计目标。实时嵌入式开发环境中,嵌入式系统快速面向对象过程(ROOPES)是使用非常多的一种模型。ROOPES是半螺旋式生命周期模型,主要是因为在开发初期有大量的硬件开发而且开始阶段需求并不明确。

    嵌入式系统常用的分析与设计方法主要有改进的结构化方法、面向对象方法、基于构件方法。这些分析和设计方法都因为嵌入式系统的特殊性作出一些改变。嵌入式系统的设计包含硬件设计和软件设计两个方面,其中前端活动(如规格说明和系统架构)需要同时考虑硬件和软件两个方面。协同设计是一种在设计的最初阶段就将软件与硬件两方面结合起来,权衡功能的分配,在软件与硬件并行设计过程中实现软硬件的交互,满足系统功能与性能要求的设计方法。协同设计是嵌入系统设计的主要设计方法。嵌入式系统的协同设计工具分为协同合成工具和协同模拟工具两大类。协同合成工具主要有POLIS、COSYMA、Chinook等,协同模拟工具有PTOLEMY、TSS两种。POLIS是开发交互式嵌入式系统的软硬件协同设计框架,适用小型控制系统的设计,系统描述支持基于有限状态机的语言。POLIS主要关注高级语言转换、规则检查、软硬件界面综合等技术,比较适合实时控制领域的嵌入式系统设计。COSYMA是一种探索软硬件协同设计综合进程的平台,面向软件系统,支持自动分割和协同处理器综合,在综合时期可以对设计空间进行探索。Chinook是专门处理控制系统设计的工具,它将整个系统的描述作为一个输入,内部模式基于类似等级状态的模式,不对代码进行分割,为整个设计提供单一的模拟环境。PTOLEMY混合使用面向对象内核的计算模型,可用于模拟多种系统。TSS是系统模拟工具,可模拟复杂硬件,采用C编写,单个模块的提取可由用户控制,支持多核系统模拟。

    5、嵌入式系统分析与设计的要点

    答:嵌入式操作系统一般是面向产品开发的,需求分析阶段的系统规格说明书中需要描述物理尺寸、操作环境、存放环境、指示灯装置、无线电标准、无线电功率和频率、数据传输率、存储器、平均无故障时间、工号、电源适配器、散热、系统复位、协议等内容。

    嵌入式系统架构有硬件架构和软件架构组成,通常先考虑系统的软件架构,再考虑硬件实现。系统架构需要满足性能和功能的要求,还要满足成本、速度、功耗等约束。

    在系统实时性方面,对硬实时系统,必须进行严格的时序分析。对于简单的中小型嵌入式系统,可以采用先硬件后软件的方法;对于复杂、大型嵌入式系统,必须采用软硬件协同设计的方法,还要考虑软件和硬件互相制约和影响。对于复杂的和日后需要继续开发和移植的系统,最好采用EOS来增强系统的可扩展性。在所有满足系统功能和性能要求的方案中,应先选用最简单的架构。

    嵌入式系统开发环境由目标硬件平台、EOS、编程语言、开发工具组成,其中处理器和操作系统的选择应该考虑更多因素,避免错误决策影响项目进度。嵌入式系统设计的主要挑战是如何使互相竞争的设计指标同时达到最佳化。在硬件子系统的设计中,先将硬件划分为部件或模块,并绘制部件连接框图;其次对每个部件进行细化,继续分解为可单独实现的部件。在具体实现过程中,同样的功能分配到软件还是硬件去实现需要具体的实现人员来决定,同时在实现过程中还要平衡性能和成本。嵌入式系统中接口电路的设计需要考虑电平匹配问题、驱动能力问题、干扰问题。

    嵌入式系统的软件设计需要根据应用的实时性要求、应用场合、可用资源情况等约束下进行任务划分,是嵌入式系统应用软件设计的关键。在软件设计过程中,首先明确系统的实时性指标,然后确认任务大体的数目,接下来是可调度性分析,最后再具体实现上根据系统特点确定任务优先级。任务优先级分配一般考虑与中断的关联性、紧迫性、任务的频繁性、传递性等方面的原则。

    在选择EOS时,需要考虑EOS的功能、配套开发工具、可移植性、内存需求、附加软件包、实时性、灵活性等方面的信息,综合判定。

    嵌入式系统编程语言的选择需要考虑通用性、可移植性、执行效率、可维护性等方面进行判定。

    低功耗设计是嵌入式系统设计的难点,是一个系统化的综合问题,需要从软件和硬件两个方面上进行考虑。常用的典型CMOS集成电路,功耗由静态功耗、静态漏电流功耗、内部短路功耗、动态功耗组成,其中动态功耗占比在70%到90%,内部短路功耗在10%到30%。在硬件方面降低功耗是从降低器件工作时功耗为主,解决思路是降低工作电压。嵌入式系统设计人员基于硬件的低功耗设计会从板机电路低功耗设计、低功耗处理器选择、总线低功耗设计、接口驱动电路设计、分区分时供电技术等方面下手。嵌入式系统软件低功耗设计的主要措施有编译优化、软件与硬件协同设计、算法优化。

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  • 嵌入式系统概述2,讲解嵌入式系统组成和应用

    1.嵌入式系统的组成

            一个嵌入式系统装置一般都由嵌入式计算机系统和执行装置组成,嵌入式计算机系统是整个嵌入式系统的核心,由硬件层、中间层、系统软件层和应用软件层组成。执行装置也称为被控对象,它可以接受嵌入式计算机系统发出的控制命令,执行所规定的操作或任务。执行装置可以很简单,如手机上的一个微小型的电机,当手机处于震动接收状态时打开;也可以很复杂,如SONY智能机器狗,上面集成了多个微小型控制电机和多种传感器,从而可以执行各种复杂的动作和感受各种状态信息。

    1.硬件层

    硬件层中包含嵌入式微处理器存储器、通用设备接口和I/O接口(A/D、D/A、I/O等)。在一片嵌入式处理器基础上添加电源电路时钟电路存储器电路,就构成了一个嵌入式核心控制模块,即最小系统。其中操作系统应用程序都可以固化在存储器中。

    (1)嵌入式微处理器

            嵌入式系统硬件层的核心是嵌入式微处理器,嵌入式微处理器与通用CPU最大的不同在于嵌入式微处理器大多工作在为特定用户群所专用设计的系统中,它将通用CPU许多由板卡完成的任务集成在芯片内部,从而有利于嵌入式系统在设计时趋于小型化,同时还具有很高的效率和可靠性。

    嵌入式微处理器体系结构可以采用冯·诺依曼体系或哈佛体系结构指令系统可以选用精简指令系统(Reduced Instruction Set Computer,RISC)和复杂指令系统CISC(Complex Instruction Set Computer,CISC)。RISC计算机在通道中只包含最有用的指令,确保数据通道快速执行每一条指令,从而提高了执行效率并使CPU硬件结构设计变得更为简单。

    嵌入式微处理器有各种不同的体系,即使在同一体系中也可能具有不同的时钟频率数据总线宽度,或集成了不同的外设和接口。据不完全统计,目前全世界嵌入式微处理器已经超过1000多种,体系结构有30多个系列,其中主流的体系有ARM、MIPS、Power PC、X86等。但与全球PC市场不同的是,没有一种嵌入式微处理器可以主导市场,仅以32位的产品而言,就有100种以上的嵌入式微处理器。嵌入式微处理器的选择是根据具体的应用而决定的。

    (2)存储器

    嵌入式系统需要存储器来存放和执行代码,可以位于微处理器的内部或外部,其容量为256KB~1GB,根据具体的应用而定,一般片内存储器容量小,速度快,片外存储器容量大。

    常用作主存的存储器有:

    ROM类 NOR Flash、EPROM和PROM等。

    RAM类 SRAM、DRAM和SDRAM等。

    其中NOR Flash凭借其可擦写次数多、存储速度快、存储容量大、价格便宜等优点,在嵌入式领域内得到了广泛应用。

    (3)通用设备接口和I/O接口

    嵌入式系统和外界交互需要一定形式的通用设备接口,如A/D、D/A、I/O等,外设通过和片外其他设备的或传感器的连接来实现微处理器的输入/输出功能。每个外设通常都只有单一的功能,它可以在芯片外也可以内置芯片中。外设的种类很多,可从一个简单的串行通信设备到非常复杂的无线设备。

    目前嵌入式系统中常用的通用设备接口有A/D(模/数转换接口)、D/A(数/模转换接口),I/O接口有RS-232接口串行通信接口)、Ethernet(以太网接口)、USB(通用串行总线接口)、音频接口、VGA视频输出接口、I2C(现场总线)、SPI(串行外围设备接口)和IrDA(红外线接口)等。

    2.中间层

    硬件层与软件层之间为中间层,也称为硬件抽象层(Hardware Abstract Layer,HAL)或板级支持包(Board Support Package,BSP),它将系统上层软件与底层硬件分离开来,使系统的底层驱动程序与硬件无关,上层软件开发人员无需关心底层硬件的具体情况,根据BSP 层提供的接口即可进行开发。该层一般包含相关底层硬件的初始化、数据的输入/输出操作和硬件设备的配置功能。BSP具有以下两个特点。

    硬件相关性:因为嵌入式实时系统硬件环境具有应用相关性,而作为上层软件与硬件平台之间的接口,BSP需要为操作系统提供操作和控制具体硬件的方法。

    操作系统相关性:不同的操作系统具有各自的软件层次结构,因此,不同的操作系统具有特定的硬件接口形式。

    实际上,BSP是一个介于操作系统和底层硬件之间的软件层次,包括了系统中大部分与硬件联系紧密的软件模块。设计一个完整的BSP需要完成两部分工作:嵌入式系统的硬件初始化以及BSP功能,设计硬件相关的设备驱动

    (1)嵌入式系统硬件初始化

    系统初始化过程可以分为3个主要环节,按照自底向上、从硬件到软件的次序依次为:片级初始化、板级初始化和系统级初始化。

    片级初始化:完成嵌入式微处理器的初始化,包括设置嵌入式微处理器的核心寄存器控制寄存器、嵌入式微处理器核心工作模式和嵌入式微处理器的局部总线模式等。片级初始化把嵌入式微处理器从上电时的默认状态逐步设置成系统所要求的工作状态。这是一个纯硬件的初始化过程。

    板级初始化:完成嵌入式微处理器以外的其他硬件设备的初始化。另外,还需设置某些软件的数据结构和参数,为随后的系统级初始化和应用程序的运行建立硬件和软件环境。这是一个同时包含软硬件两部分在内的初始化过程。

    系统初始化:该初始化过程以软件初始化为主,主要进行操作系统的初始化。BSP将对嵌入式微处理器的控制权转交给嵌入式操作系统,由操作系统完成余下的初始化操作,包含加载和初始化与硬件无关的设备驱动程序,建立系统内存区,加载并初始化其他系统软件模块,如网络系统、文件系统等。最后,操作系统创建应用程序环境,并将控制权交给应用程序的入口。

    (2)硬件相关的设备驱动程序

    BSP的另一个主要功能是硬件相关的设备驱动。硬件相关的设备驱动程序的初始化通常是一个从高到低的过程。尽管BSP中包含硬件相关的设备驱动程序,但是这些设备驱动程序通常不直接由BSP使用,而是在系统初始化过程中由BSP将他们与操作系统中通用的设备驱动程序关联起来,并在随后的应用中由通用的设备驱动程序调用,实现对硬件设备的操作。与硬件相关的驱动程序是BSP设计与开发中另一个非常关键的环节。

    3.系统软件层

    系统软件层由实时多任务操作系统(Real-time Operation System,RTOS)、文件系统、图形用户接口(Graphic User Interface,GUI)、网络系统及通用组件模块组成。RTOS是嵌入式应用软件的基础和开发平台。

    嵌入式操作系统(Embedded Operation System,EOS)是一种用途广泛的系统软件,过去它主要应用与工业控制和国防系统领域。EOS负责嵌入系统的全部软、硬件资源的分配、任务调度,控制、协调并发活动。它必须体现其所在系统的特征,能够通过装卸某些模块来达到系统所要求的功能。目前,已推出一些应用比较成功的EOS产品系列。随着Internet技术的发展、信息家电的普及应用及EOS的微型化和专业化,EOS开始从单一的弱功能向高专业化的强功能方向发展。嵌入式操作系统在系统实时高效性、硬件的相关依赖性、软件固化以及应用的专用性等方面具有较为突出的特点。EOS是相对于一般操作系统而言的,它除具备了一般操作系统最基本的功能,如任务调度、同步机制、中断处理、文件功能等外,还有以下特点:

    (1)可装卸性。开放性、可伸缩性的体系结构

    (2)强实时性。EOS实时性一般较强,可用于各种设备控制当中。

    (3)统一的接口。提供各种设备驱动接口。

    (4)操作方便、简单、提供友好的图形GUI,图形界面,追求易学易用。

    (5)提供强大的网络功能,支持TCP/IP协议及其它协议,提供TCP/UDP/IP/PPP协议支持及统一的MAC访问层接口,为各种移动计算设备预留接口。

    (6)强稳定性,弱交互性。嵌入式系统一旦开始运行就不需要用户过多的干预,这就要负责系统管理的EOS具有较强的稳定性。嵌入式操作系统的用户接口一般不提供操作命令,它通过系统调用命令向用户程序提供服务。

    (7)固化代码。在嵌入系统中,嵌入式操作系统应用软件被固化在嵌入式系统计算机的ROM中。辅助存储器在嵌入式系统中很少使用,因此,嵌入式操作系统的文件管理功能应该能够很容易地拆卸,而用各种内存文件系统。

    (8)更好的硬件适应性,也就是良好的移植性。

    4.应用软件层

    应用软件层是由基于实时系统开发的应用程序组成,用来实现对被控对象的控制功能。功能层是面向被控对象和用户的,为方便用户操作,往往需要提供一个友好的人机界面。对于一些复杂的系统,在系统设计的初期阶段就要对系统的需求进行分析,确定系统的功能,然后将系统的功能映射到整个系统的硬件、软件和执行装置的设计过程中,称为系统的功能实现。

    2 嵌入式系统的应用

    嵌入式系统技术应用非常广泛,如图1.1所示,主要可以包括以下几个方面:

    入式系统主要应用领域

    (1)工业控制

    基于嵌入式芯片的工业自动化设备将获得长足的发展,目前已经有大量的8、16、32位嵌入式微控制器在应用中,网络化是提高生产效率和产品质量、减少人力资源主要途径,如工业过程控制、数字机床、电力系统、电网安全、电网设备监测、石油化工系统。就传统的工业控制产品而言,低端型采用的往往是8位单片机。但是随着技术的发展,32位、64位的处理器逐渐成为工业控制设备的核心,在未来几年内必将获得长足的发展。

    (2)交通管理

    在车辆导航、流量控制、信息监测与汽车服务方面,嵌入式系统技术已经获得了广泛的应用,内嵌GPS模块,GSM模块的移动定位终端已经在各种运输行业获得了成功的使用。目前GPS设备已经从尖端产品进入了普通百姓的家庭,只需要几千元,就可以随时随地找到你的位置。

    (3)信息家电

    这将称为嵌入式系统最大的应用领域,冰箱、空调等的网络化、智能化将引领人们的生活步入一个崭新的空间。即使你不在家里,也可以通过电话线、网络进行远程控制。在这些设备中,嵌入式系统将大有用武之地。

    (4)家庭智能管理系统

    水、电、煤气表的远程自动抄表,安全防火、防盗系统,其中嵌有的专用控制芯片将代替传统的人工检查,并实现更高,更准确和更安全的性能。目前在服务领域,如远程点菜器等已经体现了嵌入式系统的优势。

    (5)POS网络及电子商务

    公共交通无接触智能卡(Contactless Smartcard, CSC)发行系统,公共电话卡发行系统,自动售货机,各种智能ATM终端将全面走入人们的生活,到时手持一卡就可以行遍天下。

    (6)环境工程与自然

    水文资料实时监测,防洪体系及水土质量监测、堤坝安全,地震监测网,实时气象信息网,水源和空气污染监测。在很多环境恶劣,地况复杂的地区,嵌入式系统将实现无人监测。

    (7)国防与航天

    嵌入式芯片的发展将使机器人在微型化,高智能方面优势更加明显,同时会大幅度降低机器人的价格,使其在工业领域和服务领域获得更广泛的应用。

    几个具体的应用实例:

    远程家电控制,除了开发出支持TCP/IP的嵌入式系统之外,家电产品控制协议也需要制订和统一,这需要家电生产厂家来做。同样的道理,所有基于网络的远程控制器件都需要与嵌入式系统之间实现接口,然后再由嵌入式系统来控制并通过网络实现控制。所以,开发和探讨嵌入式系统有着十分重要的意义。

    基于嵌入式系统在电网远程监控,可实现对电网参数的主动测量、分析、自动存储等功能,通过Internet光纤环网将电网监测数据传送到调度室的监控主机,工作人员可以对远程设备的运行状况进行及时、准确的监控,对其故障先兆做出判断和预测,采取有效措施解决问题,保证大型机组安全运行,防止恶性事故的发生,避免了定期检修引起的生产停顿,起到预防和消除故障的作用,提高设备运行的可靠性、安全性和有效性。

    基于嵌入式系统的RFID手持机系统,以ARM微处理器为主控制器,根据系统的需求外扩了SRAM、Flash、SD卡、键盘、LCD显示、声响提示进行数据处理、数据存储、人机交互以及出错报警提示,通过USB接口可以与主机进行数据通信,背光模块可以为LCD和键盘提供背光,电压检测模块通过核心处理器的A/D转换器进行电池电压的检测,从而间接检测出电池的剩余电量,RF模块能够进行读写器与标签之间射频信号的收发,通过JTAG接口可以进行程序的调试与下载。电源部分可以为系统中需要电源的各个模块提供电源。

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