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        一種基于嵌入式架構(gòu)的單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

        2015-07-02 08:50:47王禮平
        企業(yè)導(dǎo)報(bào) 2015年12期
        關(guān)鍵詞:單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        王禮平

        摘 要:單片機(jī)隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展而出現(xiàn)的,它是計(jì)算機(jī)的一種,在體量上來講,最多就算作一種微型。它的出現(xiàn)也是一種革命,尤其是在工業(yè)控制領(lǐng)域中,取得了廣泛的應(yīng)用。摒棄了傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)應(yīng)用中的一些弊端,在傳統(tǒng)的操作過程中,計(jì)算機(jī)的體積受到很大的制約,體積大無法跟生產(chǎn)線相匹配,造成了很多資源的浪費(fèi)。隨著計(jì)算機(jī)的飛越發(fā)展,它的功能越來越強(qiáng)大,將其系統(tǒng)應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中,會(huì)帶來很多益處,無形中提高了生產(chǎn)的效率。本文對單片機(jī)和嵌入式操作系進(jìn)行了簡單的闡述,讓人們有清晰的認(rèn)識,并從硬件和軟件兩個(gè)方面進(jìn)行闡述,在此基礎(chǔ)上對基于嵌入式架構(gòu)的單片機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究,以找到推動(dòng)該技術(shù)發(fā)展的動(dòng)力源。

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

        一、單片機(jī)和嵌入式操作系統(tǒng)的定義

        單片機(jī)是在嵌入式系統(tǒng)程序應(yīng)用的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的,它就是其該系統(tǒng)的主控單元。其大部分軟件的應(yīng)用性都非常的廣泛,不是憑空制造出來了,都有很強(qiáng)的目的性,由此可見,它的專屬性非常的強(qiáng),針對專門的功能設(shè)計(jì)專門的程序,這些專門的程序往往是一個(gè)微觀實(shí)時(shí)操作系統(tǒng),該系統(tǒng)程序的功能非常的強(qiáng)大,具有第一時(shí)間處理和監(jiān)控信息的功能能力,并且對突發(fā)事件第一時(shí)間作出響應(yīng),并且有針對性的提出解決方案。

        嵌入式操作系統(tǒng)的功能非常的強(qiáng)大,相當(dāng)于人的大腦中樞神經(jīng)。它具有控制和調(diào)度任務(wù)的功能,且能儲(chǔ)存大量的信息,并能做到相應(yīng)的信息同步的功能,靈魂作用非常的強(qiáng)大。在與其他程序做對比時(shí),它把其他的程序的一些無關(guān)緊要的功能都剔除了,做到了簡單,但是功能非常的強(qiáng)大,只有一個(gè)微內(nèi)核。外加上該程序的嵌入性和專用性等特點(diǎn),使得應(yīng)用程序與操作系統(tǒng)處于同一個(gè)空間,使得操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序融為一體。這個(gè)時(shí)候存儲(chǔ)管理模塊非常的簡單。就成了人們熟知的微內(nèi)核。

        二、基于嵌入式架構(gòu)的單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

        (一)擬定總體設(shè)計(jì)方案。單片機(jī)的設(shè)計(jì)人員非常的關(guān)鍵,在接到項(xiàng)目任務(wù)時(shí),首先要進(jìn)行相應(yīng)的評估,根據(jù)自身的特點(diǎn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體方案,并對整體方案進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化,總體設(shè)計(jì)不能孤立的進(jìn)行設(shè)計(jì),要綜合考慮各方面的要素,并能達(dá)到要實(shí)現(xiàn)的技術(shù)指標(biāo)。在實(shí)現(xiàn)技術(shù)指標(biāo)要考慮多種因素,如環(huán)境、功能、要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)等,制定一個(gè)高性價(jià)比的設(shè)計(jì)方案,該方案對今后的工作有一定的指導(dǎo)作用。

        (1)確定技術(shù)指標(biāo),編制設(shè)計(jì)任務(wù)書。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)是一個(gè)非常耗費(fèi)精力的過程,首先要把根據(jù)整體的設(shè)計(jì)方案確定系統(tǒng)的功能和技術(shù)指標(biāo)。要進(jìn)行周密的分析,尋找到問題的癥結(jié)點(diǎn),把任務(wù)進(jìn)一步明確下來,具有非常明確地可操作性,還要考慮到系統(tǒng)的各種性能,確定合理可行的技術(shù)指標(biāo),在此基礎(chǔ)上,編制出完整的、可行性非常強(qiáng)的設(shè)計(jì)任務(wù)書,對今后的工作進(jìn)行相應(yīng)的指導(dǎo)。(2)建立數(shù)學(xué)模型。在編制任務(wù)書后,后面還有很多的后續(xù)工作,而且是非常繁瑣的。設(shè)計(jì)者要根據(jù)實(shí)際情況對測控對象進(jìn)行分析,把它的物理過程進(jìn)行剖析,明確計(jì)算任務(wù),并且將兩者有效的結(jié)合并進(jìn)行全面分析,把面臨的一些實(shí)際問題進(jìn)行簡單化,抽象的問題具體化。根據(jù)上述的系統(tǒng)的總體方案作出合理的假設(shè),建立模型,把模型里面的變量和參數(shù)確定下來,并通過數(shù)學(xué)的一些公式把模型建立起來。這整個(gè)建模的過程就是對真實(shí)性的模擬,并是對該項(xiàng)目測控的過程,當(dāng)然這整個(gè)過程要求模型盡量做到簡單,不宜太復(fù)雜,這樣單片機(jī)才能發(fā)揮重大的作用。(3)選擇合適的機(jī)型。根據(jù)上述確定的總體方案,再加上建立的數(shù)學(xué)模型,要把綜合的因素都考慮進(jìn)去,這些綜合的因素包括系統(tǒng)的目標(biāo)、可靠性、精度、速度和價(jià)格等,當(dāng)把這些因素放到一起進(jìn)行綜合評價(jià)時(shí),會(huì)發(fā)現(xiàn)適合本系統(tǒng)的單片機(jī)并不是很多,找到最合適的一款單片機(jī),讓其發(fā)揮更大的作用。(4)劃分硬件和軟件功能。在整個(gè)系統(tǒng)里面,軟件與硬件發(fā)揮著重要的作用,在功能劃分的過程中一定要把硬件和軟件一并考慮進(jìn)來,不能單一的考慮。在單片機(jī)這個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)中,要從軟硬件兩個(gè)方面來考慮,既要考慮到硬件的兼容性,又要考慮軟件的系統(tǒng)性,最終在功能上實(shí)現(xiàn)了兩者的相互替代。在功能上也實(shí)現(xiàn)了貫通,在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,要通盤考慮,權(quán)衡利弊,最終把硬件與軟件的功能清晰劃分出來。

        (二)硬件設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)包含系統(tǒng)擴(kuò)展和系統(tǒng)的配置。系統(tǒng)的配置,即按照系統(tǒng)功能要求配置外圍設(shè)備,如鍵盤、顯示器、打印機(jī)、A/D、D/A轉(zhuǎn)換器等,并設(shè)計(jì)合適的接口電路;系統(tǒng)擴(kuò)展,即單片機(jī)內(nèi)部的資源不能滿足應(yīng)用系統(tǒng)的要求時(shí),必須進(jìn)行外部擴(kuò)展,選擇適當(dāng)?shù)男酒?,設(shè)計(jì)相應(yīng)的電路。在進(jìn)行單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)過程中,要盡量多參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)電路,多看一些經(jīng)典的電路設(shè)計(jì),這對系統(tǒng)設(shè)計(jì)有好處?,F(xiàn)在應(yīng)用電路系統(tǒng)功能越來越強(qiáng)大,由于單片機(jī)I/O口的驅(qū)動(dòng)能力是有限的,所以系統(tǒng)功耗要盡可能低,必要時(shí)應(yīng)考慮增加總線驅(qū)動(dòng)電路以降低系統(tǒng)負(fù)擔(dān)。系統(tǒng)的擴(kuò)展性也是硬件設(shè)計(jì)中很重要的一個(gè)方面,系統(tǒng)硬件不僅要能夠滿足當(dāng)前的需要,也要為以后的升級擴(kuò)展留有余地。

        (三)軟件設(shè)計(jì)。軟件開發(fā)過程是一個(gè)非常復(fù)雜的過程,它包括上述提到的擬定程序總體方案,繪制程序流程圖,根據(jù)流程圖編寫程序等程序,還包括下文提到的調(diào)試程序等。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)扮演著重要的角色,所以在軟件設(shè)計(jì)上要求也是不一樣的,在開發(fā)設(shè)計(jì)軟件過程中,采用模塊化來代替相應(yīng)的程序。在上述提到的一些程序總體設(shè)計(jì)上來講,要考慮到設(shè)計(jì)的程序出發(fā),根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的可操作性,制定切合實(shí)際的程序設(shè)計(jì)方法。在設(shè)計(jì)出來程序總體方案后,在總體方案的指導(dǎo)下,按照一些原則將整個(gè)系統(tǒng)軟件劃分不同的模塊,彼此之間要保證相互獨(dú)立,小大適當(dāng),還要根據(jù)實(shí)際情況明確數(shù)學(xué)模型和算法,繪制出來具有指導(dǎo)作用的總流程圖和各模塊的流程圖。

        (四)系統(tǒng)調(diào)試、運(yùn)行和維護(hù)。系統(tǒng)調(diào)試在系統(tǒng)開發(fā)過程發(fā)揮著重要的作用,它包括兩種調(diào)試方式,一種是硬件調(diào)試,另一種是軟件調(diào)試。系統(tǒng)調(diào)試的目的就是查漏補(bǔ)缺,找到存在的不和諧因素,在第一時(shí)間進(jìn)行修復(fù)。保證不影響系統(tǒng)的正常的運(yùn)行。但是兩種調(diào)試方式的側(cè)重點(diǎn)不一樣,硬件調(diào)試主要側(cè)重于硬件,排除電路故障,軟件調(diào)試側(cè)重于在線仿真調(diào)試,排除是否存在編程有錯(cuò)誤,對硬件是否存在問題也有一定的鑒別作用。根據(jù)系統(tǒng)存在的問題,第一時(shí)間拿出調(diào)試的方法,明確調(diào)試的環(huán)節(jié),進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)試。

        三、結(jié)束語

        該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在一定程度上突破了以前的弊端,它以計(jì)算機(jī)為核心,利用計(jì)算機(jī)技術(shù)來構(gòu)造嵌入式架構(gòu),這種架構(gòu)在很大程度上取決于計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展更新?lián)Q代。剛開始出現(xiàn)計(jì)算機(jī)技術(shù)的時(shí)候,由于人們對其研究的不透徹,性能開發(fā)較差,甚至還不如今天的電子計(jì)算器,應(yīng)用少之又少,只是在科研的領(lǐng)域有所應(yīng)用。但是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷的開發(fā),計(jì)算機(jī)的普及性越來越高,在這種大背景下,計(jì)算機(jī)的技術(shù)又有了新的突破。而且計(jì)算機(jī)技術(shù)越來越多的解決實(shí)際問題,無形中提高了工業(yè)等領(lǐng)域的控制效率。相關(guān)領(lǐng)域?qū)<覍Τ绦蜻M(jìn)行了完善,嵌入式架構(gòu)和單片機(jī)順應(yīng)時(shí)代的潮流應(yīng)運(yùn)而生,解決了很多的實(shí)際問題。但是單片機(jī)在實(shí)際應(yīng)用的過程中也存在很多問題,如果有效的采用嵌入式架構(gòu)技術(shù),這樣就能解決大部分存在的問題,讓單片機(jī)系統(tǒng)發(fā)揮更大的作用。?

        參考文獻(xiàn):

        [1] 周秋和. 一種簡單多功能單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 武漢教育學(xué)院學(xué)報(bào). 2000(06)

        [2] 劉穎. 單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的誤區(qū)與應(yīng)對策略[J]. 長沙鐵道學(xué)院學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版). 2013(03)

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