劉小菊（煤科集團(tuán)沈陽(yáng)研究院有限公司，遼寧沈陽(yáng)　110016）

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一種平臺(tái)化的嵌入式智能儀器儀表系統(tǒng)底層共性驅(qū)動(dòng)技術(shù)研究

劉小菊
（煤科集團(tuán)沈陽(yáng)研究院有限公司，遼寧沈陽(yáng)110016）

【摘 要】智能儀器儀表是當(dāng)代計(jì)算機(jī)技術(shù)和儀表組合而成的產(chǎn)物，其在科研、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)以及制造行業(yè)等領(lǐng)域發(fā)揮著非常關(guān)鍵的作用?？僧?dāng)前的智能儀器還有結(jié)構(gòu)單一、功能較少、實(shí)用性較差以及難以維護(hù)等缺陷，影響了儀器儀表的功能性和經(jīng)濟(jì)性?，F(xiàn)簡(jiǎn)要分析平臺(tái)化的嵌入式智能儀器儀表系統(tǒng)底層共性驅(qū)動(dòng)技術(shù)，力求為今后的相關(guān)工作提供參照。

【關(guān)鍵詞】嵌入式智能儀器儀表驅(qū)動(dòng)技術(shù)

智能儀器儀表是計(jì)算機(jī)技術(shù)與數(shù)字儀器結(jié)合的產(chǎn)品，其屬于包含有微機(jī)或者微型處理器的測(cè)量設(shè)備。借助智能儀表中的微型處理器，能夠?qū)z測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)行儲(chǔ)存、計(jì)算以及分析，且進(jìn)行邏輯決策，很大程度提升了儀器的性能，與傳統(tǒng)儀器儀表相比具有極大優(yōu)勢(shì)。因此，對(duì)智能儀器儀表進(jìn)行研究具備非常重要的意義。

1　數(shù)據(jù)測(cè)量模塊接口驅(qū)動(dòng)技術(shù)

1.1串行外設(shè)接口驅(qū)動(dòng)技術(shù)

串行外設(shè)接口的速度較高，能夠符合主中央處理器和若干個(gè)外圍低速元件彼此的數(shù)據(jù)傳送要求。串行外設(shè)接口以主從形式運(yùn)行，此類形式往往存在單一主元件與一個(gè)或多個(gè)從元件，信息在主機(jī)端移位脈沖下按位進(jìn)行互相傳送。而在智能儀表之中，主處理器在主機(jī)端主要以單主單從或單主多從的方式以及單一或若干個(gè)信息收集模塊實(shí)行通訊，最終有效集成信息收集模塊。

1.2I2C接口驅(qū)動(dòng)技術(shù)

I2C總線是微電子通訊控制方面應(yīng)用較多的一類新式總線指標(biāo)。其具備接口較少、控制簡(jiǎn)便、元件封裝形式比較小以及高通訊速率等優(yōu)勢(shì)。進(jìn)行主從形式的通訊過(guò)程中，還能夠借助I2C總線的功能同時(shí)接進(jìn)若干個(gè)I2C元件，借助地址對(duì)通訊對(duì)象進(jìn)行識(shí)別。其主要利用串行數(shù)據(jù)線和串行時(shí)鐘線實(shí)現(xiàn)對(duì)連接進(jìn)行總線的元件進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，且基于地址對(duì)各個(gè)元件進(jìn)行識(shí)別［1］。

2　信息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)技術(shù)

2.1存儲(chǔ)元件驅(qū)動(dòng)技術(shù)

對(duì)同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器的驅(qū)動(dòng)技術(shù)包含初始化、讀取寫(xiě)入以及刷新。初始化通常進(jìn)行預(yù)先充電、自動(dòng)化刷新以及配置寄存系統(tǒng)。刷新則應(yīng)用自動(dòng)化刷新模式。借助AMD Alchemy方案內(nèi)置同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始，讀取寫(xiě)入主要由內(nèi)核中內(nèi)存管理系統(tǒng)進(jìn)行。因虛擬內(nèi)存管理系統(tǒng)的先進(jìn)性和復(fù)雜性會(huì)產(chǎn)生較多的調(diào)度與數(shù)據(jù)交互，進(jìn)而減少智能儀器儀表的時(shí)效性。所以，于存儲(chǔ)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中禁用了虛擬內(nèi)存的調(diào)入性能。固態(tài)存儲(chǔ)器與動(dòng)畫(huà)編輯器的驅(qū)動(dòng)技術(shù)包含基礎(chǔ)的讀取、寫(xiě)入、擦除以及上層閃存管理系統(tǒng)，智能儀器系統(tǒng)中應(yīng)用的嵌入式Linux主要借助雙雷達(dá)微波交通檢測(cè)器子系統(tǒng)的抽象裝置對(duì)固態(tài)存儲(chǔ)器與動(dòng)畫(huà)編輯器進(jìn)行操作與數(shù)據(jù)的讀取和寫(xiě)入管理。并且為設(shè)備提供了硬件與上層的抽象接口，存儲(chǔ)裝置的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)變得越來(lái)越便捷，可以有效支持與管理各種裝置。雙雷達(dá)微波交通檢測(cè)器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)僅需有效控制物理裝置訪問(wèn)，和內(nèi)核傳輸?shù)哪切┍容^復(fù)雜的環(huán)節(jié)由抽象層進(jìn)行。抽象層對(duì)NAND Flash的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)行抽象，并可以進(jìn)行錯(cuò)誤檢查、系統(tǒng)糾錯(cuò)以及壞道問(wèn)題處置?？蛻裟K系統(tǒng)為客戶提供直接訪問(wèn)的接口。另外，抽象層對(duì)抽向設(shè)備構(gòu)造進(jìn)行了定義，針對(duì)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，僅設(shè)計(jì)公共端現(xiàn)實(shí)的接口函數(shù)，其監(jiān)測(cè)現(xiàn)實(shí)中設(shè)備之后，對(duì)該設(shè)備進(jìn)行注冊(cè)［2］。

2.2文件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案

文件系統(tǒng)是智能儀器儀表數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)的關(guān)鍵構(gòu)成，其直接對(duì)系統(tǒng)自身屬于與客戶信息的存儲(chǔ)形式產(chǎn)生影響。其在系統(tǒng)底層文件中添加抽象層，即虛擬文件系統(tǒng)。此類分層的方式使Linux操作系統(tǒng)能夠具備極佳的兼容性，還能夠很大程度提升其擴(kuò)充性。在容量較大的存儲(chǔ)平臺(tái)中，需結(jié)構(gòu)完整的存儲(chǔ)與文件系統(tǒng)。尤其針對(duì)智能儀器儀表系統(tǒng)此類寬應(yīng)用領(lǐng)域的裝置，在運(yùn)行條件相對(duì)復(fù)雜的情況下，很有可能發(fā)生供電不穩(wěn)等故障問(wèn)題。所以，智能儀器儀表平臺(tái)對(duì)文件系統(tǒng)的可靠性設(shè)定了非常嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)?？梢詰?yīng)用根據(jù)NAND Flash的YAFFS文件系統(tǒng)提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性，確保信息安全。

3　人機(jī)接口模塊的驅(qū)動(dòng)技術(shù)

3.1液晶顯示器驅(qū)動(dòng)技術(shù)

由于智能儀器儀表的技術(shù)水平和數(shù)據(jù)顯示的標(biāo)準(zhǔn)要求越來(lái)越嚴(yán)格，簡(jiǎn)單的顯示已經(jīng)無(wú)法滿足要求，但圖形顯示系統(tǒng)能夠直觀完整的展現(xiàn)影像和字符。液晶顯示器屬于數(shù)據(jù)顯示和人機(jī)交互的平臺(tái)，具備輕重量、低能耗、運(yùn)行低電壓、不產(chǎn)生輻射以及顯示數(shù)據(jù)量多的優(yōu)勢(shì)。因此，可以把液晶顯示器當(dāng)成人機(jī)交互的重要接口裝置。

3.2觸摸屏驅(qū)動(dòng)技術(shù)

應(yīng)用這種人機(jī)交互形式，操作人員僅觸碰屏幕上的符號(hào)或者文字就可以對(duì)整體系統(tǒng)進(jìn)行操作，消除了按鈕和開(kāi)關(guān)管理形式，使人機(jī)交互變得更加便捷。所以，觸控屏已經(jīng)變成了目前應(yīng)用最廣泛的人機(jī)交互裝置。其輸入系統(tǒng)是由檢測(cè)設(shè)備和控制系統(tǒng)構(gòu)成?；谶\(yùn)行機(jī)理的差異，其可以分成電阻式、電容式、表面聲波屏、紅外線掃描屏以及矢量壓力傳感觸控屏等幾類。在觸摸平面的時(shí)候，控制器對(duì)操作人員觸摸的部位進(jìn)行定位和檢測(cè)，且經(jīng)過(guò)接口端傳輸?shù)街醒胩幚砥?，處理器基于屏幕相?yīng)坐標(biāo)位置的內(nèi)容明確操作者的控制意圖，并下達(dá)對(duì)應(yīng)的命令。

4　數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)接口的驅(qū)動(dòng)技術(shù)

4.1以太網(wǎng)驅(qū)動(dòng)技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)接口裝置同樣需建立專門的數(shù)據(jù)信息結(jié)構(gòu)且向內(nèi)核進(jìn)行注冊(cè)，進(jìn)而在和外界實(shí)行信息交換的情況下，對(duì)請(qǐng)求函數(shù)進(jìn)行調(diào)用?？蓧K設(shè)備僅響應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)核發(fā)出的請(qǐng)求，網(wǎng)絡(luò)裝置驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)卻可以異步接收系統(tǒng)之外的信息。所以，如果內(nèi)核命令塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)向內(nèi)核傳輸緩沖區(qū)信息的情況下，網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)裝置就會(huì)向內(nèi)核發(fā)出請(qǐng)求，要求將系統(tǒng)之外得到的信息傳輸?shù)絻?nèi)核中。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)包的發(fā)送和接收，并為上層協(xié)議提供訪問(wèn)的方法。Linux操作系統(tǒng)中，全部網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)裝置均存在一致接口，對(duì)所有硬件的訪問(wèn)均需經(jīng)過(guò)這個(gè)接口。實(shí)行網(wǎng)絡(luò)信息傳送的過(guò)程中，網(wǎng)絡(luò)裝置驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)要經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口把信息傳輸至對(duì)應(yīng)網(wǎng)絡(luò)層之中，或向網(wǎng)絡(luò)傳輸信息［3］。

4.2USB接口的驅(qū)動(dòng)技術(shù)

當(dāng)前時(shí)期，USB接口的應(yīng)用十分廣泛，其具備高傳輸速度、成本低廉、高兼容性以及能夠動(dòng)態(tài)鏈接的優(yōu)勢(shì)。智能儀器系統(tǒng)可以有效的支持USB接口，一方面能夠借助USB接口將裝置相連，并實(shí)行高速度的數(shù)據(jù)交互，另一方面可以對(duì)鍵鼠、U盤、讀卡器以及攝像頭等設(shè)備實(shí)行動(dòng)態(tài)化集成。很大程度擴(kuò)展了智器儀表系統(tǒng)的功能。

5　結(jié)語(yǔ)

綜上所述，該研究對(duì)智能儀器儀表系統(tǒng)中的功能性模塊驅(qū)動(dòng)技術(shù)進(jìn)行了初步的分析，可仍需不斷優(yōu)化和提升其總體性能。且隨著智能儀器儀表檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的持續(xù)快速提升，需更多先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)對(duì)其進(jìn)行支撐和完善，而這方面也正是相關(guān)科研工作者未來(lái)主要努力的方向。

參考文獻(xiàn)：

［1］牛延謀.嵌入式系統(tǒng)智能儀表開(kāi)發(fā)平臺(tái)的研究及其在流量?jī)x表設(shè)計(jì)中的應(yīng)用［J］.中國(guó)化工貿(mào)易，2015（21）:38-40.

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