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        嵌入式工控機(jī)系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)

        2017-05-30 04:02:16紀(jì)磊
        大東方 2017年9期
        關(guān)鍵詞:工控機(jī)嵌入式分析

        紀(jì)磊

        【摘要】國(guó)內(nèi)高端的嵌入式工控機(jī)系統(tǒng)中有類(lèi)似PC104系統(tǒng),但是很長(zhǎng)一段時(shí)間,該系統(tǒng)都是國(guó)外進(jìn)口的,核心技術(shù)難以掌握,所以實(shí)現(xiàn)核心元器件的自主研制對(duì)提高工控系統(tǒng)產(chǎn)品意義重大。本文就此展開(kāi)對(duì)于嵌入式工控機(jī)的系統(tǒng)分析,并且提出了初步的設(shè)計(jì)方案。

        【關(guān)鍵詞】嵌入式;工控機(jī);系統(tǒng);分析;設(shè)計(jì)

        到目前為止,嵌入式傳統(tǒng)軟件甚至還不能完成代碼復(fù)用,更談不上跨嵌入式操作系統(tǒng)或跨硬件操作平臺(tái),更甚至把嵌入式軟件的模式抽象成語(yǔ)言的形式。所以對(duì)于嵌入式工控機(jī)系統(tǒng)來(lái)說(shuō),嵌入式系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)是其中最為重要的環(huán)節(jié),本文就針對(duì)此來(lái)展開(kāi)分析。

        一、嵌入式工控機(jī)定義及特點(diǎn)

        1、定義

        嵌入式工控機(jī),更時(shí)髦的叫法是盒式電腦或無(wú)風(fēng)扇工控機(jī),英文全稱Embedded Industrial Computer。嵌入式工控機(jī)通俗的說(shuō)就是專門(mén)為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)而設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)緊湊的計(jì)算機(jī)。

        工控機(jī)經(jīng)常會(huì)在環(huán)境比較惡劣的環(huán)境下運(yùn)行,對(duì)數(shù)據(jù)的安全性要求也更高,所以工控機(jī)通常會(huì)進(jìn)行加固、防塵、防潮、防腐蝕、防輻射等特殊設(shè)計(jì)。

        2、技術(shù)特點(diǎn)

        工控機(jī)對(duì)于擴(kuò)展性的要求也非常高,接口的設(shè)計(jì)需要滿足特定的外部設(shè)備,因此大多數(shù)情況下工控機(jī)需要單獨(dú)定制才能滿足需求。

        (1)采用符合“EIA”標(biāo)準(zhǔn)的全金屬工業(yè)機(jī)箱,增強(qiáng)了抗電磁干擾能力。

        (2)機(jī)箱內(nèi)無(wú)風(fēng)扇,靠機(jī)殼散熱。

        (3)配有高度可靠的工業(yè)電源,并有過(guò)壓、過(guò)流保護(hù)。

        (4)電源及鍵盤(pán)均帶有電子鎖開(kāi)關(guān),可防止非法開(kāi)、關(guān)和非法鍵盤(pán)輸入。

        (5)具有自診斷功能。

        (6)設(shè)有“看門(mén)狗“定時(shí)器,在因故障死機(jī)時(shí),無(wú)需人的干預(yù)而自動(dòng)復(fù)位。

        (7)便于多任務(wù)的調(diào)度和運(yùn)行。

        二、嵌入式工控機(jī)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

        嵌入式系統(tǒng)是一種將計(jì)算機(jī)技術(shù)作為基礎(chǔ),將應(yīng)用作為中心目的,軟硬件皆可裁剪來(lái)適應(yīng)特定應(yīng)用的,對(duì)成本、體積、可靠性、功耗、功能都有相對(duì)嚴(yán)格要求的專用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng),是一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用形式,亦被稱為埋藏式計(jì)算機(jī)。而嵌入式軟件,即是嵌入式系統(tǒng)中運(yùn)行的用來(lái)完成具體的功能的軟件。嵌入式系統(tǒng)對(duì)其的要求是,要代碼精簡(jiǎn)且效率高,要對(duì)異步并發(fā)的事件有很高的處理能力,要能夠?qū)崟r(shí)處理事件并要有足夠快的響應(yīng)速度。

        下圖為嵌入式系統(tǒng)的簡(jiǎn)要發(fā)展歷程:

        嵌入式工控機(jī)系統(tǒng)主要包括了文檔和程序,可分成應(yīng)用軟件、支撐軟件、系統(tǒng)軟件等。我們普遍上將嵌入式系統(tǒng)中運(yùn)行的所有軟件都叫做嵌入式軟件。應(yīng)用軟件:指基于特定的用途而開(kāi)發(fā)的用于響應(yīng)類(lèi)嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用程序的整體集合。支撐軟件:包括調(diào)軟件、用戶使用界面的系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境、網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議、開(kāi)發(fā)平臺(tái)和數(shù)據(jù)庫(kù)等。系統(tǒng)軟件:Windows CE、Hopen 中嵌入式的 Linux、pSOS、Vxworks等。嵌入式軟件由于其所需的運(yùn)行環(huán)境有極強(qiáng)的特殊性,因而開(kāi)發(fā)應(yīng)用相對(duì)困難,要從其開(kāi)發(fā)環(huán)境、功能要求、體系結(jié)構(gòu)等多個(gè)方面來(lái)研究。

        二、嵌入式工控機(jī)系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)

        數(shù)據(jù)采集與管理模塊主要負(fù)責(zé)對(duì)計(jì)算機(jī)串口通信的指定款口號(hào)、串口的通信參數(shù)以及串口數(shù)據(jù)的具體獲取方式等各個(gè)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置,然后接受從下位單片機(jī)之中發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù),通過(guò)簡(jiǎn)單的格式處理之后,將其存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)之中,并且利用Micros oft SQLSERVER2000 的數(shù)據(jù)庫(kù)管理功能,對(duì)信息進(jìn)行基本的管理操作。

        可視化顯示模塊主要負(fù)責(zé)將上述采集的具體數(shù)據(jù)以及經(jīng)過(guò)處理、分析之后的數(shù)據(jù)結(jié)果通過(guò)二維圖形的方式進(jìn)行顯示,該圖形需要能夠滿足打印、存儲(chǔ)以及局部放大等功能,并且鼠標(biāo)在改圖形的曲線上移動(dòng)的同時(shí),能夠同步顯示不同位置的數(shù)據(jù)信息。

        數(shù)據(jù)比較模塊主要負(fù)責(zé)對(duì)不同數(shù)據(jù)的比較,這種比較主要包括將采樣數(shù)據(jù)與基本模型數(shù)據(jù)比較以及將采樣數(shù)據(jù)與采樣數(shù)據(jù)之間進(jìn)行比較。前者能夠發(fā)現(xiàn)本次與上次檢測(cè)的數(shù)據(jù)差異,而后者則能夠?qū)ν粶y(cè)試者的不同成績(jī)或者不同測(cè)試者的成績(jī)進(jìn)行比較。比較的結(jié)果可以通過(guò)圖形化的方式直觀的顯示出來(lái),從而便于發(fā)現(xiàn)不同數(shù)據(jù)之間的差異。

        數(shù)據(jù)計(jì)算與分析模塊主要負(fù)責(zé)對(duì)采集的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合的數(shù)據(jù)處理和分析,按照預(yù)定的分析方案,通過(guò)計(jì)算和比較,從而對(duì)結(jié)果做出判斷。

        基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)模塊主要負(fù)責(zé)對(duì)基本的采集數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行維護(hù),這一維護(hù)包括了對(duì)采集數(shù)據(jù)的基本信息的添加、修改、編輯以及刪除等,除此之外,還包括了對(duì)模型數(shù)據(jù)庫(kù)的維護(hù)工作,并且為了便于開(kāi)展對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的維護(hù)工作,還要建立起一些基礎(chǔ)數(shù)據(jù),使得對(duì)相類(lèi)似的數(shù)據(jù)進(jìn)行維護(hù)更為便利。

        數(shù)據(jù)輸出模塊主要負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)分析圖形的輸出以及數(shù)據(jù)的輸出,在圖形輸出以及數(shù)據(jù)輸出方面,具體的輸出方式可以是存儲(chǔ)導(dǎo)出,也可以是打印輸出,或者是將其導(dǎo)出為Acce s s 圖形或位圖數(shù)據(jù)庫(kù)輸出。

        下位單片機(jī)在根據(jù)預(yù)定的設(shè)置接收到了相關(guān)的測(cè)試數(shù)據(jù)之后,將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在其外部存儲(chǔ)器之中,然后下位單片機(jī)向上位計(jì)算機(jī)發(fā)送握手請(qǐng)求,若握手成功則發(fā)送數(shù)據(jù),反之則重復(fù)發(fā)送請(qǐng)求,超過(guò)三次不成功,則系統(tǒng)提示錯(cuò)誤并且退出。

        在上位機(jī)和下位機(jī)之間完成握手之后,上位計(jì)算機(jī)對(duì)其串口進(jìn)行初始化炒作,將相關(guān)的參數(shù)配置好,并且做好接受數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備,隨后計(jì)算機(jī)向單片機(jī)發(fā)送信號(hào),單片機(jī)經(jīng)由串口向計(jì)算機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。上位計(jì)算機(jī)則按照與下位單片機(jī)之間的協(xié)議對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn),查看其是否完整,如果不完整,則需要重新發(fā)送。如果結(jié)束后的數(shù)據(jù)經(jīng)檢查完整,則對(duì)其進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換并且存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)之中。

        在完成接收數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)之后,上位計(jì)算機(jī)開(kāi)始對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析,包括了基本的數(shù)據(jù)管理,數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)對(duì)比分析、數(shù)據(jù)的分析結(jié)果的可視化顯示、相關(guān)參數(shù)的計(jì)算以及處理結(jié)果的輸出等。

        三、總結(jié)

        上個(gè)世紀(jì)80 年代移開(kāi),中國(guó)市場(chǎng)開(kāi)始廣泛的使用工控機(jī),而且在通信、導(dǎo)航、控制等領(lǐng)域越來(lái)越廣泛的使用,令工控機(jī)的發(fā)展和研究都達(dá)到了一個(gè)特定的高度。國(guó)內(nèi)高端的嵌入式工控機(jī)系統(tǒng)中有類(lèi)似PC104 系統(tǒng),但是很長(zhǎng)一段時(shí)間,該系統(tǒng)都是國(guó)外進(jìn)口的,核心技術(shù)難以掌握,所以實(shí)現(xiàn)核心元器件的自主研制對(duì)提高工控系統(tǒng)產(chǎn)品意義重大。

        (作者單位合肥陸通智能科技有限公司)

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