簡析嵌入式控制芯片在機(jī)械設(shè)備自動化控制中的應(yīng)用

張崇武 李厥瑾

摘要：隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和工業(yè)化水平的不斷提升，在各行各業(yè)中都開始融入了科技元素。機(jī)械自動化系統(tǒng)作為科技發(fā)展的一種體現(xiàn)，嵌入式控制芯片在機(jī)械自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用恰好展現(xiàn)了我國高科技的發(fā)展水平。鑒于此，本文將從嵌入式控制芯片的應(yīng)用價值入手，通過對嵌入式控制芯片在機(jī)械設(shè)備自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用的情況的分析，進(jìn)一步對未來嵌入式控制芯片在機(jī)械設(shè)備自動化控制中的應(yīng)用趨勢進(jìn)行了預(yù)測。僅供參考。

Abstract： With the rapid development of social economy and the continuous improvement of industrialization level， science and technology elements have been integrated in all walks of life. As an embodiment of the development of science and technology， the application of embedded control chip in the mechanical automation system just shows the development level of China's high technology. In view of this， this paper will start from the application value of embedded control chip， through the analysis of the application of embedded control chip in mechanical equipment automation system， further predicts the future application trend of embedded control chip in mechanical equipment automation control. It is for reference only.

關(guān)鍵詞：嵌入式控制芯片;機(jī)械設(shè)備自動化控制;應(yīng)用

Key words： embedded control chip;mechanical equipment automation control;application

中圖分類號：TP273? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）34-0167-02

0? 引言

嵌入式控制系統(tǒng)的核心在于芯片技術(shù)。隨著芯片技術(shù)的不斷提高，算法和軟件在不斷突破芯片技術(shù)的原有束縛，進(jìn)入快速發(fā)展應(yīng)用新時期。對于嵌入式控制系統(tǒng)而言，芯片在數(shù)據(jù)處理和系統(tǒng)管理的處理器應(yīng)用中具有非常重要的作用。當(dāng)前，能用于嵌入式處理器的芯片主要包括：PowerPC、Motorola68000、ARM系列的處理器;8051、8096等微控制器;嵌入式DSP等。當(dāng)前，DSP作為一項(xiàng)新的發(fā)明其在具體應(yīng)用中，主要為處理計算離散時間的信號所用。與其他傳統(tǒng)的處理器相比，其編譯能力、執(zhí)行速度都有了大幅提高，具有非常廣闊的應(yīng)用價值。

1? 嵌入式控制芯片的應(yīng)用價值

時代在發(fā)展，科技在進(jìn)步，為嵌入式控制芯片技術(shù)的發(fā)展提供了更加廣闊的空間。至今，嵌入式控制芯片技術(shù)的研發(fā)應(yīng)用至今已有幾十年的時間，其重要性越發(fā)受到社會各領(lǐng)域的重視，特別是近年來機(jī)械自動化系統(tǒng)的應(yīng)用普及，將嵌入式控制芯片的應(yīng)用帶入到全新的發(fā)展階段，其應(yīng)用價值也越發(fā)顯現(xiàn)，主要體現(xiàn)在：

1.1 處理器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

嵌入式控制芯片處理器和其他設(shè)備的處理器間存在較大的差異，這種處理器的結(jié)構(gòu)會隨著設(shè)備的差異而進(jìn)行自主調(diào)整，而且非常快速方便。當(dāng)前，嵌入式控制芯片技術(shù)在汽車導(dǎo)航、信息監(jiān)控等的應(yīng)用中非常受歡迎，特別是在汽車導(dǎo)航的應(yīng)用中，使用者能隨時隨地了解自己所處的地理位置，不但快速，而且精準(zhǔn)，有效消除了外地人身處陌生城市時的迷路尷尬。

1.2 信息存儲量巨大，安全

嵌入式控制芯片技術(shù)的優(yōu)勢除了對信息有一定的安全保障外，還在于其信息的存儲量巨大。在我們的生活周邊，較為常見的公交卡和自動取款機(jī)等所采用的均為這種技術(shù)，以自動取款機(jī)為例，在取款中我們可以通過刷卡的方式取款，非常的便捷，而且對個人信息和財產(chǎn)安全也起到了一定的保護(hù)作用，在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)生活中具有非常好的應(yīng)用價值。

1.3 專用性強(qiáng)

嵌入式控制芯片系統(tǒng)中，對各項(xiàng)軟硬件的結(jié)合度要求非常高，也就是說，一旦在具體應(yīng)用中對系統(tǒng)做出了調(diào)整，則要求對系統(tǒng)內(nèi)的硬件系統(tǒng)也做出相應(yīng)的調(diào)整，就算是同一類型的芯片，當(dāng)系統(tǒng)做出調(diào)整時，也必須對其內(nèi)部的硬件系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，在具體應(yīng)用中應(yīng)注意區(qū)分硬件專業(yè)性強(qiáng)的特點(diǎn)與普通軟件升級間的不同。

1.4 特定性

在對嵌入式控制芯片的改進(jìn)過程中，它本身不具有自我開發(fā)能力，目標(biāo)市場的用戶也不具有對芯片進(jìn)行自主改進(jìn)的權(quán)力，這也就意味著在對嵌入式控制芯片進(jìn)行進(jìn)行開發(fā)和改進(jìn)的過程中，都需要有特定的工具和場所才能完成。在其開發(fā)過程中，離不開主機(jī)和目標(biāo)機(jī)的操作，其中，在程序的開發(fā)中需要用到主機(jī)，程序開發(fā)完之后的執(zhí)行階段，需要目標(biāo)機(jī)來實(shí)現(xiàn)，在整個開發(fā)過程中，用同時用到主機(jī)和目標(biāo)機(jī)的交替應(yīng)用。

1.5 可裁剪性強(qiáng)

前述中可知，嵌入式控制芯片具有非常強(qiáng)的專業(yè)性，這一特點(diǎn)在彰顯其應(yīng)用優(yōu)勢的同時也顯現(xiàn)出一定的不足，其中給消費(fèi)者造成不便的問題非常突出，為消除這一問題，要求嵌入式控制芯片技術(shù)的供應(yīng)商應(yīng)盡可能多的供應(yīng)更多的軟硬件，以滿足不同消費(fèi)者的多樣化應(yīng)用需求，這種做法一方面會提升消費(fèi)者的滿足感，另一方面也會無形中增加供應(yīng)商的成本支出。為實(shí)現(xiàn)對功能提升且成本不增加的目標(biāo)，研發(fā)人員將嵌入式控制芯片技術(shù)的硬件系統(tǒng)和操作系統(tǒng)設(shè)計成了可剪裁式靈活系統(tǒng)，這種研發(fā)創(chuàng)新在滿足雙方利益需求的同時，也維護(hù)了兩者利益的平衡，同時也打開了嵌入式控制芯片系統(tǒng)應(yīng)用的新空間。

2? 嵌入式控制芯片在機(jī)械設(shè)備自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.1 在通信方面的應(yīng)用

以藍(lán)牙技術(shù)的使用和發(fā)明為例。在常見的電子設(shè)備中，我們經(jīng)常用到的是短距離的有線連接方法，藍(lán)牙技術(shù)的出現(xiàn)成功實(shí)現(xiàn)了無線數(shù)據(jù)網(wǎng)的連接。在其應(yīng)用中，以語音傳輸為例，在具體應(yīng)用中具有成本低、距離短的特點(diǎn)。即利用藍(lán)牙技術(shù)實(shí)現(xiàn)了將設(shè)備與多個微微網(wǎng)進(jìn)行連接的功能，從而形成了分散式網(wǎng)絡(luò)，在訊設(shè)備之間建立起連接關(guān)系，連接速度非?？??？偨Y(jié)發(fā)現(xiàn)，藍(lán)牙技術(shù)的特點(diǎn)是應(yīng)用段分組和快跳頻技術(shù)，有效降低了同頻干擾現(xiàn)象，使音頻傳輸速率變強(qiáng)。并通過糾錯編碼技術(shù)和FM調(diào)制，有效減少了遠(yuǎn)距離傳輸過程中噪音對信號的干擾，降低了設(shè)備的復(fù)雜性。

2.2 在現(xiàn)場總線技術(shù)中的應(yīng)用

現(xiàn)場總線作為一種低成本網(wǎng)絡(luò)類型，在機(jī)械設(shè)備自動化領(lǐng)域的應(yīng)用非常普遍，通過微處理芯片的應(yīng)用有效實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化設(shè)備的完全分散控制，并將現(xiàn)場分散的測量和控制設(shè)備的各個單點(diǎn)當(dāng)成了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，通過總線連接的方式完成對現(xiàn)場的系統(tǒng)控制。這些應(yīng)用成果的取得離不開自動化控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，并形成了新的網(wǎng)絡(luò)集成式的分布控制系統(tǒng)，在提升了系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化的同時，也提升了系統(tǒng)的開放性。

3? 未來嵌入式控制芯片在機(jī)械設(shè)備自動化控制中的應(yīng)用趨勢分析

3.1 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)發(fā)展趨勢

未來，嵌入式控制芯片技術(shù)將和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展相結(jié)合，在我們的生活中也將有更多高科技產(chǎn)品出現(xiàn)，特別是在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和款待技術(shù)日趨成熟的新時代，對機(jī)械設(shè)備的功能要求也將逐步提升，對多功能化要求會越來越高，嵌入式控制芯片技術(shù)的應(yīng)用前景也將越來越廣闊。同時，也要求芯片制造廠商應(yīng)加大在芯片集成等功能方面的研發(fā)力度，在軟件開發(fā)應(yīng)用中也應(yīng)逐漸朝著應(yīng)用實(shí)時多任務(wù)編程技術(shù)和交叉開發(fā)工具技術(shù)來完成對復(fù)雜性功能的控制，以實(shí)現(xiàn)簡化程序、提升軟件質(zhì)量、縮短研發(fā)時長。

在嵌入式控制芯片技術(shù)在機(jī)械設(shè)備自動化控制的應(yīng)用中，網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)將成為必經(jīng)之路。網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的發(fā)展也將推動該項(xiàng)技術(shù)朝著更廣闊的市場發(fā)展。與此同時，要求相關(guān)的嵌入式控制芯片供應(yīng)商要在芯片硬件上逐漸開放通信端口，為嵌入式控制芯片的網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展方向提供硬件基礎(chǔ)。并將打開支持TCP/IP協(xié)議，支持USB、CAN等通信接口等新功能，為便利用戶、促進(jìn)嵌入式芯片的發(fā)展都將有重要硬性。在軟件發(fā)展過程中，未來要求嵌入式控制芯片業(yè)必須與時俱進(jìn)，加快網(wǎng)絡(luò)模塊的開發(fā)應(yīng)用力度，可通過嵌入瀏覽器的方式來實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備隨時上網(wǎng)的使用需求。

3.2 簡約內(nèi)核發(fā)展趨勢

未來的嵌入式控制芯片設(shè)備離不開軟硬件的共同作用，為使其功耗和成本損耗減到最低，更需要設(shè)計者在系統(tǒng)內(nèi)核精簡方面下功夫，在系統(tǒng)內(nèi)核精簡過程中，除保留重要軟硬件外，還應(yīng)合理利用資源，盡量用最少的資源投入來實(shí)現(xiàn)最佳的功能效果，為達(dá)到這一性能目標(biāo)，要求設(shè)計者們不斷改進(jìn)算法，優(yōu)化編程模型和編譯器性能。要實(shí)現(xiàn)這一發(fā)展目標(biāo)，要求相關(guān)的軟件開發(fā)人員必須掌握足夠的硬件知識和相關(guān)的技術(shù)知識，在優(yōu)化性能、降低成本的道路上不斷簡化系統(tǒng)內(nèi)核，提升其在市場競爭中的價格優(yōu)勢。

3.3 融合發(fā)展趨勢

當(dāng)前，市場上的嵌入式控制芯片種類眾多，對研發(fā)人員感覺到應(yīng)用起來非常不便，主要是因?yàn)樵诓煌到y(tǒng)上開發(fā)出的應(yīng)用程序在交叉應(yīng)用中具有不可移植性，如，在OS2操作系統(tǒng)上開發(fā)出的程序，在OS3上如不經(jīng)過移植就無法使用。因此，未來的嵌入式控制芯片在機(jī)械設(shè)備自動化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用發(fā)展中，必將朝著融合應(yīng)用的方向發(fā)展。即未來的操作系統(tǒng)將適用于任何一套應(yīng)用程序，也可以說，嵌入式控制芯片的融合應(yīng)用將成為未來發(fā)展的一個重要趨勢。

特別是在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和寬帶技術(shù)不斷發(fā)展的今天，網(wǎng)絡(luò)上的信息量越來越多，所應(yīng)用的項(xiàng)目更加多樣化。這里我們已電話手機(jī)的嵌入式電子設(shè)備為例，近年來其功能已經(jīng)變得日趨多樣化，結(jié)構(gòu)上也越來越復(fù)雜。但在嵌入式控制芯片的應(yīng)用過程中，其需求卻越來越高，為滿足現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)生活的需要，設(shè)計師們只有不斷研發(fā)出功能更強(qiáng)大的嵌入式處理器，才能不斷提升設(shè)備的處理能力。此外，在采用實(shí)時多任務(wù)編程技術(shù)和交叉開發(fā)技術(shù)來控制功能復(fù)雜性方面的要求也越來越高。因此，只有不斷在設(shè)計上精簡應(yīng)用程序，盡量縮短軟件開發(fā)周期，才能保證軟件應(yīng)用質(zhì)量，提升其應(yīng)用成效。

3.4 生活化發(fā)展趨勢

就目前而言，我國的嵌入式控制系統(tǒng)發(fā)展還有很大的進(jìn)步空間，部分技術(shù)還有待進(jìn)一步改進(jìn)，特別是在工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中，嵌入式控制系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷結(jié)合，越來越多的高科技產(chǎn)品研發(fā)成功并上市，在人類的日常生活中被廣泛應(yīng)用。未來，嵌入式控制系統(tǒng)的高科技產(chǎn)品將會越來越多的出現(xiàn)在人們的現(xiàn)實(shí)生活中，生活化也將成為其重要的發(fā)展趨勢之一。

4? 結(jié)束語

眾所周知，嵌入式控制系統(tǒng)的發(fā)展推動了人類科技的向前發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和寬帶技術(shù)的進(jìn)步表明科技文明的向前發(fā)展，在網(wǎng)絡(luò)資源越發(fā)多樣化的今天，嵌入式系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)日趨簡單化，其優(yōu)勢地位越發(fā)凸顯，特別是在通信系統(tǒng)和總線控制系統(tǒng)應(yīng)用中獲得了卓有成效的進(jìn)展，機(jī)械設(shè)備自動化控制技術(shù)方面，研究人員更加重視嵌入式控制系統(tǒng)的研發(fā)。未來，嵌入式控制芯片雖然在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)生活的應(yīng)用中仍存在一定的不足，但未來，它將朝著網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、簡約內(nèi)核、融合發(fā)展和生活化方向發(fā)展，其應(yīng)用前景廣闊。

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