喬峰

摘 要：單片微型計算機的特點是占用面積小，耗能較少，投資成本低等，其具備各種各樣的功能。單片微型計算機被應(yīng)用于很多的領(lǐng)域，尤其是工業(yè)控制領(lǐng)域。筆者在下文中將從分析嵌入式架構(gòu)的單片機的架構(gòu)概念和特點出發(fā)，簡要的探討現(xiàn)如今單片機系統(tǒng)設(shè)計的情況以及嵌入式架構(gòu)的單片機系統(tǒng)設(shè)計。

關(guān)鍵詞：嵌入式；架構(gòu)；單片機；系統(tǒng)；設(shè)計

一、嵌入式架構(gòu)簡述

（一）嵌入式架構(gòu)的概念。在計算機網(wǎng)絡(luò)發(fā)展迅速推進的背景下，嵌入式架構(gòu)也發(fā)展成為一門學(xué)科，很多高等院校也順應(yīng)市場經(jīng)濟的發(fā)展需求開設(shè)了這個學(xué)科課程?，F(xiàn)在很多產(chǎn)品的開發(fā)都離不開計算機系統(tǒng)的設(shè)計和研發(fā)，然而這些工作又需要操作人員具備足夠的的嵌入式架構(gòu)知識。以計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為標志的第三次工業(yè)革命發(fā)展至今，電子信息領(lǐng)域一直都很受各國的重視，我國雖然積極的融入到科技革命發(fā)展的浪潮之中，但是由于經(jīng)濟的改革開放時間較晚，科技發(fā)展的步伐也較慢，所以，我國在該領(lǐng)域的技術(shù)水平還落后于西方發(fā)達國家。最近這些年以來，我國電子信息相關(guān)領(lǐng)域也逐漸受到國家的重視，得到很多經(jīng)濟上和政策上的扶持。隨之，嵌入式架構(gòu)的研究也得到了前所未有的發(fā)展，就目前我國的單片機等設(shè)備的生產(chǎn)情況來看，我國技術(shù)人員雖然能夠?qū)纹⑿陀嬎銠C系統(tǒng)進行研究和開發(fā)，但是很多先進的單片機相關(guān)設(shè)備還依賴國外進口，這就極大的限制了我國嵌入式架構(gòu)的發(fā)展。對于嵌入式架構(gòu)的概念，國際電氣和電子工程師協(xié)會給出了具體的解釋，是控制、監(jiān)視等輔助設(shè)備工作的系統(tǒng)，現(xiàn)在對嵌入式架構(gòu)這個概念來說，還是主要基于計算機技術(shù)，通常時候，一個帶有控制程序的處理器就可以被稱作是一個嵌入式架構(gòu)，也就是說，在計算機發(fā)展的不同階段，嵌入式架構(gòu)概念闡釋也是各有不同的。

（二）嵌入式架構(gòu)的特點。嵌入式架構(gòu)的單片機的很多特點是對傳統(tǒng)的計算機技術(shù)的一種發(fā)展：首先，這種小體積的嵌入式架構(gòu)出現(xiàn)的時候就主要是在計算機的基礎(chǔ)上，進行系統(tǒng)的開發(fā)。在計算機技術(shù)不斷精進的背景下，嵌入式架構(gòu)也隨之得到發(fā)展，特別是單片機等微型計算機研發(fā)出來之后，嵌入式架構(gòu)就得到極大的推廣。也就是說，先是嵌入式架構(gòu)應(yīng)用和發(fā)展在很大程度上推動了單片機的出現(xiàn)；其次，嵌入式架構(gòu)能夠完成邏輯較強的控制活動。而電子信息化發(fā)展過程中很大一部分機械設(shè)備都在通過智能芯片的使用將特定的控制程序植入到系統(tǒng)中去，從而實現(xiàn)特殊的控制目的。隨著軟件技術(shù)的日益發(fā)展，特別是人工專家模塊的研發(fā)工作取得進展之后，計算機軟件的智能化就達到很大程度的發(fā)展，比如，以前計算機出現(xiàn)問題的時候還需要技術(shù)管理人員進行檢查和修整，智能化的計算機軟件則可以自動的檢索該問題曾經(jīng)的處理辦法，自動的完成問題的修復(fù)，也就是說這樣的智能化技術(shù)植入到嵌入式架構(gòu)之后工業(yè)生產(chǎn)自動化控制就能夠?qū)崿F(xiàn)了。所以說，單片機等微型計算機的發(fā)展就是推進工業(yè)自動化控制技術(shù)發(fā)展的十分重要的因素，而單片機在該自動化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用效率要得到提高也需要在嵌入式架構(gòu)中植入一些比較具有針對性的硬件和軟件的設(shè)計。

二、基于嵌入式架構(gòu)的單片機系統(tǒng)設(shè)計分析

（一）單片機應(yīng)用系統(tǒng)組成。單片機系統(tǒng)包括硬件和軟件兩部分，其中I/O接口、CPU、RAM及外圍接口等組成了硬件部分。在整個系統(tǒng)中單片機負責系統(tǒng)的程序的運行和數(shù)據(jù)的處理，是整個系統(tǒng)的核心；I/O接口主要負責與外部的輸入輸出是與外部進行信息交換的通道。RAM用于系統(tǒng)程序和數(shù)據(jù)的存儲。 對一個系統(tǒng)而言，僅僅只有硬件是遠遠不夠的。打個比方硬件就好比一個人的四肢，而軟件就好比一個人的大腦。如果沒有軟件，整個系統(tǒng)就無法正常運轉(zhuǎn)。系統(tǒng)軟件可分為實時軟件和開發(fā)軟件。其中針對控制系統(tǒng)功能所編寫的軟件為實時軟件，在開發(fā)，調(diào)試時使用的軟件為開發(fā)軟件，具體如編譯軟件，調(diào)試軟件，仿真軟件，編程下載軟件等。

（二）單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計要求 。單片機系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)遵循以下幾個原則：（1）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的模塊化、規(guī)范化便于分析查找故障；（2）優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計，盡可能減少不必要的節(jié)點，以減少產(chǎn)生的可能；（3）選用可靠性高的器件，減少內(nèi)部電路帶來的不確定因素。

（三）單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計。完整的單片機的系統(tǒng)的開發(fā)可分為5個階段：第一階段：系統(tǒng)的功能性分析，只有對要設(shè)計的產(chǎn)品的功能進行全面的分析，才能知道系統(tǒng)設(shè)計中需要什么，不需要什么。第二階段：確定系統(tǒng)總體設(shè)計方案，這一階段主要是根據(jù)系統(tǒng)的功能進入更深入的各個模塊設(shè)計選型，并最終統(tǒng)一協(xié)調(diào)完成系統(tǒng)總體設(shè)計，并不針對系統(tǒng)各方面進行深入設(shè)計；第三階段：由系統(tǒng)總體設(shè)計中確定的各模塊的設(shè)計原則，對各模塊進行設(shè)計深入。該階段主要完成系統(tǒng)各部分的詳細設(shè)計，最終歸結(jié)到系統(tǒng)的硬件原理圖和系統(tǒng)軟件各模塊設(shè)計上來；第四階段：在前面基礎(chǔ)上實現(xiàn)硬件和軟件系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)，這個過程是整個系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵，在調(diào)試過程中往往會發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中存在的一些問題，包括硬件上和軟件上存在的諸多問題等；第五階段：針對系統(tǒng)調(diào)試進一步完善系統(tǒng)硬件和軟件；第六階段：系統(tǒng)程序的固化，文件編制，性能測定，現(xiàn)場調(diào)試報告和說明等的完善。

（四）基于嵌入式架構(gòu)的單片機系統(tǒng)硬件設(shè)計。單片機的早期設(shè)計主要是針對現(xiàn)有的生產(chǎn)線進行一些細微的改進或者改造，通過在生產(chǎn)線上適當增加或者減少一些設(shè)備，利用單片機進行控制，這時候的單片機還沒有形成嵌入式架構(gòu)概念。隨著社會的發(fā)展，工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)已不能滿足單一的系統(tǒng)控制。因此單一單片機一對一的架構(gòu)已無法滿足生產(chǎn)的需要，因此嵌入式架構(gòu)的單片機系統(tǒng)設(shè)計便逐漸得到的推廣和發(fā)展。具體而言就是，將單片機放到生產(chǎn)中的各個環(huán)節(jié)，并將它們連接到一個服務(wù)器上，同時又將無數(shù)個服務(wù)器連接到一起，這樣形成一個分層式龐大系統(tǒng)，進行實現(xiàn)對生產(chǎn)的全面控制。即所謂的單片機系統(tǒng)的嵌入式架構(gòu)設(shè)計。

（五）基于嵌入式架構(gòu)的單片機系統(tǒng)軟件設(shè)計。和傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，嵌入式系統(tǒng)最大特點就是多了輔助設(shè)備，如早期單片機往往作為單一模塊，單獨使用來處理復(fù)雜問題，亦或控制設(shè)備，沒有任何輔助設(shè)備。而嵌入式架構(gòu)下，單片機，輔助設(shè)備統(tǒng)一連接到計算機服務(wù)器中，通過將一條系統(tǒng)的分層分級式的管理每個單片機系統(tǒng)完成某一塊功能，而又通過整個架構(gòu)將各個系統(tǒng)連接起來組成一個完整整體。而在系統(tǒng)軟件設(shè)計時就也應(yīng)考慮系統(tǒng)各個架構(gòu)的功能，根據(jù)實際需要設(shè)計不同程序，實現(xiàn)不同控制功能。

結(jié)束語 ：作為以計算機為基礎(chǔ)的技術(shù)，嵌入式架構(gòu)的發(fā)展是和計算機技術(shù)的發(fā)展是分不開的，就上世紀計算機剛問世的時候，其使用性能還不如簡單的電子計算器，只能適用于科研實驗之中，但是電子信息技術(shù)發(fā)展的今天，計算機已經(jīng)普及到人們的日常工作和生活之中，計算機能夠處理的實際問題越來越多而且其處理效率也在不斷的提高。人們對其植入的操控程序也在不斷的升級，通過上文的分析，計算機的實際應(yīng)用需要推動了嵌入式架構(gòu)和單片機的出現(xiàn)和發(fā)展，反之，單片機的發(fā)展也推動計算機技術(shù)的發(fā)展，只是，在實際應(yīng)用的過程中，還存在很多的技術(shù)性問題，如何不斷的使得嵌入式架構(gòu)的應(yīng)用提高單片機系統(tǒng)的使用的效果還需要進行更多的研發(fā)工作。

參考文獻：

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