自动化技术调研报告.docx
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自动化技术调研报告
自动化技术调研报告
自动化技术调研报告
——嵌入式技术
学院:
信息工程与自动化学院
班级:
自动化
姓名:
学号:
指导教师:
一、嵌入式技术基本概念
嵌入式系统(ES)是计算机技术、通信技术、半导体技术、微电子技术、语音图象数据传输技术,甚至传感器等先进技术和具体应用对象相结合后的更新换代产品。
因此往往是技术密集、投资强度大、高度分散、不断创新的知识密集型系统。
反映当代最新技术的先进水平。
嵌入式系统不仅和一般的PC机上的应用系统不同,就是针对不同的具体应用而设计的嵌入式系统之间差别也很大。
嵌入式系统一般功能单一、简单,且在兼容性方面要求不高,但是在大小,成本方面限制较多。
嵌入式计算机基本上不能算是嵌入式系统。
它仍然是计算机一类,不过是工作条件有所不同而已,因为它还保留了计算机的基本。
二、
嵌入式系统简介
嵌入式系统应用举例
家庭中使用的嵌入式产品
办公室中的嵌入式产品
手持设备MP3、GPS手持机、数码相机、数码摄像机、个人数字助理(Personal
DigitalAssistant,PDA)等。
汽车电子产品中的嵌入式产品
军事、航空、航天领域中的嵌入式产品
其他领域,如工业控制和仪器仪表、通信、
网络、移动计算、机器人、智能玩具等。
“哥伦比亚”号,整个系统的起飞重量达2000吨,高56米。
小鹰号
嵌入式系统定义和组成
IEEE:
“Deviceusedtocontrol,monitor,orassisttheoperationofequipment,machineryorplants”.
嵌入式系统是以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。
嵌入式系统组成
硬件层
中间层
软件层
功能层
嵌入式系统一般由嵌入式硬件和软件组成
硬件以微处理器为核心集成存储器和系统专用的输入/输出设备
软件包括:
初始化代码及驱动、嵌入式操作系统和应用程序等,这些软件有机地结合在一起,形成系统特定的一体化软件。
嵌入式系统特点
嵌入式系统通常是形式多样、面向特定应用的
嵌入式系统得到多种类型的处理器和处理器体系结构的支持
嵌入式系统通常极其关注成本
嵌入式系统有实时性和可靠性的要求
嵌入式系统使用的操作系统一般是适应多种处理器、可剪裁、轻量型、实时可靠、可固化的嵌入式操作系统
嵌入式系统开发需要专门工具和特殊方法
三、嵌入式技术-技术应用
嵌入式是一种专用的计算机系统,作为装置或设备的一部分。
通常,嵌入式系统是一个控制程序存储在ROM中的嵌入式处理器控制板。
事实上,所有带有数字接口的设备,如手表、微波炉、录像机、汽车等,都使用嵌入式系统,有些嵌入式系统还包含操作系统,但大多数嵌入式系统都是是由单个程序实现整个控制逻辑。
嵌入式技术近年来得到了飞速的发展,但是嵌入式产业涉及的领域非常广泛,彼此之间的特点也相当明显。
例如很多行业:
手机、PDA、车载导航、工控、军工、多媒体终端、网关、数字电视……
手机领域
以手机为代表的移动设备可谓是近年来发展最为迅猛的嵌入式行业。
甚至针对于手机软件开发,还曾经衍生出“泛嵌入式开发”这样的新词汇。
一方面,手机得到了大规模普及,另一方面,手机的功能得到了飞速发展,3、4年前的手机功能与价格与现在就不能同日而语。
随着国内3G时代的脚步日益临近,可以预料到手机领域的软硬件都必将面临一场更大的变革。
功耗、功能、带宽、价格等都是手机硬件领域的热门词汇。
从软件技术角度来看,我认为手机的软件操作系统平台会趋于标准化和统一化。
手机的应用会愈加丰富,除了最基本的通话功能外,逐渐会包括目前PDA、数码相机、游戏机等功能,更加趋向于成为个人手持终端。
汽车电子领域
随着汽车产业的飞速发展,汽车电子近年来也有了较快的发展。
但是不得不承认,目前国内的嵌入式车载领域的发展与国际相比差距还是比较大的。
电子导航系统在汽车电子中占据的比重比较大,目前导航系统在国外已经有了广泛的应用。
在国内近年来也已经开始起步,可以预料未来几年内会有比较快速的发展。
汽车电子领域的另外一个发展趋势是与汽车本身机械结合,从而可以实现故障诊断定位等功能。
消费类电子产品
消费类电子产品的销量早就超过了PC若干倍。
并且还在以每年10%左右的速度增长。
消费类电子产品主要包括便携音频视频播放器、数码相机、掌上游戏机等。
目前,消费类电子产品已形成一定的规模,并且已经相对成熟。
对于消费类电子产品,真正体现嵌入式特点的是在系统设计上经常要考虑性价比的折衷,如何设计出让消费者觉得划算的产品是比较重要的。
军工航天
对于大多数开发者和用户而言,这可能都是比较神秘的一个领域。
的确,大多数人一生都没有机会给F117战机编写控制程序。
的确,军工和航天领域是不为大众所知的领域,在这个领域里面,无论是硬件还是操作系统、编译器,通常并不是市场上可以见到的通用设备,它们大多数都是专用的。
但是并不代表这个领域落后,许多最先进的技术最前沿的成果,往往都会用在这个领域。
四、嵌入式技术-嵌入式发展
前景
嵌入式控制器的应用几乎无处不在:
移动电话、家用电器、汽车……无不有它的踪影。
嵌入控制器因其体积小、可靠性高、功能强、灵活方便等许多优点,其应用已深入到工业、农业、教育、国防、科研以及日常生活等各个领域,对各行各业的技术改造、产品更新换代、加速自动化化进程、提高生产率等方面起到了极其重要的推动作用。
嵌入式计算机在应用数量上远远超过了各种通用计算机,一台通用计算机的外部设备中就包含了5-10个嵌入式微处理器。
在制造工业、过程控制、网络、通讯、仪器、仪表、汽车、船舶、航空、航天、军事装备、消费类产品等方面均是嵌入式计算机的应用领域。
嵌入式系统工业是专用计算机工业,其目的就是要把一切变得更简单、更方便、更普遍、更适用;通用计算机的发展变为功能电脑,普遍进入社会,嵌入式计算机发展的目标是专用电脑,实现“普遍化计算”,因此可以称嵌入式智能芯片是构成未来世界的“数字基因”。
正如我国资深嵌入式系统专家—沈绪榜院士的预言,“未来十年将会产生头大小、具有超过一亿次运算能力的嵌入式智能芯片”,将为我们提供无限的创造空间。
总之“嵌入式微控制器或者说单片机好象是一个黑洞,会把当今很多技术和成果吸引进来。
中国应当注意发展智力密集型产业”。
嵌入式应用行业举例
1.机器人
随着嵌入式系统和机器人技术的普及和发展,机器人本体功能越来越趋于模块化、智能化、微型化。
同时,机器人的价格也在大幅度下降,使其在军事、工业、家庭和医疗等领域获得更广泛的应用。
例如,国内最近开发了一种“医疗服务机器人”,其核心部件主要由CPLD和多个EMCU组成。
它可将大脑脱离机器人本体并置于母环境中,采用无线通信与本体进行交互;而服务机器人本体中的小脑具体实现接收机器人大脑发出的各种命令,控制机器人各个执行和感知机构,进而实现机器人本体各个功能模块之间相互协调配合的功能。
2.军事国防领域
军事国防历来就是嵌入式系统的重要应用领域。
20世纪70年代,嵌入式计算机系统应用在武器控制系统中,后来用于军事指挥控制和通信系统。
目前,在各种武器控制装置(火炮、导弹和智能炸弹制导引爆等控制装置)、坦克、舰艇、轰炸机、陆海空各种军用电子装备、雷达、电子对抗装备、军事通信装备、野战指挥作战用各种专用设备等中,都可以看到嵌入式系统的身影。
使用嵌入式技术的武器曾为美军在伊拉克战争中发挥重要的作用。
3.医疗仪器
嵌入式系统在医疗仪器中的应用普及率极高。
在设计过程中,根据需要对嵌入式系统重新编程,可避免前端流片(NRE)成本,减少和ASIC相关的订量,降低芯片多次试制的巨大风险。
此外,随着标准的发展或者当需求出现变化时,还可以在现场更新,而且设计人员能够反复使用公共硬件平台,在一个基本设计基础上,建立不同的系统,支持各种功能,从而大大降低生产成本。
使产品具有较长的生命周期,可以保护医疗仪器不会太快过时,医疗行业的产品生命周期比较长,因此这一特性非常重要。
现代数字医疗仪器设备不但包括诊疗设备,而且还有数据存储服务器和接口软件。
嵌入式系统可为医疗仪器设备设计、生产和使用提供先进的技术支持。
当今,嵌入式系统的发展已经进入大融合的时代,其特点如下:
通信、计算机及消费电子产品(3C)融合——趋向没有独立的3C,只有融合的3C,即信息产品(IA);
数字模拟融合、微机电融合、电路板硅片融合及硬软件设计融合——趋向SoC:
和SiP;
嵌入式整机的开发工作也从传统的硬件为主变为软件为主;
激烈的市场竞争和技术进步呼唤着新颖的产品开发平台,特别是SoC开发平台的出现。
随着嵌入式技术的不断发展,嵌入式系统将更广泛应用于人类生活的各个方面。
。
。
。
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4.现代电力行业
嵌入式技术在当前电力系统故障检测和在线故障诊断中也是得到了广泛的应用。
嵌入系统使用的软件
C++在中国大陆的程序员圈子中通常被读做“C加加”,而西方的程序员通常读做“Cplusplus”,“CPP”。
它是一种使用非常广泛的计算机编程语言。
C++是一种静态数据类型检查的,支持多重编程范式的通用程序设计语言。
它支持过程化程序设计、数据抽象、面向对象程序设计、制作图标等等泛型程序设计等多种程序设计风格。
五、嵌入式系统的发展趋势
1.以信息家电、移动终端、汽车电子、网络设备等为代表的互联网时代的嵌入式系统,不仅为嵌入式市场展现了美好前景,注入了新的生命,同时也对嵌入式系统技术,提出新的挑战:
——支持日趋增长的功能密度
——灵活的网络联接
——轻便的移动应用
——多媒体的信息处理、低功耗、人机界面友好互动
——支持二次开发和动态升级等
2.形成行业的标准:
行业性嵌入式软硬件平台
——嵌入式系统是以应用为中心的系统,不会象PC一样只有一种平台。
——吸取PC的成功经验,形成不同行业的标准。
——统一的行业标准具有开放、设计技术共享、软硬件重用、构件兼容、维护方便和合作生产的特点,是增强行业性产品竞争能力的有效手段。
——如欧共体汽车产业联盟规定以OSEK标准作为开发汽车嵌入式系统的公用平台和应用编程接口
3.面向应用领域的、高度集成的、以32位嵌入式微处理器为核心的SOC(SystemOnChip)将成为应用主流
4.SoC给系统带来高性能之外更多更重要的好处
稳定性、体积、散热、功耗···
ExternalMemory
CPU
Address
Data
Cache
BusInterface
WriteBuffer
MMU/MPU
R
R
W
W
W
W
(R/W)
外设如USB、LCD控制器等
扩展芯片
内核(core)
处理器存储器子系统
SoC的片内外设
系统的片外设备
处理器(Processor)
芯片(SoC)
系统(System)
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