一種基于嵌入式架構(gòu)的單片機系統(tǒng)設(shè)計研究

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：

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