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電子萬能試驗機及
液壓萬能試驗機的著名品牌。也是國內(nèi)最早的民營試驗機企業(yè)之一。試驗機在儀器儀表行業(yè)中占有重要的位置。今天 我們一起探討高級嵌入式計算機系統(tǒng)在自動化儀器儀表中的具體應用情況。
摘要：隨著社會的發(fā)展以及技術(shù)水平的提高，嵌入式計算機作為一種新興的計算機系統(tǒng)，已被社會人士得到廣泛的關(guān)注。目前，該系統(tǒng)已被廣泛應用在工業(yè)控制系統(tǒng)、計算機設備以及智能化家電當中。本文主要分析了嵌入式計算機系統(tǒng)在自動化儀器儀表中的應用，以期促進儀器儀表行業(yè)得到更快更好的發(fā)展。
在新時代信息發(fā)展的今天，信息化、智能化、數(shù)字化得到了較快的發(fā)展，這極大的推動了我國科技與經(jīng)濟的發(fā)展。在計算機領(lǐng)域，自動化儀器儀表的主要功能是為了對社會中各個物質(zhì)進行測量，它是信息發(fā)展的源頭，是整個社會發(fā)展的重要手段。在自動化儀器儀表中，嵌入式計算機作為一種新興的高級系統(tǒng)，已逐漸被業(yè)界人士廣泛關(guān)注，通過相關(guān)研究，已將其運用在日常生活中，并為自動化儀器儀表提供了良好的條件，促使儀器儀表行業(yè)向更好的方向發(fā)展。
一、高級嵌入式計算機系統(tǒng)的應用為儀器儀表行業(yè)發(fā)展提供了廣闊的前景
（一）嵌入式計算機系統(tǒng)分類。
嵌入式計算機系統(tǒng)主要是通過計算機技術(shù)為主要內(nèi)容，適應硬件軟件系統(tǒng)，并且需要該系統(tǒng)的功能、體積、能耗、成本等各個方面都達到一定的要求，該系統(tǒng)是一款專用性很強的計算機系統(tǒng)。近年來，嵌入式計算機系統(tǒng)越來越發(fā)達，通過分析，我們可將其分為以下幾種類型：1）基于單片機的MCU系統(tǒng)。這種系統(tǒng)中主要是采用8位或者16位的處理器進行的，該系統(tǒng)的優(yōu)點是具有高集成度，并且具有良好的控制功能；缺點是容量小，存儲空間有效，功能不能夠達到理想的效果。2）工業(yè)化單板機（PC104）。該系統(tǒng)的優(yōu)點是：功能極為強大，并且機器小、能耗低、安全可靠；其缺點是：不夠靈活，只能夠選擇一些板卡級硬件進行裁剪。3）MPU或者DSP系統(tǒng)。這種系統(tǒng)主要是采用32位的處理器進行運作，它能夠根據(jù)規(guī)定或要求對硬件進行裁剪，不會受到其他因素的限制，這種嵌入式計算機系統(tǒng)擁有一個巨大的軟件平臺，專用性極強。
（二）嵌入式計算機系統(tǒng)前景廣闊。
在實際工作中，我們可以根據(jù)自動化儀器儀表的特殊要求，將硬件進行合理的裁剪，使系統(tǒng)微型化，并能夠有效的實現(xiàn)高集成度，此時的自動化儀器儀表就能夠越來越智能化，它可以對外界物質(zhì)的空間特性進行科學的測量，能夠有效的對電路補償，有利于對獲取的信息進行科學的處理，能夠自我診斷故障并維修，還能夠自我學習，適應能力極強。在利用嵌入式計算機系統(tǒng)的過程中，有利于幫助自動化儀器儀表完成遠程控制、探測、維護、處理等功能，這些都是過去儀器儀表中不能夠完成的。總而言之，嵌入式計算機系統(tǒng)的誕生與應用，為自動化儀器儀表的發(fā)展提供了有利的依據(jù)。
二、軟硬件協(xié)同設計是自動化儀表設計的新模式
（一）傳統(tǒng)儀器儀表設計的弊端難以滿足市場發(fā)展需要。
過去，我們在對儀器儀表進行設計的過程中，工序極為復雜，其主要流程是：首先需要對計算機系統(tǒng)的硬件進行設計；其次應該對系統(tǒng)的軟件進行設計；最后還需要對整個系統(tǒng)的集成度進行全面的測試。在設計過程中，設計師如果發(fā)現(xiàn)計算機的硬件出現(xiàn)錯誤或者整個系統(tǒng)出現(xiàn)各種缺陷問題，要想在此基礎上更正是不大實際的，往往需要設計人員對整個系統(tǒng)進行重新設計，這樣也就不僅延長了系統(tǒng)開發(fā)的周期，增加了經(jīng)濟成本，還不能夠滿足社會發(fā)展的需求，不能為市場提供良好的產(chǎn)品。
（二）嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)復合自動化儀器儀表的設計發(fā)展。
在嵌入式系統(tǒng)的研究開發(fā)中，人們認識到軟件與硬件的開發(fā)不應是獨立的、分離的，而應是協(xié)同的、一致的。即在軟件和硬件實現(xiàn)之前，對軟硬件所實現(xiàn)的功能進行劃分，以便產(chǎn)生一個最佳的分解方案，同時在硬件開發(fā)之前，應對包含軟件、硬件的嵌入式系統(tǒng)所實現(xiàn)的功能進行驗證，以確保系統(tǒng)的實現(xiàn)與最初的功能規(guī)格說明相一致。這就是一種新的設計模式—軟硬件協(xié)同設計（CoDesign）。這種思想對于自動化儀表的設計是很有借鑒意義的。軟硬件協(xié)同設計可分為四個階段：系統(tǒng)功能描述和劃分階段，軟硬件設計階段，協(xié)同模擬階段，軟硬件綜合階段。
1.軟硬件綜合。
模擬通過后進行軟硬件綜合，最后完成整個系統(tǒng)的設計。硬件構(gòu)件的綜合可由硬件高層綜合、邏輯綜合、版圖綜合等幾個不同階段構(gòu)成。軟件構(gòu)件的綜合包括軟件高級綜合、編譯、匯編等幾個階段。采用這種新的設計思想，不僅能夠降低設計成本，縮短設計周期，而且避免了重復設計，提高了設計的合理性和成功率。
2.軟硬件功能分解。
在系統(tǒng)功能描述的基礎上，根據(jù)設計目標和約束條件進一步對系統(tǒng)進行分解，劃分軟硬件部分，使系統(tǒng)設計能夠并行進行，使系統(tǒng)方案接近最優(yōu)。
3.系統(tǒng)協(xié)同模擬。
軟硬件設計完畢，通過通信和同步機制對整個系統(tǒng)綜合模擬驗證，及時發(fā)現(xiàn)并修正系統(tǒng)設計偏差。
4.系統(tǒng)功能描述和劃分。
在設計的初期就對系統(tǒng)的功能和性能進行驗證，采用和實現(xiàn)無關(guān)的語言描述系統(tǒng)的功能，可以采用VHDL作為算法級的描述語言，也可以通過對C語言進行必要的修改與擴充作為行為級的描述語言，以便對系統(tǒng)功能進行模擬驗證。
三、高性能嵌入式處理器是新型自動化儀表的核心
（一）高性能嵌入式系統(tǒng)使新型儀器高性能成為可能。
目前的自動化儀表大多采用8位或者16位的微控制器（單片機），雖然在一定程度上做到了智能化，但是隨著需要實現(xiàn)的功能越來越多，越來越復雜，已經(jīng)有些力不從心。同時，微電子技術(shù)、芯片技術(shù)、集成電路工藝的飛速發(fā)展，使得高性能的嵌入式處理器的價格、體積、功耗都不斷降低，新型儀器中使用高性能的嵌入處理器已成為可能。嵌入式DSP處理器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令進行了特殊設計，適合于執(zhí)行DSP算法，編譯效率較高，指令執(zhí)行速度也較快。在數(shù)字濾波、FFT、譜分析等方面具有突出的優(yōu)勢，比較有代表性的產(chǎn)品是TI的TMS320系列和Motorola的DSP56000系列。為了滿足各種不同應用的需求，CPU生產(chǎn)商還提供了專用的集成化處理器。以32位處理器為內(nèi)核，處理器中還集成了許多外圍的功能。如Motorola68360是一個32位內(nèi)核（CPU32+）的集成通信用CPU，它最大的特點是集成了一個通信系統(tǒng)，內(nèi)含4路同步協(xié)議的協(xié)議通道，可以支持HDLC、T1/E1、ISDN等通信協(xié)議。ARM系列的微處理器種類更多，有專用于網(wǎng)絡的，專用于通信的，集成DSP協(xié)處理器的，還有支持Java的等等。
（二）嵌入式實時操作系統(tǒng)RTOS使自動化儀表產(chǎn)生質(zhì)的飛躍。
自動化儀表不一定需要實時操作系統(tǒng)，而且在以往的儀器儀表中由于處理器功能、存儲器容量等限制，實時操作系統(tǒng)也難以實現(xiàn)應用。隨著儀器儀表硬件功能的增強，成本的降低，功能要求的增加和復雜化，需要實時操作系統(tǒng)對多個任務進行合理協(xié)調(diào)調(diào)度，管理系統(tǒng)資源的要求越來越迫切。
四、結(jié)束語
由上可知，嵌入式計算機系統(tǒng)是當前社會中應用最為廣泛的一種設備，它的誕生與發(fā)展促進了儀器儀表行業(yè)的快速發(fā)展，并且在國際上掀起了一股研究嵌入式計算機系統(tǒng)的熱潮。在利用嵌入式計算機系統(tǒng)的過程中，我們需要運用先進的設計模式，并選用一種高性價比處理器系統(tǒng)，然后在現(xiàn)代化發(fā)展的驅(qū)使下，使儀器儀表行業(yè)走向智能化、信息化、網(wǎng)絡化，有利于該行業(yè)更快更好的發(fā)展。
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