嵌入式应用

关键词: 应用

嵌入式应用(精选十篇)

嵌入式应用 篇1

1. 嵌入式Linux的特点

1.1 Linux系统是模块化结构且内核完全开放

Linux是由很多体积小且性能高的微内核系统组成, 对Linux经过小型化裁剪后, 能够固化在容量仅有几十万字节的存储器芯片或单片机中, 应用于特定嵌入式场合的专用Linux操作系统。在开源的前提下, 用户可以根据实际应用需要方便地进行裁减, 从而低成本地设计和开发出满足自己需要的嵌入式系统, 这符合嵌入式产品根据需要定制的要求。

1.2 强大的网络支持功能

Linux支持所有标准Internet协议, 并可利用Linux的网络协议栈将其开发成嵌入式的TCP/IP网络协议栈;Linux还支持ext2、ext3fat16、fat32、romfs等多种文件系统, 为开发嵌入式系统奠定了很好的基础。

1.3 较强的可移植性

Linux具备一整套工具链, 容易自行建立嵌入式系统的开发环境和交叉运行环境, 可以跨越嵌入式系统开发中仿真工具的障碍。Linu也符合IEEE POSIX.1标准, 具有较好的可移植性[3]。在内核代码完全开放的前提下, 不同领域和不同层次的用户可以根据自己的应用需要很容易地对内核进行改造, 在低成本的前提下, 设计和开发出真正满足自己需要的嵌入式系统。

1.4 Linux具有广泛的硬件支持特性

与Unix相类似, Linux以内核为基础, 完全的内存保护, 多任务多进程, 使得它适合嵌入式系统中比较复杂的应用。支持广泛的计算机硬件, 包括:X86, ARM, NEC, MOTOLOR A等大部分芯片, 支持各种主流硬件设备和最新硬件技术, 甚至可在没有存储管理单元的处理器上运行。强大的网络支持和功能广泛的硬件支持使嵌入式Linux具有更广泛的应用前景。

2. 嵌入式驱动程序开发流程

嵌入式Linux系统驱动程序开发与普通Linux区别在于编译时需进行交叉编译。嵌入式设备由于硬件种类丰富, 在缺省的内核发布版中不一定包括所有驱动程序, 可以在硬件生产厂家或者Internet上寻找驱动程序, 如果找不到, 可以根据一个相近硬件的驱动程序来改写, 这样可加快开发速度。实现一个嵌入式Linux设备驱动的大致流程如下:

(1) 定义主、次设备号, 也可以动态获取;

(2) 实现驱动初始化和清除函数。如果驱动程序采用模块方式, 则要实现模块初始化和清除函数;

(3) 设计所要实现的文件操作, 定义file_operations结构;

(4) 实现所需的文件操作调用, 如read、write等;

(5) 实现中断服务函数 (中断不是每个设备驱动都需要) , 并用request_irq向内核注册;

(6) 将驱动交叉编译到内核或交叉编译成模块, 用insmod命令加载;

(7) 用mknode生成设备文件。

3. Linux嵌入式系统的开发模式

嵌入式系统是资源受限系统, 直接在嵌入式系统的硬件平台上编写软件比较困难。一般先在通用计算机上编写程序, 然后通过交叉编译, 生成目标平台上可运行的二进制代码, 最后下载到目标平台上运行。具体步骤如下:

3.1 建立嵌入式Linux交叉开发环境

交叉开发环境是指编译、链接和调试嵌入式应用软件的环境。它与运行嵌入式应用软件的环境有所不同, 通常采用宿主机/目标机模式。目前常用的交叉开发环境有开放式和商业化两种类型。开放式的典型代表是GNU工具链, 目前已经能够支持x86、ARM、MIPS、Power PC等多种处理器;商业化的主要有Metrowerks CodeWarriorARM Software Development Toolkit等。

3.2 交叉编译和链接

编码完成后进行编译和链接, 以生成可执行代码。通常会生成两种类型的可执行文件:用于调试的可执行文件和用于固化的可执行文件。由于开发过程大多是在Intel公司x86系列CPU的通用计算机上进行的, 而目标环境的处理器芯片却大多为ARM、MIPS、PowerPC、DragonBall等系列的微处理器, 这就要求在建立好的交叉开发环境中进行交叉编译和链接。

3.3 交叉调试

●硬件调试。如果不采用在线仿真器, 可以让CPU直接在其内部实现调试功能, 并通过在开发板上引出的调试端口, 发送调试命令和接收调试信息, 完成调试过程。

●软件调试。嵌入式Linux系统内核调试, 可先在Linux内核中设置一个调试桩 (debug stub) , 用作调试过程中和宿主机之间的通信服务器。然后在宿主机中通过调试器的串口与调试桩进行通信, 并通过调试器控制目标机上Linux内核的运行。

嵌入式上层应用软件的调试可以使用本地调试和远程调试两种方法。如果采用本地调试, 首先要将所需的调试器移植到目标系统中, 然后直接在目标机上运行调试器来调试应用程序;如果采用远程调试, 则需要移植一个调试服务器到目标系统中, 并通过它与宿主机上的调试器共同完成应用程序的调试, 目标机上使用的调试服务器通常是gdbserver, 而宿主机上使用的调试器则是gdb。两者相互配合共同完成调试过程。

3.4 系统测试

嵌入式系统的硬件一般采用专门的测试仪器进行测试, 而软件则需要在相关测试技术和测试工具的支持下, 采用特定的测试策略进行测试。在嵌入式软件测试中, 常常要在基于目标机的测试和基于宿主机的测试之间做出折衷:基于目标机的测试需要消耗较多的时间和费, 而基于宿主机的测试虽然代价较小, 但毕竟是在仿真环境中进行的, 难以完全反映软件运行时的实际情况。这两种测试可以发现不同的缺陷, 关键是要对两种测试环境下的测试内容进行合理取舍。

4. 嵌入式Linux面临的挑战

4.1 Linux的实时性扩充

Linux分内核态和用户态两种模式。进程运行在用户态时。实时进程具有较高的优先级, 能进行进程抢占, 故可以较好的完成任务。当进程运行在内核态时, 如系统调用, 实时进程不能抢占该进程。因此, 本质上, Linux内核是非抢占式的。所以在开发嵌入式Linux系统过程中, 首要问题是扩展Linux的实时性能。可从两方面进行:向外扩展和向上扩展。向外扩展即从范围上扩展, 让Linux支持的范围更广、支持的设备更多;向上扩展是扩充Linux内核, 从功能上扩充Linux的实时处理和控制系统。

4.2 改变Linux内核的体系结构

Linux内核采用Monolithic结构, 内核的所有部分都集中在一起且所有部件在一起编译连接。但在系统较大时体积也较大, 与嵌入式系统容量小、资源有限的特点不符。要使嵌入式Linux应用更加广泛, 可将目前Linux的Monolithic内核结构中的一部分改造成MicroKerne结构, 使Linux既有很好的实时性, 又能满足嵌入式系统体积小的要求。

4.3 完善Linux的集成开发环境

完整的嵌入式系统集成开发环境一般需提供的工具是:编译/连接器、内核调试/跟踪器和集成图形界面开发平台。其中集成图形界面开发平台包括编辑器、调试器、软件仿真器和监视器等。

在Linux系统中, 具有功能强大的gcc编译器工具链, 使用了基于GNU的调试器gdb的远程调试功能, 但Linux在基于图形界面的特定系统定制平台方面, 与Windows操作系统相比还存在差距。因此要使嵌入式Linux在嵌入式操作系统领域中的优势更加明显, 集成开发环境还有待提高和完善。

结束语

由于Linux的免费与开源性、对各种设备的广泛支持性等独特的技术优势和独特的开发模式, 使得越来越多的企业和高校表现出对它极大的研发热情。但是随着其实时性能的逐步完善, 以及嵌入式Linux系统在控制领域的深入应用, 必然进一步促进新型控制算法的实现, 开辟一个崭新的控制天地。

摘要:嵌入式系统的开发与研究已成为当前的一个热点, Linux由于其独有的优势而成为很多厂家开发嵌入式应用的系统, 而ARM作为一种高性能、低成本的嵌入式RJsC微处理器, 已成为应用最广泛的嵌入式处理器.

关键词:嵌入式系统,Linax

参考文献

[1]马义德, 刘映杰, 张新国.嵌入式系统的现状及发展前景[J].信息技术.

[2]谢蓉.Linux基础及应用[M].中国铁道出版社, 2008.6.

[3]霍拉鲍夫.嵌入式Linux-硬件、软件与接口[M].陈雷, 钟书毅, 译.北京:电子工业出版社, 2003.

[4]李善平, 刘文峰, 王焕龙.Linux与嵌入式系统[M].清华大学出版社.

嵌入式系统的主要应用 篇2

嵌入式系统是一种包括硬件和软件的完整的计算机系统,它的定义是:“嵌入式系统是以应用为中心,以计算机技术为基础,并且软硬件可剪裁,适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积和功耗有严格要求的专用计算机系统。”嵌入式系统所用的计算机是嵌入到被控对象中的专用微处理器,但是功能比通用计算机专门化,具有通用计算机所不能具备的针对某个方面特别设计的、合适的运算速度、高可靠性和较低比较成本的专用计算机系统。

嵌入式系统的应用前景是非常广泛的,人们将会无时无处不接触到嵌入式产品,从家里的洗衣机、电冰箱,到作为交通工具的自行车、小汽车,到办公室里的远程会议系统等等。在家中、办公室、公共场所,人们可能会使用数十片甚至更多这样的嵌入式无线电芯片,将一些电子信息设备甚至电气设备构成无线网络;在车上、旅途中,人们利用这样的嵌入式无线电芯片可以实现远程办公、远程遥控,真正实现把网络随身携带。其应用领域可以包括:

1.交通管理:在车辆导航、流量控制、信息监测与汽车服务方面,嵌入式系统技术已经获得了广泛的应用,内嵌GPS模块,GSM模块的移动定位终端已经在各种运输行业获得了成功的使用。目前GPS设备已经从尖端产品进入了普通百姓的家庭,只需要几千元,就可以随时随地找到你的位置。2.家庭智能管理系统:水、电、煤气表的远程自动抄表,安全防火、防盗系统,其中嵌有的专用控制芯片将代替传统的人工检查,并实现更高,更准确和更安全的性能。

3.POS网络及电子商务:公共交通无接触智能卡发行系统,公共电话卡发行系统,自动售货机,各种智能ATM终端将全面走入人们的生活。

4.环境工程与自然:水文资料实时监测,防洪体系及水土质量监测、堤坝安全,地震监测网,实时气象信息网,水源和空气污染监测。在很多环境恶劣,地况复杂的地区,嵌入式系统将实现无人监测。

5.机器人:嵌入式芯片的发展将使机器人在微型化,高智能方面优势更加明显,同时会大幅度降低机器人的价格,使其在工业领域和服务领域获得更广泛的应用。

6.工业控制:相对于其他的领域,机电产品可以说是嵌入式系统应用最典型最广泛的领域之一。从最初的单片机到现在的工控机、SOC在各种机电产品中均有着巨大的市场。工业设备是机电产品中最大的一类,在目前的工业控制设备中,工控机的使用非常广泛,这些工控机一般采用的是工业级的处理器和各种设备,其中以X86的MPU最多。工控的要求往往较高,需要各种各样的设备接口,除了进行实时控制,还须将设备状态,传感器的信息等在显示屏上实时显示。这些要求8位的单片机是无法满足的,以前多数使用16位的处理器,随着处理器快速的发展,目前32位、64位的处理器逐渐替代了16位处理器,进一步提升了系统性能。采用PC104总线的系统,体积小,稳定可靠,受到了很多用户的青睐。不过这些工控机采用的往往是DOS或者Windows系统,虽然具有嵌入式的特点,却不能称作纯粹的嵌入式系统。另外在工业控制器和设备控制器方面,则是各种嵌入式处理器的天下。这些控制器往往采用16位以上的处理器,各种MCU,Arm、Mips、68K系列的处理器在控制器中占据核心地位。这些处理器上提供了丰富的接口总线资源,可以通过它们实现数据采集,数据处理,通讯以及显示(显示一般是连接LED或者LCD)。最近飞利浦和ARM共同推出32位RISC嵌入式控制器,适用于工业控制,采用最先进的0.18微米CMOS嵌入式闪存处理技术,操作电压可以低至1.2伏,它还能降低25%到30%的制造成本,在工业领域中对最终用户而言是一套极具成本效益的解决方案。美国TERN工业控制器基于Am188/186ES、i386EX、NEC V25、Am586(Elan SC520),采用了SUPERTASK实时多任务内核,可应用于便携设备、无线控制设备、数据采集设备、工业控制与工业自动化设备以及其它需要控制处理的设备。

7.家电行业是嵌入式应用的另一大行业。现在只有按钮、开关的电器显然已经不能满足人们的日常需求,具有用户界面,能远程控制,智能管理的电器是未来的发展趋势。据IDG发布的统计数据表明,未来信息家电将会成长五至十倍。中国的传统家电厂商向信息家电过渡时,首先面临的挑战是核心操作系统软件开发工作。硬件方面,进行智能信息控制并不是很高的要求,目前绝大多数嵌入式处理器都可以满足硬件要求,真正的难点是如何使软件操作系统容量小、稳定性高且易于开发。Linux核心可以起到很好的桥梁作用,作为一个跨平台的操作系统,它可以支持二三十种CPU,而目前已有众多家电业的芯片都开始做Linux的平台移植工作。1999年就登录中国的微软“维纳斯”计划给了国人一个数字家庭的概念,引导各大家电厂商纷纷投入到这场革命中来,虽然最终未能获得成功,却使信息家电深入人心。如今各大厂商仍然在努力推出适用于新一代家电应用的芯片,英特尔公司已专为信息家电业研发了名为StrongARM的ARM CPU系列,这一系列CPU本身不象X86CPU需要整合不同的芯片组,它在一颗芯片中可以包括你所需要的各项功能,即硬件系统实现了SOC的概念。美商网虎公司已将全球最小的嵌入式操作系统——QUARK成功移植到StrongARM系列芯片上,这是第一次把Linux、图形界面和一些程序进行完整移植(QUARK的内核只有143K),它将为信息家电提供功能强大的核心操作系统。相信在不久的将来,数字智能家庭必将来到我们身边。

嵌入式系统软件设计方法应用分析 篇3

【关键词】嵌入式系统;软件设计;应用分析

引言

嵌入式系统是一种以计算机技术为基础,以特定的应用功能为设计目的的一种能够完全嵌入控制件内部的计算机系统。嵌入式应用中虽然有很多像Qt/Embedded、MiniGUI之类的图形界面处理软件或工具包来辅助系统设计,但在很多情况下中却无法使用这些软件或工具包。尤其是近几年来,互联网和移动网络的高速发展, 更是将嵌入式系统的发展带到了一个全新的高度,对嵌入式系统应用的功能性要求也越来越高,给嵌入式系统设计和开发带来了更大的难度。这些应用的软件架构需要一种实用、简捷的设计模式来解决上述设计问题,从而保证系统的可靠性。

1.嵌入式系统的发展历程

1.1 早期的嵌入式系统设计方法,一般是采用“硬件优先”原则。即在只粗略估计软件任务需求的情况下,首先进行硬件设计与实现。

到现在,嵌入式系统的发展已经有了将近四十年的历程,在这四十年当中,嵌入式系统已经陆陆续续的渗透到工程设计、科学研究、军事技术以及网络技术中,成为人们生活所必不可少的一部分。采用这种设计方法,一旦在测试时发现问题,需要对设计进行修改时,整个设计流程必须重新进行,对成本和设计周期的影响很大。而且,随着科学技术以及计算机网络技术的不断发展,对嵌入式系统的功能和运行的可靠性要求也变得越来越高,使得嵌入式系统的设计和开发也变得越来越困难。

1.2 自从在上世纪七十年代最早的嵌入式系统的前身单片机问世之后,经过无数科学研究人员的不懈努力,各种各样的嵌入式微处理器和嵌入式微控制器相继出现,正式标志着嵌入式系统进入了发展阶段,成为了时代发展的一部分。因而出现了软硬件协同(codesign)设计方法,即使用统一的方法和工具协同设计软硬件体系结构,最大限度地挖掘系统软硬件能力,避免由于独立设计软硬件体系结构而带来的种种弊病,来获得高性能低代价的优化设计方案。

2.嵌入式应用系统软件设计的思路

简单版本的嵌入式应用系统在使用的过程中可以不涉及操作系统,但是当应用系统需要设计的功能比较复杂的时候,对系统软件所进行的设计是相当复杂的,当前,嵌入式系统设计人员已将擅长的设计方法发展到用软件来体现系统的部分功能。嵌入式操作系统的引入,在应用系统目标软件和硬件之间架起了一座桥梁,它可以大大减少系统设计的复杂性。

系统体系结构一旦确定,硬件和软件就可以相对独立地进行设计。协同设计的目标是做出恰当的体系结构决策,允许在以后的实现阶段中独立完成。这样,嵌入式操作系统作为应用程序和系统硬件之间的虚拟“视图”,将目标应用软件和硬件系统隔离开来,减少了目标应用软件对底层硬件系统的依赖,这样既增强了应用软件的可移植性,也减少了应用软件设计的复杂性。在设计或者对嵌入式操作系统进行移植的时候,应该将系统对硬件所产生的依赖部分转化到位于底层的设备驱动程序上面,这些设备驱动程序在这个时候只是提供给系统一个虚拟的视图,在此之后再由微内核提供将以上系统合并在一起的有效机制,这样既可以簡化内核所可能拥有的复杂程度,又能够进一步缩减内核可能拥有的体积。为了便于使用,提高系统的可维护性与可扩展性,将目标硬件相关代码封装成软件包的形式,以便开发者定制替换,定制和替换过程只是微内核中虚拟视图的增加与删减,相应只需改变硬件抽象层。嵌入式系统软件的设计,关键是有可用的工具包,在不同的开发阶段需要不同的工具包。在早期嵌入式应用系统软件设计时,首先使用的是内部电路模拟器(ICE)。内部电路模拟器插在微处理器和总线之间的电路中,开发者可以通过它控制所有的输入输出以及微处理器的行为。但是内部电路模拟器是异体,容易引起不稳定。近年来,出现的各种集成开发环境集成了代码编辑器、编译器、连接器、调试器、模拟器等工具,它使开发者可以首先脱离目标硬件环境,快速开发出应用软件原型。

这种平台式开发对基于标准的市场尤其有用,在这种市场中,产品必须支持一些基本功能,其他功能须进行定制。现在,各种各样的硬件开发板,为开发者提供了在与目标硬件兼容的硬件环境中调试应用程序的功能,更加加快了这个进程。

3.嵌入式系统软件设计方法应用

3.1 对软件的实时性进行设计:跟通用软件设计相比,嵌入式系统软件设计对系统的实时性具有很高的要求,只有保证嵌入式系统的实时性,让系统能够在规定时间内对激励做出反应,才能够保证嵌入式系统的正常运行。因此,在软件设计过程中,一定要按照实时性的不同,将软件功能分为实时和分时两个部分对软件的性能进行严格、合理设计,保证嵌入式系统软件的实时性能。

3.2 对软件的可靠性进行设计:为了能够有效保证嵌入式系统运行的可靠性,在对软件进行设计过程中,还需要对软件的可靠性进行合理设计。在对软件进行设计的过程中,一定要在充分考虑嵌入式系统运行特点的基础上,仔细编写功能模块的代码,尽可能避免错误的出现。同时,在编写完功能模块的执行代码之后,一定要立即对其进行试运行,如果发现问题,及时进行解决,以避免集成功能后对系统的运行的可靠性造成影响。

3.3 由于嵌入式设备中的资源有限,只能选择轻量级的Web Server(如:thttpd、boa等),考虑到应用的广泛性,建议选择boa服务器。作为与用户交互的主要方式,Web page力求简洁,并尽可能提供很多的功能接口。这些功能接口基本可以分为两种类型,一种是触发动作功能,主要利用button触发实现现场图片的采集等动作的操作。另一种是文件交互功能,这种功能的实现相对比较复杂,它不仅需要button触发, 还需要一些文本域作为用户配置的传递机制。动态Web交互功能主要通过form窗体来实现,当用户点击功能接口,浏览器将窗体内容通过http协议传输给服务器,服务器再根据form中的action字段来调用相应的CGI文件。

3.4 混合编程,提高软件的执行力:混合编程指的是在软件编程过程中,同时利用汇编语言和高级语言进行编程,这也是当前编程发展的一种主要趋势。在编程过程中,针对不同的编程要求选择不同的编程语言,比如,对一些执行能力要求比较高或者是实时性要求比较高的程序进行编程,应该选择严谨性比较好的汇编语言进行编写,而对于一些对逻辑性要求比较高的程序进行编程,可以选择具有一定智能性的高级语言进行编写。如此以来,就可以同时提高软件的执行力和分析能力,提高嵌入式系统的智能性。

4.结语

嵌入式系统已经成为人们生活的重要组成部分之一,因此,在日常工作当中,一定要对嵌入式系统的设计和开发引起足够重视。而在嵌入式系统中,软件占据着极为重要的组成部分,也是系统设计、开发的重点、难点,所以,在软件设计过程中,一定要从软件的实时性、可靠性以及可拓展性等方面进行综合考虑,对软件进行合理设计。

参考文献

[1]吕骏.嵌入式系统设计[M].北京:电子工业出版社,2012.

嵌入式应用软件设计 篇4

由于嵌入式计算机系统要嵌入到对象体系中,实现的是对象的智能化控制,因此,它有着与通用计算机系统完全不同的技术要求与技术发展方向。嵌入式计算机系统的技术要求则是对象的智能化控制能力;技术发展方向是与对象系统密切相关的嵌入性能、控制能力与控制的可靠性。

如果说微型机的出现,使计算机进入到现代计算机发展阶段,那么嵌入式计算机系统的诞生,则标志了计算机进入了通用计算机系统与嵌入式计算机系统两大分支并行发展时代,从而导致20世纪末,计算机的高速发展时期。嵌入式计算机系统走单芯片化道路。它动员了原有的传统电子系统领域的厂家与专业人士,接过起源于计算机领域的嵌入式系统,承担起发展与普及嵌入式系统的历史任务,迅速地将传统的电子系统发展到智能化的现代电子系统时代。

1 嵌入式系统概述

1.1 嵌入式系统定义

嵌入式系统(Embedded System),一般是指嵌入到对象体系中执行专用功能的计算机系统。嵌入式系统诞生于微型机时代,其嵌入性的本质是将一个计算机嵌入到一个对象体系中去;对象系统则是指嵌入式系统所嵌入的宿主系统。为了区别于原有的通用计算机系统,把嵌入到对象体系中,实现对象体系智能化控制的计算机,称作嵌入式计算机系统。嵌入式系统通常由嵌入式硬件和软件两部分组成。一个简单的嵌入式系统可以由微控制器或单片机及嵌入式软件组成。

1.2 嵌入式系统的特点

通过嵌入式系统的定义,可知一个嵌入式系统,通过嵌入式系统的定义,可知一个嵌入式系统,应该满足的三个基本要素,即“嵌入性”、“专用性”与“计算机系统”。它与通用计算机系统相比,一般具有以下的特点。

1)实时性要求。许多嵌入式系统对系统响应时间有要求,其软件和硬件设计必须满足实时性,以保证系统在允许的时间内完成任务;

2)系统体积小型化、功能专业化;

3)软件的固化特性。

1.3 嵌入式实时软件的开发

嵌入式实时软件是应用程序和操作系统两种软件的一体化程序。在嵌入式实时系统中,应用程序和操作系统两种软件界限并不明显。这是因为,不同的应用系统配置差别较大,所需操作系统繁简不一,IO操作也不标准,这部分驱动软件常常由应用程序提供。这就要求采用不同配置的操作系统和应用程序链接装配成统一的运行软件系统。所以,嵌入式实时软件的开发应该在系统总设计目标的指导下将它们综合加以考虑、设计与实现。

1.4 嵌入式实时软件的交叉开发环境

嵌入式实时软件的开发需要独立的开发平台。由于嵌入式实时应用系统的软件开发受到时间、空间开销的限制,常常需要在专门的开发平台上进行软件的交叉开发,开发平台称为宿主机,应用系统称作目标机。宿主机可以是与目标机相同或不相同的机型这种不同机型的开发平台又称作交叉式开发系统。显然在这种独立的实时软件开发系统上应配备完整的实时软件开发的工具,如高级语言编译器(C/C++语言等)、ROM仿真器(ROM Emulator)、芯片仿真器(On Chip Emulator)和在线仿真器(In-Circuit Emulator)等。

从国际上来看,当前现代软件技术的发展已经进入自动化、图形化开发阶段。图形化嵌入式软件开发平台已经问世,如德国的BlueRiver公司的V32、E32、X32和O32开发平台。用户通过功能强大的系统级图形化软件开发工具对所开发的项目进行描述,建立整套系统的模型。因此,只要建立起正确的系统模型,利用好的图形化开发工具就可以根据该模型生成C/C++/Java语言的源代码,提供完善的系统流程图、标准化的软件说明文档,甚至可对系统功能进行模拟仿真,从而极大地提高了软件产品的开发效率。

2 嵌入式图像软件设计

2.1 软件开发平台和环境

本文是在SDK(Software Development Kit)平台下创建Windows窗口程序来实现图像软件的设计。SDK包含了进行Windows软件开发的文档和API函数的输入库、头文件(因为API在动态链接库中,这些动态链接库是系统的组成部分因此不用再提供,而输入库和头文件则必须,这样才能在程序中使用API函数)。程序开发环境使用的是EVC4.0,本文程序使用C语言编写并使用Windows API来开发程序。Windows程序能够充分利用图形和格式化文字进行显示。图形界面不仅在外观上更有吸引力,而且还能够让使用者传递高层次的信息。

2.2 二维图像界面

窗口的实现:Windows程序在显示窗口之前,必须调用RegisterClass函数为窗口注册一个窗口类。然后初始化该结构的10个域,作为参数传给RegisterClass。为调用RegisterClass函数,需要先定义一个WNDCLASS结构,然后初始化该结构的10个域:

在这些结构中最重要的两个域是第二个和最后一个。第二个域(lpfnW ndProc)是所有基于该窗口类创建的窗口所使用的窗口函数的入口地址(例如:wndclass.lpfnW ndProc=W ndProc);最后一个域是该窗口类的名称,正是通过这个域将“窗口”与其响应的“窗口类”联系起来。窗口类定义了窗口的一般特征,而窗口与显示关系比较密切的一些细节特征尚未指定。因此,给予同一窗口类可以创建多个不完全相同的窗口,这一工作在CreareW indow函数中完成。把已经创建的窗口显示出来,调用API函数ShowW indow(hwnd nCm dShow);调用UpdateWindow()之后,窗口就显示完毕。

二维图像界面:二维图像界面的显示是在WM_WM_CREATE消息中调用CreateWindow创建窗口,并指定有关窗口的更详细的信息来实现的。

2.3 图像距离和角度的测量

图像数据类型转换和导入:本文进行分析的数据是通过扫描设备得到的以.raw为后缀的图像,raw是未经处理、也未经压缩的图片格式,记录了由拍摄所产生的一些原数据的文件。Raw的特色在于保存了最原始的CCD数据,记录的是最原始最真实的信息,不做修饰和更改,为后期制作留下了广阔的可操作性。由于本文需要对图像进行类型调整,并对图像的画质要求比较高,所以选择raw格式的图像,然后通过给.raw为后缀的图像加入文件头来改变图像的类型,以适应系统程序的需求。

加入文件头的图像是由文件头和文件数据两部分组成。给图像加入的文件头数据结构中,它包含算法所要用到的一些图像的属性信息。本文算法中其结构定义如下:

程序中显示出来的图像均为加入文件头的新类型文件.tu。

数据的读入先打开evc中的Tools里的Remote File Viewer,在Remote File Viewer中的File中打开Export File,在Export File中导入xxx.tu格式的数据文件。在evc中执行程序后会显示二维图形界面,在图形界面中打File中打开File open导入刚才导入的xxx.tu数据文件后就会显示图形(如图1)。

多折线距离的测量:直角三角形中,直角的两邻边的平方和等于对边的平方和,即:X*X+Y*Y=Z*Z。

本设计中正是应用这个原理先定义一个数组,把折线中鼠标左键点的点放到数组中,然后点鼠标右键算出数组中两点两点之间打距离最后相加得出多折线的距离(如图2)。

角度的测量:

在三角函数中有公式cosa=x.y/x+y。

所以,a=arc(cos x.y/x+y)。

本设计中角度的计算用的就是这个公式,用两个像素点之间x的坐标差和y的坐标差算出长度从而算出角度(如图3)。

2.4 使用WindowsCE的笔触输入功能

WindowsCE的笔触输入功能在pc中设计时相当于pc鼠标的左右键,例如case WM_LBUTTONDOWN、case WM_LBUTTONUP、case WM_MOUSEMOVE等程序中涉及的鼠标功能就是WindowsCE的笔触输入功能。如图4既WindowsCE的笔触输入功能的使用。

3 结束语

虽然嵌入式系统是当前最热门最有发展前途的IT应用领域之一。但是嵌入式系统还有其发展的缺陷,主要可以归纳为几点:1)目前嵌入式操作系统针对不同领域、不同的硬件平台其种类比较繁多,各有所长。这种百花齐放的现状对科技的发展是一种促进作用,但同时从地区、国家信息产业宏观发展的角度来看却带来了建设成本的增加;2)与计算机高级软件不同的是,目前面向领域的、面向硬件平台的嵌入式系统第三方软件相对很少。究其原因有两点,一是嵌入式软件刚刚开始大规模发展,正处于快速增长时期;而是如上面第1点所分析的嵌入式基础软件过于分散。随着嵌入式系统基础软件的主流化,针对主流的嵌入式基础软件开发面向领域的、面向硬件平台的嵌入式系统第三方软件如构件库、各种设备驱动库等将是一个重要的嵌入式软件产业,也将加速嵌入式软件的发展与应用,进一步降低嵌入式系统的开发成本。因此,在引导嵌入式基础软件向主流嵌入式基础软件发展的同时,应当引导和鼓励第三方嵌入式软件的发展。

参考文献

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[10]任伟,张毅,聂捷楠.基于嵌入式系统开发平台的设计与实现[J].微计算机信息,2006(29).

嵌入式原理与应用-课程设计目的 篇5

(08级电气自动化01班与02班)

1.课程设计题目:

1)设计一个LED灯指示控制直流电机控制装置

使用4个LED灯指示,包括直流电机的低速转动与停转,高速转动与停转。

2)设计一个LED灯指示控制步进制电机控制装置

使用4个LED灯指示,单(单相绕组通电)四拍(A-B-C-D-A。。)步进制电机的顺时针转动与停转,逆时针转动与停转。

3)设计一个红绿LED灯指示控制人行道过马路装置

使用7个或14个LED灯做一位或两位7段数码管管倒计时控制红绿黄灯亮,实现对人行道和车行道的控制;或用多个LED和蜂鸣器在另一个定时器的指示下控制红绿黄灯亮,实现对人行道和车行道的控制。

2.课程设计目的:

1)理解与掌握嵌入式袁智勇教材5.4节I/O端口。2)理解嵌入式袁智勇教材6.1节中断概述。

3)理解与掌握嵌入式袁智勇教材6.3节定时器工作原理。

4)掌握与使用周立功教程4.2节GPIO,掌握自动化流程控制的通断控制LED灯的控制编程与硬件实现。

5)掌握与使用周立功教程4.5节定时器0与定时器1,准确的使用定时器0与定时器1进行自动化流程控制直流电机的控制编程与硬件实现;步进制电机的控制编程与硬件实现;及7段数码管倒计时指示交通灯的编程与硬件实现。

6)根据上述理论与资源和嵌入式指导书2440实验182页-188页,写出该课程设计报告。

3.课程设计主要内容:

1)每两至三人一组根据该组所选的题目,可选1-2个题目,绘出该课程设计电路图和列出使用器件明细表;领取明细表器件与焊接工具。完成该电路图的焊接。

2)每组每人根据所选的题目编写该课题程序,调试正确后,烧写到LPCARM2103模块中去;实现该课程设计。

3)使用A4纸每人结合本课程设计目的和课程设计主要内容,撰写一份设计《嵌入式原理与应用课程设计报告》;并包含课题原理论述,实现电路与编程论述,电路图,器件明细表,实现程序,调试烧写过程,课程设计检验测试与实现,展望联想与总结。

4.课程设计资料:

1)《嵌入式系统原理与应用技术》北京航空航天大学出版社教材 袁智勇著 2)《EasyARM2103教材》广州周立功单片机发展有限公司编 3)直流电机dynamo-1 程序和步进制电机motor-0程序 作者指导教师刘敦放

5.课程设计提交时间:

课程设计报告和课程设计演示和设计实用工具、LPCARM2103模块及仿真器一起在2011年12月15日以前一起交给刘敦放老师。

6.课程设计报告撰写要求

1)报告格式

封面

课程设计报告

题目: 专业班级: 姓名: 指导教师: 日期: 目录 正文

设计任务与要求 设计依据原则

硬件系统设计(设计电路图和列出使用器件明细表)

软件系统设计(实现程序,调试烧写过程,课程设计检验测试与实现)

心得体会、收获,意见与建议

展望联想与总结

参考文献

按“作者,书名,出版社,出版时间,引用教材,引用程序”格式逐一列出

附录

如:图纸(电路图)及完整程序

2)报告要求

用word排版,电路图绘制图纸,表格、插图均需编号。注明页次,装订成册(纸质版)。

3)提交资料:课程设计报告纸质版 1份。

7.嵌入式原理与应用课程设计成绩评定方法:

课程设计报告成绩60%,设计硬件15%,课程设计演示15%,考勤10%。

嵌入式原理与应用课程设计指导教师

刘敦放

嵌入式板卡的应用热点及技术挑战 篇6

应用热点

嵌入式计算机目前应用的领域多为对计算机有特殊要求的领域,如对温度、湿度、震动、冲击、尺寸大小等有特殊要求,这些领域包括工业自动化、工业控制、交通、医疗、通信以及航空航天、国防等领域。随着国家绿色能源的大力推广,诸多城市地铁项目的获准,嵌入式计算机在风力发电、轨道交通等相关应用领域的应用成为瞩目的热点。

技术挑战总览

这些热点应用对嵌入式板卡提出了许多技术挑战。

凌华科技指出,通常,嵌入式产品在生命周期以及业务驱动方面需做优化的处理,为此在嵌入式产品设计时应考虑如下因素:

·可靠性和稳定性:无风扇、低功耗以及冗余的设计将被整合在嵌入式产品的设计中,以减少外界环境和内部环境对系统的影响;

·宽温及军用宽温级:通常在军工、交通等领域对嵌入式产品的宽温范围有严苛的要求,为此,产品必须在设计之初就要考虑这些需求,并贯穿到整个设计及制造、验证、检验等环节中:

·紧凑尺寸及轻便设计:军工以及一些关键性任务应用、便携式设备和车载设备对嵌入式系统的尺寸以及重量都会有严格的要求;

·系统整合性能及软件服务支持:嵌入式BIOS和操作系统的支持将针对不同的应用有不同的支持,具有竞争力的嵌入式产品供应商通常在系统整合和软件支持方面具备丰富的经验和强大的技术能力,以满足应用需求:

·电源管理功能:超低功耗设计可以满足电源的长时间工作,以减少系统对电能的过度依赖;

·无缝升级:从成本效率及系统互用性上考虑,嵌入式系统产品需要在升级时,只需更换部分组件或计算系统目阿完成整个升级工作;

·性能功耗比:在单位能耗下能够提供更强的性能输出。

宽温值得重视

具体来说,每家企业都有自己的核心产品策略和特色,例如,磐仪(ARBOR)科技围绕宽温下功夫,并实现了可靠性和稳定性。据磐仪企划部曹经理介绍,之所以选择宽温为突破点,是由于中国地域辽阔、全球气候又在急剧恶化,导致南、北地区,冬、夏季节温差明显加大,给嵌入式产品在这些领域中的应用带来更加苛严的考验。特别是野外电力控制、铁路南北运行线路中的车载设备,需耍具备更加宽幅的高低温耐受能力。

因此,磐仪计划于近期对其全线产品做一次规格调整:将常温产品的工作温度从原来的0℃-60℃调整为,20℃-+70℃:宽温规格调整为-40℃—+85℃。

但是,磐仪的宽温产品与某些厂商的筛选式宽温产品有着根本性的不同。筛选式宽温产品本身还是常温规格的产品。是对常温规格的产品进行高低温耐受极限测试,如果测试通过了,就划归为宽温产品;如果没通过,就还算是常温产品。这种宽温产品是常温规格中的佼佼者,但却是宽温应用中的潜在危险者。最容易发生的危险就是电容在高温下发生爆炸,导致某组电压与地线短路,进而引发设备烧毁甚至发生火灾。

因此,需要宽温产品从设计、选材开始,就充分考虑产品的宽幅温差适应能力。并且加强生产品质管控。

小型化,绿色化

而威盛电子的嵌入式板卡则围绕小型化、绿色化方面下功夫。例如,威盛电子嵌入式平台事业部为业界定义了Mini-ITX、Nano-ITX、Pico,ITX、Pico-ITXe、Mobile-ITX等多种微型化设计的板型规范,已陆续成为商用及工业系统厂商接纳的标准:2009年该公司又推出Em-ITX板型,则在兼顾微型化特性以外,从多功能、通用性上做了新的尝试。在绿色化方面,威盛板卡主要采用其绿色化的威盛Nano处理器。例如Pico,ITXflocmx7.2cm嵌入式主板EPIA,P720搭配的威盛VX855高清多媒体芯片组,处理器频率IGHz,整体功耗只有8W,却可支持H.264 1080p硬解码加速,可谓高清视频播放的杀手级产品。

都分嵌入式板卡企业的特点

凌华科技:嵌入式产品包括AdvancedTCA、CompactPCI、ETX/COMexpress以及工业电脑等,完整的产品线可以满足不同应用的需求。特别是在COM(模块化电脑)产品上拥有的专业能力以及一系列紧凑型、低功耗和无风扇的嵌入式解决方案。

凌华还成功收购美国嵌入式产品领导品牌、PCI04创始者Ampro公司,创立Ampro byADLINK品牌,可以提供始于设计并贯穿整个制造过程的宽温及军用宽温级嵌入式产品和系统。

磐仪科技:宽温产品从设计、选材开始,就充分考虑产品的宽幅温差适应能力。

为了保证质量,在选用零部件方面,磐仪不惜花费高额成本,全部选用发热量低、工作温度范围宽广的零部件。在设计过程中,研发工程师结合每个零部件的高低温特性和动、静态工作点。对于本身发热量稍大,在高温环境下可能造成隐患的小零件,会采用增大零件底部敷铜面积,以帮助散热或增加辅助散热片等措施。对于低温环境下特性变化较大的零件,比如电容,除了选用较为昂贵的受温差影响较小的电容外,适当增加电容的用量。以弥补低温环境下的容量损失。在生产、检验过程中,100%执行增宽温度范围的高低温性能测试验收(比公布的低温低5℃,高温高5℃)。

威盛电子嵌入式平台事业部:威盛自己做芯片,同时提供板卡标准,例如最新的Em-ITX等。在嵌入式板卡方面有很多成功的经验,一些成功案例如:美国军方委托第三方公司开发的战地救援机器人,采用威盛嵌入式平台,可以托起1SOkg的伤员,并可温柔灵巧地将之送到救护车上或战地医院。韩国客户采用Nano-ITX板型做车载电脑系统,具有GPS及高清多媒体娱乐功能。威盛嵌入式方案中标西班牙医院数字标牌的政府采购项目,采用了定制的Linux,~作系统及软件。体现了威盛在客制化技术服务方面的优势:通过掌握自身处理器的核心技术,为客户开发基于不同操作系统的驱动和BIOS。

威盛嵌入式非常看好中国的数字标牌、POS机、视频监控、车载电脑、工控、电力、交通、医疗电子等应用领域。

安捷伦工业测试仪器“橙动中国”

1月14日,安捷伦科技召开主题为“安全便捷橙动中国”的工业电子测量仪器中国经销商年会,并推出具有优秀移动性、高精度和良好经济性的安捷伦工业电子测量仪器系列产品。同时,安捷伦部分手持式仪器开始使用更醒目的橙色作为外表颜色,以突出体现安捷伦在确保用户安全方面的不懈努力。这种颜色更鲜明,具有更高的可见度,并且在工业上通常用于表示“警示色”,可以提醒用户注意安全。

微型投影进军嵌入式应用 篇7

微型投影概念已谈论多年, 从2007年开始出现, 2008年时很多企业都在探讨。但事实上, 今天的微型投影市场和以前的微型投影有极大的区别, 出现了大幅的增长, 例如微型投影的整体亮度每年都大概在以两倍的速度增长;同时发光效率大概每年也是两倍的提升。同时DLP在尺寸、应用领域上也不断拓展, 包括内嵌手机、数码相机/数码摄像机等的应用。这些新型应用的出现, 使得微投市场非常积极和正面, “我们感觉这个市场应该是到了一个爆发的时候。”TI (德州仪器) DLP产品事业部亚洲区技术销售经理王洋昔称。

据TI介绍, 今年1月的CES, TI DLP展区展出了三四十款成品, 有些已经在市场上, 有些陆续将要进入市场, 流明度以往可能是几十流明, 到现在是三五百, 尺寸也越来越小。例如向iPhone4S一插的产品, 图像就直接投出来。投影机市场研究机构PMA的总裁William Coggshall博士称:“2012年新一代投影机 (接近500流明) 的全球市场规模将比2011年翻一番。”

在微型投影市场, 主要有两大技术:TI专利的DLP (数字光学处理技术) 和LCoS。今天, TI又开拓了DLP的微型投影技术领域, 进入到嵌入式应用领域。据TI介绍, DLP投影可以非常轻松地实现3D技术, 以及多点触摸, 甚至是手掌识别技术、手势判断等技术, 可以应用于医疗、工业、汽车、安全等领域, 无论通过嵌入式解决方案平台—LightCrafter或DLP的光源去控制, 可以实现很多嵌入式的创意应用。

DLP LightCrafter平台

创应用意

工业上, DLP可以应用于3D扫描, 或者PCB (印制电路板) 制版。方法是无需传统曝光的步骤, 直接利用DLP芯片, 把激光束引到主板上去做一些扫描, 而不再需要掩膜等步骤。据悉, 这方面已经有很多客户和TI在开发合作。

医疗方面, 可用于帮助医生、护士寻找血管的医疗设备等。例如北美有一些医院, 已经引入了一种叫veinview的设备, 可以照到患者手上, 用红外技术捕捉到血管的位置, 然后再利用DLP把这个图像直接投影到病患手臂上, 这样可把血管位置清晰地显示出来, 方便护士抽血。

另一个医学应用是牙科的3D测量。很多小孩要戴牙套, 传统的做法是打一个石膏, 放到嘴里, 再把3D模型做出来, 然后据此去做牙套。现在只要利用DLP的3D测量技术, 把笔式装置放到口腔里面转动一下, 就扫描了口腔, 测量出一个3D结构。根据这个3D结构, 在电脑里就可以形成牙套的形状, 而省掉石膏建模的过程。

安全与监控方面, 传统的指纹识别是接触式的, 需要压到玻璃上做扫描。利用DLP的3D扫描技术, 就能实现无接触型的指纹识别和扫描工作。

汽车业是TI看好的领域之一。最近一年的重要车展上, 奥迪等国内外车厂推出了下一代的概念车型, 有新的DLP显示概念, 例如可以通过DLP把画面直接显示在挡风玻璃上, 这样将道路上看到的信息和投影出来的导航信息等融合到一起。此外, 可在驾驶室边的内饰上做一些互动投影、互动显示;显示面可以是曲面的;当你不想用的时候, 它可关闭, 和车内饰融为一体, 甚至你都感觉不到存在这个显示设备。

TI小巧的DLP LightCrafter模块

为了配合广泛的嵌入式应用, 2月7日, TI DLP产品事业部宣布推出DLP LightCrafter平台, 目标是帮助有各种想法的设计师来验证他们的想法, 使他们无需再从最开始DLP的基本原理去了解。在这个平台上, 他们可以直接去实现算法或概念。因此, 可通过DLP LightCrafter的基于USB的API和易用的图形用户界面, 轻而易举地创建、存储和显示高速图形。

DLP LightCrafter的核心是参考德州仪器DLP 0.3 WVGA芯片组而进行设计的。该芯片组过去应用于DLP Pico投影机中, 可支持可靠、高速的空间光调制器。该芯片组有两个主要组件:一个是DLP3000, 它是由415, 872个微镜组成的MEMS设备;另一个是DLPC300, 它是一个可提供便捷的用户界面的数字式控制器, 能确保微镜阵列可靠、高速地运行。通过拓展消费型DLP Pico投影机的性能表现, 0.3 WVGA芯片组每秒可显示多达4000个二进制模式。DLP LightCra er将0.3WVGA芯片组与可产生超过20流明光输出的RGB LED光引擎结合在一起。

DLP Light Crafter还包括TI的TMS320DM365嵌入式处理器、用于存储模式的128MB NAND闪存等。

摘要:微型投影DLP可在嵌入式应用领域拓展, 本文列举了一些应用, 并介绍了TI公司的DLP LightCrafter模块方案。

关键词:DLP,微型投影,嵌入式,亮度,汽车

参考文献

[1]王莹.嵌入式投影颠覆传统显示[R/OL]. (2012-2-14) .http://wangying1.spaces.eepw.com.cn/articles/article/item/90682

嵌入式系统原理及应用 篇8

关键词:嵌入式地理信息系统,林业资源,掌上电脑,通用分组无线业务,全球定位系统

随着现代科技的发展, 作为新兴产物的嵌入式移动信息设备在人类生活领域中得到了广泛应用。人们利用其设备小巧便捷、使用简单方便等优点, 迅速成为森林资源调查、野外导航定位、作业设计和检查验收等野外作业较为理想的首选设备, 为林业系统应用提供了高科技技术基础。目前国内一些林业的教学科研单位以及公司都在做这方面的尝试和有益的探索, 研发了诸如资源调查、数据采集、导向定位等方面的应用系统[1,2,3,4]。但是, 目前这些系统尚未达到全面的集成和实时在线信息沟通与数据共享, 其手持终端设备采集的数据往往要通过数据线导入后台, 造成用户的诸多不便, 没有真正实现实时的在线跟踪与在线数据处理功能。

近年来, 随着嵌入式技术、各种网络技术和无线移动通信技术的迅速发展, 使得人们有条件利用PDA实现森林资源的野外数据采集[6], 并通过PDA自身配备的GPS接收器获取地理位置信息, 再通过现有的网络技术实现掌上设备与中心服务器的数据交换, 并在后台中心服务器实现森林资源的数据分析与处理等功能, 从而可以大大提高数据采集的效率, 实现森林资源数据采集的全程无纸化作业, 本文正是基于此考虑, 做了很多有益的探索与尝试。

1、系统总体结构与功能

整个系统采用Client/Server结构, 系统总体结构图如图1所示。

客户端以掌上设备 (如PDA或智能手机) 为系统平台, 集嵌入式GIS系统、GPS模块、无线通信 (WIFI或GPRS/CDMA等) 模块以及前端数据采集系统等功能模块于一体, 主要完成基本数据采集、导航定位、野外测点及配准、实地面积测量、资源调查、实时监控、图上距离面积量算等功能, 并通过无线通信模块实现与服务器端的IIS服务器的无线互连, 实现实时数据通信与数据共享;服务器端采用IIS和SQL Server数据库, 通过B/S结构建立森林资源数据管理系统, 结合后台服务器的GIS主要实现对数据进行统计分析、数据处理等功能, 利用B/S结构的跨平台性等特点, 方便管理人员对数据的管理和数据的共享, 系统根据需要还可以建立Web Service, 提供标准的接口供调用。

2、关键技术研究

本文提出的森林资源调查数据采集主要涉及到的三项关键技术:客户端嵌入式GIS系统的开发, 移动数据库访问机制, 空间数据的无线传输技术。

2.1 客户端嵌入式GIS系统的开发

嵌入式GIS (Embedded GIS) 是GIS与嵌入式设备集成的产物, 它把一个优化的GIS数据引擎嵌入到小型移动设备上, 是导航、定位、地图查询和空间数据管理的一种理想解决方案。针对嵌入式设备的存储容量相对较小、运行速度较慢、硬件资源稀缺等特点, 并结合GIS在森林资源数据采集方面的应用[7,8], 设计时必须考虑选择合适嵌入式GIS数据库、尽量减少存储量、设计合理的空间数据管理方式、按需分层调入GIS数据以及选择合适的算法等方面因素。

2.2 移动数据库访问机制

移动数据库涉及的理论和技术涵盖了当今通信和计算机发展的最新成果, 其中, 在移动环境下PDA如何进行与桌面PC (或后台服务器) 的通信是实现移动数据库的关键[9]。移动客户端的应用程序与桌面PC进行通信目前有两种的编程实现方式:一种是利用Socket编程与桌面程序进行通信, 即通过TCP/IP协议与桌面PC进行通信;另一种是利用RDA和Replication (复制) 进行数据库编程来完成与桌面SQL Server数据库的存取, 可通过SQL Server CE中的RDA或者合并复制快速实现从PDA上存取远程桌面SQL Server2000的数据库[10]

2.3 空间数据的无线传输技术

(2) 是GPRS无线网络。GPRS是基于GSM无线系统的无线分组交换技术, 是一项高效无线数据传输技术。其通信速度快, 数据延迟小, 按流量收费, 费用低廉, 最大特点就是"永远在线", 即客户无须为每次数据访问建立呼叫连接, 因此, 非常适合于在移动GIS应用中传输空间数据信息和电子地图数据。

3、系统开发与实现

3.1 系统开发工具与运行环境

开发平台即桌面电脑通过Microsoft ActiveSync 4.2同步软件用USB接口与移动客户端连接, 实现有线服务模式;移动客户端通过GPRS拨号上网后则实现无线服务模式。服务器端安装IIS和SQL Server2000数据库管理系统。

3.2 系统实现

系统设计开发始终贯彻自上而下解决问题的方法, 包括系统需求分析、确定系统的功能和结构、划分相应的模块、选择硬件组件和软件工具、设计、实现、集成以及最后调试运行整个系统等, 整个系统的实现包括服务器端、客户端以及无线数据传输三部分。

3.2.1 服务器端的实现

服务器端有Microsoft SQL Server 2000、IIS和森林资源调查数据管理系统, 森林资源调查数据管理系统采用B/S结构。

设计思想是:根据功能的需要创建服务器端数据库操作类 (中间件) 的对象, 通过对象调用相应的函数实现对服务器端数据库的相应操作[12]。该中间件可以实现: (1) 获得数据库操作过程中的异常信息; (2) 创建/删除本地数据库文件; (3) 打开/关闭数据库连接; (4) 执行查询语句, 返回数据; (5) 执行插入、删除、修改操作等功能操作。其实现方法如下:

部分代码如下:

3.2.2 移动客户端的实现

移动客户端以PPC作为移动终端, 采用SQL Server CE嵌入式数据库管理数据, 综合利用嵌入式开发技术、数据库编程技术和无线通信技术针对森林资源二类调查的特殊需求实现了一个即时通讯的数据采集信息系统。

1.移动数据库的实现

本地 (或远程) 数据库的操作访问设计思想是:根据功能的需要创建客户端移动本地 (或远程) 数据库中间件的对象, 通过对象调用相应的函数实现对本地数据库的操作 (或实现远程数据库与本地数据库的相互数据传输等功能操作) [10]。

本地数据库中间件可以实现查询、分页查询、插入、删除、修改以及存储等功能操作, 其实现方法如下:

远程数据库中间件可以实现: (1) 获取数据库操作过程中的异常信息; (2) 从远程 (服务器) 数据库获取数据; (3) 将本地数据库中的数据上传到远程 (服务器) 数据库等功能。其实现方法如下:

2.客户端地图功能实现。

(如图2)

3.2.3 无线数据传输部分

入因特网的主机, 可以大大节省服务器端的开销[13]。

系统的数据库访问和更新部分则采用了我们自主开发的中间件和SQL Server CE提供的RDA数据访问机制, 效果如图2所示。

4、结束语

本文研究了基于PDA的森林资源数据采集系统设计与实现方法, 并利用相应的开发工具及运行平台开发实现了森林资源二类调查系统, 基本能够满足二类调查野外作业的需要, 同时实现了移动终端与后台服务器之间的空间移动数据即时通信、在线数据提取以及实时监控等目标功能, 取得了比较好的效果。但仍存在一些不够完善的地方, 譬如:使用过程中出现的网络不稳定、数据堵塞, 以及当空间数据量庞大时, 其传输能力还是相对有限等问题。

当然, 随着无线通信技术的发展, 森林资源空间数据无线传送的"瓶颈"问题将会得到解决, 随着CDMA (Code Division Multiple Access) 这种完全适合于现代移动通信网所要求的大容量、高质量、综合业务、软切换等多址技术的成熟, 它所具有的强大优势, 使其成为未来嵌入式GIS移动通信的发展方向。从长远看, 当第三代移动通信 (3G) 进入实用后, 基于PDA的森林资源数据采集系统一定会大大推进林业信息化的发展。

2服务器端二类调查查询界面

参考文献

[1].王振堂.掌上森林资源调查仪 (PDA) 二类调查软件的开发应用及特点[J].林业科技情报, 2007, 39 (2) :10-11Wang Zhentang.Development And Application Of Personal Digital Assis-tant (PDA) Forest Inventory Software[J].Forestry Science and Technology Information, 2007, 39 (2) :10-11

[2].宋丽艳, 周国模, 汤孟平, 等.基于GIS的林火蔓延模拟的实现[J].浙江林学院学报, 2007, 24 (5) :614-618SONG Li-yan, ZHOU Guo-mo, TANG Meng-ping, et al.Realizationof a simulation model for forest fire spread[J].Journal of Zhejiang Forestry College, 2007, 24 (5) :614-618

[3].许等平, 唐小明, 毕于慧.基于嵌入式GIS的森林资源二类调查数据采集系统[J].林业科学.2006, 42 (S1) :151-154Xu Dengping, Tang Xiaoming, Bi Yuhui3 Information.Collection System for Forestry Resources Based On Embedded GIS[J].Scientia Silvae Sinicae, 2006, 42 (S1) :151-154

嵌入式实时软件的应用研究 篇9

1 嵌入式实时软件对计算机应用系统设计的整体影响

1)嵌入式实时软件的应用原理。嵌入式实时软件的应用原理主要就是结合实时处理技术,充分利用快速响应的优势,满足计算机应用系统的实际需要。嵌入式实时软件的优点就在于能够对服务请求做出快速有效的反映,并且更好地实现计算机应用系统的分层设计,提高构成系统的个模块的独立性。另外,嵌入式实时软件在计算机应用系统的运行中也能大大提高安全性和稳定性,对整个计算机应用系统的稳定运行起到重要的辅助作用。

2)嵌入式实时软件的应用特点。在计算机应用系统中合理地引入嵌入式实时软件,那么对整个应用系统的实时处理能力来说,都会得到很大的改进和提升,而且也能有效提高整个应用系统的科学性和合理性。嵌入式实时软件在计算机体现为两大部分的融合,一个是硬件,另一个是软件。通常嵌入式实时软件需要操作系统的支持,软件通过调用操作系统提供的服务来控制硬件,这样的工作方式能够让软件和硬件形成有益的交互。微处理器作为嵌入式实时软件的核心部分,在操作系统的控制下,能够让软件系统进行多种任务的切换,能增强计算机应用的适应面。还有一点就是,对计算机内部重要的存储部分,操作系统能够对其起到适当的保护作用,这对整个系统在进行修复或优化的过程中都能起到非常关键的作用,而且嵌入式操作系统本身的结构也具有非常良好的延展性,对计算机应用系统所能起到的作用也是不可估量的。

2 嵌入式实时软件的设计要点和开发流程

相对于一般软件的设计来说,嵌入式实时软件的设计开发流程上基本类似。嵌入式实时软件的设计过程对整个系统都有着非常重要的基础作用。首先,在设计开始前需要设计人员对应用系统进行一次全方位的分析,以便对嵌入式实时软件作出准确的功能定位,从而有利于确认设计的具体目标,定位中系统的核心问题。其次程序编码应该依据软件工程的原则严格执行,在保证系统效率的前提下,充分提高程序的可读性,为应用系统的维护奠定良好的基础。最后,设计人员还需要根据各种性能参数和指标定义嵌入式实时软件进行调试,以便其能符合计算机应用系统的使用要求。接下来就是对系统新功能的不断完善和改进。

嵌入式实时软件在整个软件设计的过程中,因为功能任务相对单一,因此可以适当简化一些设计开发流程,让整个过程更加简捷,以提升设计开发的效率。但是对于设计的可靠性,必须予以充分的重视,因为对计算机应用系统来说,可靠性往往是系统成败的核心。

尽管嵌入式实时软件在设计开发方面有着高效、方便的优势,但还是要注意依照严格的设计、开发的流程,不能违背一般软件开发的基本原则,以免造成不必要的人为损失。还有一点须要留意的就是,嵌入式实时软件运行的硬件环境通常性能较弱,如何充分利用和发挥硬件资源是设计和开发中必须关注的问题。

2.1 划分任务

嵌入式实时操作系统在计算机应用系统中处于核心地位,它对整个系统都起着举足轻重的效果。想要实现任务管理、任务控制、任务间的通信、任务互斥与同步、资源管理这些功能,都要依靠于嵌入式实时操作系统,这是整个应用系统实现其功能的根基。在这个基础平台上,可以根据应用系统的功能,采取划分解决的方式,能使软件设计得到一定程度的简化。在对一些独立功能进行任务划分的过程中,重点是对数据转换过程的深入分析,这种转换有些是并行的,有些是串行的。对数据的并行转化与执行顺序进行确认后,就能够有效的对独立任务进行划分了。而对工作划分起到决定性作用的是数据通讯的异步关系,需要从以下两个方面去进行探讨和剖析。第一个方面就是系统的内部功能,这个功能指的就是将计算机软件的并行任务划分为,周期任务、异步和同步任务、应用控制任务、用户接口任务,并对这些同一时间段内完成的各种功能进行有效的整理,让这个复杂过程变成一个统一的任务,通过对相同事件进行驱动,完成计算机软件资源的共享。第二个方面就是,对计算机软件系统的I/O进行驱动时,要采用应用程序轮询和中断的方式。采取这样的方法主要是为了解决在应用程序轮询过程中,计算机CPU资源被大量占有的情况,而中断方式的使用能够对计算机软件系统的实时性、实用性得到满足。

2.2 任务组织和存储映像规划

在完成对独立任务的划分后,受到数据转换和任务逻辑关系的影响,系统的组织方式也会发生一些不同的变化,嵌入式实时操作系统对任务的组织管理有着决定性的作用。因为嵌入式操作系统的重要应用程序是保存在ROM和FLASH中的,所以选择软件系统必须要做好规划,完成优化的处理,这样对于系统协调运行才能起到有效的保障作用。作为嵌入式系统布局的重要组成部分,存储映像的规划和存储器功能是整个布局的重点,需要从物理零地址中调取出嵌入式实时软件的程序指令,在物理地址上进行代码设置。

2.3 应用程序的实时性和任务调度

在嵌入式实时软件的实时性上,应该尽量使用软实时性,其作用就是容许系统在可控时间内出现操作延迟。对任务的调度应该尽量选择那些基于优先级的调度方式,如果在优先级的软件系统上运行了较多的任务内核,要及时他进行调整,根据任务的紧急程度来增加优先级,还要进行必要的任务拆分,减少关键任务的响应时间。

2.4 系统初始化

嵌入式实时软件的设计开发中,需要对软件系统的初始化执行进行充分详细的考虑和分析,初始化的代码需要编写在嵌入式操作系统的底层硬件和微内核之间的硬件抽象层,以方便系统初始化和引导的正常进行。作为嵌入式实时软件系统中的一部分,BIOS将会通过设定好的固定指令对系统的初始化工作进行正确的运行。

3 嵌入式实时软件开发的前景展望

嵌入式系统中包含了微处理器、I/O端口、图形控制器以及编程部分,具有实时、多任务的能力。因此实时性、易控性、可操作性等方面比传统的pc系统有较大的优势,具有非常广泛的应用场景和应用领域。

通过对嵌入式实时软件设计方法的分析,我们也能够看出,嵌入式实时软件对计算机应用系统的设计和软件系统中层次化模块结构的设计上都起到了推进性的作用。在实现嵌入式实时操作系统与计算机应用程序以及底层硬件的结合方面,嵌入式实时软件能够更好地完成运行功能和运算任务。当然,嵌入式实时软件的设计和开发也需要硬件平台的支持,其对硬件平台的依赖性还是很强的,这就需要在计算机应用系统的设计开发过程中,对软硬件之间的关系进行合理的规划和安排。

4 结语

嵌入式实时软件的应用对于计算机应用系统的设计来说是一次重要的改革和突破,它让计算机的运行环境有了更强的融合性与兼容性,这项技术的贡献也远远不仅于此,它在软件设计的灵活性、可靠性、可操作性上也得到了极大的加强,而且其对操作速度的有效提升所带来的影响也是不可估量的。总体来说,嵌入性实时软件对于我国现阶段的软件设计行业来说,提出了新的需求和问题,对于整个行业的发展来说都有着很高的积极意义。

摘要:随着我国科技水平的不断发展和提高,很多行业和领域对计算机技术的应用都进入了飞速发展的阶段,一些计算机应用系统也给人们的工作和生活带来很多便利。在计算机应用系统的设计和开发中,也出现了很多实用的先进技术,比如嵌入式系统的广泛应用,本文将通过对嵌入式实时软件在计算机应用系统中的运用进行研究和分析。

关键词:嵌入式,实时软件,计算机应用系统

参考文献

[1]余耀.解析计算机软件设计中嵌入式实时软件的应用[J].中国新技术新产品,2014(8).

嵌入式系统的研究与应用 篇10

嵌入式系统是集操作系统软件、应用软件和专用硬件平台与一身的专用的计算机系统。简单的说就是系统的软件与硬件一体化。相对与计算机系统来说, 嵌入式系统的硬件平台是专门定制的, 其特点是功耗低、体积小;软件方面, 嵌入式系统代码量小, 系统高度自动化、响应速度快。特别适合于一些要求实时性高、多任务、且数据运算量不大的场合, 如工业控制、智能家居、智能机器人等领域。

嵌入式系统基本结构分为硬件和软件两部分。

1.1 嵌入式硬件

硬件方面, 嵌入式处理器是整个硬件平台的核心, 可分为几大类:嵌入式微处理器、嵌入式微控制器、嵌入式DSP处理器和片上系统。而嵌入式微处理器以其操作系统的良好支持、极强的事务管理能力和应用程序支持等特性, 从几种处理器中脱颖而出, 成为了嵌入式系统开发者们的首选。最具代表性的便是以ARM为核心的各类微处理器, 其在全球手机芯片的市场份额已超过90%, 并且在其他行业也在进行不断扩展。此外, 还有MIPS、x86架构的处理器, 也具有各自的特点。在处理器的外围, 开发者根据实际的应用需要, 进行各个模块的开发扩展, 一般嵌入式系统需要的模块主要有内部/外部存储器 (RAM, Flash等) 、串口、各类传感器、控制器等, 有些还有图形输出 (如LCD) 控制器。再在处理器周围加入时钟系统、电源系统, 就实现了嵌入式硬件平台的搭建。

1.2 嵌入式软件

软件部分主要分为两层:系统层与应用层。系统层, 是包含了板级支持包 (BSP) 、经裁剪后的操作系统内核与文件系统的一系列软件的集合。板级支持包主要实现了硬件对操作系统支持, 它与操作系统的驱动程序紧密相连, 使操作系统能够访问硬件资源。而操作系统和文件系统则是提供给用户操作环境和系统管理工具, 以及提供应用程序一个运行的环境。使用较多的嵌入式操作系统有嵌入式Linux、Win CE、Vx Works、u C/OS-II等, 其中嵌入式Linux系统较其他系统而言, 具有硬件平台支持广泛、内核运行稳定、代码开源、价格低廉的优势。在系统层之上, 开发者可根据操作系统提供的接口进行各类应用程序的开发。

2 嵌入式系统的开发流程

嵌入式系统以应用为中心, 在进行开发之前, 首先需要做的是客户需求分析, 确定产品的功能、成本、指标参数。在此阶段, 开发者除了确认客户明确提出的要求之外, 还应对隐性需求进行分析, 如在功能上是否需要优化或扩展, 是否在将来需要更新换代等等。深度的隐性需求分析能够为开发者在之后的研发过程中省去不少时间和精力。

根据需求分析的结果, 对处理器、功能模块、操作系统和开发环境进行选型, 制定出系统的结构图和软件流程图, 并根据资金、人力实际情况安排研发的进度。

开发过程分为硬件和软件两个部分, 相互并行执行, 硬件设计主要包括硬件功能模块设计、原理图绘制、PCB制板、元器件焊接与调试等。软件设计主要包括软件功能设计、编码和调试。嵌入式系统在应用上具有专一性, 软硬件协同设计是系统设计的关键。在针对具体应用系统的功能目标分析基础上, 分解整个系统的各项功能指标和技术要求, 结合系统的实时响应要求、接口功能定义与标准、嵌入芯片的处理能力、编程语言、开发环境、产品的升级与维护问题、开发投入能力、产品综合成本等多方面因素进行权衡考虑。

3 嵌入式行业的前景

当整个IT行业前进的步伐迈入第三个十年的时候, 物联网、云计算俨然已成为信息产业的主旋律, 而这些产业应用技术中最核心、最关键的部分正是嵌入式系统。随着嵌入式技术的广泛应用和高速发展, IT行业的发展也势不可挡地进入了嵌入式时代。嵌入式产品正在以非常迅猛的速度渗透到各个行业、各个领域, 并且进入了我们的生活。大到通讯基站、航天卫星、工业控制, 小到手机、平板电脑、智能家居, 智能化嵌入式产品已在其中占据着不可替代的重要地位。

3.1 从事嵌入式开发的优点

3.1.1 市场人才需求量大

随着智能化电子行业的迅猛发展, 嵌入式行业凭借其“应用领域广、人才需求大、就业薪资高、行业前景好”等众多优势无疑已成为当前最热门、最有发展前途的行业之一, 与此同时, 嵌入式研发工程师更是日益成为IT职场的紧缺人才。

3.1.2 知识覆盖面广

嵌入式不是一项纯软件或者纯硬件方向的技术, 而是软件与硬件的结合, 行业知识覆盖面非常广。从事嵌入式开发工作, 一般是从嵌入式应用开发做起, 随着项目经验的增加, 可以选择逐步向驱动程序、硬件设计发展, 不断学习新的知识。

3.2 从事嵌入式开发的难点

嵌入式行业的入门起点较高, 除了要求开发者精通C语言、对操作系统的编程接口有一定理解, 在硬件方面还要求能看懂硬件原理图, 一般非专业IT人员很难切入这一领域。另一方面, 目前嵌入式的发展迅速, 技术更新快, 对开发者能学习能力要求自然很高, 需要开发者能够迅速学习新的知识并将其用于实际项目中。

4 结语

信息时代数字时代使得嵌入式产品获得了巨大的发展机遇, 也为嵌入式市场展现了美好的前景, 同时也对嵌入式系统的开发者提出了新的挑战。开发出的产品除了应具有独特的创新功能外, 开发者还应遵循一定的原则, 只有这样, 才能使嵌入式系统产品的开发事半功倍。另外, 嵌入式系统一般都具有不同于大型软件系统的具体要求, 如实时性、可靠性、能耗 (如电池供电) 要求等, 因此在实现系统时还应根据开发者的经验进行特别处理。

摘要:随着电子技术的快速发展, 特别是大规模集成电路的产生和发展, 使得现代科学研究得到了质的飞跃, 而嵌入式系统的出现则是给现代各行业各领域带来了一次新的技术革命。嵌入式系统是先进的计算机技术、电子技术以及各种具体应用相结合的产物, 是技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的新型集成知识系统。本文针对嵌入式系统的开发及应用前景做了深入的分析。

关键词:嵌入式系统,计算机技术,嵌入式开发

参考文献

[1]沈连丰, 宋铁成, 叶芝慧.嵌入式系统及其开发应用[M].北京:电子工业出版社.

[2]张春平, 戴青云.嵌入式系统及其发展前景[J].石家庄职业技术学院学报, 2006 (4) :19-20.

[3]王田苗.嵌入式系统设计与实例开发[M].北京:清华大学出版社, 2003 (10) :3.

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