關(guān)于嵌入式系統(tǒng)以及其在印刷設(shè)備中的解決方案及應(yīng)用淺析

一、什么是嵌入式系統(tǒng)呢？

在計算機、互聯(lián)網(wǎng)和通信技術(shù)高速發(fā)展的同時，嵌入式系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)也取得迅速發(fā)展。這不僅表現(xiàn)在嵌入式技術(shù)應(yīng)用范圍的急劇擴大，也體現(xiàn)在嵌入式處理器和實時操作系統(tǒng)的性能增強、日臻成熟和產(chǎn)品的升級換代。

目前，在嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域中，不少人對什么是嵌入式系統(tǒng)不甚了解。也有些人在解釋什么是嵌入式系統(tǒng)時，不是從定義出發(fā)，而是列舉了嵌入式系統(tǒng)的一些特點，往往不知所云。因此，有必要在此略加澄清。

嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，并且軟、硬件是可裁減的，適用于應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴(yán)格要求的嵌入式計算機系統(tǒng)。它一般由嵌入式微處理器、外圍硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)以及用戶的應(yīng)用程序等四個部分組成，用于實現(xiàn)對設(shè)備的控制、監(jiān)視或管理等功能。

由于嵌入式計算機系統(tǒng)要嵌入到應(yīng)用體系中，實現(xiàn)對應(yīng)用系統(tǒng)的智能化控制，因此，它有著與通用計算機系統(tǒng)完全不同的技術(shù)要求與技術(shù)發(fā)展方向。通用計算機系統(tǒng)的技術(shù)要求是高速、海量的數(shù)值計算；技術(shù)發(fā)展方向是總線速度的無限提升，存儲容量的無限擴大。而嵌入式計算機系統(tǒng)的技術(shù)要求則是應(yīng)用對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。因此，現(xiàn)代計算機技術(shù)發(fā)展的兩大分支的里程碑意義在于：它不僅形成了計算機發(fā)展的專業(yè)化分工，而且將發(fā)展計算機技術(shù)的任務(wù)擴展到傳統(tǒng)的電子系統(tǒng)領(lǐng)域，使計算機成為進入人類社會全面智能化時代的有力工具。

今天，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)無處不在，從汽車、家用微波爐、PDA、電視機，到工控生產(chǎn)現(xiàn)場、包裝、印刷、通訊、儀器、儀表、船舶、航空、航天、軍事裝備、消費類產(chǎn)品等方面，都能發(fā)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)的蹤影。

例如，F(xiàn)LY-2000嵌入式凹印機單電眼套色系統(tǒng)包含硬件和軟件兩部分：硬件架構(gòu)上以嵌入式微處理器為中心，配置存儲器、I/O設(shè)備、通信模塊等必要的外設(shè)；軟件部分以軟件開發(fā)平臺為核心，向上提供應(yīng)用編程接口（API），向下屏蔽具體硬件特性的板級支持包BSP。嵌入式系統(tǒng)中，軟件和硬件緊密配合，協(xié)調(diào)工作，共同完成系統(tǒng)預(yù)定的功能。

二、嵌入式系統(tǒng)的分類與特點

1、嵌入式系統(tǒng)的分類

有些人把單個嵌入式微處理器就當(dāng)作嵌入式系統(tǒng)，這是不對的。因為嵌入式系統(tǒng)實質(zhì)上是一個嵌入式計算機系統(tǒng)，因此，只有將嵌入式微處理器構(gòu)成了一個計算機系統(tǒng)，并作為嵌入式應(yīng)用時，這樣的計算機系統(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（MCU、SoC）、板級（單片機、模塊）和設(shè)備級（工控機）三級。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）、不帶計時功能的微處理器裝置，可在過程控制、信號放大器、位置傳感器及閥門傳動器等中找到；（3）、帶計時功能的組件，這類系統(tǒng)多見于開關(guān)裝置、控制器、電話交換機、包裝機、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、醫(yī)藥監(jiān)視系統(tǒng)、診斷及實時控制系統(tǒng)等等；（4）、在制造或過程控制中使用的計算機系統(tǒng)，這也就是由工控機級組成的嵌入式計算機系統(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

（1）、嵌入式系統(tǒng)是將先進的計算機技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和電子技術(shù)與各個行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合后的產(chǎn)物。這一點就決定了它必然是一個技術(shù)密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識集成系統(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)計趨于小型化，移動能力大大增強，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，量體裁衣、去除冗余，力爭在同樣的硅片面積上實現(xiàn)更高的性能，這樣才能在具體應(yīng)用中對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)用有機地結(jié)合在一起，它的升級換代也是和具體產(chǎn)品同步進行，因此嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品一旦進入市場，具有較長的生命周期。

（4）、為了提高執(zhí)行速度和系統(tǒng)可靠性，嵌入式系統(tǒng)中的軟件一般都固化在存儲器芯片或單片機本身中，而不是存貯于磁盤等載體中。

（5）、嵌入式系統(tǒng)本身不具備自舉開發(fā)能力，即使設(shè)計完成后用戶通常也不能對其中的程序、功能進行修改。而且還必須有一套開發(fā)工具和環(huán)境才能進行開發(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)該抓住機遇，與時俱進，奮起直追，使我國的中、高檔印刷設(shè)備盡快趕上世界先進水平。下面我們將結(jié)合幾個具體實例對工控機級嵌入式系統(tǒng)在印刷設(shè)備中的解決方案和應(yīng)用進行詳細(xì)闡述。

1、FLY-2005型嵌入式印刷圖像監(jiān)測系統(tǒng)（即“靜止畫面”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)。它運用了計算機視頻圖像壓縮處理新技術(shù)，將高速運動的圖像變?yōu)槿搜廴菀捉邮盏摹办o止”圖像，同時可進行局部放大，并能“自動”或“手動”左、右、上、下移動畫面，供操作者仔細(xì)巡查，以便對細(xì)微的印刷圖像缺陷及時發(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，價格低廉，僅為同類進口產(chǎn)品的1/3。是目前國內(nèi)中、高檔凹印機必不可少的配套產(chǎn)品。

該系統(tǒng)主要由八部分組成：（1）、嵌入式工業(yè)控制計算機采用艾雷斯（I-LACS）ACS-2406E型，其中有主板ACS-6172VE，32位賽揚CPUC2.8，硬盤HDD80GB（7200R），內(nèi)存條HY256M（DDR）等，（2）、嵌入式中心軟件是以Window2000為平臺開發(fā)設(shè)計的。VisualC++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PLC6ES7211-OAA23-OXBO，（8）、通信及控制電纜等。

2、FLY-3000嵌入式凹印機雙電眼套色系統(tǒng)是我公司最新成功開發(fā)的亮點之一。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)控制計算機（研祥EVOCIPC-810A型），其中有主板1613VN，32位賽揚CPUC31.3G，硬盤SDR80G（7200R），內(nèi)存條KVR133×64C3L128M等；（2）、FLY-3002嵌入式套色中心軟件是以WinNT為平臺開發(fā)設(shè)計的。VisualC++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、顏色識別范圍廣，版誤差低速修正好后升速不需要再修正等特點。另外，采用雙電眼進行檢測，提高了整機檢測與調(diào)整的速度。因為雙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，減少了計算機運算處理負(fù)荷，大大縮短了機器的自動套準(zhǔn)時間，使控制過程更加穩(wěn)定和可靠。它具有全漢字化操作界面，全方位人機對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（客戶可自行選擇）。另外還增加了印前自動對版功能，無需人工進行對版調(diào)節(jié)，顯著地減少了原材料浪費。套色組合最大16色，套準(zhǔn)精度±0.1mm，套色速度0-300m/min。

總之，由于工控機級嵌入式系統(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：面對我國廣闊的市場前景，她必定能產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。