趙立輝

摘 要：本文首先指出了目前高等學(xué)校電氣及計(jì)算機(jī)類專業(yè)實(shí)驗(yàn)室使用的嵌入式實(shí)驗(yàn)設(shè)備在使用過程中出現(xiàn)的問題；進(jìn)而分析導(dǎo)致產(chǎn)生這些問題的原因，歸納出了嵌入式實(shí)驗(yàn)設(shè)備的設(shè)計(jì)缺陷；提出了兩套改進(jìn)設(shè)計(jì)方案。最后對高校嵌入式實(shí)驗(yàn)設(shè)備設(shè)計(jì)和生產(chǎn)廠家提出了中肯的建議，可供使用者、設(shè)計(jì)和生產(chǎn)廠家在今后改進(jìn)此類實(shí)驗(yàn)設(shè)備時(shí)參考。

關(guān)鍵詞：嵌入式實(shí)驗(yàn)設(shè)備；物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備

1 前言

嵌入式實(shí)驗(yàn)設(shè)備是目前高等學(xué)校電氣及計(jì)算機(jī)類專業(yè)實(shí)驗(yàn)室的必備儀器，當(dāng)前市場上的此類設(shè)備技術(shù)上大多不太成熟，在使用過程中出現(xiàn)了各種各樣的問題；如何改進(jìn)嵌入式實(shí)驗(yàn)設(shè)備的設(shè)計(jì)缺陷，使之更好用、更耐用，值得使用者、設(shè)計(jì)和生產(chǎn)廠家認(rèn)真而深入地思考。

2 嵌入式實(shí)驗(yàn)設(shè)備在使用過程中出現(xiàn)的問題

2.1 翻蓋式和平鋪式兩種液晶顯示器優(yōu)劣之爭

嵌入式實(shí)驗(yàn)設(shè)備和單片機(jī)的最大區(qū)別就在于單片機(jī)不需操作系統(tǒng)支持，只要將程序目標(biāo)碼寫入單片機(jī)CPU內(nèi)部自帶的存儲器，工作時(shí)執(zhí)行程序目標(biāo)碼就可以了。單片機(jī)需要顯示各種數(shù)據(jù)時(shí)一般采用發(fā)光二極管、數(shù)碼管、點(diǎn)陣或微型液晶顯示器。而嵌入式實(shí)驗(yàn)設(shè)備可以認(rèn)為是單片機(jī)的升級版，需要Windows CE或Linux操作系統(tǒng)支持，因此嵌入式實(shí)驗(yàn)設(shè)備除了單片機(jī)所具有的所有顯示方式外，還要有一個(gè)較大的液晶顯示器來顯示操作系統(tǒng)的桌面。這種液晶顯示器有翻蓋式和平鋪式兩種，翻蓋式液晶顯示器類似于翻蓋手機(jī)，優(yōu)點(diǎn)是用戶可以自由調(diào)整其角度以適合觀看，缺點(diǎn)是由于調(diào)整次數(shù)過多容易導(dǎo)致轉(zhuǎn)軸部分內(nèi)部的導(dǎo)線接觸不良或折斷。因此對于個(gè)人使用而言，角度一旦調(diào)整好后就很少改變，可以選擇帶有翻蓋式液晶顯示器的嵌入式實(shí)驗(yàn)設(shè)備。但是在實(shí)驗(yàn)室中使用就不合適了，因?yàn)槊咳说挠^察角度不同而導(dǎo)致液晶顯示器經(jīng)常被調(diào)整，所以損壞率特別高。平鋪式液晶顯示器是平鋪地固定在嵌入式實(shí)驗(yàn)設(shè)備上，缺點(diǎn)是用戶不能調(diào)整其角度，觀看不方便；優(yōu)點(diǎn)是損壞率低。

結(jié)論：如果個(gè)人使用，宜選擇帶有翻蓋式液晶顯示器的嵌入式實(shí)驗(yàn)設(shè)備；如果在實(shí)驗(yàn)室供學(xué)生使用，宜選擇帶有平鋪式液晶顯示器的嵌入式實(shí)驗(yàn)設(shè)備。

2.2 Windows CE和Linux操作系統(tǒng)之爭

嵌入式實(shí)驗(yàn)設(shè)備在使用過程中出現(xiàn)的最大問題是它移植的Windows CE和Linux操作系統(tǒng)之爭。學(xué)生做嵌入式基本實(shí)驗(yàn)（即不帶操作系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)）時(shí)，嵌入式實(shí)驗(yàn)設(shè)備就是一臺單片機(jī)，它的Flash相當(dāng)于單片機(jī)CPU內(nèi)部自帶的存儲器。學(xué)生在微機(jī)上編程，通過JTAG接口將程序目標(biāo)碼下載到嵌入式實(shí)驗(yàn)設(shè)備中的Flash，工作時(shí)執(zhí)行該程序就可以了。程序目標(biāo)碼下載采用覆蓋方式，每個(gè)程序的啟動地址都是Flash中的同一地址。雖然新的目標(biāo)碼會覆蓋舊目標(biāo)碼，但是因?yàn)檫@個(gè)下載過程很短，所以不會有什么問題。但是在學(xué)生做操作系統(tǒng)移植及編程實(shí)驗(yàn)時(shí)就會出現(xiàn)兩個(gè)問題，一是做相同操作系統(tǒng)移植及編程實(shí)驗(yàn)，由于學(xué)生進(jìn)度不同，可能導(dǎo)致有的成功、有的失敗。換了另一批學(xué)生后，由于班級進(jìn)度的不同，可能老師會安排做操作系統(tǒng)移植后的編程實(shí)驗(yàn)，有的學(xué)生可以在一個(gè)操作系統(tǒng)移植成功的設(shè)備上正常開始，有的學(xué)生則先要移植操作系統(tǒng)，然后才能開始編程實(shí)驗(yàn)，這樣肯定又會導(dǎo)致學(xué)生的進(jìn)度不同，甚至?xí)霈F(xiàn)學(xué)生在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)不能正常完成實(shí)驗(yàn)的情況。二是如果不同班級做不同于上一個(gè)班級的操作系統(tǒng)移植及編程實(shí)驗(yàn)，會覆蓋上一個(gè)班級已經(jīng)移植成功的操作系統(tǒng)，使上一個(gè)班級的下一次實(shí)驗(yàn)必須從操作系統(tǒng)移植重新開始。

2.3 嵌入式實(shí)驗(yàn)設(shè)備如何減少和微機(jī)的連接線

嵌入式實(shí)驗(yàn)設(shè)備和微機(jī)的連接線多達(dá)四個(gè)，分別是串行、并行、網(wǎng)絡(luò)及USB接口?，F(xiàn)在很多微機(jī)和筆記本電腦上已經(jīng)沒有串行和并行接口，如何減少連接線并使嵌入式實(shí)驗(yàn)設(shè)備在無串行和并行接口時(shí)仍然能夠正常使用是值得探討的問題。

3 導(dǎo)致產(chǎn)生這些問題的原因

導(dǎo)致產(chǎn)生這些問題的原因是嵌入式實(shí)驗(yàn)設(shè)備中Flash的程序目標(biāo)碼啟動地址相同，這是嵌入式實(shí)驗(yàn)設(shè)備存在的設(shè)計(jì)缺陷。這種設(shè)計(jì)方案實(shí)現(xiàn)簡單，節(jié)約成本，目前市場上大多數(shù)的嵌入式實(shí)驗(yàn)設(shè)備都采用此方案。這種設(shè)計(jì)方案對于個(gè)人使用來講沒有任何問題，因?yàn)椴还苡脩舨捎媚欠N操作系統(tǒng)，一旦移植成功一般不會經(jīng)常改變；但是對于在實(shí)驗(yàn)室中面向?qū)W生使用時(shí)，情況就完全不同了。Flash中的操作系統(tǒng)會處于經(jīng)常被改變的狀態(tài)，并且操作系統(tǒng)移植的時(shí)間長、步驟多，給學(xué)生實(shí)驗(yàn)帶來很大困擾。

4 嵌入式實(shí)驗(yàn)設(shè)備改進(jìn)設(shè)計(jì)方案

針對嵌入式實(shí)驗(yàn)設(shè)備存在的設(shè)計(jì)缺陷而產(chǎn)生的Windows CE和Linux操作系統(tǒng)之爭問題，本文提出了以下兩套改進(jìn)設(shè)計(jì)方案。

方案一、

將嵌入式實(shí)驗(yàn)設(shè)備中的Flash分為三個(gè)區(qū)，一是不帶操作系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)區(qū)；二是Windows CE實(shí)驗(yàn)區(qū)；三是Linux操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)區(qū)。啟動地址也相應(yīng)分為三個(gè)，這樣三個(gè)區(qū)分開就不會發(fā)生相互覆蓋的問題了。這個(gè)方案的優(yōu)點(diǎn)是不增加Flash；缺點(diǎn)是地址譯碼電路需要重新設(shè)計(jì)并在復(fù)雜度上要遠(yuǎn)高于現(xiàn)有設(shè)備，并且不能解決根本問題，因?yàn)榧词乖谕粋€(gè)操作系統(tǒng)區(qū)，里面的操作系統(tǒng)有的是移植成功的，有的是沒有移植成功的，如果直接在此基礎(chǔ)上做編程實(shí)驗(yàn)，仍然存在問題。這個(gè)方案本身存在的問題是這三個(gè)區(qū)如何識別，國內(nèi)有的廠家的做法是用一個(gè)撥動開關(guān)在三個(gè)位置的移動來識別，但是我們在使用過程中經(jīng)常遇到學(xué)生撥錯(cuò)開關(guān)而導(dǎo)致三個(gè)區(qū)內(nèi)容互相覆蓋的情況。所以，方案一不是一個(gè)成熟的方案，只不過相對目前一般的嵌入式實(shí)驗(yàn)設(shè)備來講有所改進(jìn)。

方案二采用的方法仍然是將嵌入式實(shí)驗(yàn)設(shè)備中的Flash分為三個(gè)區(qū)，即實(shí)驗(yàn)區(qū)、Windows CE固化區(qū)和Linux固化區(qū)。實(shí)驗(yàn)區(qū)即可以寫入，也可以讀出。一切實(shí)驗(yàn)都可以在此區(qū)完成，包括不帶操作系統(tǒng)的嵌入式基本實(shí)驗(yàn)、Windows CE操作系統(tǒng)移植及編程實(shí)驗(yàn)、Linux操作系統(tǒng)移植及編程實(shí)驗(yàn)。Windows CE固化區(qū)設(shè)置為只讀區(qū)，里面固化了已經(jīng)寫好的Windows CE操作系統(tǒng)，當(dāng)學(xué)生做Windows CE平臺下的編程實(shí)驗(yàn)時(shí)，如果實(shí)驗(yàn)區(qū)內(nèi)的Windows CE操作系統(tǒng)是好的，則在此基礎(chǔ)上直接編程。如果實(shí)驗(yàn)區(qū)內(nèi)的Windows CE操作系統(tǒng)不好（即上次使用此設(shè)備的學(xué)生沒有將Windows CE操作系統(tǒng)移植成功、實(shí)驗(yàn)區(qū)內(nèi)存放的是基本實(shí)驗(yàn)程序目標(biāo)碼或者Linux操作系統(tǒng)），則首先將Windows CE固化區(qū)內(nèi)的操作系統(tǒng)讀出并寫入實(shí)驗(yàn)區(qū)再編程。這個(gè)時(shí)間很短，幾乎不會影響實(shí)驗(yàn)的正常進(jìn)行。Linux固化區(qū)也設(shè)置為只讀區(qū)，操作方法和Windows CE固化區(qū)一樣。這樣就解決了三種實(shí)驗(yàn)方式的沖突問題。為了保證實(shí)驗(yàn)區(qū)不會覆蓋另外兩個(gè)區(qū)，更可靠的方法是用一片F(xiàn)lash單獨(dú)作為實(shí)驗(yàn)區(qū)，一切實(shí)驗(yàn)均可在此區(qū)完成。用兩片ROM（只讀存儲器）分別固化Windows CE和Linux操作系統(tǒng)，當(dāng)實(shí)驗(yàn)區(qū)內(nèi)的Windows CE和Linux操作系統(tǒng)不好時(shí)分別從各自所在的ROM中讀出，寫入到實(shí)驗(yàn)區(qū)即可。

市場上已經(jīng)有USB轉(zhuǎn)串行口、USB轉(zhuǎn)并行口及USB轉(zhuǎn)網(wǎng)口的設(shè)備，可以把這些設(shè)備集成到嵌入式實(shí)驗(yàn)設(shè)備上，在不降低嵌入式實(shí)驗(yàn)設(shè)備功能的基礎(chǔ)上使之與微機(jī)的連接線只剩USB接口線一根，方便了用戶的使用，同時(shí)使自己的產(chǎn)品在同類產(chǎn)品中更具競爭力。

參考文獻(xiàn)

[1]周鳴爭.嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用.中國鐵道出版社 [M].北京：2013.

[2]彭曼曼，等.嵌入式系統(tǒng)導(dǎo)論.人民郵電出版社 [M].北京：2008.