關(guān)于嵌入式系統(tǒng)的分類與特點(diǎn)

一、什么是嵌入式系統(tǒng)呢

目前一些先進(jìn)的PDA在顯示屏幕上已實(shí)現(xiàn)漢字寫入、短消息語音發(fā)布，日用范圍也將日益廣闊。對(duì)于企業(yè)專用解決方案，如物流管理、條碼掃描、移動(dòng)信息采集等，這種小型手持嵌入式系統(tǒng)將發(fā)揮巨大的作用。自動(dòng)控制領(lǐng)域，不僅可以用于ATM機(jī)，自動(dòng)售貨機(jī)，工業(yè)控制等專用設(shè)備，和移動(dòng)通訊設(shè)備結(jié)合、GPS、娛樂相結(jié)合，嵌入式系統(tǒng)同樣可以發(fā)揮巨大的作用。近期長虹推出的ADSL產(chǎn)品，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)，控制，信息，這種智能化，網(wǎng)絡(luò)化將是家電發(fā)展的新趨勢(shì)。

隨著信息化，智能化，網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)技術(shù)也將獲得廣闊的發(fā)展空間。美國著名未來學(xué)家尼葛洛龐帝99年1月訪華時(shí)預(yù)言，4～5年后嵌入式智能（電腦） 工具將是PC和因特網(wǎng)之后最偉大的發(fā)明。我國著名嵌入式系統(tǒng)專家沈緒榜院士98年11月在武漢全國第11次微機(jī)學(xué)術(shù)交流會(huì)上發(fā)表的《計(jì)算機(jī)的發(fā)展與技術(shù)》一文中，對(duì)未來10年以嵌入式芯片為基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)工業(yè)進(jìn)行了科學(xué)的闡述和展望。

根據(jù)IEEE（電氣和電子工程師協(xié)會(huì)）的定義，嵌入式系統(tǒng)是“控制、監(jiān)視或者輔助裝置、機(jī)器和設(shè)備運(yùn)行的裝置”（devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants）。從中可以看出嵌入式系統(tǒng)是軟件和硬件的綜合體，還可以涵蓋機(jī)械等附屬裝置。目前國內(nèi)一個(gè)普遍被認(rèn)同的定義是：以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

由于嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)要嵌入到應(yīng)用體系中，實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)的智能化控制，因此，它有著與通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)完全不同的技術(shù)要求與技術(shù)發(fā)展方向。通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的技術(shù)要求是高速、海量的數(shù)值計(jì)算；技術(shù)發(fā)展方向是總線速度的無限提升，存儲(chǔ)容量的無限擴(kuò)大。 而嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的技術(shù)要求則是應(yīng)用對(duì)象的智能化控制能力；技術(shù)發(fā)展方向是與應(yīng)用系統(tǒng)密切相關(guān)的嵌入性能、控制能力與控制的可靠性。

進(jìn)入20世紀(jì)90年代，嵌入式技術(shù)全面展開，目前已成為通信和消費(fèi)類產(chǎn)品的共同發(fā)展方向。在通信領(lǐng)域，數(shù)字技術(shù)正在全面取代模擬技術(shù)。在廣播電視領(lǐng)域，美國已開始由模擬電視向數(shù)字電視轉(zhuǎn)變，歐洲的DVB（數(shù)字電視廣播）技術(shù)已在全球大多數(shù)國家推廣。數(shù)字音頻廣播（DAB）也已進(jìn)入商品化試播階段。而軟件、集成電路和新型元器件在產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的作用日益重要。

二、嵌入式系統(tǒng)的分類與特點(diǎn)

1、嵌入式系統(tǒng)的分類

有些人把單個(gè)嵌入式微處理器就當(dāng)作嵌入式系統(tǒng)，這是不對(duì)的。因?yàn)榍度胧较到y(tǒng)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，因此，只有將嵌入式微處理器構(gòu)成了一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，并作為嵌入式應(yīng)用時(shí)，這樣的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)才可稱為嵌入式系統(tǒng)。

根據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)嵌入式系統(tǒng)有不同的分類方法，如按其形態(tài)的差異，一般可將嵌入式系統(tǒng)分為：芯片級(jí)（MCU、SoC）、板級(jí)（單片機(jī)、模塊）和設(shè)備級(jí)（工控機(jī)）三級(jí)。如按其復(fù)雜程度的不同，又可將嵌入式系統(tǒng)分為以下四類：

（1）、主要由微處理器構(gòu)成的嵌入式系統(tǒng)，常常用于小型設(shè)備中（如溫度傳感器、煙霧和氣體探測器及斷路器）；（2）、不帶計(jì)時(shí)功能的微處理器裝置，可在過程控制、信號(hào)放大器、位置傳感器及閥門傳動(dòng)器等中找到；（3）、帶計(jì)時(shí)功能的組件，這類系統(tǒng)多見于開關(guān)裝置、控制器、電話交換機(jī)、包裝機(jī)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、醫(yī)藥監(jiān)視系統(tǒng)、診斷及實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)等等；（4）、在制造或過程控制中使用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，這也就是由工控機(jī)級(jí)組成的嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，是這四類中最復(fù)雜的一種。也是現(xiàn)代印刷設(shè)備中經(jīng)常應(yīng)用一種。

2、嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)

（1）、嵌入式系統(tǒng)是將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和電子技術(shù)與各個(gè)行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合后的產(chǎn)物。這一點(diǎn)就決定了它必然是一個(gè)技術(shù)密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識(shí)集成系統(tǒng)。嵌入式CPU能夠把通用CPU中許多由板卡完成的任務(wù)集成在芯片內(nèi)部，從而有利于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)趨于小型化，移動(dòng)能力大大增強(qiáng)，跟網(wǎng)絡(luò)的耦合也越來越緊密。

（2）、嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件都必須高效率地設(shè)計(jì)，量體裁衣、去除冗余，力爭在同樣的硅片面積上實(shí)現(xiàn)更高的性能，這樣才能在具體應(yīng)用中對(duì)微處理器的選擇更具有競爭力。

（3）、嵌入式系統(tǒng)和具體應(yīng)用有機(jī)地結(jié)合在一起，它的升級(jí)換代也是和具體產(chǎn)品同步進(jìn)行，因此嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品一旦進(jìn)入市場，具有較長的生命周期。

（4）、高實(shí)時(shí)性的系統(tǒng)軟件（OS）是嵌入式軟件的基本要求。而且軟件要求固態(tài)存儲(chǔ)，以提高速度；軟件代碼要求高質(zhì)量和高可靠性。

（5）、嵌入式系統(tǒng)本身不具備自舉開發(fā)能力，即使設(shè)計(jì)完成后用戶通常也不能對(duì)其中的程序、功能進(jìn)行修改。而且還必須有一套開發(fā)工具和環(huán)境才能進(jìn)行開發(fā)。

三、嵌入式系統(tǒng)在印刷設(shè)備中的解決方案及應(yīng)用

目前，嵌入式系統(tǒng)在印刷設(shè)備中的應(yīng)用仍擁有巨大的市場空間，我們應(yīng)該抓住機(jī)遇，與時(shí)俱進(jìn)，奮起直追，使我國的中、高檔印刷設(shè)備盡快趕上世界先進(jìn)水平。下面我們將結(jié)合幾個(gè)具體實(shí)例對(duì)工控機(jī)級(jí)嵌入式系統(tǒng)在印刷設(shè)備中的解決方案和應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)闡述。

1、FLY-2005型嵌入式印刷圖像監(jiān)測系統(tǒng)是我公司為了滿足印刷行業(yè)的需要，最新研制開發(fā)的新一代數(shù)字圖像監(jiān)測系統(tǒng)。它運(yùn)用了計(jì)算機(jī)視頻圖像壓縮處理新技術(shù)，將高速運(yùn)動(dòng)的圖像變?yōu)槿搜廴菀捉邮盏摹办o止”圖像，同時(shí)可進(jìn)行局部放大，并能“自動(dòng)”或“手動(dòng)”左、右、上、下移動(dòng)畫面，供操作者仔細(xì)巡查，以便對(duì)細(xì)微的印刷圖像缺陷及時(shí)發(fā)現(xiàn)和修正，大大提高了印刷質(zhì)量。系統(tǒng)性能穩(wěn)定，圖像清晰，操色彩靚麗，作方便靈活，價(jià)格低廉，僅為同類進(jìn)口產(chǎn)品的1/3。

該系統(tǒng)主要由八部分組成： （1）、 嵌入式工業(yè)控制計(jì)算機(jī)采用艾雷斯（I-LACS）ACS-2406E型，其中有主板ACS- 6172VE，32位賽揚(yáng)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為平臺(tái)開發(fā)設(shè)計(jì)的。Visual C++編程，方便高效。（3）高品質(zhì)彩色顯示器，（4）、 數(shù)字?jǐn)z像頭M0814-NP，（5）、 巡視小車及行走機(jī)構(gòu)，（6）、 ±12V開關(guān)電源HF55W-D、（7）、 輸入輸出控制：西門子（SIEMENS）可編程控制器 PLC 6ES7 211-OAA23-OXBO，（8）、 通信及控制電纜等。

2、FLY-3000嵌入式凹印機(jī)雙電眼套色系統(tǒng)是我公司最新成功開發(fā)的亮點(diǎn)之一。該系統(tǒng)主要由中央控制器、雙光電眼、日本編碼器、糾偏裝置及顯示器等五大部分構(gòu)成。中央控制器中裝有：（1）、嵌入式工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（研祥 EVOC IPC-810A型），其中有主板 1613VN，32位賽揚(yáng) 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為平臺(tái)開發(fā)設(shè)計(jì)的。Visual C++編程，方便高效；（3）、數(shù)據(jù)高速采集卡等。其中FLY-3002嵌入式套色中心軟件及數(shù)據(jù)高速采集卡為本公司最新開發(fā)。

該系統(tǒng)具有集成度高、性能穩(wěn)定、響應(yīng)速度快、顏色識(shí)別范圍廣，版誤差低速修正好后升速不需要再修正等特點(diǎn)。另外，采用雙電眼進(jìn)行檢測，提高了整機(jī)檢測與調(diào)整的速度。因?yàn)殡p電眼和編碼器的配合使用可直接準(zhǔn)確捕捉套色偏差的大小和方向，減少了計(jì)算機(jī)運(yùn)算處理負(fù)荷，大大縮短了機(jī)器的自動(dòng)套準(zhǔn)時(shí)間，使控制過程更加穩(wěn)定和可靠。它具有全漢字化操作界面，全方位人機(jī)對(duì)話及各種提示指引功能，確保了高精度控制。本系統(tǒng)還具有縱向、橫向套色雙重功能。另外還增加了印前自動(dòng)對(duì)版功能，無需人工進(jìn)行對(duì)版調(diào)節(jié)，顯著地減少了原材料浪費(fèi)。

總之，由于工控機(jī)級(jí)嵌入式系統(tǒng)在印刷設(shè)備中成功的應(yīng)用，造就了凹印設(shè)備優(yōu)異的性能和卓越的品質(zhì)。專家們預(yù)計(jì)：面對(duì)我國廣闊的市場前景，她必定能產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。