單片機(jī)技術(shù)在嵌入式系統(tǒng)擴(kuò)展中的應(yīng)用

朱鑫鑫　黃森　冀逢銳

摘要：本文首先通過對(duì)基于單片機(jī)技術(shù)的嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)概述，由淺入深分析探討了單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)目前研究發(fā)展的概況、開發(fā)、工作原理及應(yīng)用，希望以此為提高單片機(jī)的各項(xiàng)性能提供一定的指導(dǎo)和借鑒意義。

[關(guān)鍵詞]嵌入式單片機(jī)電機(jī)控制網(wǎng)絡(luò)測(cè)控

技術(shù)是應(yīng)用科學(xué)中重要的一環(huán)，在過去的幾十年間，人們把研究的焦點(diǎn)放在了PC、交換機(jī)、服務(wù)器等上面，但是隨著硬件相關(guān)設(shè)備功能的不斷更新，大部分人們開始注意家居生活中嵌入式技術(shù)的問題。近年來，嵌入式系統(tǒng)的更新速度越來越超乎人們的想像，它以嵌入式系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用為重心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為支柱，正逐漸滲透在我們生活中的方方面面當(dāng)中，尤其是在手持設(shè)備以及信息家電等領(lǐng)域。但嵌入式系統(tǒng)技術(shù)仍然處于起步的初級(jí)階段，距離形成一套完整通用的開發(fā)方法與規(guī)范還有一定的距離。

1單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)概述

嵌入式系統(tǒng)技術(shù)指通過比較系統(tǒng)的移植，使得設(shè)備的運(yùn)行和控制朝著網(wǎng)絡(luò)化和智能化的方向推進(jìn)。嵌入式系統(tǒng)和一般的系統(tǒng)具有明顯的區(qū)別，具有其它應(yīng)用所不具有的特性：

1.1體積小

出于對(duì)產(chǎn)品的成本以及體積等方面的考慮，在儀器儀表以及智能化設(shè)備等工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合，通常要求在系統(tǒng)內(nèi)部來安裝計(jì)算機(jī)的控制部分，要求所占空間要盡可能小。

1.2存儲(chǔ)容量小

嵌入式系統(tǒng)一般以ROM、FLASHmemory等當(dāng)做存儲(chǔ)的媒介，一方面FLASHmemory的成本比較昂貴，另一方面嵌入式應(yīng)用過程中也要求其體積要盡可能小，所以，嵌入式系統(tǒng)的存儲(chǔ)容量一般無法特別大。

1.3 實(shí)時(shí)性比較強(qiáng)

作為應(yīng)用的最關(guān)鍵的部分之一，其對(duì)時(shí)間特性的要求異常嚴(yán)格。在一部分應(yīng)用系統(tǒng)中，若果超過一"定時(shí)限，即使計(jì)算出需要的結(jié)果，但是有結(jié)果和沒有結(jié)果是沒有差別的，相反，對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)甚至是起到反作用的。

2嵌入式系統(tǒng)擴(kuò)展方案及工作原理

在嵌入式系統(tǒng)擴(kuò)展的過程中，主CPU、單片機(jī)、外圍設(shè)備三部分起到了至關(guān)重要的作用，前者通過利用SPI接口實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)之間數(shù)據(jù)的交互，并經(jīng)過單片機(jī)現(xiàn)有的IO口以及UART等拓展一系列外圍設(shè)備。外圍獲取數(shù)據(jù)通過單片機(jī)的處理后，再通過SPI總線發(fā)送給主CPU。相反，主CPU如果要訪問外圍設(shè)備的話，也需要通過SPI總線傳送給單片機(jī)，并通過單片機(jī)程序最終實(shí)現(xiàn)對(duì)外圍設(shè)備的訪問與操作，如圖1所示。

本文中，主CPU與外圍單片機(jī)完成點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信的方式主要是單主單從的模式。在具體的應(yīng)用過程中，能夠依照實(shí)際的需求，借助SPI總線集成與之對(duì)應(yīng)的單片機(jī)控制單元，進(jìn)而有助于外圍設(shè)備的集成。與此同時(shí)，外圍控制單片機(jī)也可以對(duì)全部集成設(shè)備收集到的相關(guān)信息進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的前置處理，從而分擔(dān)主CPU的運(yùn)算壓力，進(jìn)一步提升整個(gè)嵌入系統(tǒng)的響應(yīng)效率。

3單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)的運(yùn)用分析

在工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域，單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)不僅成本低而且功耗也低，既有良好的維護(hù)優(yōu)勢(shì)，在實(shí)際應(yīng)用過程中也非常靈活。為了可以持續(xù)滿足不同用戶對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的需求現(xiàn)狀，當(dāng)前流通于市場(chǎng)中的單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)均有不同功能的網(wǎng)絡(luò)通信接口與之配備，值得一提的是，對(duì)不同的用戶客戶端來講，在設(shè)計(jì)過程中也采用了相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)控制端口與之匹配，而且能夠同時(shí)滿足TCP/IP協(xié)議的實(shí)現(xiàn)。

3.1嵌入式單片機(jī)在電機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

基于嵌入式操作系統(tǒng)，電機(jī)控制系統(tǒng)管理及調(diào)度工作得以有序展開，可以說嵌入式操作系統(tǒng)是控制軟件應(yīng)用平臺(tái)核心要素之一。具體實(shí)施步驟如下所述：

（1）工作人員先對(duì)要測(cè)量的工作明確劃分等級(jí)和層次，在完成劃分后開展數(shù)據(jù)的預(yù)處理。

（2）驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)的輸出，使測(cè)量工作的安全性及和可靠性得到充分的保障。當(dāng)然數(shù)據(jù)的過濾工作也要做好，從而保證數(shù)據(jù)的驅(qū)動(dòng)輸出是在樣本數(shù)據(jù)預(yù)處理完成后進(jìn)行的。

（3）進(jìn)行任務(wù)創(chuàng)建，對(duì)任務(wù)進(jìn)行合理分工和安排，從而促使電機(jī)控制系統(tǒng)的高效實(shí)行。3.2單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)在嵌入式網(wǎng)絡(luò)測(cè)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

基于單片機(jī)的嵌入式網(wǎng)絡(luò)測(cè)控系統(tǒng)正逐漸成為當(dāng)前學(xué)界研究的熱點(diǎn)問題，在網(wǎng)絡(luò)測(cè)控系統(tǒng)中隨處可以看到單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)的身影，單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)可以對(duì)從遠(yuǎn)程傳輸過來的數(shù)據(jù)信息文本等通過科學(xué)的方法進(jìn)行采集，除此之外，還對(duì)遠(yuǎn)程控制管理設(shè)備的相關(guān)信息進(jìn)行存儲(chǔ)并做到及時(shí)的上傳下達(dá)。在這一運(yùn)行過程中，單片機(jī)系統(tǒng)必須要實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)接口以及Interneter二者之間的連接，同時(shí)，通過運(yùn)用測(cè)控系統(tǒng)中的相關(guān)應(yīng)用軟件，相關(guān)部件可以順利的被網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)服務(wù)器完全固化在嵌入式系統(tǒng)的內(nèi)部相關(guān)結(jié)構(gòu)中，當(dāng)然，單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)的IP地址也會(huì)根據(jù)一定的規(guī)則存儲(chǔ)在相關(guān)的位置單元中。

一般而言，網(wǎng)絡(luò)測(cè)控系統(tǒng)主要是利用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以及串行口的通信設(shè)計(jì)等來進(jìn)行操作實(shí)現(xiàn)的。在嵌入式系統(tǒng)內(nèi)核中通常沒有串行口控制網(wǎng)絡(luò)這一模塊，故在信號(hào)傳輸和編碼的解析過程中，對(duì)信息傳輸編碼的內(nèi)核模塊進(jìn)行相關(guān)的控制操作需要通過控制化模塊才能實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)中端以及單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)的輸入以及輸出方式是完全一致的。通過終端系統(tǒng)的控制函數(shù)，可以從各個(gè)方面對(duì)網(wǎng)絡(luò)終端模塊里面的接口，尤其是數(shù)據(jù)通信接口進(jìn)行嚴(yán)格的把關(guān)和控制，最終確保異步串口通信的任務(wù)能夠在該單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)的運(yùn)行下科學(xué)有效的完成。

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