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      一種基于嵌入式架構(gòu)的單片機系統(tǒng)設(shè)計研究

      2015-07-02 08:50:47王禮平
      企業(yè)導(dǎo)報 2015年12期
      關(guān)鍵詞:單片機系統(tǒng)設(shè)計

      王禮平

      摘 要:單片機隨著計算機的發(fā)展而出現(xiàn)的,它是計算機的一種,在體量上來講,最多就算作一種微型。它的出現(xiàn)也是一種革命,尤其是在工業(yè)控制領(lǐng)域中,取得了廣泛的應(yīng)用。摒棄了傳統(tǒng)的計算機應(yīng)用中的一些弊端,在傳統(tǒng)的操作過程中,計算機的體積受到很大的制約,體積大無法跟生產(chǎn)線相匹配,造成了很多資源的浪費。隨著計算機的飛越發(fā)展,它的功能越來越強大,將其系統(tǒng)應(yīng)用到實際生產(chǎn)中,會帶來很多益處,無形中提高了生產(chǎn)的效率。本文對單片機和嵌入式操作系進行了簡單的闡述,讓人們有清晰的認識,并從硬件和軟件兩個方面進行闡述,在此基礎(chǔ)上對基于嵌入式架構(gòu)的單片機進行系統(tǒng)設(shè)計研究,以找到推動該技術(shù)發(fā)展的動力源。

      關(guān)鍵詞:嵌入式架構(gòu);單片機;系統(tǒng);設(shè)計

      一、單片機和嵌入式操作系統(tǒng)的定義

      單片機是在嵌入式系統(tǒng)程序應(yīng)用的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的,它就是其該系統(tǒng)的主控單元。其大部分軟件的應(yīng)用性都非常的廣泛,不是憑空制造出來了,都有很強的目的性,由此可見,它的專屬性非常的強,針對專門的功能設(shè)計專門的程序,這些專門的程序往往是一個微觀實時操作系統(tǒng),該系統(tǒng)程序的功能非常的強大,具有第一時間處理和監(jiān)控信息的功能能力,并且對突發(fā)事件第一時間作出響應(yīng),并且有針對性的提出解決方案。

      嵌入式操作系統(tǒng)的功能非常的強大,相當于人的大腦中樞神經(jīng)。它具有控制和調(diào)度任務(wù)的功能,且能儲存大量的信息,并能做到相應(yīng)的信息同步的功能,靈魂作用非常的強大。在與其他程序做對比時,它把其他的程序的一些無關(guān)緊要的功能都剔除了,做到了簡單,但是功能非常的強大,只有一個微內(nèi)核。外加上該程序的嵌入性和專用性等特點,使得應(yīng)用程序與操作系統(tǒng)處于同一個空間,使得操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序融為一體。這個時候存儲管理模塊非常的簡單。就成了人們熟知的微內(nèi)核。

      二、基于嵌入式架構(gòu)的單片機系統(tǒng)設(shè)計分析

      (一)擬定總體設(shè)計方案。單片機的設(shè)計人員非常的關(guān)鍵,在接到項目任務(wù)時,首先要進行相應(yīng)的評估,根據(jù)自身的特點設(shè)計系統(tǒng)總體方案,并對整體方案進行相應(yīng)的優(yōu)化,總體設(shè)計不能孤立的進行設(shè)計,要綜合考慮各方面的要素,并能達到要實現(xiàn)的技術(shù)指標。在實現(xiàn)技術(shù)指標要考慮多種因素,如環(huán)境、功能、要實現(xiàn)的目標等,制定一個高性價比的設(shè)計方案,該方案對今后的工作有一定的指導(dǎo)作用。

      (1)確定技術(shù)指標,編制設(shè)計任務(wù)書。單片機應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)是一個非常耗費精力的過程,首先要把根據(jù)整體的設(shè)計方案確定系統(tǒng)的功能和技術(shù)指標。要進行周密的分析,尋找到問題的癥結(jié)點,把任務(wù)進一步明確下來,具有非常明確地可操作性,還要考慮到系統(tǒng)的各種性能,確定合理可行的技術(shù)指標,在此基礎(chǔ)上,編制出完整的、可行性非常強的設(shè)計任務(wù)書,對今后的工作進行相應(yīng)的指導(dǎo)。(2)建立數(shù)學(xué)模型。在編制任務(wù)書后,后面還有很多的后續(xù)工作,而且是非常繁瑣的。設(shè)計者要根據(jù)實際情況對測控對象進行分析,把它的物理過程進行剖析,明確計算任務(wù),并且將兩者有效的結(jié)合并進行全面分析,把面臨的一些實際問題進行簡單化,抽象的問題具體化。根據(jù)上述的系統(tǒng)的總體方案作出合理的假設(shè),建立模型,把模型里面的變量和參數(shù)確定下來,并通過數(shù)學(xué)的一些公式把模型建立起來。這整個建模的過程就是對真實性的模擬,并是對該項目測控的過程,當然這整個過程要求模型盡量做到簡單,不宜太復(fù)雜,這樣單片機才能發(fā)揮重大的作用。(3)選擇合適的機型。根據(jù)上述確定的總體方案,再加上建立的數(shù)學(xué)模型,要把綜合的因素都考慮進去,這些綜合的因素包括系統(tǒng)的目標、可靠性、精度、速度和價格等,當把這些因素放到一起進行綜合評價時,會發(fā)現(xiàn)適合本系統(tǒng)的單片機并不是很多,找到最合適的一款單片機,讓其發(fā)揮更大的作用。(4)劃分硬件和軟件功能。在整個系統(tǒng)里面,軟件與硬件發(fā)揮著重要的作用,在功能劃分的過程中一定要把硬件和軟件一并考慮進來,不能單一的考慮。在單片機這個應(yīng)用系統(tǒng)中,要從軟硬件兩個方面來考慮,既要考慮到硬件的兼容性,又要考慮軟件的系統(tǒng)性,最終在功能上實現(xiàn)了兩者的相互替代。在功能上也實現(xiàn)了貫通,在系統(tǒng)設(shè)計中,要通盤考慮,權(quán)衡利弊,最終把硬件與軟件的功能清晰劃分出來。

      (二)硬件設(shè)計。硬件設(shè)計包含系統(tǒng)擴展和系統(tǒng)的配置。系統(tǒng)的配置,即按照系統(tǒng)功能要求配置外圍設(shè)備,如鍵盤、顯示器、打印機、A/D、D/A轉(zhuǎn)換器等,并設(shè)計合適的接口電路;系統(tǒng)擴展,即單片機內(nèi)部的資源不能滿足應(yīng)用系統(tǒng)的要求時,必須進行外部擴展,選擇適當?shù)男酒?,設(shè)計相應(yīng)的電路。在進行單片機應(yīng)用系統(tǒng)硬件設(shè)計過程中,要盡量多參考相關(guān)標準電路,多看一些經(jīng)典的電路設(shè)計,這對系統(tǒng)設(shè)計有好處。現(xiàn)在應(yīng)用電路系統(tǒng)功能越來越強大,由于單片機I/O口的驅(qū)動能力是有限的,所以系統(tǒng)功耗要盡可能低,必要時應(yīng)考慮增加總線驅(qū)動電路以降低系統(tǒng)負擔。系統(tǒng)的擴展性也是硬件設(shè)計中很重要的一個方面,系統(tǒng)硬件不僅要能夠滿足當前的需要,也要為以后的升級擴展留有余地。

      (三)軟件設(shè)計。軟件開發(fā)過程是一個非常復(fù)雜的過程,它包括上述提到的擬定程序總體方案,繪制程序流程圖,根據(jù)流程圖編寫程序等程序,還包括下文提到的調(diào)試程序等。單片機應(yīng)用系統(tǒng)扮演著重要的角色,所以在軟件設(shè)計上要求也是不一樣的,在開發(fā)設(shè)計軟件過程中,采用模塊化來代替相應(yīng)的程序。在上述提到的一些程序總體設(shè)計上來講,要考慮到設(shè)計的程序出發(fā),根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計的可操作性,制定切合實際的程序設(shè)計方法。在設(shè)計出來程序總體方案后,在總體方案的指導(dǎo)下,按照一些原則將整個系統(tǒng)軟件劃分不同的模塊,彼此之間要保證相互獨立,小大適當,還要根據(jù)實際情況明確數(shù)學(xué)模型和算法,繪制出來具有指導(dǎo)作用的總流程圖和各模塊的流程圖。

      (四)系統(tǒng)調(diào)試、運行和維護。系統(tǒng)調(diào)試在系統(tǒng)開發(fā)過程發(fā)揮著重要的作用,它包括兩種調(diào)試方式,一種是硬件調(diào)試,另一種是軟件調(diào)試。系統(tǒng)調(diào)試的目的就是查漏補缺,找到存在的不和諧因素,在第一時間進行修復(fù)。保證不影響系統(tǒng)的正常的運行。但是兩種調(diào)試方式的側(cè)重點不一樣,硬件調(diào)試主要側(cè)重于硬件,排除電路故障,軟件調(diào)試側(cè)重于在線仿真調(diào)試,排除是否存在編程有錯誤,對硬件是否存在問題也有一定的鑒別作用。根據(jù)系統(tǒng)存在的問題,第一時間拿出調(diào)試的方法,明確調(diào)試的環(huán)節(jié),進行相應(yīng)的調(diào)試。

      三、結(jié)束語

      該系統(tǒng)的設(shè)計在一定程度上突破了以前的弊端,它以計算機為核心,利用計算機技術(shù)來構(gòu)造嵌入式架構(gòu),這種架構(gòu)在很大程度上取決于計算機技術(shù)的發(fā)展,隨著計算機技術(shù)的發(fā)展更新?lián)Q代。剛開始出現(xiàn)計算機技術(shù)的時候,由于人們對其研究的不透徹,性能開發(fā)較差,甚至還不如今天的電子計算器,應(yīng)用少之又少,只是在科研的領(lǐng)域有所應(yīng)用。但是隨著計算機技術(shù)的不斷的開發(fā),計算機的普及性越來越高,在這種大背景下,計算機的技術(shù)又有了新的突破。而且計算機技術(shù)越來越多的解決實際問題,無形中提高了工業(yè)等領(lǐng)域的控制效率。相關(guān)領(lǐng)域?qū)<覍Τ绦蜻M行了完善,嵌入式架構(gòu)和單片機順應(yīng)時代的潮流應(yīng)運而生,解決了很多的實際問題。但是單片機在實際應(yīng)用的過程中也存在很多問題,如果有效的采用嵌入式架構(gòu)技術(shù),這樣就能解決大部分存在的問題,讓單片機系統(tǒng)發(fā)揮更大的作用。?

      參考文獻:

      [1] 周秋和. 一種簡單多功能單片機系統(tǒng)設(shè)計[J]. 武漢教育學(xué)院學(xué)報. 2000(06)

      [2] 劉穎. 單片機系統(tǒng)設(shè)計的誤區(qū)與應(yīng)對策略[J]. 長沙鐵道學(xué)院學(xué)報(社會科學(xué)版). 2013(03)

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