嵌入式系統的分類與特點

     一、什麽是嵌入式系統呢

    目前一些(xiē)先進的PDA在顯示屏幕上(shàng)已實現漢字寫入、短(duǎn)消息語音(yīn)發布，日用範圍也将日益廣闊。對于企業專用解決方案，如物流管理(lǐ)、條碼掃描、移動信息采集等，這種小(xiǎo)型手持嵌入式系統将發揮巨大(dà)的作(zuò)用。自動控制(zhì)領域，不僅可(kě)以用于ATM機，自動售貨機，工業控制(zhì)等專用設備，和(hé)移動通(tōng)訊設備結合、GPS、娛樂相結合，嵌入式系統同樣可(kě)以發揮巨大(dà)的作(zuò)用。近期長虹推出的ADSL産品，結合網絡，控制(zhì)，信息，這種智能化，網絡化将是家(jiā)電(diàn)發展的新趨勢。

    随着信息化，智能化，網絡化的發展，嵌入式系統技(jì)術(shù)也将獲得(de)廣闊的發展空(kōng)間(jiān)。美國着名未來(lái)學家(jiā)尼葛洛龐帝99年1月訪華時(shí)預言，4～5年後嵌入式智能（電(diàn)腦(nǎo)） 工具将是PC和(hé)因特網之後最偉大(dà)的發明(míng)。我國着名嵌入式系統專家(jiā)沈緒榜院士98年11月在武漢全國第11次微機學術(shù)交流會(huì)上(shàng)發表的《計(jì)算(suàn)機的發展與技(jì)術(shù)》一文中，對未來(lái)10年以嵌入式芯片為(wèi)基礎的計(jì)算(suàn)機工業進行(xíng)了科學的闡述和(hé)展望。

    根據IEEE（電(diàn)氣和(hé)電(diàn)子工程師(shī)協會(huì)）的定義，嵌入式系統是“控制(zhì)、監視(shì)或者輔助裝置、機器(qì)和(hé)設備運行(xíng)的裝置”（devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants）。從中可(kě)以看出嵌入式系統是軟件和(hé)硬件的綜合體(tǐ)，還(hái)可(kě)以涵蓋機械等附屬裝置。目前國內(nèi)一個(gè)普遍被認同的定義是：以應用為(wèi)中心、以計(jì)算(suàn)機技(jì)術(shù)為(wèi)基礎、軟件硬件可(kě)裁剪、适應應用系統對功能、可(kě)靠性、成本、體(tǐ)積、功耗嚴格要求的專用計(jì)算(suàn)機系統。

    由于嵌入式計(jì)算(suàn)機系統要嵌入到應用體(tǐ)系中，實現對應用系統的智能化控制(zhì)，因此，它有(yǒu)着與通(tōng)用計(jì)算(suàn)機系統完全不同的技(jì)術(shù)要求與技(jì)術(shù)發展方向。通(tōng)用計(jì)算(suàn)機系統的技(jì)術(shù)要求是高(gāo)速、海量的數(shù)值計(jì)算(suàn)；技(jì)術(shù)發展方向是總線速度的無限提升，存儲容量的無限擴大(dà)。 而嵌入式計(jì)算(suàn)機系統的技(jì)術(shù)要求則是應用對象的智能化控制(zhì)能力；技(jì)術(shù)發展方向是與應用系統密切相關的嵌入性能、控制(zhì)能力與控制(zhì)的可(kě)靠性。

    進入20世紀90年代，嵌入式技(jì)術(shù)全面展開(kāi)，目前已成為(wèi)通(tōng)信和(hé)消費類産品的共同發展方向。在通(tōng)信領域，數(shù)字技(jì)術(shù)正在全面取代模拟技(jì)術(shù)。在廣播電(diàn)視(shì)領域，美國已開(kāi)始由模拟電(diàn)視(shì)向數(shù)字電(diàn)視(shì)轉變，歐洲的DVB（數(shù)字電(diàn)視(shì)廣播）技(jì)術(shù)已在全球大(dà)多(duō)數(shù)國家(jiā)推廣。數(shù)字音(yīn)頻廣播（DAB）也已進入商品化試播階段。而軟件、集成電(diàn)路和(hé)新型元器(qì)件在産業發展中的作(zuò)用日益重要。

    二、嵌入式系統的分類與特點

    1、嵌入式系統的分類

    有(yǒu)些(xiē)人(rén)把單個(gè)嵌入式微處理(lǐ)器(qì)就當作(zuò)嵌入式系統，這是不對的。因為(wèi)嵌入式系統實質上(shàng)是一個(gè)嵌入式計(jì)算(suàn)機系統，因此，隻有(yǒu)将嵌入式微處理(lǐ)器(qì)構成了一個(gè)計(jì)算(suàn)機系統，并作(zuò)為(wèi)嵌入式應用時(shí)，這樣的計(jì)算(suàn)機系統才可(kě)稱為(wèi)嵌入式系統。

    根據不同的分類标準嵌入式系統有(yǒu)不同的分類方法，如按其形态的差異，一般可(kě)将嵌入式系統分為(wèi)：芯片級（MCU、SoC）、闆級（單片機、模塊）和(hé)設備級（工控機）三級。如按其複雜程度的不同，又可(kě)将嵌入式系統分為(wèi)以下四類：

    （1）、主要由微處理(lǐ)器(qì)構成的嵌入式系統，常常用于小(xiǎo)型設備中（如溫度傳感器(qì)、煙霧和(hé)氣體(tǐ)探測器(qì)及斷路器(qì)）；

    （2）、不帶計(jì)時(shí)功能的微處理(lǐ)器(qì)裝置，可(kě)在過程控制(zhì)、信号放大(dà)器(qì)、位置傳感器(qì)及閥門(mén)傳動器(qì)等中找到；

    （3）、帶計(jì)時(shí)功能的組件，這類系統多(duō)見于開(kāi)關裝置、控制(zhì)器(qì)、電(diàn)話(huà)交換機、包裝機、數(shù)據采集系統、醫(yī)藥監視(shì)系統、診斷及實時(shí)控制(zhì)系統等等；

    （4）、在制(zhì)造或過程控制(zhì)中使用的計(jì)算(suàn)機系統，這也就是由工控機級組成的嵌入式計(jì)算(suàn)機系統，是這四類中最複雜的一種。也是現代印刷設備中經常應用一種。

     2、嵌入式系統的特點

   （1）、嵌入式系統是将先進的計(jì)算(suàn)機技(jì)術(shù)、半導體(tǐ)技(jì)術(shù)和(hé)電(diàn)子技(jì)術(shù)與各個(gè)行(xíng)業的具體(tǐ)應用相結合後的産物。這一點就決定了它必然是一個(gè)技(jì)術(shù)密集、資金密集、高(gāo)度分散、不斷創新的知識集成系統。嵌入式CPU能夠把通(tōng)用CPU中許多(duō)由闆卡完成的任務集成在芯片內(nèi)部，從而有(yǒu)利于嵌入式系統設計(jì)趨于小(xiǎo)型化，移動能力大(dà)大(dà)增強，跟網絡的耦合也越來(lái)越緊密。

   （2）、嵌入式系統的硬件和(hé)軟件都必須高(gāo)效率地設計(jì)，量體(tǐ)裁衣、去除冗餘，力争在同樣的矽片面積上(shàng)實現更高(gāo)的性能，這樣才能在具體(tǐ)應用中對微處理(lǐ)器(qì)的選擇更具有(yǒu)競争力。

   （3）、嵌入式系統和(hé)具體(tǐ)應用有(yǒu)機地結合在一起，它的升級換代也是和(hé)具體(tǐ)産品同步進行(xíng)，因此嵌入式系統産品一旦進入市場(chǎng)，具有(yǒu)較長的生(shēng)命周期。

   （4）、高(gāo)實時(shí)性的系統軟件（OS）是嵌入式軟件的基本要求。而且軟件要求固态存儲，以提高(gāo)速度； 軟件代碼要求高(gāo)質量和(hé)高(gāo)可(kě)靠性。

   （5）、嵌入式系統本身不具備自舉開(kāi)發能力，即使設計(jì)完成後用戶通(tōng)常也不能對其中的程序、功能進行(xíng)修改。而且還(hái)必須有(yǒu)一套開(kāi)發工具和(hé)環境才能進行(xíng)開(kāi)發。

    三、嵌入式系統在印刷設備中的解決方案及應用

    目前，嵌入式系統在印刷設備中的應用仍擁有(yǒu)巨大(dà)的市場(chǎng)空(kōng)間(jiān)，我們應該抓住機遇，與時(shí)俱進，奮起直追，使我國的中、高(gāo)檔印刷設備盡快趕上(shàng)世界先進水(shuǐ)平。下面我們将結合幾個(gè)具體(tǐ)實例對工控機級嵌入式系統在印刷設備中的解決方案和(hé)應用進行(xíng)詳細闡述。

    1、FLY-2005型嵌入式印刷圖像監測系統是我公司為(wèi)了滿足印刷行(xíng)業的需要，最新研制(zhì)開(kāi)發的新一代數(shù)字圖像監測系統。它運用了計(jì)算(suàn)機視(shì)頻圖像壓縮處理(lǐ)新技(jì)術(shù)，将高(gāo)速運動的圖像變為(wèi)人(rén)眼容易接收的“靜止”圖像，同時(shí)可(kě)進行(xíng)局部放大(dà)，并能“自動”或“手動”左、右、上(shàng)、下移動畫(huà)面，供操作(zuò)者仔細巡查，以便對細微的印刷圖像缺陷及時(shí)發現和(hé)修正，大(dà)大(dà)提高(gāo)了印刷質量。系統性能穩定，圖像清晰，操色彩靓麗(lì)，作(zuò)方便靈活，價格低(dī)廉，僅為(wèi)同類進口産品的1/3。

    該系統主要由八部分組成： 

   （1）、 嵌入式工業控制(zhì)計(jì)算(suàn)機采用艾雷斯（I-LACS）ACS-2406E型，其中有(yǒu)主闆ACS- 6172VE，32位賽揚CPU C2.8，硬盤HDD80GB（7200R），內(nèi)存條HY256M（DDR）等， 

   （2）、嵌入式中心軟件是以 Window2000為(wèi)平台開(kāi)發設計(jì)的。Visual C++編程，方便高(gāo)效。

   （3）高(gāo)品質彩色顯示器(qì)，

   （4）、 數(shù)字攝像頭M0814-NP，

   （5）、 巡視(shì)小(xiǎo)車(chē)及行(xíng)走機構，

   （6）、 ±12V開(kāi)關電(diàn)源HF55W-D、

   （7）、 輸入輸出控制(zhì)：西門(mén)子（SIEMENS）可(kě)編程控制(zhì)器(qì) PLC 6ES7 211-OAA23-OXBO，

   （8）、 通(tōng)信及控制(zhì)電(diàn)纜等。

    2、FLY-3000嵌入式凹印機雙電(diàn)眼套色系統最新成功開(kāi)發的亮點之一。該系統主要由中央控制(zhì)器(qì)、雙光電(diàn)眼、日本編碼器(qì)、糾偏裝置及顯示器(qì)等五大(dà)部分構成。中央控制(zhì)器(qì)中裝有(yǒu)：

   （1）、嵌入式工業控制(zhì)計(jì)算(suàn)機（研祥 EVOC IPC-810A型），其中有(yǒu)主闆 1613VN，32位賽揚 CPU C3 1.3G，硬盤SDR80G（7200R），內(nèi)存條 KVR133×64C3L 128M等；

   （2）、FLY-3002嵌入式套色中心軟件是以WinNT為(wèi)平台開(kāi)發設計(jì)的。Visual C++編程，方便高(gāo)效；

   （3）、數(shù)據高(gāo)速采集卡等。其中FLY-3002嵌入式套色中心軟件及數(shù)據高(gāo)速采集卡為(wèi)最新開(kāi)發。

    該系統具有(yǒu)集成度高(gāo)、性能穩定、響應速度快、顔色識别範圍廣，版誤差低(dī)速修正好後升速不需要再修正等特點。另外，采用雙電(diàn)眼進行(xíng)檢測，提高(gāo)了整機檢測與調整的速度。因為(wèi)雙電(diàn)眼和(hé)編碼器(qì)的配合使用可(kě)直接準确捕捉套色偏差的大(dà)小(xiǎo)和(hé)方向，減少(shǎo)了計(jì)算(suàn)機運算(suàn)處理(lǐ)負荷，大(dà)大(dà)縮短(duǎn)了機器(qì)的自動套準時(shí)間(jiān)，使控制(zhì)過程更加穩定和(hé)可(kě)靠。它具有(yǒu)全漢字化操作(zuò)界面，全方位人(rén)機對話(huà)及各種提示指引功能，确保了高(gāo)精度控制(zhì)。本系統還(hái)具有(yǒu)縱向、橫向套色雙重功能。另外還(hái)增加了印前自動對版功能，無需人(rén)工進行(xíng)對版調節，顯着地減少(shǎo)了原材料浪費。

    總之，由于工控機級嵌入式系統在印刷設備中成功的應用，造就了凹印設備優異的性能和(hé)卓越的品質。專家(jiā)們預計(jì)：面對我國廣闊的市場(chǎng)前景，她必定能産生(shēng)巨大(dà)的經濟效益和(hé)社會(huì)效益。