嵌入式系统与信息化.doc
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嵌入式系统与信息化.doc
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嵌入式系统与信息化
EmbeddedSystemandInformationzation
(上海智霖信息科技开发有限公司,上海200092) ‘J’7
N’‘J’7
叙述了嵌入式系统、嵌入式处理器、嵌入式操作系统及嵌入式系
统的特点。
叙述了嵌入式系统对工业自动化设备、多媒体教育系统、信息社会的作用。
提出了嵌入式系统是信息化社会的信息细胞。
:
嵌入式系统;嵌入式处理器;嵌入式操作系统;信息化社会;信息细胞
MCU、MPU、DSP(DigitalSignalProcessor,数字信号
处理器)、RISC(ReducedInstructionSetComputer,精简指令集计算机)等芯片,并将RAM、ROM(EPROM/EEPROM/Flash)及I/O接口芯片等组成相应的嵌入式系统,相应的系统软件,应用软件是以固件形式固
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—Internet
化在电子盘中,这是目前常用的嵌
入式系统的架构方式。
·MCU、MPU属于单片机系列。
·DSP具有数字信号处理能力强,特别适合于声音、图像等多媒体信息系统,但是其常规处理能力不强,寻址范围有限,I/O功能弱及开发平台问题,较少单独作为嵌
Abstract:
Thepaperdescribesthecharacterofembeddedsystem,embeddedprocessor,embeddedoperatingsystem(OS)andhighlightsofembeddedsystem.Itdescribesthefunctionsaboutembeddedsysteminindustrialautomationdevices,multimediaeducationsystemandinformationsociety.Theembeddedsystemistheinformationcelloftheinformationsociety.
Keywords:
Embeddedsystem;Embedded
processor;
Embedded
OS;
Informationsociety;Informationcell
入式系统的处理器,而是与嵌入式处理器相结合,构成更强
大的功能。
·RISC型处理器具有结构简单,处理速度快和处理功能强等优点,因此,新型的嵌入式系统大多数采用RISC处理器,这种处理器目前典型的代表是ARM架构处理器,世界上许多公司均基于ARM架构开发出相应的微处理器芯片,如:
ATMEL公司:
AT91系列MCU(采用ARM7TDMI内核)。
Intel公司:
SA-1110微处理器MPU(采用StrongARM
核)。
Cirros公司:
EP及CL-PS系列手持式计算机产品的MPU
(采用ARM720T核)。
LinkupSystems公司:
L720互联网处理器(采用
ARM720T)。
Sharp公司:
LH77790手持式产品中的MPU(采用ARM
7TD内核)。
其他如Hyundai公司、OKI公司、Rohm公司、Samsung
公司、Netsilicom公司等,其产品中均采用ARM内核。
·Xscale:
是另外一种新型的微架构处理器,它是新一代为无线手持式应用产品开发的嵌入式处理器,是PCA开发式平台架构中应用于子系统与通讯子系统中的嵌入式处理器。
(3)×86处理器嵌入到应用系统中
这样可充分利用PC机的通用性和便利性,采用嵌入式操作系统,并且将操作系统和应用软件均固化在固态电子盘
1
1.1
嵌入式系统是以应用为中心,整合了计算机软件,硬件技术,通讯技术和微电子技术,以“量体裁衣”的方式把所需的功能嵌入到应用系统的设备中,适用应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。
对嵌入式系统较全面地理解应当从以下3方面来认识:
(1)硬件应由嵌入式处理器做基础平台;
(2)软件应由嵌入式软件为运行平台;
(3)形式应是嵌入在设备中,各种设备有不同的外形及相应附属配件,它只不过是其中的一个控制核心部件。
1.2J嵌入式处理器的体系架构可分为3种形式:
(1)IP(IntellectualProperty)级架构
也就是片上系统SoC(SystemonChip)形式,即是依设备功能的需求,将不同的IP单元,集成在一块芯片中,它包含有处理器功能,I/O接口功能及嵌入式软件功能。
(2)芯片级架构
收稿日期:
2005-06-28
作者简介:
孙廷才,男,教授级高级工程师,1963年毕业于大连理工大学计算机专业,从事于工业控制计算机及应用系统的研制、开发工作领域,具有40多年的经验;现任上海智霖信息科技开发有限公司副总经理,担任中国计算机学会工控专委会常委,上海市计算机学会嵌入式委员会委员等职。
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中,以缩小体积,增加可靠性。
典型的产品有深圳市研祥智
能科技股份有限公司的嵌入式CPU卡及威盛电子股份有限公司的C3CPU卡。
1.3EN
由于嵌入式操作系统要固化在电子盘中,因而它应具备以下特点:
(1)代码容量小,一般核代码在几K或稍高些;总代码容量希望小于64K;
(2)面向应用,根据用户功能要求配置中间件,可裁剪,可移植;
(3)实时性强,许多应用中要求相应速度块,实时处理能力强,往往要求实时嵌入式操作系统;
(4)可靠性高,无病毒等问题。
嵌入式操作系统依应用对象不同,大致可分为以下几
类:
(1) 基于与Windows兼容的如:
嵌入式Linux、
WindowsCE、EPOC等;
(2)工业与通讯类:
VxWorks、PSON、QNX、VRTX、
Neculeus等;
(3)单片机类:
IRMX、CMX、MC/OS等;
(4)面向Internet类:
PalmOS、Visor、Hopem、PPSM
等。
1.4
嵌入式模块应当是体积小、功耗低、易于嵌入到各种应用设备中,模块外形可依设备需求而异,符合“量体裁衣”的原则,按需定制、按需配置、按需重构。
1.5
(1)功能适用,够用;
在工业自动化领域;嵌入式系统地应用产品可分为4个
方面:
(1)智能传感器工业测量中的温度、流量、压力、液位、声音等传感器,
采用嵌入式技术后,可实现信号处理,非线性校正、温度补偿、公式运算、量程变换、数字信号输出、满足现场总线的数据传输。
(2)信号变化单元目前很多信号变换模块采用了微处理器,如“亚当”系
列信号变换模块;具有RS-232转换RS-422/485模块;模拟量模块;开关量和计数器模块;嵌入式控制模块;Internet嵌入式控制器模块等。
(3)现场控制器
现场控制器包括DAS(数据采集器)、DDC(直接数字控制器)、PLC(可编程控制器)、模糊控制器、协调控制器及多功能控制器等。
以往均采用工业PC及插入相应的I/O卡进行处理,带来了硬盘可靠性、病毒、操作系统稳定性等问题,从而影响了系统可靠性。
笔者认为嵌入式系统最适合这一级的产品技术,采用嵌入式现场控制器,用固态盘代替硬盘,用嵌入式操作系统代替传统的Windows98/2000操作系统,并将操作系统,应用组态软件固化,从而产生了新一代嵌入式现场控制器,它将极大地提高系统可靠性,缩小了体积,减少了成本,增强了抗病毒和抗干扰能力,适用于工业现场的恶劣环境。
(4)嵌入式工控机近几年来,嵌入式工控机随着嵌入式技术的发展也应运
而生,它分2个方面的应用。
一是嵌入式工控卡:
如嵌入式CompactPCI卡、嵌入式
2.5英寸单板计算机卡、嵌入式3.5英寸单板计算机卡、嵌入式POS和NET卡等。
二是嵌入式工控机:
最近许多公司推出了嵌入式工控机,采用嵌入式CPU、嵌入式操作系统Linux或WindowsCE、各类嵌入式I/O模块、从而构成体积小,可靠性高的新型工控机。
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(2)
能力强;(3)(4)(5)(6)(7)(8)
(9)
可靠性高,无病毒,存储介质无机械硬盘,抗干扰
体积和尺寸小;
功耗低,无需散热风扇,无噪音;价格低,市场竞争力强;环境适应性强;操作使用人性化、仪表化;有多种类型的软件、硬件支持平台;无需经常更新换代;
近二年,多媒体教育系统发展迅速,包括多媒体教室、
中控系统、语音教室、视频会议系统等,突出一点是许多多媒体教育系统采用了嵌入式系统,替代了采用传统PC机作为教育终端机。
这主要是因为传统PC机式的终端机存在着PC机所有的缺点,如病毒侵入、可靠性问题、死机现象、维护问题、操作方式不便缺乏人性化等。
而采用嵌入式教育终端机则克服了上述PC机终端机的不足,大大增强了系统可靠性,使用的方便性及免维护性等。
北京中庆现代技术有限公司推出的嵌入式网络教育专用计算机(终端机)是一个十分典型的嵌入式系统应用产品。
嵌入式CPU采用×86,另外具有4个DSP芯片,作为专用数据处理器,每个处理器速度
(10)可充分发挥设计者的才能,创造出更好的产品。
2 Ille
嵌入式系统应用范围十分广泛,可应用于各行各业,它是信息化建设的基石,如果说PC机在过去几年的发展是一支独秀,今天嵌入式系统的应用则是百花齐放。
它可应用于制造工业、仪器仪表过程控制、信息化教育、信息家电、通讯、楼宇智能化、汽车、船舶、航空、航天、军事装备、商用POS和税控收款机、消费类产品等领域。
嵌入式技术有力地促进了工业自动化装备地发展,在仪
器仪表领域;智能化仪表在许多方面均是应用嵌入式技术,如医疗仪器、分析仪器、温度仪表、流量仪表、记录仪等。
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都在1G以上,分别处理视频图像信息、音频信息、网络通讯
及人机交互信息,嵌入式CPU只用于控制、分配任务、操作系统采用嵌入式操作系统VxWorks,很好地将嵌入式技术融入多媒体教育系统中。
嵌入式网络教学终端机具有独立地IP地址,与标准计算机一道在校园网络中任意漫游,较好地解决了“校校通”问题,使教育终端机进入各教室,对教室内
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- 关 键 词:
- 嵌入式 系统 信息化