嵌入式系統(tǒng)在機(jī)電控制中的應(yīng)用初探

【摘 要】在現(xiàn)代信息化飛速發(fā)展的今天，嵌入式系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)之間的聯(lián)系越來越密切。嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用到機(jī)電控制中，能大幅度降低系統(tǒng)的成本和功能消耗，更重要的是機(jī)電系統(tǒng)的功能等到進(jìn)一步的增加。和一般傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)相比，嵌入式系統(tǒng)的專業(yè)性更強(qiáng)，實(shí)時(shí)性更高，而且更加精簡。這些優(yōu)勢，讓嵌入式系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。本文主要介紹嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)及在機(jī)電控制中的應(yīng)用研究展望。

【關(guān)鍵詞】嵌入式系統(tǒng) 機(jī)電控制 特點(diǎn)

一、引言

美國的科學(xué)家在二十世紀(jì)九十年代就預(yù)測，在未來的十年內(nèi)，嵌入式系統(tǒng)將是今后一項(xiàng)最偉大的發(fā)明之一。而現(xiàn)實(shí)，事實(shí)正如預(yù)測的一樣，目前，嵌入式系統(tǒng)的研究及其在機(jī)電控制中的應(yīng)用已經(jīng)成了當(dāng)前的研究熱點(diǎn)，國際上的許多大牌公司已經(jīng)投巨資進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)在機(jī)電控制中研究，現(xiàn)在已經(jīng)研究出了有技術(shù)優(yōu)勢的嵌入式硬件平臺(tái)和軟件平臺(tái)，為今后這方面的研究發(fā)展添加了強(qiáng)大的活力。現(xiàn)在，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)在人們的生活中產(chǎn)生了方方面面的影響的同時(shí)，也為工業(yè)生產(chǎn)帶來了巨大的收入。利用嵌入式系統(tǒng)的優(yōu)勢，機(jī)電控制中嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用最具代表性。

二、嵌入式系統(tǒng)的簡介

嵌入式系統(tǒng)一般來說就是利用計(jì)算機(jī)為基本的應(yīng)用基礎(chǔ)，是將計(jì)算機(jī)嵌入到一個(gè)特定的系統(tǒng)中。這個(gè)系統(tǒng)的軟件和硬件可以裁剪，適用于應(yīng)用系統(tǒng)，對(duì)其功能，成本，可靠性，功耗和體積有很嚴(yán)格要求。他作為一種特殊的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，可分為三個(gè)部分：

（1）硬件環(huán)境：是應(yīng)用程序運(yùn)行的包括嵌入式處理器和外圍設(shè)備的硬件平臺(tái)。（2）嵌入式操作系統(tǒng)：其功能是完成任務(wù)的調(diào)度和控制，具有相對(duì)不變形的特點(diǎn)。（3）嵌入式應(yīng)用程序：是運(yùn)用于操作系統(tǒng)之上，用操作系統(tǒng)提供的機(jī)制來完成特定的功能。

三、嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)

近年來，科學(xué)家對(duì)嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用研究的熱情高漲的原因有很多方面，首先是現(xiàn)代芯片技術(shù)的飛速發(fā)展，信息時(shí)代的到來，具有很強(qiáng)的處理能力的芯片讓集成多種接口變?yōu)榱爽F(xiàn)實(shí)，很多的生產(chǎn)商將注意力集中于芯片的開發(fā)，不僅可以獲取更多的經(jīng)濟(jì)利益，而且可以加快電子工程科學(xué)的發(fā)展。其次就是現(xiàn)在對(duì)產(chǎn)品的成本的考慮，使得嵌入式系統(tǒng)成為科學(xué)家爭先研究的對(duì)象。

（一）系統(tǒng)內(nèi)核小。因?yàn)榍度胧较到y(tǒng)大多數(shù)情況下都是用在小型的電子裝置上的，其系統(tǒng)資源相對(duì)來說是很有限的，因此它的內(nèi)核要遠(yuǎn)小于其他傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)。

（二）專用性強(qiáng)。嵌入式系統(tǒng)的個(gè)性化非常的強(qiáng)，它的軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)之間的結(jié)合非常的緊密，很多情況下都需要對(duì)硬件進(jìn)行系統(tǒng)的移植，就是同樣的品牌，同樣系類的產(chǎn)品也要根據(jù)系統(tǒng)硬件的具體變化進(jìn)行不斷的修改和修正。同樣，對(duì)于不同的任務(wù)，也要對(duì)系統(tǒng)有相應(yīng)的更改，下載的程序編譯要和系統(tǒng)相結(jié)合。

（三）系統(tǒng)精簡。嵌入式系統(tǒng)和其他系統(tǒng)的區(qū)別就是一般沒有像其他系統(tǒng)一樣有應(yīng)用軟件和系統(tǒng)軟件之間的明顯區(qū)分，為了控制系統(tǒng)的成本，同時(shí)也為了實(shí)現(xiàn)操控系統(tǒng)的安全，嵌入式系統(tǒng)在他的功能設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)上沒有復(fù)雜的要求。

（四）高實(shí)時(shí)性。高實(shí)時(shí)性是嵌入式系統(tǒng)的基本要求。為了提高速度，軟件要求必須是固態(tài)存儲(chǔ)；同時(shí)軟件代碼也要求具有高質(zhì)量和高可靠性的特性。

（五）多任務(wù)的操作系統(tǒng)

嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用程序能在芯片上直接運(yùn)行，不需要操作系統(tǒng)。但用戶必須自己選擇RTOS開發(fā)平臺(tái)來合理有效的調(diào)度多任務(wù)，利用系統(tǒng)資源，只有只有這樣才能保證這個(gè)程序的實(shí)時(shí)性和可靠性，以此來保證產(chǎn)品的質(zhì)量。

四、嵌入式微處理器的應(yīng)用

目前市場中有很多嵌入式微處理器，種類繁多，而且功能各有特點(diǎn)。

嵌入式系統(tǒng)的領(lǐng)導(dǎo)者是Intel公司，旗下的代表產(chǎn)品有Strong ARM，Xscale。作為國際芯片行業(yè)的龍頭IBM公司也有自己的微處理器產(chǎn)品，如：PowerPC.Motorola的68K，以及韓國的三星公司也開發(fā)了嵌入式微處理器產(chǎn)品S3C4x系列。

基于ARM內(nèi)核的英國ARM公司研發(fā)的嵌入式微處理器目前在市場上應(yīng)用最為廣泛，其中應(yīng)用最廣泛的就是以ARM主流的32RISC芯片廣泛運(yùn)用于以消費(fèi)為導(dǎo)向的電子產(chǎn)品中，如在PDA、STB、DVD等廣泛應(yīng)用。同時(shí)還應(yīng)用在比如機(jī)電產(chǎn)業(yè)、GPS系統(tǒng)、空中管制系統(tǒng)、礦物勘探測量系統(tǒng)等更加廣泛的領(lǐng)域中，軍用和民用的系統(tǒng)也應(yīng)用其中。以ARM為嵌入式系統(tǒng)的核心應(yīng)用芯片是目前市場的大方向。現(xiàn)在的各電子行業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)都開始致力于開發(fā)自己的基于ARM的處理器產(chǎn)品，如NS，Ateml，Intel，Samsung，Philips，NEC，CirrusLogic等。

ARM處理器的特點(diǎn)不僅是體積微小、功耗低，重要的是還能實(shí)現(xiàn)“低成本高性能”的商業(yè)化目標(biāo)?，F(xiàn)在的情況是，ARM是目前市場上嵌入式微處理器芯片的第一選擇，他推出的嵌入式方案已經(jīng)成為RISC的標(biāo)志，穩(wěn)穩(wěn)地占據(jù)第一的位置。

五、總結(jié)

目前，嵌入式系統(tǒng)及其在機(jī)電控制中的應(yīng)用已經(jīng)成為當(dāng)前科學(xué)界的研究熱點(diǎn)，相信利用入式系統(tǒng)在機(jī)電控制中的可靠性，體積以及性價(jià)比等各個(gè)方面的優(yōu)勢，不久的將來，嵌入式系統(tǒng)就會(huì)被應(yīng)用于各種機(jī)電控制中。嵌入式操作系統(tǒng)是在很多種不同軟件硬件平臺(tái)上發(fā)展起來的，現(xiàn)在隨著嵌入式系統(tǒng)在信息系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，嵌入式系統(tǒng)與機(jī)動(dòng)控制共同發(fā)展。對(duì)嵌入式系統(tǒng)的進(jìn)一步研究將對(duì)開發(fā)和研究完善機(jī)電控制有著十分重要的意義，為以后的大規(guī)模工業(yè)化的應(yīng)用奠定可靠的基礎(chǔ)，并可以把人們的生活變得更加便利。

參考文獻(xiàn)：

[1]綦聲波，張承瑞，羅映.基于SOPC和量子框架的電控機(jī)械式變速器電控系統(tǒng).《農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)》.2011年10期

[2]作者：顏挺.基于嵌入式Liunx電腦繡花機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用研究.控制理論與控制工程.太原理工大學(xué).2008（學(xué)位年度）

作者簡介：

徐誠（1984—），男，漢族，江蘇蘇州市人，碩士研究生，工程師，研究方向：控制工程