嵌入式控制系統(tǒng)畢業(yè)論文

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　基于嵌入式系統(tǒng)的概念，嵌入式系統(tǒng)本身是一個相對模糊的定義。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展,嵌入式操作系統(tǒng)正在深入應(yīng)用到工業(yè)、農(nóng)業(yè)、教育、國防、科研以及日常生活等各個領(lǐng)域,將嵌入式操作系統(tǒng)技術(shù)與模糊控制技術(shù)結(jié)合起來,構(gòu)成一種體積小、易于網(wǎng)絡(luò)化、成本較低,集信號采集、數(shù)據(jù)存儲、網(wǎng)絡(luò)傳輸、實時控制和實時顯示為一體的嵌入式溫濕度控制系

2、統(tǒng)具有廣泛的應(yīng)用前景。本文闡述嵌入式操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)、嵌入式操作系統(tǒng)的開發(fā)方法和過程以及應(yīng)用領(lǐng)域和未來的發(fā)展。嵌入式控制系統(tǒng)的可移植性較強,可以實現(xiàn)對多種模擬信號進行實時采集和控制,所以應(yīng)用前景比較廣泛。</p><p>　　同時介紹了嵌入式控制系統(tǒng)技術(shù)的基本理論和設(shè)計方法，而且將控制算法、嵌入式系統(tǒng)硬件、操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序設(shè)計及組態(tài)軟件作為統(tǒng)一的技術(shù)平臺來介紹，突出嵌入式技術(shù)在控制系統(tǒng)中應(yīng)用的特點，通過應(yīng)用實例分

3、析，解析嵌入式控制系統(tǒng)中各部分的問題。</p><p>　　關(guān)鍵詞：嵌入式控制系統(tǒng) 開發(fā) 設(shè)計 應(yīng)用領(lǐng)域</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第1章 嵌入式控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)1</p><p>　　1.1 嵌入式控制系統(tǒng)的發(fā)展史1</p><p>　　1.2

4、 嵌入式控制系統(tǒng)的概述3</p><p>　　1.3 嵌入式控制系統(tǒng)的組成4</p><p>　　1.3.1 嵌入式控制系統(tǒng)的硬件4</p><p>　　1.3.2 嵌入式控制系統(tǒng)的軟件6</p><p>　　第2章 嵌入式控制系統(tǒng)的開發(fā)7</p><p>　　2.1 嵌入式控制系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境7</p

5、><p>　　2.2 嵌入式控制系統(tǒng)的開發(fā)過程8</p><p>　　第3章 嵌入式控制系統(tǒng)的設(shè)計10</p><p>　　3.1 嵌入式控制系統(tǒng)的特點10</p><p>　　3.2 嵌入式控制系統(tǒng)的設(shè)計方法11</p><p>　　3.2.1 嵌入式控制系統(tǒng)的設(shè)計概述及步驟11</p><

6、p>　　3.2.2 嵌入式控制系統(tǒng)的設(shè)計方法13</p><p>　　第4章 嵌入式控制系統(tǒng)的未來發(fā)展17</p><p>　　4.1 嵌入式控制系統(tǒng)的未來發(fā)展17</p><p>　　4.2 嵌入式控制系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域19</p><p><b>　　參考文獻22</b></p><p

7、><b>　　致 謝23</b></p><p>　　第1章 嵌入式控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)</p><p>　　1.1 嵌入式控制系統(tǒng)的發(fā)展史</p><p>　　1始于微型機時代的嵌入式用</p><p>　　電子數(shù)字計算機誕生于1946年，在其后漫長的歷史進程中，計算機始終供養(yǎng)在特殊的機房中，實現(xiàn)數(shù)值計算的大型

8、昂貴設(shè)備。直到20世紀70年代，微處理器的出現(xiàn)，計算機才能出現(xiàn)歷史的變化，以微處理器為核心的微型計算機以其小型、價廉、高可靠性特點，迅速走出機房；基于高速數(shù)值解算能力的微型機，表現(xiàn)出的智能化水平引起了控制專業(yè)人士的興趣，要求微型機嵌入到一個對象體系中，實現(xiàn)對象體系的智能化控制。例如，將微型計算機電氣加固、機械加固，并配置各種外圍接口電路，安裝到大型艦船中結(jié)構(gòu)自動駕駛儀或輪機狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。這樣一來，計算機便失去了原來的形態(tài)與通用的計算功能

9、。為了區(qū)別于原有的通用計算機系統(tǒng)，把嵌入到對象體系中，實現(xiàn)對象體系智能化控制的計算機，稱作嵌入式計算機系統(tǒng)。因此，嵌入式系統(tǒng)誕生于微型時代，嵌入式系統(tǒng)的嵌入性本質(zhì)是將一個計算機嵌入到一對象體系中去，這些是理解嵌入式系統(tǒng)的基本出發(fā)點。</p><p>　　2.兩大分支發(fā)展的里程碑事件</p><p>　　通用計算機系統(tǒng)與嵌入式計算機系統(tǒng)的專業(yè)化分工發(fā)展，導(dǎo)致20世紀末、21世紀初，計算機技術(shù)

10、的飛速發(fā)展。計算機專業(yè)領(lǐng)域集中精力發(fā)展通用計算機系統(tǒng)的軟、硬件技術(shù)，不必兼顧嵌入式應(yīng)用要求，通用微處理器迅速從286、386、486到奔騰系列；操作系統(tǒng)則迅速擴張計算機基于高速海量的數(shù)據(jù)文件處理能力，使通用計算機系統(tǒng)進入到盡善盡美階段。</p><p>　　嵌入式計算機系統(tǒng)則走上了一條完全不同的道路，這條獨立發(fā)展的道路就是單芯片化道路。它動員了原有的傳統(tǒng)電子系統(tǒng)領(lǐng)域的廠家與專業(yè)人士，接過起源于計算機領(lǐng)域的嵌入式系

11、統(tǒng)，承擔(dān)起發(fā)展與普及嵌入式系統(tǒng)的歷史任務(wù)，迅速地將傳統(tǒng)的電子系統(tǒng)發(fā)展到智能化的現(xiàn)代電子系統(tǒng)時代。</p><p>　　雖然嵌入式系統(tǒng)是近幾年才風(fēng)靡起來的，但是這個概念并非新近才出現(xiàn)。從20世紀七十年代單片機的出現(xiàn)到今天各式各樣的嵌入式微處理器，微控制器的大規(guī)模應(yīng)用，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)有了近30年的發(fā)展歷史。 </p><p>　　作為一個系統(tǒng)，往往是在硬件和軟件交替發(fā)展的雙螺旋的支撐下逐漸趨于

12、穩(wěn)定和成熟，嵌入式系統(tǒng)也不例外。 </p><p>　　嵌入式系統(tǒng)的出現(xiàn)最初是基于單片機的。70年代單片機的出現(xiàn)，使得汽車、家電、工業(yè)機器、通信裝置以及成千上萬種產(chǎn)品可以通過內(nèi)嵌電子裝置來獲得更佳的使用性能：更容易使用、更快、更便宜。這些裝置已經(jīng)初步具備了嵌入式的應(yīng)用特點，但是這時的應(yīng)用只是使用８位的芯片，執(zhí)行一些單線程的程序，還談不上“系統(tǒng)”的概念。 </p><p>　　最早的單片機是

13、Intel公司的 8048，它出現(xiàn)在1976年。Motorola同時推出了68HC05，Zilog公司推出了Z80系列，這些早期的單片機均含有256字節(jié)的RAM、4K的ROM、4 個8位并口、1個全雙工串行口、兩個16位定 時 器。之后在80年代初，Intel又進一步完善了8048，在它的基礎(chǔ)上研制成功了8051，這在單片機的歷史上是值得紀念的一頁，迄今為止，51系列的單片機仍然是最為成功的單片機芯片，在各種產(chǎn)品中有著非常廣泛的應(yīng)用。&

14、lt;/p><p>　　從80年代早期開始，嵌入式系統(tǒng)的程序員開始用商業(yè)級的“操作系統(tǒng)”編寫嵌入式應(yīng)用軟件，這使得可以獲取更短的開發(fā)周期，更低的開發(fā)資金和更高的開發(fā)效率，“嵌入式系統(tǒng)”真正出現(xiàn)了。確切點說，這個時候的操作系統(tǒng)是一個實時核，這個實時核包含了許多傳統(tǒng)操作系統(tǒng)的特征，包括任務(wù)管理、任務(wù)間通訊、同步與相互排斥、中斷支持、內(nèi)存管理等功能。其中比較著名的有Ready System 公司的VRTX、Integrat

15、ed System Incorporation (ISI)的PSOS和IMG的VxWorks、QNX公司的QNX 等。這些嵌入式操作系統(tǒng)都具有嵌入式的典型特點：它們均采用占先式的調(diào)度，響應(yīng)的時間很短，任務(wù)執(zhí)行的時間可以確定；系統(tǒng)內(nèi)核很小，具有可裁剪，可擴充和可移植性，可以移植到各種處理器上；較強的實時和可靠性，適合嵌入式應(yīng)用。這些嵌入式實時多任務(wù)操作系統(tǒng)的出現(xiàn)，使得應(yīng)用開發(fā)人員得以從小范圍的開發(fā)解放出來，同時也促使嵌入式有了更為廣闊的應(yīng)

16、用空間。 </p><p>　　90年代以后，隨著對實時性要求的提高，軟件規(guī)模不斷上升，實時核逐漸發(fā)展為實時多任務(wù)操作系統(tǒng)（RTOS），并作為一種軟件平臺逐步成為目前國際嵌入式系統(tǒng)的主流。這時候更多的公司看到了嵌入式系統(tǒng)的廣闊發(fā)展前景，開始大力發(fā)展自己的嵌入式操作系統(tǒng)。除了上面的幾家老牌公司以外，還出現(xiàn)了Palm OS，WinCE，嵌入式Linux，Lynx，Nucleux，以及國內(nèi)的Hopen，Delta Os

17、等嵌入式操作系統(tǒng)。隨著嵌入式技術(shù)的發(fā)展前景日益廣闊，相信會有更多的嵌入式操作系統(tǒng)軟件出現(xiàn)。</p><p>　　在中國嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域，比較認同的嵌入式系統(tǒng)概念是：嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，并且軟硬件可裁剪，適用于應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。它一般由嵌入式微處理器、外圍硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)以及用戶的應(yīng)用程序等四個部分組成，用于實現(xiàn)對其他設(shè)備的控制、監(jiān)視

18、或管理等功能。</p><p>　　1.2 嵌入式系統(tǒng)的概念</p><p>　　嵌入式系統(tǒng)是面向用戶、面向產(chǎn)品、面向應(yīng)用的，它必須與具體應(yīng)用相結(jié)合才會具有生命力、才更具有優(yōu)勢。因此可以這樣理解上述三個面向的含義，即嵌入式系統(tǒng)是與應(yīng)用緊密結(jié)合的，它具有很強的專用性，必須結(jié)合實際系統(tǒng)需求進行合理的裁減利用。</p><p>　　嵌入式系統(tǒng)是將先進的計算機技術(shù)、半導(dǎo)體技

19、術(shù)和電子技術(shù)和各個行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合后的產(chǎn)物，這一點就決定了它必然是一個技術(shù)密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識集成系統(tǒng)。所以，介入嵌入式系統(tǒng)行業(yè)，必須有一個正確的定位。例如Palm之所以在PDA領(lǐng)域占有70％以上的市場，就是因為其立足于個人電子消費品，著重發(fā)展圖形界面和多任務(wù)管理；而風(fēng)河的Vxworks之所以在火星車上得以應(yīng)用，則是因為其高實時性和高可靠性。 </p><p>　　嵌入式系統(tǒng)必須根據(jù)應(yīng)用需

20、求對軟硬件進行裁剪，滿足應(yīng)用系統(tǒng)的功能、可靠性、成本、體積等要求。所以，如果能建立相對通用的軟硬件基礎(chǔ)，然后在其上開發(fā)出適應(yīng)各種需要的系統(tǒng)，是一個比較好的發(fā)展模式。目前的嵌入式系統(tǒng)的核心往往是一個只有幾K到幾十K微內(nèi)核，需要根據(jù)實際的使用進行功能擴展或者裁減，但是由于微內(nèi)核的存在，使得這種擴展能夠非常順利的進行。 </p><p>　　實際上，嵌入式系統(tǒng)本身是一個外延極廣的名詞，凡是與產(chǎn)品結(jié)合在一起的具有嵌入式特

21、點的控制系統(tǒng)都可以叫嵌入式系統(tǒng)，而且有時很難以給它下一個準確的定義?，F(xiàn)在人們講嵌入式系統(tǒng)時，某種程度上指近些年比較熱的具有操作系統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)，本文在進行分析和展望時，也沿用這一觀點。 </p><p>　　一般而言，嵌入式系統(tǒng)的構(gòu)架可以分成四個部分：處理器、存儲器、輸入輸出（I/O）和軟件（由于多數(shù)嵌入式設(shè)備的應(yīng)用軟件和操作系統(tǒng)都是緊密結(jié)合的，在這里我們對其不加區(qū)分，這也是嵌入式系統(tǒng)和Windows系統(tǒng)的最大區(qū)

22、別）。</p><p>　　1.3 嵌入式系統(tǒng)的組成</p><p>　　1.3.1 嵌入式系統(tǒng)的硬件</p><p>　　硬件中包含嵌入式微處理器、存儲器（SDRAM、ROM、Flash等）、通用設(shè)備接口和I/O接口（A/D、D/A、I/O等）。在一片嵌入式處理器基礎(chǔ)上添加電源電路、時鐘電路和存儲器電路，就構(gòu)成了一個嵌入式核心控制模塊。其中操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序都可以

23、固化在ROM中。 </p><p>　　(1)嵌入式微處理器 </p><p>　　嵌入式系統(tǒng)硬件層的核心是嵌入式微處理器，嵌入式微處理器與通用CPU最大的不同在于嵌入式微處理器大多工作在為特定用戶群所專用設(shè)計的系統(tǒng)中，它將通用CPU許多由板卡完成的任務(wù)集成在芯片內(nèi)部，從而有利于嵌入式系統(tǒng)在設(shè)計時趨于小型化，同時還具有很高的效率和可靠性。 </p><p>　　嵌

24、入式微處理器的體系結(jié)構(gòu)可以采用馮·諾依曼體系或哈佛體系結(jié)構(gòu)；指令系統(tǒng)可以選用精簡指令系統(tǒng)（Reduced Instruction Set Computer，RISC）和復(fù)雜指令系統(tǒng)CISC（Complex Instruction Set Computer，CISC）。RISC計算機在通道中只包含最有用的指令，確保數(shù)據(jù)通道快速執(zhí)行每一條指令，從而提高了執(zhí)行效率并使CPU硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計變得更為簡單。 </p><

25、p>　　嵌入式微處理器有各種不同的體系，即使在同一體系中也可能具有不同的時鐘頻率和數(shù)據(jù)總線寬度，或集成了不同的外設(shè)和接口。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前全世界嵌入式微處理器已經(jīng)超過1000多種，體系結(jié)構(gòu)有30多個系列，其中主流的體系有ARM、MIPS、PowerPC、X86和SH等。但與全球PC市場不同的是，沒有一種嵌入式微處理器可以主導(dǎo)市場，僅以32位的產(chǎn)品而言，就有100種以上的嵌入式微處理器。嵌入式微處理器的選擇是根據(jù)具體的應(yīng)用而決定的

26、。 </p><p><b>　　(2)存儲器 </b></p><p>　　嵌入式系統(tǒng)需要存儲器來存放和執(zhí)行代碼。嵌入式系統(tǒng)的存儲器包含Cache、主存和輔助存儲器。 </p><p><b>　　1．Cache </b></p><p>　　Cache是一種容量小、速度快的存儲器陣列它位于主存和

27、嵌入式微處理器內(nèi)核之間，存放的是最近一段時間微處理器使用最多的程序代碼和數(shù)據(jù)。在需要進行數(shù)據(jù)讀取操作時，微處理器盡可能的從Cache中讀取數(shù)據(jù)，而不是從主存中讀取，這樣就大大改善了系統(tǒng)的性能，提高了微處理器和主存之間的數(shù)據(jù)傳輸速率。Cache的主要目標就是：減小存儲器（如主存和輔助存儲器）給微處理器內(nèi)核造成的存儲器訪問瓶頸，使處理速度更快，實時性更強。 </p><p>　　在嵌入式系統(tǒng)中Cache全部集成在嵌入

28、式微處理器內(nèi)，可分為數(shù)據(jù)Cache、指令Cache或混合Cache，Cache的大小依不同處理器而定。一般中高檔的嵌入式微處理器才會把Cache集成進去。 </p><p><b>　　2．主存 </b></p><p>　　主存是嵌入式微處理器能直接訪問的寄存器，用來存放系統(tǒng)和用戶的程序及數(shù)據(jù)。它可以位于微處理器的內(nèi)部或外部，其容量為256KB~1GB，根據(jù)具體的應(yīng)

29、用而定，一般片內(nèi)存儲器容量小，速度快，片外存儲器容量大。 </p><p>　　常用作主存的存儲器有： </p><p>　　ROM類 NOR Flash、EPROM和PROM等。 </p><p>　　RAM類 SRAM、DRAM和SDRAM等。</p><p>　　其中NOR Flash 憑借其可擦寫次數(shù)多、存儲速度快、存儲容量大、價格便

30、宜等優(yōu)點，在嵌入式領(lǐng)域內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。 </p><p><b>　　3>輔助存儲器 </b></p><p>　　輔助存儲器用來存放大數(shù)據(jù)量的程序代碼或信息，它的容量大、但讀取速度與主存相比就慢的很多，用來長期保存用戶的信息。 </p><p>　　嵌入式系統(tǒng)中常用的外存有：硬盤、NAND Flash、CF卡、MMC和SD卡等。 &l

31、t;/p><p>　　(3)通用設(shè)備接口和I/O接口 </p><p>　　嵌入式系統(tǒng)和外界交互需要一定形式的通用設(shè)備接口，如A/D、D/A、I/O等，外設(shè)通過和片外其他設(shè)備的或傳感器的連接來實現(xiàn)微處理器的輸入/輸出功能。每個外設(shè)通常都只有單一的功能，它可以在芯片外也可以內(nèi)置芯片中。外設(shè)的種類很多，可從一個簡單的串行通信設(shè)備到非常復(fù)雜的802.11無線設(shè)備。 </p><p

32、>　　目前嵌入式系統(tǒng)中常用的通用設(shè)備接口有A/D（模/數(shù)轉(zhuǎn)換接口）、D/A（數(shù)/模轉(zhuǎn)換接口），I/O接口有RS-232接口（串行通信接口）、Ethernet（以太網(wǎng)接口）、USB（通用串行總線接口）、音頻接口、VGA視頻輸出接口、I2C（現(xiàn)場總線）、SPI（串行外圍設(shè)備接口）和IrDA（紅外線接口）等。 </p><p>　　1.3.2 嵌入式系統(tǒng)的軟件</p><p>　　嵌入式系

33、統(tǒng)的軟件包括設(shè)備驅(qū)動層、嵌入式操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序接口API層以及實際應(yīng)用程序?qū)?。對于簡單的嵌入式系統(tǒng)，可以沒有嵌入式操作系統(tǒng)，僅存在設(shè)備驅(qū)動程序和應(yīng)用程序。對于大部分嵌入式系統(tǒng)，由于性能要求越來越高，通常需要嵌入式操作系統(tǒng)。</p><p>　　下面簡單的介紹一下嵌入式操作系統(tǒng)的軟件層次結(jié)構(gòu)。</p><p><b>　　驅(qū)動層程序</b></p>&l

34、t;p>　　任何外部設(shè)備都需要相應(yīng)的驅(qū)動程序支持，它為上層軟件提供了設(shè)備的操作接口。因此驅(qū)動層是嵌入式系統(tǒng)中不可缺少的重要組成部分。</p><p>　　驅(qū)動層程序包括硬件抽象（HAL Hardware Abstraction Layer）、板級支持包BSP（Board Support Package）以及設(shè)備驅(qū)動程序。</p><p><b>　　(1) 硬件抽象層<

35、;/b></p><p>　　硬件抽象層HAL位于操作系統(tǒng)內(nèi)核與硬件電路之間的接口層，其目的就是將硬件抽象化。即可以通過程序處理器、I/O接口以及存儲器等所有硬件操作。這樣是系統(tǒng)的設(shè)備驅(qū)動程序與硬件設(shè)備無關(guān)，提高了系統(tǒng)的可移植性。</p><p>　　硬件抽象層包括相關(guān)硬件的初始化、數(shù)據(jù)的輸入/輸出操作、硬件設(shè)備的配置等操作。</p><p>　　2）板級支持

36、包BSP</p><p>　　板級支持包BSP介于硬件和嵌入式操作系統(tǒng)中驅(qū)動層之間的一層，主要是實現(xiàn)對嵌入式操作系統(tǒng)的支持，為上一層驅(qū)動程序提供訪問硬件設(shè)備寄存器的函數(shù)包，使之能夠更好的運行于硬件。不同的嵌入式操作系統(tǒng)對應(yīng)的BSP不同。</p><p>　　BSP實現(xiàn)的功能主要有：一是系統(tǒng)啟動時對應(yīng)硬件初始化，二是為驅(qū)動程序提供訪問硬件的手段，Boot Loader屬于此類。</p&

37、gt;<p><b>　?。?）設(shè)備驅(qū)動程序</b></p><p>　　系統(tǒng)安裝的硬件設(shè)備必須經(jīng)過驅(qū)動才能被使用，設(shè)備的驅(qū)動程序為上層軟件提供調(diào)用的接口。上層軟件只需調(diào)用驅(qū)動程序提供的接口，而不必關(guān)心設(shè)備內(nèi)部的具體操作，就可以控制硬件設(shè)備。</p><p>　　驅(qū)動層除了實現(xiàn)基本的功能函數(shù)外（初始化、中斷響應(yīng)、發(fā)送、接收等），還具備完善的錯誤處理函數(shù)。

38、</p><p>　　第2章 嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)</p><p>　　2.1 嵌入式控制開發(fā)環(huán)境</p><p><b>　　1．交叉開發(fā)環(huán)境</b></p><p>　　嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用軟件的開發(fā)屬于跨平臺開發(fā)，因此需要一個交叉開發(fā)環(huán)境。交叉開發(fā)是指在一臺通用計算機上進行軟件的編輯、編譯，然后下載的嵌入式設(shè)備中運行調(diào)試的開

39、發(fā)式。用來開發(fā)的通用計算機可選用比較常見的PC機等，運行通用的Windows等操作系統(tǒng)。開發(fā)計算機一般稱宿主機，嵌入式設(shè)備稱為目標機。在宿主機上編譯好的程序，下載到目標機上運行；交叉開發(fā)環(huán)境提供調(diào)試工具對目標機上運行的程序進行調(diào)試。</p><p>　　交叉開發(fā)環(huán)境一般由運行于宿主機上的交叉開發(fā)軟件、宿主機到目標機的調(diào)試通道組成。</p><p>　　運行于宿主機上的交叉開發(fā)軟件至少必須包

40、含編譯調(diào)試模塊，其編譯器為交叉編譯器。宿主機一般為基于x86體系的桌上型計算機，而編譯出的代碼必須在目標機處理器體系結(jié)構(gòu)上運行，這就是所謂的交叉編譯。在宿主機上編譯好目標代碼后，通過宿主機到目標機的調(diào)試通道將代碼下載到目標機，然后由運行于宿主機的調(diào)試軟件控制代碼在目標機上的運行調(diào)試。</p><p><b>　　2．軟件模擬環(huán)境</b></p><p>　　軟件模擬環(huán)

41、境也稱為指令集模擬器ISS（Instruction Set Simulator）。在很多時候為保證項目進度，硬件和軟件開發(fā)往往同時進行。這時作為目標機的硬件環(huán)境還沒有建立起來，軟件的開發(fā)就需要一個模擬環(huán)境來進行調(diào)試。模擬開發(fā)環(huán)境建立在交叉開發(fā)環(huán)境基礎(chǔ)之上，是對交叉開發(fā)環(huán)境的補充。這是，除了宿主機和目標機之外，還需要提供一個在宿主機上模擬目標機的環(huán)境，使得開發(fā)好的程序直接在這個環(huán)境里運行調(diào)試。模擬硬件環(huán)境是非常復(fù)雜的，由于指令集模擬器與真

42、實的硬件環(huán)境相差很大，即使用戶使用指令集模擬器調(diào)試通過的程序，也有可能無法在真實的硬件環(huán)境下運行。因此，軟件模擬不可能完全代替真正的硬件環(huán)境，這種模擬調(diào)試只能作為一種初步調(diào)試，主要是用作用戶程序的模擬運行，用來檢查語法、程序的結(jié)構(gòu)等簡單錯誤，用戶最終還必須在真實的硬件環(huán)境中實際運行調(diào)試，完成整個應(yīng)用的開發(fā)。</p><p><b>　　3．評估電路板</b></p><p

43、>　　評估電路板，也稱為開發(fā)板，一般用來作為開發(fā)者使用和學(xué)習(xí)板、實驗板，可作為應(yīng)用目標板出來之前的軟件測試、硬件調(diào)試的電路板，對應(yīng)用系統(tǒng)的功能沒有完全確定、初步進行嵌入式開發(fā)且沒有相關(guān)開發(fā)經(jīng)驗的人員來說尤其重要。開發(fā)評估電路板并不是嵌入式應(yīng)用開發(fā)必需的，對于有經(jīng)驗的工程師，完全可以自行獨立設(shè)計自己的應(yīng)用電路板及根據(jù)開發(fā)需要設(shè)計實驗板。好的評估電路板一般文檔齊全，對處理器的常用功能模塊和主流應(yīng)用都有硬件實現(xiàn)，并提供電路原理圖和相關(guān)開

44、發(fā)例程與源代碼，供用戶設(shè)計自己的應(yīng)用目標板和應(yīng)用程序參考。</p><p>　　2.2 嵌入式控制系統(tǒng)開發(fā)的過程 </p><p>　　為嵌入式系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用程序的過程譽為PC機開發(fā)應(yīng)用軟件的過程有一定的不同，出現(xiàn)了一些在PC機上不曾有的工作階段。在同樣的一個階段，具體的工作也有很多的不同。造成這種現(xiàn)象的原因主要是由于在開發(fā)嵌入式軟件時，開發(fā)者要面對兩個工作平臺：一個是宿主機，另一個是目標機

45、。宿主機上要有比較豐富的軟件和硬件資源，通常是用PC機來作宿主機，但也有使用工作站的情況，不過不多見。目標機是CPU和操作系統(tǒng)都與最終的嵌入式系統(tǒng)相同的開發(fā)實驗板。有很多的廠商可以提供這種開發(fā)實驗板。宿主機可通過串行端口（RS-232）、并行端口或是網(wǎng)絡(luò)（Ethernet）與目標機相連接。它們一起構(gòu)成了嵌入式軟件的開發(fā)環(huán)境。應(yīng)用程序的編輯、編譯及鏈接等過程都在宿主機上進行，而應(yīng)用程序要在和宿主機有很大差別的目標機上實際運行。應(yīng)用程序的調(diào)

46、試主要是宿主機上進行，但在很多情況下要借助于目標機的能力。</p><p>　　嵌入式軟件的開發(fā)必須交叉進行是由于宿主機和目標機二者間的差別造成的。這種差別主要來自兩個方面：一是硬件的差別，比如，有可能宿主機的CPU為Pentium，而目標機的CPU則是MC68328；二是軟件的差別，比如，有可能宿主機上的操作系統(tǒng)是Windows2000，而目標機的操作系統(tǒng)是μC/OS，還有可能目標機就是一臺裸機，根本沒有操作系

47、統(tǒng)。</p><p>　　項目計劃、可行性分析、需求分析、概要設(shè)計及詳細設(shè)計等幾個階段的工作與通用軟件沒有太大的區(qū)別，都是按照一般的軟件工程方法來進行的，如采用原型化方法、結(jié)構(gòu)化方法及面向?qū)ο蠓椒ǖ取?lt;/p><p>　　項目計劃、可行性分析、需求分析、概要設(shè)計及詳細設(shè)計等幾個階段的工作成果是一些文檔。產(chǎn)生這些文檔的工作完全是在宿主機上進行的，不需要目標機的參與。</p>&

48、lt;p>　　源代碼編寫階段的工作任務(wù)是使用適當(dāng)?shù)某绦蛟O(shè)計語言編寫程序的源代碼，比如用C語言、C++語言及匯編語言等。程序的源代碼經(jīng)交叉編譯或匯編工具處理后產(chǎn)生出的是程序的目標文件。目標文件再經(jīng)過鏈接工具的產(chǎn)生一個“可重定位”的程序文件。對于通用計算機上的軟件來說，到此為止建立程序的工作就已經(jīng)完成；對于嵌入式軟件，要是“可重定位”的程序文件變成可執(zhí)行的程序文件還必須做一件事，那就是為了它內(nèi)部的代碼和數(shù)據(jù)指定存儲地址。指定存儲地址這

49、項工作就是定址階段要完成的任務(wù)。</p><p>　　產(chǎn)生應(yīng)用程序的可執(zhí)行文件后，下面要做的工作是對這個程序應(yīng)進行調(diào)試，檢查它是否有錯吳并確定錯誤的位置。這就是調(diào)試階段要做的工作。調(diào)試程序的方法有很多種，例如，直接測試法、插樁法、在線仿真器法、片上調(diào)試法及模擬器法等在采用某些調(diào)試方法時，必須首先將被調(diào)試的程序下載到目標機上；而有些方法則是直接在宿主機上進行調(diào)試，不需要目標機介入。在需要進行下載時，可以采取與固化階

50、段完全相同的方法，比如利用ROM仿真器。但無論是采用什么調(diào)試方法，嵌入式軟件的調(diào)試與通用軟件都是一定的區(qū)別的。</p><p>　　固化階段的工作是將經(jīng)調(diào)試無誤的可執(zhí)行程序固化到目標機上，以確保在需要時可以投入運行。根據(jù)嵌入式系統(tǒng)硬件的配置情況，固化方式有好幾種，可以固化在EPROM和Flash這類存儲器中，也可以固化在DOC和DOM等電子盤中。比較常見的還是固化在EPROM里面。這種固化是借助編程器來進行的。編

51、程器上面有各種形狀和大小不同的芯片插座，可以通過通信線與宿主機連在一起。在進行固化時，一般是先把存儲芯片插入編程器上某個大小、形狀適合的插座上，并通過軟件選擇芯片的型號，然后將固化的程序文件傳到編程器上。整個固化過程可能需要幾秒到幾分，這要看文件的大小和利用的芯片型號。</p><p>　　第3章 嵌入式控制系統(tǒng)的設(shè)計</p><p>　　3.1 嵌入式控制系統(tǒng)的特點</p>

52、<p>　　嵌入式操作系統(tǒng)EOS（Embedded Operating System）是一種用途廣泛的系統(tǒng)軟件，過去它主要應(yīng)用于工業(yè)控制和國防系統(tǒng)領(lǐng)域。EOS負責(zé)嵌入系統(tǒng)的全部軟、硬件資源的分配、調(diào)度作，控制、協(xié)調(diào)并發(fā)活動；它必須體現(xiàn)其所在系統(tǒng)的特征，能夠通過裝卸某些模塊來達到系統(tǒng)所要求的功能。目前，已推出一些應(yīng)用比較成功的EOS產(chǎn)品系列。隨著 Internet技術(shù)的發(fā)展、信息家電的普及應(yīng)用及EOS的微型化和專業(yè)化，EOS開

53、始從單一的弱功能向高專業(yè)化的強功能方向發(fā)展。嵌入式操作系統(tǒng)在系統(tǒng)實時高效性、硬件的相關(guān)依賴性、軟件固化以及應(yīng)用的專用性等方面具有較為突出的特點。EOS是相對于一般操作系統(tǒng)而方的，它除具8備了一般操作系統(tǒng)最基本的功能，如任務(wù)調(diào)度、同步機制、中斷處理、文件處理等外，還有以下特點： </p><p>　?、倏裳b卸性。開放性、可伸縮性的體系結(jié)構(gòu)。 </p><p>　?、趶妼崟r性。EOS實時性一般

54、較強，可用于各種設(shè)備控制當(dāng)中。 </p><p>　?、劢y(tǒng)一的接口。提供各種設(shè)備驅(qū)動接口。 </p><p>　?、懿僮鞣奖?、簡單、提供友好的圖形GUI，圖形界面，追求易學(xué)易用。 </p><p>　?、萏峁姶蟮木W(wǎng)絡(luò)功能，支持TCP/IP協(xié)議及其它協(xié)議，提供TCP/UDP/IP/PPP協(xié)議支持及統(tǒng)一的MAC訪問層接口，為各種移動計算設(shè)備預(yù)留接口。 </p&g

55、t;<p>　?、迯姺€(wěn)定性，弱交互性。嵌入式系統(tǒng)一旦開始運行就不需要用戶過多的干預(yù)，這就要負責(zé)系統(tǒng)管理的EOS具有較強的穩(wěn)定性。嵌入式操作系統(tǒng)的用戶接口一般不提供操作命令，它通過系統(tǒng)的調(diào)用命令向用戶程序提供服務(wù)。 </p><p>　?、吖袒a。在嵌入式系統(tǒng)中，嵌入式操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件被固化在嵌入式系統(tǒng)計算機的ROM中。輔助存儲器在嵌入式系統(tǒng)中很少使用，因此，嵌入式操作系統(tǒng)的文件管理功能應(yīng)該能夠很

56、容易地拆卸，而用各種內(nèi)存文件系統(tǒng)。 </p><p>　?、喔玫挠布m應(yīng)性，也就是良好的移植性。 </p><p>　　國際上用于信息電器的嵌入式操作系統(tǒng)有40種左右?，F(xiàn)在，市場上非常流行的EOS產(chǎn)品，包括3Com公司下屬子公司的Palm OS，全球占有份額達50%，Microsoft公司的Windows CE不過29%。在美國市場，Palm OS更以80%的占有率遠超Windows C

57、E。開源的Linux很適于做信息家電的開發(fā)。比如：中科紅旗軟件技術(shù)有限公司開發(fā)的紅旗嵌入式Linux和美商網(wǎng)虎公司開發(fā)的基于Xlinux 的嵌入式操作系統(tǒng)“夸克”?！翱淇恕笔悄壳叭澜缱钚〉腖inux，它有兩具很突出的特點，就是體積小和使用GCS編碼。 </p><p>　　3.2 嵌入式控制系統(tǒng)的設(shè)計方法</p><p>　　3.2.1 嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計概述及步驟</p>

58、<p>　　嵌入式系統(tǒng)設(shè)計有別于桌面軟件設(shè)計的一個顯著特點，是它需要一個交叉編譯器和調(diào)試環(huán)境，即源代碼的編譯器工作在宿主機Host上進行，程序編譯好后，需要下載到目標機Client上運行。宿主機和目標機通過串行口、并口、網(wǎng)口或USB口建立起通信連接，并傳輸調(diào)試命令和數(shù)據(jù)。由于宿主機和目標機往往運行著不同的操作系統(tǒng)，嵌入式微處理器的體系結(jié)構(gòu)也彼此不同，這就是提高了嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的復(fù)雜性。</p><p>

59、　　嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的基本原則是“物盡其用”，即在整個嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)過程中，始終貫穿“物盡其用”的原則。與通用計算機相比，嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件都必須高效率地設(shè)計，量體裁衣、去除冗余，以最小成本實現(xiàn)更高的性能，同時盡可能采用高效率的設(shè)計算法，以提高系統(tǒng)的整體性能。</p><p>　　嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計，需要從體系結(jié)構(gòu)的角度來了解嵌入式系統(tǒng)。盡管絕大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)是用戶針對特定應(yīng)用而定制的，但他們一般都是由下面

60、幾個模塊組成的：</p><p>　　一是嵌入式處理器，二是用以保存固件的Flash ROM，三是用以存儲數(shù)據(jù)的SRAM，四是外部設(shè)備如連接嵌入式處理器的開關(guān)、按鈕、傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)化器、控制器、LCD、LED及顯示器的I/O端口以及通信接口等。</p><p>　　嵌入式系統(tǒng)設(shè)計一般有5個階段，如圖1所示。設(shè)計步驟包括需求分析、體系結(jié)構(gòu)設(shè)計、硬件設(shè)計，軟件設(shè)計，執(zhí)行機構(gòu)設(shè)計、系統(tǒng)集成和系統(tǒng)

61、測試。各個階段之間往往要求不斷地修改，直至完成最終設(shè)計目標。</p><p><b>　　圖1</b></p><p>　　1．嵌入式系統(tǒng)需求分析</p><p>　　嵌入式系統(tǒng)的系統(tǒng)需求分析就是確定設(shè)計任務(wù)和設(shè)計目標，并提煉出設(shè)計規(guī)格說明書，作為正式設(shè)計指導(dǎo)和驗收的標準，如輸入/輸出信號、操作方式等；非功能需求包括系統(tǒng)性能、成本、功耗、重量以

62、及環(huán)境等因素。</p><p>　　2．嵌入式體系結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　嵌入式體系結(jié)構(gòu)設(shè)計的任務(wù)是描述系統(tǒng)如何實現(xiàn)所述的功能和非功能需求，包括對硬件、軟件和執(zhí)行裝置的功能劃分以及系統(tǒng)的軟件、硬件選型等。一個好的嵌入式體系結(jié)構(gòu)是嵌入式系統(tǒng)設(shè)計成功與否的關(guān)鍵。</p><p>　　體系結(jié)構(gòu)設(shè)計并不是具體講系統(tǒng)怎么實現(xiàn)，只說明系統(tǒng)做些什么，系統(tǒng)有哪些方面的功能要求

63、。體系結(jié)構(gòu)是系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)的一個規(guī)劃和描述。</p><p>　　3．嵌入式硬、軟件及執(zhí)行機構(gòu)設(shè)計</p><p>　　基于嵌入式體系結(jié)構(gòu)，對系統(tǒng)的硬件、軟件和執(zhí)行機構(gòu)進行詳細設(shè)計。為了縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，設(shè)計往往是并行機同時進行的。硬件設(shè)計就是確定嵌入式處理器型號、外圍接口及外部設(shè)備，繪制相應(yīng)的硬件系統(tǒng)的電路原理圖和印制版圖。</p><p>　　在整個嵌入式系統(tǒng)硬軟

64、件設(shè)計過程中，嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的工作大大部分都集中在軟件設(shè)計上，面向?qū)ο蠹夹g(shù)、軟件組件技術(shù)、模塊化設(shè)計技術(shù)是現(xiàn)代化軟件工程經(jīng)常采用的方法。硬軟件協(xié)同設(shè)計方法時目前較好的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計方法。</p><p>　　執(zhí)行機構(gòu)設(shè)計的主要任務(wù)是選型，選擇合適的執(zhí)行機構(gòu)，配置相應(yīng)的驅(qū)動器以及傳感器、放大器、信號變換電路等，并考慮與嵌入式研究的連接方式。</p><p><b>　　4．嵌入式系

65、統(tǒng)集成</b></p><p>　　系統(tǒng)集成就是把系統(tǒng)的軟件、硬件和執(zhí)行裝置集成在一起，進行調(diào)試，發(fā)現(xiàn)并改進單元設(shè)計過程中的錯誤。</p><p><b>　　5．嵌入式系統(tǒng)測試</b></p><p>　　嵌入式系統(tǒng)測試的任務(wù)就是對設(shè)計好的系統(tǒng)進行全面測試，看其是否滿足規(guī)格說明書中給定的功能要求。針對系統(tǒng)不同的復(fù)雜程度，目前有一些

66、常用的系統(tǒng)設(shè)計方法，如瀑布設(shè)計方法、自頂向下的設(shè)計方法、自頂向上的設(shè)計方法、螺旋設(shè)計方法、逐步細化設(shè)計方法和并行設(shè)計方法等，根據(jù)設(shè)計對象復(fù)雜程度的不同，可以靈活地選擇不同的系統(tǒng)設(shè)計方法。</p><p>　　應(yīng)該指出的是，上面幾個步驟不能嚴格區(qū)分，有些步驟是并行的，相互交叉、相互滲透的。在設(shè)計過程中也存在測試過程，包括靜態(tài)測試和動態(tài)測試等。</p><p>　　3.2.2 嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計

67、方法</p><p>　　對于不需要嵌入式操作系統(tǒng)的簡單嵌入式系統(tǒng)，通常按照如圖2所示的流程進行設(shè)計。</p><p><b>　　圖2</b></p><p>　　基于嵌入式操作系統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)，整個系統(tǒng)的開發(fā)過程將改為如圖3所示的設(shè)計流程。</p><p><b>　　圖3</b></p&

68、gt;<p>　　由于選定的硬件平臺都是相對通用、固定、成熟的。所以，在開發(fā)過程中減少了硬件系統(tǒng)錯誤的引入。同時，嵌入式操作系統(tǒng)屏蔽掉了底層硬件的很多復(fù)雜信息，使得開發(fā)者通過操作系統(tǒng)提供的API函數(shù)可以完成大部分工作，從而大大地簡化了開發(fā)過程，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。</p><p>　　傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計方法可以簡單歸納為如圖4所示，硬件和軟件分為兩個獨立的部分，有硬件設(shè)計人員和軟件設(shè)計人員按照擬定

69、的設(shè)計流程分別完成。其過程可描述如下：</p><p><b>　　圖4</b></p><p><b>　　(1)需求分析。</b></p><p>　　(2)軟硬件分別設(shè)計、開發(fā)、調(diào)試、測試。</p><p>　　(3)系統(tǒng)集成：軟硬件集成。</p><p><b&

70、gt;　　(4)集成測試。</b></p><p>　　(5)若系統(tǒng)正確，則結(jié)束，否則繼續(xù)進行。</p><p>　　(6)若出現(xiàn)錯誤，需要對軟、硬件分別驗證和修改。</p><p>　　(7)返回步驟（3），繼續(xù)進行集成。</p><p>　　傳統(tǒng)方法雖然也可改進硬件、軟件性能，但由于這種改進是各自獨立進行的，不一定能使系統(tǒng)綜合

71、性能達到最佳。 </p><p>　　綜上所述，基于嵌入式操作系統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)是把開發(fā)者從反復(fù)進行硬件平臺的設(shè)計過程中解放出來，從而可以把主要的精力放在編寫特定的應(yīng)用程序上。這個過程更類似于在系統(tǒng)機（如PC）上的某個操作系統(tǒng)下開發(fā)應(yīng)用程序。</p><p>　　第4章 嵌入式系統(tǒng)的未來發(fā)展</p><p>　　4.1 嵌入式控制系統(tǒng)的未來發(fā)展</p&

72、gt;<p><b>　　1.發(fā)展現(xiàn)狀</b></p><p>　　隨著信息化，智能化，網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)技術(shù)也將獲得廣闊的發(fā)展空間。美國著名未來學(xué)家尼葛洛龐帝99年1月訪華時預(yù)言，4～5年后嵌入式智能（電腦) 工具將是PC和因特網(wǎng)之后最偉大的發(fā)明。我國著名嵌入式系統(tǒng)專家沈緒榜院士98年11月在武漢全國第11次微機學(xué)術(shù)交流會上發(fā)表的《計算機的發(fā)展與技術(shù)》一文中，對未來10

73、年以嵌入式芯片為基礎(chǔ)的計算機工業(yè)進行了科學(xué)的闡述和展望。</p><p>　　進入20世紀90年代，嵌入式技術(shù)全面展開，目前已成為通信和消費類產(chǎn)品的共同發(fā)展方向。在通信領(lǐng)域，數(shù)字技術(shù)正在全面取代模擬技術(shù)。在廣播電視領(lǐng)域，美國已開始由模擬電視向數(shù)字電視轉(zhuǎn)變，歐洲的DVB（數(shù)字電視廣播）技術(shù)已在全球大多數(shù)國家推廣。數(shù)字音頻廣播（DAB）也已進入商品化試播階段。而軟件、集成電路和新型元器件在產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的作用日益重要。所

74、有上述產(chǎn)品中，都離不開嵌入式系統(tǒng)技術(shù)。象前途無可計量的維納斯計劃生產(chǎn)機頂盒，核心技術(shù)就是采用32位以上芯片級的嵌入式技術(shù)。在個人領(lǐng)域中，嵌入式產(chǎn)品將主要是個人商用，作為個人移動的數(shù)據(jù)處理和通訊軟件。由于嵌入式設(shè)備具有自然的人機交互界面，GUI屏幕為中心的多媒體界面給人很大的親和力。手寫文字輸入、語音撥號上網(wǎng)、收發(fā)電子郵件以及彩色圖形、圖像已取得初步成效。 </p><p>　　目前一些先進的PDA在顯示屏幕上已實

75、現(xiàn)漢字寫入、短消息語音發(fā)布，日用范圍也將日益廣闊。對于企業(yè)專用解決方案，如物流管理、條碼掃描、移動信息采集等，這種小型手持嵌入式系統(tǒng)將發(fā)揮巨大的作用。自動控制領(lǐng)域，不僅可以用于ATM機，自動售貨機，工業(yè)控制等專用設(shè)備，和移動通訊設(shè)備結(jié)合、GPS、娛樂相結(jié)合，嵌入式系統(tǒng)同樣可以發(fā)揮巨大的作用。近期長虹推出的ADSL產(chǎn)品，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)，控制，信息，這種智能化，網(wǎng)絡(luò)化將是家電發(fā)展的新趨勢。</p><p>　　1997年來

76、自美國嵌入式系統(tǒng)大會(Embedded System Conference)的報告指出，未來5年僅基于嵌入式計算機系統(tǒng)的全數(shù)字電視產(chǎn)品，就將在美國產(chǎn)生一個每年1500億美元的新市場。美國汽車大王福特公司的高級經(jīng)理也曾宣稱，“福特出售的‘計算能力’已超過了IBM”，由此可以想見嵌入式計算機工業(yè)的規(guī)模和廣度。1998年11月在美國加州舉行的嵌入式系統(tǒng)大會上，基于RTOS的Embedded Internet成為一個技術(shù)新熱點。在國內(nèi)，“維納斯

77、計劃”和“女鍋計劃”一度鬧得沸沸揚揚，機頂盒、信息加電這兩年更成了IT熱點，而實際上這些都是嵌入式系統(tǒng)在特定環(huán)境下的一個特定應(yīng)用。據(jù)調(diào)查，目前國際上已有兩百多種嵌入式操作系統(tǒng)，而各種各樣的開發(fā)工具、應(yīng)用于嵌入式開發(fā)的儀器設(shè)備更是不可勝數(shù)。在國內(nèi)，雖然嵌入式應(yīng)用、開發(fā)很廣，但該領(lǐng)域卻幾乎還是空白，只有三兩家公司和極少數(shù)人員在從事這方面工作。由此可見，嵌入式系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的空間真是無比廣大。</p><p><b

78、>　　2.發(fā)展趨勢</b></p><p>　　信息時代，數(shù)字時代使得嵌入式產(chǎn)品獲得了巨大的發(fā)展契機，為嵌入式市場展現(xiàn)了美好的前景，同時也對嵌入式生產(chǎn)廠商提出了新的挑戰(zhàn)，從中我們可以看出未來嵌入式系統(tǒng)的幾大發(fā)展趨勢： </p><p>　　1）網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)成為必然趨勢 </p><p>　　未來的嵌入式設(shè)備為了適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的要求，必然要求硬件上提供

79、各種網(wǎng)絡(luò)通信接口。傳統(tǒng)的單片機對于網(wǎng)絡(luò)支持不足，而新一代的嵌入式處理器已經(jīng)開始內(nèi)嵌網(wǎng)絡(luò)接口，除了支持TCP／IP協(xié)議，還有的支持IEEE1394、USB、CAN、Bluetooth或IrDA通信接口中的一種或者幾種，同時也需要提供相應(yīng)的通信組網(wǎng)協(xié)議軟件和物理層驅(qū)動軟件。軟件方面系統(tǒng)系統(tǒng)內(nèi)核支持網(wǎng)絡(luò)模塊，甚至可以在設(shè)備上嵌入web瀏覽器，真正實現(xiàn)隨時隨地用各種設(shè)備上網(wǎng)。 </p><p>　　2）精簡系統(tǒng)內(nèi)核、算法

80、，降低功耗和軟硬件成本。 </p><p>　　未來的嵌入式產(chǎn)品是軟硬件緊密結(jié)合的設(shè)備，為了減低功耗和成本，需要設(shè)計者盡量精簡系統(tǒng)內(nèi)核，只保留和系統(tǒng)功能緊密相關(guān)的軟硬件，利用最低的資源實現(xiàn)最適當(dāng)?shù)墓δ?，這就要求設(shè)計者選用最佳的編程模型和不斷改進算法，優(yōu)化編譯器性能。因此，既要軟件人員有豐富的硬件知識，又需要發(fā)展先進嵌入式軟件技術(shù)，如Java、Web和WAP等。 </p><p>　　3）提

81、供友好的多媒體人機界面 </p><p>　　嵌入式設(shè)備能與用戶親密接觸，最重要的因素就是它能提供非常友好的用戶界面。圖像界面，靈活的控制方式，使得人們感覺嵌入式設(shè)備就象是一個熟悉的老朋友。這方面的要求使得嵌入式軟件設(shè)計者要在圖形界面，多媒體技術(shù)上痛下苦功。手寫文字輸入、語音撥號上網(wǎng)、收發(fā)電子郵件以及彩色圖形、圖像都會使使用者獲得自由的感受。目前一些先進的PDA在顯示屏幕上已實現(xiàn)漢字寫入、短消息語音發(fā)布，但一般的

82、嵌入式設(shè)備距離這個要求還有很長的路要走。</p><p>　　4.2 嵌入式控制系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域</p><p>　　嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用前景是非常廣泛的，人們將會無時無處不接觸到嵌入式產(chǎn)品，從家里的洗衣機、電冰箱，到作為交通工具的自行車、小汽車，到辦公室里的遠程會議系統(tǒng)等等。特別是以藍牙為代表的小范圍無線接入?yún)f(xié)議的出現(xiàn)，使嵌入式無線電的概念悄然興起。當(dāng)嵌入式的無線電芯片的價格可被接受時，它的應(yīng)

83、用可能會無所不在。在家中、辦公室、公共場所，人們可能會使用數(shù)十片甚至更多這樣的嵌入式無線電芯片，將一些電子信息設(shè)備甚至電氣設(shè)備構(gòu)成無線網(wǎng)絡(luò)；在車上、旅途中，人們利用這樣的嵌入式無線電芯片可以實現(xiàn)遠程辦公、遠程遙控，真正實現(xiàn)把網(wǎng)絡(luò)隨身攜帶。下面介紹幾種具體的應(yīng)用。</p><p><b>　　1.工業(yè)控制</b></p><p>　　基于嵌入式芯片的工業(yè)自動化設(shè)備將獲得

84、長足的發(fā)展，目前已經(jīng)有大量的8、16、32 位嵌入式微控制器在應(yīng)用中，網(wǎng)絡(luò)化是提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量、減少人力資源主要途徑，如工業(yè)過程控制、數(shù)字機床、電力系統(tǒng)、電網(wǎng)安全、電網(wǎng)設(shè)備監(jiān)測、石油化工系統(tǒng)。就傳統(tǒng)的工業(yè)控制產(chǎn)品而言，低端型采用的往往是８位單片機。但是隨著技術(shù)的發(fā)展，32位、64位的處理器逐漸成為工業(yè)控制設(shè)備的核心，在未來幾年內(nèi)必將獲得長足的發(fā)展。</p><p><b>　　2.交通管理<

85、/b></p><p>　　在車輛導(dǎo)航、流量控制、信息監(jiān)測與汽車服務(wù)方面，嵌入式系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)獲得了廣泛的應(yīng)用，內(nèi)嵌GPS模塊，GSM模塊的移動定位終端已經(jīng)在各種運輸行業(yè)獲得了成功的使用。目前GPS設(shè)備已經(jīng)從尖端產(chǎn)品進入了普通百姓的家庭，只需要幾千元，就可以隨時隨地找到你的位置。 </p><p>　　3.家庭智能管理系統(tǒng)</p><p>　　水、電、煤氣表的

86、遠程自動抄表，安全防火、防盜系統(tǒng)，其中嵌有的專用控制芯片將代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工檢查，并實現(xiàn)更高，更準確和更安全的性能。目前在服務(wù)領(lǐng)域，如遠程點菜器等已經(jīng)體現(xiàn)了嵌入式系統(tǒng)的優(yōu)勢。 </p><p>　　4.POS網(wǎng)絡(luò)及電子商務(wù)</p><p>　　公共交通無接觸智能卡(Contactless Smartcard, CSC)發(fā)行系統(tǒng)，公共電話卡發(fā)行系統(tǒng)，自動售貨機，各種智能ATM終端將全面走入人們的

87、生活，到時手持一卡就可以行遍天下。 </p><p>　　工業(yè)設(shè)備是機電產(chǎn)品中最大的一類，在目前的工業(yè)控制設(shè)備中，工控機的使用非常廣泛，這些工控機一般采用的是工業(yè)級的處理器和各種設(shè)備，其中以X86的MPU最多。工控的要求往往較高，需要各種各樣的設(shè)備接口，除了進行實時控制，還須將設(shè)備狀態(tài)，傳感器的信息等在顯示屏上實時顯示。這些要求8位的單片機是無法滿足的，以前多數(shù)使用16位的處理器，隨著處理器快速的發(fā)展，目前32位

88、、64位的處理器逐漸替代了16位處理器，進一步提升了系統(tǒng)性能。采用PC104總線的系統(tǒng)，體積小，穩(wěn)定可靠，受到了很多用戶的青睞。不過這些工控機采用的往往是DOS或者Windows系統(tǒng)，雖然具有嵌入式的特點，卻不能稱作純粹的嵌入式系統(tǒng)。另外在工業(yè)控制器和設(shè)備控制器方面，則是各種嵌入式處理器的天下。這些控制器往往采用16位以上的處理器，各種MCU，Arm、Mips、68K系列的處理器在控制器中占據(jù)核心地位。這些處理器上提供了豐富的接口總線資

89、源，可以通過它們實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)處理，通訊以及顯示（顯示一般是連接LED或者LCD）。最近飛利浦和ARM共同推出32位RISC。嵌入式控制器，適用于工業(yè)控制，采用最先進的0.18微米CMOS嵌入式閃存</p><p>　　家電行業(yè)是嵌入式應(yīng)用的另一大行業(yè)，我們傳統(tǒng)的電視，電冰箱當(dāng)然其中也嵌有處理器，但是這些處理器只是在控制方面應(yīng)用。而現(xiàn)在只有按鈕、開關(guān)的電器顯然已經(jīng)不能滿足人們的日常需求，具有用戶界面，能遠程控

90、制，智能管理的電器是未來的發(fā)展趨勢。據(jù)IDG發(fā)布的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，未來信息家電將會成長五至十倍。中國傳統(tǒng)的家電廠商向信息家電過渡時，首先面臨的挑戰(zhàn)是核心操作系統(tǒng)軟件開發(fā)工作。硬件方面，進行智能信息控制并不是很高的要求，目前絕大多數(shù)嵌入式處理器都可以滿足硬件要求，真正的難點是如何使軟件操作系統(tǒng)容量小、穩(wěn)定性高且易于開發(fā)。 </p><p>　　機器人技術(shù)的發(fā)展從來就是與嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展緊密聯(lián)系在一起的。最早的機器人技

91、術(shù)是50年代MIT提出的數(shù)控技術(shù)，當(dāng)時使用的還遠未達到芯片水平，只是簡單的與非門邏輯電路。之后由于處理器和智能控制理論的發(fā)展緩慢從50年代到70年代初期，機器人技術(shù)一直未能獲得充分的發(fā)展。70年代中期之后，由于智能理論的發(fā)展和MCU出現(xiàn)，機器人逐漸成為研究熱點，并且獲得了長足的發(fā)展。近來由于嵌入式處理器的高度發(fā)展，機器人從硬件到軟件也呈現(xiàn)了新的發(fā)展趨勢。例如火星車就是一個典型例子，這個價值10億美金的技術(shù)高密集移動機器人，采用的是美國風(fēng)

92、河公司的Vxworks嵌入式操作系統(tǒng)，可以在不與地球聯(lián)系的情況下自主工作。1997年美國發(fā)射的“索杰納”火星車帶有機械手，可以采集火星上的各種地況，并且通過攝像頭把火星上的圖像發(fā)回地面指揮中心。這臺火星車在火星上自主工作了3個月，充分體現(xiàn)了Vxworks系統(tǒng)的高可靠性。以索尼的機器狗為代表的智能機器寵物，可以僅僅使用8位的AVR，51單片機或者16位的DSP來控制舵機，進行圖像處理，就能制造出那些人見人愛的玩具，讓我們不能不驚嘆嵌入式處

93、理器強大的功能。近來32位處理器，Window</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　田澤.嵌入式系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用實驗教程 北京：北京航空航天大學(xué)出版社2004</p><p>　　桑楠.嵌入式系統(tǒng)原理及應(yīng)用開發(fā)技術(shù) 北京：北京航空航天大學(xué)出版社2002</p><p>　　馬維華.嵌入式系統(tǒng)原

94、理及應(yīng)用 北京：北京郵電大學(xué)出版社 2006</p><p>　　田澤.嵌入式系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用教程 北京：北京航空航天大學(xué)出版社 2005</p><p>　　賈智平，張瑞華.嵌入式系統(tǒng)原理與接口技術(shù) 北京：清華大學(xué)出版社 2004</p><p>　　李駒光.ARM應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)詳解 北京：科學(xué)出版社 2009</p><p>　　王田苗.嵌入

95、式系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)實例[M] 北京:清華大學(xué)出版社 2003 </p><p>　　蔡明征,汪海生,徐小龍,等.嵌入式微處理器在工程機械控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J] 《筑路機械與施工機械化》2006(9) </p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　大學(xué)三年學(xué)習(xí)時光已經(jīng)接近尾聲，在此我想對我的母校，我的父母、親人們，我的老師

96、和同學(xué)們表達我由衷的謝意。感謝我的家人對我大學(xué)三年學(xué)習(xí)的默默支持；感謝我的母校東北石油大學(xué)秦皇島分校給了我大學(xué)三年深造的機會，讓我能繼續(xù)學(xué)習(xí)和提高；感謝學(xué)校的老師和同學(xué)們?nèi)陙淼年P(guān)心和鼓勵。老師們課堂上的激情洋溢，課堂下的諄諄教誨；同學(xué)們在學(xué)習(xí)中的認真熱情，生活上的熱心主動，所有這些都讓我這三年充滿了感動。</p><p>　　這次畢業(yè)論文設(shè)計我得到了很多老師和同學(xué)的幫助，其中我的論文指導(dǎo)老師xx老師對我的關(guān)心和

97、支持尤為重要。每次遇到困難，我最先做的就是向xx老師尋求幫助，而xx老師每次不管忙或閑，總會抽出空來跟我面談，引導(dǎo)我找出解決的方法。xx老師平日里工作繁多，但我做畢業(yè)設(shè)計的每個階段、各個環(huán)節(jié)他都給予了我悉心的指導(dǎo)，為了給我們提供方便，xx老師還允許我們在他的實驗室做設(shè)計。這一個月以來，xx老師不僅在學(xué)業(yè)上給我以精心指導(dǎo)，同時還在思想上給我以無微不至的關(guān)懷，在此謹向xx老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。</p><p&g