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嵌入式系統(tǒng)的應用與開發(fā)論文

時間:2023-05-03 19:42:59 論文范文 我要投稿
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嵌入式系統(tǒng)的應用與開發(fā)論文

  一、嵌入式系統(tǒng)及其應用概述

嵌入式系統(tǒng)的應用與開發(fā)論文

  嵌入式系統(tǒng)是以應用為中心,以計算機技術為基礎,軟件可編程,硬件可剪裁、重構的專用計算機系統(tǒng)。該系統(tǒng)通常嵌入在對象環(huán)境中,并通過其在對象環(huán)境下運行的特定程序,完成對外界物理參數地采集、處理,達到對控制對象地響應或人機交互的功能。

  目前,嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展方向主要是解決接口多樣性、適應性、靈活性和集成開發(fā)環(huán)境等的特定應用問題。嵌入式系統(tǒng)應用的底層性與對象系統(tǒng)的緊耦合性是其顯著的基本特征。所以,最大限度的滿足對象數據采集、控制、開發(fā)環(huán)境、功耗,以及適應能力、可靠性等品質因數是選擇嵌入式系統(tǒng)的標準。

  為適應技術發(fā)展需求,嵌入系統(tǒng)在不斷追求結構緊湊、堅固可靠、技術密集、高度分散的同時,尤以不斷創(chuàng)新為嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展核心。使嵌入系統(tǒng)凸現了高技術門檻,主要表現在軟硬件設計的緊密相關性上,特別是構建RTOS系統(tǒng)需透徹了解RTOS的工作機制和系統(tǒng)資源配制,掌握底層軟件、系統(tǒng)軟件和應用軟件的設計、調試方法。

  隨著對嵌入式系統(tǒng)的智能化愈加關注,現場可編程、調試、引腳配置變得非常重要和必不可少。所以,用戶可配置的SCO(在片系統(tǒng))已成為現階段嵌入式系統(tǒng)的核心發(fā)展技術。通過現場可編程陣列把接口應用設計和系統(tǒng)開發(fā)留給系統(tǒng)設計者,提供靈活、多樣的片上電路設計平臺,使電路板設計變成在片的芯片配置,將嵌入系統(tǒng)地設計帶入了軟硬件的雙編程時期,進一步縮短了產品開發(fā)周期。而下一代的在片系統(tǒng)還將發(fā)展成一個MUC數量可縮放的集合體。

  在嵌入式應用系統(tǒng)中,雖然高端產品不斷涌現,但由于應用對象、環(huán)境的不同特點,嵌入系統(tǒng)的8位機產品仍因應用對象的有限響應時間、完備的集成開發(fā)環(huán)境、良好的性價比等優(yōu)勢仍然占據著低端應用系統(tǒng)的主流地位。Cygnel公司的C8051F系列產品就充分印證了這點。

  回顧嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展歷程,已經歷了由模擬向數字的演進過程,現又逐步演變?yōu)閿的2⒋媲樾。由最初軟件編程主宰的微處理器(嵌入式微處理器、數字信號處理器、單片機),到硬編程主宰的專用集成電路時代,再到今天的現場可編配置時代。嵌入式系統(tǒng)的核心技術正沿著“許氏循環(huán)”的浪潮不斷前行。而配套的軟件設計平臺也隨著科技進步在不斷得到完善?梢灶A期,軟硬雙可編程的嵌入式系統(tǒng)時代必會帶來更加便捷的開發(fā)環(huán)境和技術支持。

  二、嵌入系統(tǒng)的設計原則

  嵌入系統(tǒng)設計具有很強的針對性,軟硬件協同設計是系統(tǒng)設計的關鍵。需解決好軟硬件的同步與集成設計問題,要結合具體應用進行綜合考慮,保證設計工作的一致性與正確性。在針對具體應用系統(tǒng)的功能目標分析基礎上,分解整個系統(tǒng)的各項功能指標和技術要求,結合系統(tǒng)的實時響應要求、接口功能定義與標準、嵌入芯片的處理能力、編程語言、開發(fā)環(huán)境、產品的升級與維護問題、開發(fā)投入能力、產品綜合成本等多方面因素進行權衡考慮。

 。ㄒ唬┰诿鞔_系統(tǒng)性能需求的基礎上,細化以下考慮因素

  1。系統(tǒng)功能實現手段的軟硬件分配。

  2。器(部)件選擇和系統(tǒng)構建。包括微處理器芯片、外圍接口電路、各種驅動電路形式、器部件類型、前后向通道處理方式、人機界面和手段等。

  3。控制算法設計以及軟件系統(tǒng)的架構形式。

  4。語言選擇。依據設計者熟練程度和習慣、開發(fā)環(huán)境和控制功能要求選取。

  5。抗干擾問題的解決與設計。包括軟件的和硬件的、常規(guī)的和特定的。

  6。實現工藝和方式。包括印制板設計、走線安裝、裝配工藝、新材料或新技術的應用等。

  在各實施階段,對項目進度、關鍵技術的風險因素必須進行審查評估,評價軟一硬件的功能設計與分配,以及實現的技術性能、工作量和時間進度。明確電路之間的接口參數、軟一硬件功能銜接,以及項目中存在的問題和缺陷,及時發(fā)現關鍵部位或矛盾突出點的瓶頸問題,將隱患排除在早期設計階段。

 。ǘ┣度胂到y(tǒng)中微處理器選擇應考慮

  1。MCU的算術、邏輯處理能力;運算速度和時鐘頻率;總線控制功能、中斷方式和仲裁機制;RAM和FLASHROM容量;軟件加密保護。

  2。外圍接口功能的可重構配置能力;數據通訊模式;前后向通道類型;端口電壓的適應能力等;

  3。開發(fā)工具的在線調試或仿真能力;FLASH代碼讀寫環(huán)境;編程語言的支持程度;代碼的可移植性等。

  4。電源電壓;功耗等。

  三、嵌入系統(tǒng)的軟件特點

  嵌入式系統(tǒng)是可利用資源有限、專用性很強、實時性要求也很高的應用控制系統(tǒng)。故在軟件設計方法和實現手段上,嵌入系統(tǒng)軟件同PC機軟件存在很大差異,主要表現在:

 。ㄒ唬⿲崟r性的控制方法

  PC軟件提升速率方法,極大依賴處理器性能提升,還體現在緩存方案、動態(tài)分配等技術手段上。但在嵌入式系統(tǒng)中應用這些技術就存在硬件資源不足、工作頻率低的現實問題,會降低系統(tǒng)的可靠性。

 。ǘ┨囟ǖ漠悩嬏卣

  嵌入式控制軟件設計既要考慮特定的硬件固有部分,也要考慮來自系統(tǒng)之外的各種通訊、傳感器的專用信號處理接口,以及不同控制目標的實時期望和執(zhí)行機構的異步并發(fā)事件處理能力。因此不同的硬件系統(tǒng)或控制/文秘站-您的專屬秘書,中國最強免費!/目標,將會產生不同的系統(tǒng)構建方案。

 。ㄈ┫到y(tǒng)的性能目標

  編寫嵌入式軟件必須著重考慮與硬件系統(tǒng)相匹配的功耗、不間斷運行、故障恢復、高可靠性等方面的約束條件,實現特定應用環(huán)境下的控制功能、實時性響應的目標要求。因此,嵌入系統(tǒng)要在借鑒通用軟件技術,遵循軟件工程理論,規(guī)范軟件開發(fā)過程的同時。還應根據嵌入式系統(tǒng)特點研究開發(fā)技術和算法結構,提高開發(fā)效率,確保系統(tǒng)軟件的質量和可靠性,以及軟件的復用性、可移植性和易維護性?v觀嵌入式軟件設計方法的發(fā)展歷程,走過了從結構化設計、面向對象設計、基于構件的設計階段,經歷了單任務到多任務的系統(tǒng)轉變。

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