序論：好文章的創(chuàng)作是一個(gè)不斷探索和完善的過(guò)程，我們?yōu)槟扑]十篇嵌入式設(shè)計(jì)系統(tǒng)范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質(zhì)，帶來(lái)更深刻的閱讀感受。

篇（1）

中圖分類號(hào):TP311文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1009-3044(2009)34-9742-02

The Design on UML Embedded Systems

YU Hai-wen

(College of Information Engineering Nanchang University(Pre-Lake Campus), Nanchang 33000, China)

Abstract: UML is the the most popular standard modeling language, embedded systems are professional computer system on the centre of application and the base of computer technology, embedded systems are the integrity of software and hardware; The design's quality of embedded systems is the key of success about digital products. The paper discuss the important conception of UML,and how to use the technology of UML OOD in the design of embedded systems, then show us the steps based on the example of microwave light.

Key words: UML; embedded systems; OOD modeling; two-way engineering

近年來(lái),數(shù)字家電、汽車電子、MP3、Smart Phone等躍居電腦產(chǎn)業(yè)的主流地位,數(shù)字整合的需求日益增長(zhǎng),嵌入式軟件(Embedded Software)系統(tǒng)愈來(lái)愈復(fù)雜,涉及到的接口越來(lái)越多,這種軟、硬件結(jié)合的協(xié)同設(shè)計(jì)(Hardware/Software Co-design)需要不同技術(shù)背景的人共同開發(fā),如何使這些具有不同技術(shù)背景和專長(zhǎng)的人聯(lián)合開發(fā)、協(xié)同設(shè)計(jì)?UML可以解決這個(gè)問(wèn)題。統(tǒng)一建模語(yǔ)言UML(Unified Modeling Language)采用一種簡(jiǎn)單而直觀的圖形化方式描述系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的各個(gè)問(wèn)題和細(xì)節(jié)。不同技術(shù)背景的設(shè)計(jì)師只需懂得UML 符號(hào)就可以與對(duì)方交流、共同設(shè)計(jì)。

本文將重點(diǎn)討論如何在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中使用 UML 技術(shù),并結(jié)合實(shí)例“微波爐小燈”演示采用 UML 的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程。

1 UML OOD建模

1.1 UML基本概念介紹

1.1.1 UML事物

UML中事物是實(shí)體抽象化的最終結(jié)果,是模型中的基本成員,UML中包含結(jié)構(gòu)事物、行為事物、分組事物和注釋事物。

1.1.2 UML建模圖

圖是事物集合的分類,UML中包含多種圖:1)類圖(Class Diagram);2)對(duì)象圖(Object Diagram);3)包圖(Package Diagram);4)組件圖(Compoment Diagram,也稱構(gòu)件圖);5)部署圖(Deployment Diagram);6)用例圖(Usecase Diagram);7)時(shí)序圖(Sequence Diagram);8)協(xié)作圖(Collaboration Diagram);9)狀態(tài)圖(Statechart Diagram);10)活動(dòng)圖(Activity Diagram)。

由于篇幅原因,本文將結(jié)合一個(gè)需求非常簡(jiǎn)單的“微波爐小燈”的實(shí)例,給出幾個(gè)重要的圖。本文介紹的圖采用業(yè)界使用最廣泛的UML建模工具Rational Rose。Rational Rose為團(tuán)隊(duì)開發(fā)和規(guī)范的開發(fā)過(guò)程管理提供了良好的支持。

1.2 UML OOD建模

從應(yīng)用的角度上來(lái)講,面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)設(shè)計(jì)一般需要完成如下工作:

1)描述需求;2)根據(jù)需求建立系統(tǒng)的靜態(tài)模型;3)建立系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型:即描述系統(tǒng)的行為。

1.2.1 描述需求

“微波爐小燈”的實(shí)例需求很簡(jiǎn)單,即微波爐里有個(gè)小燈,微波爐門打開時(shí),它就亮起來(lái),一旦關(guān)上門,就熄掉了。本文將根據(jù)此需求說(shuō)明,采用UML設(shè)計(jì)一個(gè)控制程序來(lái)感應(yīng)微波爐對(duì)象的狀態(tài)變化,并且觸發(fā)小燈對(duì)象的狀態(tài)變化。

1.2.2 建立系統(tǒng)的靜態(tài)模型

用例圖(Use Case Diagram):UML的Use Case圖1描述User對(duì)整體系統(tǒng)的功能需求,本例中,User會(huì)有兩項(xiàng)動(dòng)作――“開微波爐”與“關(guān)微波爐”,而且期待開微波爐時(shí)會(huì)亮小燈,關(guān)微波爐時(shí)小燈會(huì)自動(dòng)熄掉。

類圖(Class Diagram):如圖2,類是OOD中一個(gè)重要概念。軟件組件的模塊通稱為組件的類(Class),OOD設(shè)計(jì)理念是程序指令寫在類里,其所檢驗(yàn)測(cè)試的對(duì)象都是類,等到電腦執(zhí)行時(shí)才由電腦在內(nèi)存中定義實(shí)體組件(對(duì)象)。

1.2.3 建立系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型

建立系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型實(shí)質(zhì)就是描述系統(tǒng)的行為。

時(shí)序圖(Sequence Diagram):圖3這個(gè)時(shí)序圖反映了開微波爐過(guò)程中觸發(fā)小燈亮的詳細(xì)執(zhí)行過(guò)程。

狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖4(Statechart Diagram):對(duì)對(duì)象行為做詳細(xì)的描述。就小燈而言,消息的傳達(dá)是個(gè)事件(Event),這事件令小燈改變狀態(tài)(亮或熄)。

2 雙向工程

2.1 正向工程

Rational Rose中可實(shí)現(xiàn)正向(為模型產(chǎn)生相應(yīng)的代碼,即程序框架)、逆向(從用戶原來(lái)的軟件系統(tǒng)導(dǎo)出該系統(tǒng)的模型)和雙向工程(實(shí)現(xiàn)模型和代碼之間的循環(huán)工程),從而保證模型與代碼的高度一致,這個(gè)功能意味著降低了開發(fā)人員編寫程序的復(fù)雜度和工作量。

Rational Rose支持C++、Visual C++、Java、Smalltalk、Ada、Visual Basic、PowerBuilder等語(yǔ)言和開發(fā)工具,并能為CORBA 應(yīng)用生成接口定義語(yǔ)言(IDL),為數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用生成數(shù)據(jù)庫(kù)描述語(yǔ)言(DDL)等。Rational Rose默認(rèn)支持的語(yǔ)言是Java。

本例中,在完成了“微波爐小燈”類圖制作后,選擇菜單“Tools” “Java/J2EE”“generate code”即可生成Java代碼,當(dāng)原建模文件更新時(shí),代碼會(huì)同步更新。

2.2 逆向工程

前面所述正向工程雖然只是得到了代碼框架,實(shí)現(xiàn)功能部分的代碼仍需開發(fā)人員輸入。隨著軟件功能的實(shí)現(xiàn)及新的用戶需求的加入,原建模文件在需要更新時(shí),可不需要重新畫圖,只需進(jìn)行逆向工程操作即可。本例中,在完成了“微波爐小燈”代碼后,選擇菜單“Tools”“Java/J2EE”“reverse engineer”即可生成新的建模文件。

3 小結(jié)

在軟、硬件設(shè)計(jì)領(lǐng)域中,采用UML進(jìn)行軟件組件設(shè)計(jì)及其架構(gòu)(Architecture)規(guī)劃技術(shù)逐漸成為業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。根據(jù)本文及“微波爐小燈”實(shí)例,顯然從UML設(shè)計(jì)圖到Java(C及C++)代碼的過(guò)程很流暢。

參考文獻(xiàn):

篇（2）

引言

黑盒測(cè)試是從用戶觀點(diǎn)出發(fā)的測(cè)試，依據(jù)需求功能說(shuō)明書中的預(yù)期用途、定時(shí)和性能的要求，推斷測(cè)試結(jié)果。黑盒測(cè)試根據(jù)測(cè)試階段可分為單元測(cè)試、集成測(cè)試、確認(rèn)測(cè)試、系統(tǒng)測(cè)試四個(gè)階段[1]。嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)具有與傳統(tǒng)軟件測(cè)試不同的新特性，因此需要采取針對(duì)性的測(cè)試方法。通用的測(cè)試方法可分為靜態(tài)時(shí)間分析和動(dòng)態(tài)時(shí)間分析。

1嵌入式軟件測(cè)試的環(huán)境分析

在線仿真配備了CPU芯片接口，提供和應(yīng)用程序交流信息橋，不足之處在于對(duì)硬件的依賴性較強(qiáng)，測(cè)試范圍較窄；目標(biāo)機(jī)仿真測(cè)試結(jié)果真實(shí)，但由于實(shí)際運(yùn)行中連接外部設(shè)備，很難辨識(shí)軟件和硬件錯(cuò)誤。在實(shí)際測(cè)試中，根據(jù)測(cè)試效率、成本、可靠性、自動(dòng)化程度等因素選擇測(cè)試環(huán)境[2]。

2嵌入式測(cè)試系統(tǒng)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)

CodeTest一方面吸取軟件插樁技術(shù)，另一方面從硬件測(cè)試那里吸取從總線獲取數(shù)據(jù)的技術(shù)，并進(jìn)行升級(jí)改造。在硬件測(cè)試時(shí)，CodeTest選擇插入點(diǎn)的方式為主動(dòng)獲取關(guān)鍵數(shù)據(jù)。和CodeTest相比，純軟件測(cè)試對(duì)目標(biāo)測(cè)試的影響大大降低。因此選用Cereal仿真器。嵌入式軟件測(cè)試系統(tǒng)由功能測(cè)試模塊、代碼測(cè)試模塊、數(shù)據(jù)分析和文檔報(bào)告模塊、通信接口轉(zhuǎn)換模塊組成。對(duì)于黑盒測(cè)試來(lái)說(shuō)，功能測(cè)試模塊居主導(dǎo)地位，它主要通過(guò)接收目標(biāo)系統(tǒng)輸出信號(hào)和需要的信號(hào)進(jìn)行比對(duì)來(lái)判定目標(biāo)系統(tǒng)在功能上是否達(dá)到最優(yōu)[3]。

3詞法語(yǔ)法分析的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1Lex⁃Yacc

Lex是檢測(cè)字符匹配性的詞法生成程序，Yacc是測(cè)定語(yǔ)法的生成程序。一個(gè)Lex程序由三段組成：首先是C和Lex定義；第二段是C代碼；第三段是C函數(shù)。一個(gè)Yacc程序也是由三段組成，分別是聲明、語(yǔ)法規(guī)則和C代碼。Lex同Yacc的工作原理如圖1所示。

3.2Lex⁃Yacc之間的聯(lián)系

Lex程序用來(lái)計(jì)算數(shù)字字符串，能對(duì)各種符號(hào)進(jìn)行識(shí)別，當(dāng)插碼時(shí)可以以注釋的形式插入插樁代碼，等程序完成，可以自行取消代碼插樁，不影響整體進(jìn)程。Yylval用來(lái)傳遞Lex與Yacc之間數(shù)字字符串轉(zhuǎn)化后的數(shù)值，利用lineno傳遞正在處理的代碼行號(hào)和標(biāo)號(hào)。本次設(shè)計(jì)全程在Linux下，通過(guò)Lex編譯后生成詞法分析程序的C代碼，通過(guò)Yacc編譯后生成語(yǔ)法分析程序的C程序代碼。兩者通過(guò)gcc命令進(jìn)行編譯形成綜合分析。最后運(yùn)行該綜合分析器就可以對(duì)51系列的匯編語(yǔ)言進(jìn)行分析[4⁃5]。

3.3被測(cè)源程序靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析

Lex⁃Yacc工具對(duì)單文件逐行掃描，得出當(dāng)前語(yǔ)句各類參數(shù)類型，不同參數(shù)類型分別進(jìn)入不同的單鏈表中。其中除了順序單鏈表外，其他四種處理方式基本相同。待詞法、語(yǔ)法分析完畢，五個(gè)單鏈表中存儲(chǔ)了對(duì)應(yīng)的匯編程序。因?yàn)閱捂湵肀旧碇皇且粋€(gè)轉(zhuǎn)換器，無(wú)法顯示匯編程序之間的邏輯關(guān)系，所以需要對(duì)程序進(jìn)行二次分析，確定所有邏輯關(guān)系。其中五個(gè)單鏈表形成的流程圖如圖2所示。針對(duì)程序流程圖的建立，首先搜索匹配節(jié)點(diǎn)，根據(jù)節(jié)點(diǎn)不同進(jìn)入相應(yīng)分支處理。當(dāng)前語(yǔ)句在順序節(jié)點(diǎn)，則進(jìn)入順序處理模塊。從關(guān)鍵字“結(jié)束行號(hào)+1”開始遍歷單鏈表，存在兩種結(jié)果：一是算法出錯(cuò)；另外一種就是在主程序中時(shí)則表明當(dāng)前分支分析完成。接著要判斷條件跟蹤鏈表中的順序分支（規(guī)定為右分支）是否都已分析完畢。

4覆蓋率分析及評(píng)測(cè)

4.1被測(cè)源程序覆蓋率分析

虛擬插樁技術(shù)就是在匯編語(yǔ)言基本結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)上，在源程序的插樁點(diǎn)處設(shè)置斷點(diǎn)，在源程序執(zhí)行到斷點(diǎn)處，響應(yīng)斷點(diǎn)處指令，給出具體的PC地址，自動(dòng)記錄并打印出來(lái)，接連下去形成PC值的數(shù)據(jù)鏈。通過(guò)查詢五類單鏈表與之建立對(duì)應(yīng)關(guān)系，就可以獲得到源程序的真實(shí)運(yùn)行軌跡，進(jìn)而計(jì)算出各類覆蓋指標(biāo)。

4.2基于代碼的覆蓋評(píng)測(cè)

在仿真測(cè)試平臺(tái)原型系統(tǒng)上，基于代碼的覆蓋測(cè)試首先需要選定適合用作黑盒測(cè)試的子過(guò)程模塊。提取的子過(guò)程模塊必須具備獨(dú)立運(yùn)行的能力，根據(jù)覆蓋測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)和要求對(duì)代碼邏輯結(jié)構(gòu)進(jìn)行認(rèn)真分析，設(shè)計(jì)出多個(gè)測(cè)試用例，然后通過(guò)手工運(yùn)行該子程序的方式，在某一特定測(cè)試用例驅(qū)動(dòng)下運(yùn)行，測(cè)定出運(yùn)行路徑，通過(guò)計(jì)算得出兩種覆蓋率理論評(píng)測(cè)指標(biāo)，與仿真測(cè)試平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)的兩種覆蓋率相對(duì)比，得出覆蓋率分析法與虛擬插樁的正確性驗(yàn)證結(jié)果。

5嵌入式系統(tǒng)平臺(tái)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)一個(gè)可以代替人工進(jìn)行黑盒測(cè)試的平臺(tái)系統(tǒng)，見圖3，其基本原理是通過(guò)腳本語(yǔ)言記錄狀態(tài)信息，之后通過(guò)PC回放測(cè)試信息以判斷結(jié)果是否與記錄腳本一致，以此決定本次測(cè)試是否通過(guò)。為此，在編輯源代碼時(shí)就需要滿足錄制腳本和腳本回放兩個(gè)階段的需求。

5.1插裝代碼分析

在PC上運(yùn)行插裝系統(tǒng)最重要的原則就是要保證軟件原有功能的穩(wěn)定性和完整性。因此在設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)的插裝代碼時(shí)不能改變程序的原有邏輯和原有執(zhí)行流程，應(yīng)盡量降低在嵌入式系統(tǒng)所占的資源，盡可能將部分功能和操作交付于PC進(jìn)行。嵌入式系統(tǒng)中的模擬用戶輸入模塊的主要功能是將計(jì)算機(jī)發(fā)送的命令進(jìn)行分析，并將結(jié)果回復(fù)到處理模塊中，其操作模擬流程見圖4。

5.2系統(tǒng)狀態(tài)的定義和獲取

（1）聲音信息的獲取嵌入式系統(tǒng)中對(duì)聲音信息的獲取主要是通過(guò)識(shí)別每個(gè)聲音惟一的ID編號(hào)和固定的音頻編碼進(jìn)行的。工作時(shí)，由系統(tǒng)中的服務(wù)函數(shù)獲得ID聲音的音頻編碼并發(fā)送到PC中。（2）獲取LED信息LED的運(yùn)行方法和聲音相似，都有一套惟一的LED編碼，并由LED控制器控制。常用的設(shè)計(jì)方法是將LED中的編碼放到嵌入式系統(tǒng)中的緩沖區(qū)內(nèi)，通過(guò)定時(shí)刷新函數(shù)提取LED信息[6]。（3）獲取LCD信息由于LCD需要顯示的信息較多，且各消息屬性復(fù)雜，因此較難提取。目前常用的提取方法是點(diǎn)陣截取法和消息截取法。由于點(diǎn)陣截取法操作簡(jiǎn)單、測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確率高，因此本文使用點(diǎn)陣截取法獲取LCD信息。（4）系統(tǒng)狀態(tài)的獲取主動(dòng)請(qǐng)求和被動(dòng)獲取是嵌入式系統(tǒng)獲取信息的主要方式。主動(dòng)請(qǐng)求是指嵌入式系統(tǒng)在處理完P(guān)C發(fā)出的操作命令時(shí)，主動(dòng)將搜集好的信息發(fā)送到PC上。被動(dòng)獲取是指嵌入式系統(tǒng)并不主動(dòng)發(fā)送檢測(cè)信息，而是當(dāng)狀態(tài)出現(xiàn)時(shí)才決定是否繼續(xù)后續(xù)操作。

5.3自動(dòng)化比較和測(cè)試

軟件是否準(zhǔn)確輸出結(jié)果，需要經(jīng)過(guò)多次測(cè)試實(shí)際輸出和預(yù)期輸出的差別。本文在設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)時(shí)綜合考慮了一些智能比較思想來(lái)優(yōu)化設(shè)計(jì)流程。由于實(shí)際的嵌入式系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生上百個(gè)復(fù)雜的狀態(tài)信息[7]，為便于比較，本文采用了相對(duì)比較的辦法對(duì)錄制腳本時(shí)的狀態(tài)變遷進(jìn)行比較。最后設(shè)計(jì)完成的嵌入式系統(tǒng)需對(duì)腳本進(jìn)行測(cè)試，這是交互式應(yīng)用的重要組成部分。腳本測(cè)試的準(zhǔn)確度主要依賴于所選用的測(cè)試工作和腳本技術(shù)。當(dāng)前主要的腳本技術(shù)有共享腳本、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)腳本、結(jié)構(gòu)化腳本等。這些腳本都包括了三個(gè)命令，即人工操作命令、狀態(tài)檢查命令、邏輯控制命令。測(cè)試腳本主要就是對(duì)這三個(gè)命令進(jìn)行檢查，其中在自動(dòng)化檢測(cè)中采用何種腳本記錄測(cè)試結(jié)果可依據(jù)模塊要求進(jìn)行選定。

6結(jié)語(yǔ)

黑盒測(cè)試技術(shù)的匯編語(yǔ)言測(cè)試系統(tǒng)用例研究在我國(guó)已經(jīng)很多，本文最大的亮點(diǎn)是引入虛擬插樁技術(shù)，實(shí)現(xiàn)真正插樁，即在被測(cè)源程序的插樁點(diǎn)處設(shè)置中斷指令，當(dāng)源程序運(yùn)行到該點(diǎn)處時(shí)自動(dòng)運(yùn)行斷點(diǎn)指令，給出具體的PC地址，進(jìn)而給出一系列地址數(shù)據(jù)，根據(jù)事先設(shè)定的用例判定運(yùn)行效果，得出黑盒測(cè)試的正確驗(yàn)證結(jié)果。此方法最大的優(yōu)點(diǎn)在于高效、精確、成本較低，在實(shí)際運(yùn)用中具有較高的實(shí)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

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[2]杜曉東.面向嵌入式系統(tǒng)的測(cè)試工具研究[D].成都：電子科技大學(xué)，2003.

[3]蘇銘，宋宗宇，王華.多計(jì)算機(jī)的自動(dòng)插樁與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2002（4）：79⁃82.

[4]楊作梅，張旭東.1ex與yacc[M].北京：電子工業(yè)出版社，2003.

[5]鄧支益，何亦征，田翼.嵌入式軟件測(cè)試研究[J].航空電子技術(shù)，2003，34（1）：37⁃42.

篇（3）

中圖分類號(hào):TP274;TP3680

引 言

經(jīng)過(guò)近幾年的快速發(fā)展,嵌入式系統(tǒng)(Embedded System)已經(jīng)成為電子信息產(chǎn)業(yè)中最具增長(zhǎng)力的一個(gè)分支。隨著手機(jī)、PDA,GPS、機(jī)頂盒等新興產(chǎn)品的大量應(yīng)用,嵌入式系統(tǒng)的市場(chǎng)正在以每年30%的速度遞增(IDC預(yù)測(cè)),嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也成為軟硬件工程師越來(lái)越關(guān)心的話題。

在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,低功耗設(shè)計(jì)(Low Power Design)是許多設(shè)計(jì)人員必須面對(duì)的問(wèn)題。其原因在于嵌入式系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于便攜式和移動(dòng)性較強(qiáng)的產(chǎn)品中,而這些產(chǎn)品不是一直都有充足的電源供應(yīng),往往是靠電池來(lái)供電的;而且大多數(shù)嵌入式設(shè)備都有體積和質(zhì)量的約束。另外,系統(tǒng)部件產(chǎn)生的熱量和功耗成比例,為解決散熱問(wèn)題而采取的冷卻措施進(jìn)一步增加了系統(tǒng)的功耗。為了得到最好的結(jié)果,降低系統(tǒng)的功耗具有下面的優(yōu)點(diǎn):

(1) 電池驅(qū)動(dòng)的需要。在強(qiáng)調(diào)綠色環(huán)保時(shí)期,許多電子產(chǎn)品都采用電池供電。對(duì)于電池供電系統(tǒng),延長(zhǎng)電池壽命,降低用戶更換電池的周期,提高系統(tǒng)性能與降低系統(tǒng)開銷,甚至能起到保護(hù)環(huán)境的作用。

(2) 安全的需要。在現(xiàn)場(chǎng)總線領(lǐng)域,本安問(wèn)題是┮桓霆重要話題。例如FF的本安設(shè)備,理論上每個(gè)網(wǎng)段可以容納32個(gè)設(shè)備,而實(shí)際應(yīng)用中考慮到目前的功耗水平,每個(gè)網(wǎng)段安裝10個(gè)比較合適。因此降低系統(tǒng)功耗是實(shí)現(xiàn)本安要求的一個(gè)重要途徑。

[JP2](3) 解決電磁干擾。系統(tǒng)功耗越低,電磁輻射能量越小,對(duì)其他設(shè)備造成的干擾也越小。如果所有的電子產(chǎn)品都能設(shè)計(jì)成低功耗,那么電磁兼容性設(shè)計(jì)會(huì)變得容易。[JP]

(4) 節(jié)能的需要。特別是對(duì)電池供電系統(tǒng),功耗與電壓的平方成正比即:P=V2fC+P┆static,б虼私諛芨為重要。

1 功耗產(chǎn)生的原因

[BT3]1.1 集成電路的功耗

目前的集成電路工藝主要有TTL和CMOS兩大類,無(wú)論哪種工藝,只要電路中有電流通過(guò),就會(huì)產(chǎn)生功耗。通常,集成電路的功耗主要有4個(gè):

(1) 開關(guān)功耗。對(duì)電路中的電容充放電而形成,其表達(dá)式為:

(2) 靜態(tài)功耗和動(dòng)態(tài)功耗。當(dāng)電路的狀態(tài)沒有進(jìn)行翻轉(zhuǎn)(保持高電平或低電平)時(shí),電路的功耗屬于靜態(tài)功耗,其大小等于電路電壓與流過(guò)電流的乘積;動(dòng)態(tài)功耗是電路翻轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的功耗,由于電路翻轉(zhuǎn)時(shí)存在跳變沿,在電路翻轉(zhuǎn)瞬間,電流比較大,存在較大的動(dòng)態(tài)功耗。目前大多數(shù)電路都采用CMOS工藝,靜態(tài)功耗很小,可以忽略。起主要作用的是動(dòng)態(tài)功耗,因此從降低動(dòng)態(tài)功耗入手來(lái)降低功耗。

(3) 短路功耗。因開關(guān)時(shí)由電源到地形成的通路造成的,其表達(dá)式為:

(4) 漏電功耗。由亞閾值電流和反向偏壓電流造成。目前大多數(shù)電路都采用CMOS工藝,故漏電功耗很小,可以忽略。

1.2 電阻的功耗和有源器件的功耗

通常為負(fù)載器件和寄生元件產(chǎn)生的功耗。有源開關(guān)器件在狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí),電流和電壓比較大,將引起功率消耗。另外, CMOS電路中最大的功耗來(lái)自于內(nèi)部和外部的電容充放電產(chǎn)生的功耗。

2 硬件低功耗設(shè)計(jì)

[BT3]2.1 選擇低功耗的器件

選擇低功耗的電子器件可以從根本上降低整個(gè)硬件系統(tǒng)的功耗。目前的半導(dǎo)體工藝主要有TTL工藝和CMOS工藝,CMOS工藝具有很低的功耗,在電路設(shè)計(jì)上盡量選用,使用CMOS系列電路時(shí),其不用的輸入端不要懸空,因?yàn)閼铱盏妮斎攵丝赡艽嬖诟袘?yīng)信號(hào),它將造成高低電平的轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換器件的功耗很大,盡量采用輸出為高的原則。

嵌入式處理器是嵌入式系統(tǒng)的硬件核心,消耗大量的功率,因此設(shè)計(jì)時(shí)選用低功耗的處理器;另外,選擇低功耗的通信收發(fā)器(對(duì)于通信應(yīng)用系統(tǒng))、低功耗的訪存部件、低功耗的電路,目前許多通信收發(fā)器都設(shè)計(jì)成節(jié)省功耗方式,這樣的器件優(yōu)先采用。

2.2 選用低功耗的電路形式

完成同樣的功能,電路的實(shí)現(xiàn)形式有多種。例如,可以利用分立元件、小規(guī)模集成電路,大規(guī)模集成電路甚至單片實(shí)現(xiàn)。通常,使用的元器件數(shù)量越少,系統(tǒng)的功耗越低。因此,盡量使用集成度高的器件,以減少電路中使用元件的個(gè)數(shù),減少整機(jī)的功耗。

2.3 單電源、低電壓供電

一些模擬電路如運(yùn)算放大器等,供電方式有正負(fù)電源和單電源兩種。雙電源供電可以提供對(duì)地輸出的信號(hào)。高電源電壓的優(yōu)點(diǎn)是可以提供大的動(dòng)態(tài)范圍,缺點(diǎn)是功耗大。例如,低功耗集成運(yùn)算放大器LM324,單電源電壓工作范圍為5~30 V。當(dāng)電源電壓為15 V時(shí),功耗約為220 mW;當(dāng)電源電壓為10 V時(shí),功耗約為90 mW;當(dāng)電源電壓為5 V時(shí),功耗約為15 mW。可見,低電壓供電對(duì)降低器件功耗的作用十分明顯。因此,處理小信號(hào)的電路可以降低供電電壓。

2.4 分區(qū)/分時(shí)供電技術(shù)

一個(gè)嵌入式系統(tǒng)的所有組成部分并非時(shí)刻在工作,基于此,可采用分時(shí)/分區(qū)的供電技術(shù)。原理是利用“開關(guān)”控制電源供電單元,在某一部分電路處于休眠狀態(tài)時(shí),關(guān)閉其供電電源,僅保留工作部分的電源。

2.5 I/O引腳供電

嵌入式處理器的輸出引腳在輸出高電平時(shí),可以提供約20 mA的電流,該引腳可以直接作為某些電路的供電電源使用,如圖2所示。處理器的引腳輸出高電平時(shí),外部器件工作;輸出低電平時(shí),外部器件停止工作。需要注意,該電路需滿足下列要求:外部器件的功耗較低,低于處理器I/O引腳的高電平輸出電流;外部器件的供電電壓范圍較寬。

2.6 電源管理單元設(shè)計(jì)

處理器全速工作時(shí),功耗最大;待機(jī)狀態(tài)時(shí),功耗比較小。常見的待機(jī)方式有兩種:空閑方式(Idle)和掉電方式(Shut Down)。其中,Idle方式可以通過(guò)中斷的發(fā)生退出,中斷可以由外部事件供給。掉電方式指的是處理器停止,連中斷也不響應(yīng),因此需要進(jìn)入復(fù)位才能退出掉電方式。

為了降低系統(tǒng)的功耗,一旦CPU處于“空轉(zhuǎn)”,可以使之進(jìn)入Idle狀態(tài),降低功耗;期間如果發(fā)生了外部事件,可以通過(guò)事件產(chǎn)生中斷信號(hào),使CPU進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。對(duì)于Shut Down狀態(tài),只能用復(fù)位信號(hào)喚醒CPU。

2.7 智能電源設(shè)計(jì)

既要保證系統(tǒng)具有良好的性能,又能兼顧功耗問(wèn)題,一個(gè)最好的辦法是采用智能電源。在系統(tǒng)中增加適當(dāng)?shù)闹悄茴A(yù)測(cè)、檢測(cè),根據(jù)需要對(duì)系統(tǒng)采取不同的供電方式,以求系統(tǒng)的功耗最低。許多膝上型電腦的電源管理采用智能電源,以筆記本電腦為例,在電源管理方面,Intel公司采取Speed Step技術(shù);AMD公司采取Power Now技術(shù);Transmeta公司采取Long Run技術(shù)。雖然這三種技術(shù)涉及到的具體內(nèi)容不同,但基本原理是一致的。以采用Speed Step技術(shù)的筆記本電腦為例,系統(tǒng)可以根據(jù)不同的使用環(huán)境對(duì)CPU的運(yùn)行速度進(jìn)行合理調(diào)整。如果系統(tǒng)使用外接電源,CPU將按照正常的主頻率及電壓運(yùn)行;當(dāng)檢測(cè)到系統(tǒng)為電池供電時(shí),軟件將自動(dòng)切換CPU的主頻率及電壓至較低狀態(tài)運(yùn)行。

2.8 降低處理器的時(shí)鐘頻率

處理器的功耗與時(shí)鐘頻率密切相關(guān)。以SAMSUNG S3C2410X (32 b ARM 920T內(nèi)核)為例[8],它提供了四種工作模式:正常模式、空閑模式、休眠模式、關(guān)機(jī)模式,各種模式的功耗如表1所示。[HJ1][HJ]

由表1可見,CPU在全速運(yùn)行的時(shí)候比在空閑或者休眠的時(shí)候消耗的功率大得多。省電的原則就是讓正常運(yùn)行模式遠(yuǎn)比空閑、休眠模式少占用時(shí)間。在類似PDA的設(shè)備中,系統(tǒng)在全速運(yùn)行的時(shí)候遠(yuǎn)比空閑的時(shí)候少,所以可以通過(guò)設(shè)置,使CPU盡可能工作在空閑狀態(tài),然后通過(guò)相應(yīng)的中斷喚醒 CPU,恢復(fù)到正常工作模式,處理響應(yīng)的事件,然后再進(jìn)入空閑模式。因此設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí),如果處理能力許可,可盡量降低處理器的時(shí)鐘頻率。

另外,可以動(dòng)態(tài)改變處理器的時(shí)鐘,以降低系統(tǒng)的總功耗。CPU空閑時(shí),降低時(shí)鐘頻率;處于工作狀態(tài)時(shí),提高時(shí)鐘頻率以全速運(yùn)行處理事務(wù),實(shí)現(xiàn)這一技術(shù)的方法。通過(guò)將I/O引腳設(shè)定為輸出高電平,加入電阻R1,將增加時(shí)鐘頻率;將I/O引腳輸出低電平,去掉電阻R1,可降低時(shí)鐘頻率,以降低功耗。

2.9 降低持續(xù)工作電流

在一些系統(tǒng)中,盡量使系統(tǒng)在狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)消耗電流,在維持工作時(shí)期不消耗電流。例如,IC卡水表、煤氣表、靜態(tài)電能表等,在打開和關(guān)閉開關(guān)時(shí)給相應(yīng)的機(jī)構(gòu)上電,開關(guān)開和關(guān)狀態(tài)通過(guò)機(jī)械機(jī)構(gòu)或磁場(chǎng)機(jī)制保持開關(guān)的狀態(tài),而不通過(guò)電流保持,可以進(jìn)一步降低電能的消耗。[JP]

3 軟件低功耗設(shè)計(jì)

3.1 編譯低功耗優(yōu)化技術(shù)

編譯技術(shù)降低系統(tǒng)功耗是基于這樣的事實(shí):對(duì)于實(shí)現(xiàn)同樣的功能,不同的軟件算法,消耗的時(shí)間不同,使用的指令不同,因而消耗的功率也不同。對(duì)于使用高級(jí)語(yǔ)言,由于是面向問(wèn)題設(shè)計(jì)的,很難控制低功耗。但是,如果利用匯編語(yǔ)言開發(fā)系統(tǒng)(如對(duì)于小型的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)),可以有意識(shí)地選擇消耗時(shí)間短的指令和設(shè)計(jì)消耗功率小的算法來(lái)降低系統(tǒng)的功耗。

3.2 硬件軟件化與軟件硬件化

通常的硬件電路一定消耗功率,基于此,可以減少系統(tǒng)的硬件電路,把數(shù)據(jù)處理功能用軟件實(shí)現(xiàn),如許多儀表中用到的對(duì)數(shù)放大電路、抗干擾電路,測(cè)量系統(tǒng)中用軟件濾波代替硬件濾波器等。

需要考慮,軟件處理需要時(shí)間,處理器也需要消耗功率,特別是在處理大量數(shù)據(jù)的時(shí)候,需要高性能的處理器,這可能會(huì)消耗大量的功率。因此,系統(tǒng)中某一功能用軟件實(shí)現(xiàn),還是用硬件實(shí)現(xiàn),需要綜合計(jì)算后進(jìn)行設(shè)計(jì)。3.3 采用快速算法

數(shù)字信號(hào)處理中的運(yùn)算,采用如FFT和快速卷積等,可以大量節(jié)省運(yùn)算時(shí)間,從而減少功耗;在精度允許的情況下,使用簡(jiǎn)單函數(shù)代替復(fù)雜函數(shù)作近似,也是減少功耗的一種方法。

3.4 軟件設(shè)計(jì)采用中斷驅(qū)動(dòng)技術(shù)

篇（4）

中圖分類號(hào)：TP311.52 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9599 （2012） 21-0000-02

1 項(xiàng)目背景

越來(lái)越多的卷煙加工企業(yè)通過(guò)MES系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)整個(gè)卷煙生產(chǎn)過(guò)程的優(yōu)化管理，并掌握了大量的生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)，特別是為保證產(chǎn)品質(zhì)量所記錄下的水分、溫度、流量、質(zhì)量檢驗(yàn)等過(guò)程工藝數(shù)據(jù)。如何把整合了實(shí)時(shí)與核心業(yè)務(wù)流程并最大限度地利用生產(chǎn)資本的MES系統(tǒng)和SPC有效集成起來(lái)，不但同時(shí)收集實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)和執(zhí)行實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)分析，建立動(dòng)態(tài)反饋和閉環(huán)控制流程，還可以為生產(chǎn)決策人員和管理人員提供定制的控制圖表以及提醒實(shí)時(shí)潛在的質(zhì)量問(wèn)題，成為了卷煙企業(yè)信息化項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中的一個(gè)重要課題。

2 設(shè)計(jì)思路

卷煙生產(chǎn)屬于流程性材料加工方式，如何才能科學(xué)地區(qū)分出生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)品質(zhì)量的偶然波動(dòng)與異常波動(dòng)，發(fā)現(xiàn)過(guò)程異常及時(shí)告警，并及時(shí)采取措施，消除和避免異常波動(dòng)，使過(guò)程處于正常波動(dòng)狀態(tài)，恢復(fù)過(guò)程的穩(wěn)定，從而持續(xù)優(yōu)化和改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量。要解決這個(gè)艱巨的挑戰(zhàn)，可以通過(guò)建立結(jié)合工業(yè)技術(shù)、靈活的MES并集成在線統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制系統(tǒng)（SPC）的制造基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。我們提出把SPC作為MES的一個(gè)功能模塊嵌入MES系統(tǒng)，共享基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和各業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)表，從而實(shí)現(xiàn)嵌入式SPC系統(tǒng)與MES系統(tǒng)的真正有效集成。

3 業(yè)務(wù)需求

我們?cè)贛ES系統(tǒng)整體功能設(shè)計(jì)時(shí)就提出要把數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和深入分析放在同等重要的地位，將MES和SPC進(jìn)行深度整合，MES通過(guò)自動(dòng)采集或人工補(bǔ)充的方式對(duì)過(guò)程數(shù)據(jù)進(jìn)行全面收集，嵌入式SPC實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)時(shí)過(guò)程數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、分析，同時(shí)還應(yīng)強(qiáng)調(diào)對(duì)質(zhì)量檢驗(yàn)結(jié)果、質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果等事后數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，最終達(dá)到改進(jìn)生產(chǎn)操作的目的。關(guān)鍵需求如下：

篇（5）

Abstract: based on embedded system design of the structure of the geographic information system, and puts forward the comprehensive GIS architecture using a variety of modern technology, they include GIS technology and embedded technology, and RS technology, GPS technology, mobile computing technology and communication technology, etc.

Keywords: geographic information systems; Embedded; Global positioning system; Spatial data

中圖分類號(hào)：S611文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

1.引言

隨著GIS技術(shù)的不斷成熟和它給人們帶來(lái)的巨大便利，以及嵌入式設(shè)備性能的提高和普及，兩者的結(jié)合成為一種必然的發(fā)展趨勢(shì)。近年來(lái)，嵌入式GIS技術(shù)正成為GIS發(fā)展的熱點(diǎn)之一，它的應(yīng)用包括了汽車導(dǎo)航、野外測(cè)繪、物流運(yùn)輸、軍事指揮等眾多的領(lǐng)域。我國(guó)也已經(jīng)開發(fā)出了自己的嵌入式GIS產(chǎn)品，比如武漢中地軟件的MAPGIS-Embedded和北京超圖公司的eSuperMap等。本章提出了一種基于嵌入式設(shè)備的地理信息系統(tǒng)的完整的體系架構(gòu)，對(duì)于架構(gòu)中涉及到的技術(shù)以及每一個(gè)模塊都做了比較詳細(xì)的說(shuō)明。同時(shí)需要指出的是：這個(gè)架構(gòu)不僅具有一定的理論價(jià)值，還具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。我們已經(jīng)按照此架構(gòu)中提出的思想進(jìn)行了代碼實(shí)現(xiàn)，當(dāng)然由于時(shí)間和精力的關(guān)系，只是實(shí)現(xiàn)了其中的一些基本的功能，但這卻是自主開發(fā)嵌入式地理信息系統(tǒng)的一次有意的嘗試，并具體介紹實(shí)現(xiàn)的過(guò)程和步驟，以及實(shí)現(xiàn)過(guò)程中一些難點(diǎn)、關(guān)鍵問(wèn)題的解決。

2.嵌入式GIS體系架構(gòu)

嵌入式地理信息系統(tǒng)的體系架構(gòu)如圖1所示。從圖中可以看出，整個(gè)系統(tǒng)是基于C/S模式的，它由嵌入式設(shè)備、高性能計(jì)算機(jī)、全球定位系統(tǒng)(GPS)和空間數(shù)據(jù)庫(kù)四個(gè)部分組成。

嵌入式設(shè)備由嵌入式硬件系統(tǒng)和嵌入式軟件系統(tǒng)構(gòu)成，其中嵌入式硬件系統(tǒng)要集成GPS定位信息的接收功能；在嵌入式硬件之上的一層是嵌入式操作系統(tǒng)(如ARM－Linux等)，它是嵌入式軟、硬件之間的橋梁，主要負(fù)責(zé)文件管理、進(jìn)程調(diào)度等功能；運(yùn)行在嵌入式設(shè)備上的GIS軟件（也就是客戶端程序）包括地圖的顯示、縮放、漫游、緩沖分析、通訊等幾個(gè)模塊，通訊模塊可以通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與高性能計(jì)算機(jī)（服務(wù)器）進(jìn)行通信和數(shù)據(jù)傳輸。

高性能計(jì)算機(jī)（服務(wù)器）要實(shí)現(xiàn)最短路徑、最優(yōu)路徑的查詢等地理信息系統(tǒng)中比較復(fù)雜的功能，同時(shí)還要實(shí)現(xiàn)與客戶端進(jìn)行通訊、文件格式的轉(zhuǎn)換，以及訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器等功能。

對(duì)于系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，我們采取的是客戶端－服務(wù)器兩級(jí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模式，大部分的數(shù)據(jù)存放在服務(wù)器端（高性能計(jì)算機(jī)），客戶端（嵌入式設(shè)備）只保留少量常用的數(shù)據(jù)；如果系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)量過(guò)于龐大，甚至可以由一個(gè)具有海量存儲(chǔ)器的計(jì)算機(jī)專門來(lái)存儲(chǔ)服務(wù)器端的數(shù)據(jù)，并向服務(wù)器提供訪問(wèn)接口，這樣可以減輕服務(wù)器的負(fù)擔(dān)，提高整個(gè)系統(tǒng)的效率和處理數(shù)據(jù)的速度。在必要時(shí)，客戶端可以向服務(wù)器提出更新數(shù)據(jù)的請(qǐng)求，服務(wù)器在接到請(qǐng)求后把相應(yīng)的數(shù)據(jù)文件回傳給客戶端。

圖1 基于嵌入式設(shè)備的GIS架構(gòu)示意圖

對(duì)系統(tǒng)的功能模塊進(jìn)行了劃分，把地圖顯示、圖層管理、緩沖分析、縮放和漫游等比較簡(jiǎn)單，對(duì)硬件資源消耗小的應(yīng)用放在客戶端，而把最優(yōu)路徑、最短路徑的分析等復(fù)雜的應(yīng)用放在服務(wù)器端。這樣做的原因在于嵌入式硬件本身的資源非常有限，如存儲(chǔ)空間偏小、處理器的速度也不是十分理想等，所以它不可能發(fā)展較為復(fù)雜的GIS空間分析功能。當(dāng)客戶端需要調(diào)用最短（優(yōu)）路徑查詢等復(fù)雜的GIS分析功能時(shí)，就向服務(wù)器發(fā)出請(qǐng)求（其中包括客戶端當(dāng)前的位置、目的地等參數(shù)），服務(wù)器根據(jù)客戶端傳遞的參數(shù)，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行一系列的查詢、檢索等操作后，將分析的結(jié)果回傳給客戶端，從而為客戶提供決策支持，同時(shí)也減輕了嵌入式設(shè)備的負(fù)擔(dān)，提高了它的工作效率。

3.全球定位系統(tǒng)及3S集成技術(shù)

3S技術(shù)為科學(xué)研究、政府管理、社會(huì)生產(chǎn)提供了新一代的觀測(cè)手段、描述語(yǔ)言和思維工具。3S的結(jié)合應(yīng)用，取長(zhǎng)補(bǔ)短，是一個(gè)自然的發(fā)展趨勢(shì)，三者之間的相互作用形成了“一個(gè)大腦，兩只眼睛”的框架，即RS和GPS向GIS提供或更新區(qū)域信息以及空間定位，GIS進(jìn)行相應(yīng)的空間分析（圖2），以從RS和GPS提供的浩如煙海的數(shù)據(jù)中提取有用信息，并進(jìn)行綜合集成，使之成為決策的科學(xué)依據(jù)。RS、GIS、GPS集成的方式可以在不同的技術(shù)水平上實(shí)現(xiàn)，最簡(jiǎn)單的辦法是三種系統(tǒng)分開而由用戶綜合使用，進(jìn)一步是三者有共同的界面，做到表面上無(wú)縫的集成，數(shù)據(jù)傳輸則在內(nèi)部通過(guò)特征碼相結(jié)合，最好的辦法是整體的集成，成為統(tǒng)一的系統(tǒng)。

圖2 3S的相互作用與集成

4.空間數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸

空間數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸技術(shù)是完善嵌入式GIS 功能的重要技術(shù)之一。但是目前該技術(shù)的發(fā)展受到諸多因素的制約，下面就這些制約因素加以闡述和分析，并針對(duì)無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)提出相應(yīng)的解決方案。雖然GPRS是作為現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)向第三代移動(dòng)通信演變的過(guò)渡技術(shù)，但是它相對(duì)于原來(lái)GSM的撥號(hào)方式的電路交換數(shù)據(jù)傳送方式，在許多方面都具有顯著的優(yōu)勢(shì)。正是由于GPRS具有以上的這些特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，在我們?cè)O(shè)計(jì)的基于嵌入式設(shè)備的GIS系統(tǒng)架構(gòu)中，采用了GPRS作為空間數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)。

5.試驗(yàn)結(jié)果

ECI GIS的開發(fā)嚴(yán)格遵循了軟件工程的思想，并且針對(duì)嵌入式軟件開發(fā)的特點(diǎn)，對(duì)軟、硬件平臺(tái)以及專業(yè)需求等因素也進(jìn)行了綜合的分析和考慮。但由于時(shí)間、技術(shù)等方面的原因，我們的軟件只是實(shí)現(xiàn)了GIS中的一些基本功能。本節(jié)將重點(diǎn)向您介紹這些功能的實(shí)現(xiàn)，即程序運(yùn)行的結(jié)果。說(shuō)明：地圖中的當(dāng)前圖層為上海市區(qū)縣和主要河流。

圖3全圖顯示

圖4屬性數(shù)據(jù)庫(kù)的顯示

結(jié)束語(yǔ)

ECI GIS1.0是一個(gè)基于嵌入式設(shè)備的地理信息系統(tǒng)軟件，它經(jīng)過(guò)了架構(gòu)的搭建、模塊設(shè)計(jì)、代碼實(shí)現(xiàn)、軟件移植和應(yīng)用檢驗(yàn)幾個(gè)階段，具備了地圖縮放、信息查詢等基本的功能。ECI GIS與其他的嵌入式地理信息系統(tǒng)相比，最大的特點(diǎn)就是它沒有借助任何商業(yè)的操作系統(tǒng)(如WinCE)和GIS系統(tǒng)軟件，實(shí)現(xiàn)過(guò)程中用到的Linux和GDAL函數(shù)庫(kù)的源代碼都是免費(fèi)開放的。ECI GIS1.0是我們?yōu)殚_發(fā)出中國(guó)擁有自己完全版權(quán)的GIS軟件而進(jìn)行的有意的嘗試和探索，這一點(diǎn)或許遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其在商業(yè)上的價(jià)值。

參考文獻(xiàn):

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篇（6）

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2013）32-7230-02

隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)在不同領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，人們根據(jù)不同領(lǐng)域的實(shí)際需求，針對(duì)性的開發(fā)了具有相應(yīng)功能的軟件，從而提高實(shí)際的工作效率，但是在計(jì)算機(jī)出現(xiàn)的早期，受到其體積和性能上的限制，其應(yīng)用的范圍很小，隨著晶體管和集成電路的出現(xiàn)，計(jì)算機(jī)的體積和性能得到了極大的提升，從計(jì)算機(jī)的發(fā)展可以看出，每次技術(shù)的更新，都是為了減小其體積，同時(shí)提高其性能。計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)是革命性的，由于其能夠自行的處理任務(wù)，如果應(yīng)用在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)中，就能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)的自動(dòng)化，這也是近些年計(jì)算機(jī)應(yīng)用發(fā)展的方向，但是通過(guò)實(shí)際的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，計(jì)算機(jī)在應(yīng)用的過(guò)程中，雖然經(jīng)過(guò)了多年的發(fā)展，出現(xiàn)了筆記本電腦，在體積上得到了極大的控制，但是在工業(yè)控制領(lǐng)域中，這樣的體積依然很龐大，在這種背景下，人們發(fā)明了單片機(jī)這種微型計(jì)算機(jī)，并在工業(yè)控制中得到了廣泛的應(yīng)用。

1 嵌入式架構(gòu)簡(jiǎn)述

1.1 嵌入式架構(gòu)的概念

嵌入式架構(gòu)是隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，逐漸形成的一門學(xué)科，現(xiàn)在很多高校中，都開設(shè)了這門課程，為社會(huì)培養(yǎng)大量的相關(guān)人才，學(xué)生在畢業(yè)后，能夠掌握到充足的嵌入式架構(gòu)知識(shí)，從而能進(jìn)行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，我國(guó)受到特殊的歷史因素影響，經(jīng)濟(jì)和科技發(fā)展的起步較晚，與西方發(fā)達(dá)國(guó)家相比，存在較大的差距，尤其是在電子信息領(lǐng)域。雖然近年來(lái)隨著國(guó)家的重視，出臺(tái)了很多優(yōu)惠的政策法規(guī)，鼓勵(lì)和扶持我國(guó)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，經(jīng)過(guò)了多年的發(fā)展，現(xiàn)在我國(guó)嵌入式架構(gòu)的研究，已經(jīng)得到了很大的提高，但是通過(guò)實(shí)際的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，嵌入式架構(gòu)使用的單片機(jī)等設(shè)備，目前還都是國(guó)外的公司生產(chǎn)的，我國(guó)技術(shù)人員在完成系統(tǒng)的開發(fā)后，都需要采用國(guó)外的設(shè)備，由于我國(guó)一直受到西方國(guó)家的技術(shù)封鎖，很多先進(jìn)的設(shè)備都無(wú)法進(jìn)口，在很大程度上影響了我國(guó)嵌入式架構(gòu)的發(fā)展。對(duì)于嵌入式架構(gòu)的概念，國(guó)際電氣和電子工程師協(xié)會(huì)給出了具體的解釋，是控制、監(jiān)視等輔助設(shè)備工作的系統(tǒng)，目前對(duì)于嵌入式架構(gòu)的理解，主要基于計(jì)算機(jī)技術(shù)，一般情況下，可以把帶有控制程序的處理器，看成是一個(gè)嵌入式架構(gòu)，在不同的時(shí)期，人們對(duì)于嵌入式架構(gòu)概念的理解，也存在一定的差異，但是從根本上來(lái)說(shuō)，都是為了更好的使用嵌入式系統(tǒng)。

1.2 嵌入式架構(gòu)的特點(diǎn)

與傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)技術(shù)相比，嵌入式架構(gòu)具有鮮明的特點(diǎn)，首先就是體積更小，在嵌入式架構(gòu)出現(xiàn)的早期，主要是在計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行系統(tǒng)的開發(fā)，但是隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，嵌入式架構(gòu)自身有了很大的進(jìn)步，尤其是單片機(jī)等微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，使得其應(yīng)用的范圍更加廣泛，從某種意義上來(lái)說(shuō)，單片機(jī)的出現(xiàn)，就是由于嵌入式架構(gòu)應(yīng)用的需要。其次嵌入式架構(gòu)具有控制的特點(diǎn)，隨著電子信息化的發(fā)展，很多機(jī)械設(shè)備都采用了智能芯片，通過(guò)這些芯片的使用，可以寫入特定的控制程序，從而達(dá)到相應(yīng)的控制目的，近幾年軟件技術(shù)有了很大的發(fā)展，尤其是在人工專家模塊出現(xiàn)后，計(jì)算機(jī)軟件可以實(shí)現(xiàn)一定的智能化，在遇到一些問(wèn)題時(shí)，可以通過(guò)檢索以前的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)問(wèn)題自行進(jìn)行處理，如果將這個(gè)技術(shù)應(yīng)用到嵌入式架構(gòu)中，就可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化控制。從根本上來(lái)說(shuō)，工業(yè)的自動(dòng)化控制技術(shù)，就是在單片機(jī)等微型計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，而單片機(jī)的使用，大多都是在嵌入式架構(gòu)，通過(guò)硬件和軟件的針對(duì)性設(shè)計(jì)，可以最大程度的提高單片機(jī)應(yīng)用的效率。

2 單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀

2.1 單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的發(fā)展

單片機(jī)的出現(xiàn)，主要是由于實(shí)際應(yīng)用的需要，傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)受到體積上的限制，雖然在很多領(lǐng)域中得到了應(yīng)用，但是在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)中，要想對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的每個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行控制，必須將所有的環(huán)節(jié)通過(guò)特定的方式連接起來(lái)，然后設(shè)置一個(gè)中央服務(wù)器，通過(guò)硬件和軟件等方式，對(duì)生產(chǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制，只有這樣才能夠最大程度提高生產(chǎn)的效率。由此可以看出，單片機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展，可以分成硬件和軟件兩個(gè)部分，而這兩個(gè)部分都受到計(jì)算機(jī)技術(shù)的影響，尤其是軟件方面，在初期使用機(jī)器語(yǔ)言進(jìn)行編程時(shí)，還沒有單片機(jī)的出現(xiàn)，而匯編等低級(jí)語(yǔ)言使用，單片機(jī)程序的編寫，也采用這些低級(jí)語(yǔ)言，隨著計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)的發(fā)展，逐漸的出現(xiàn)了C語(yǔ)言等高級(jí)語(yǔ)言，相應(yīng)的單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，也開始使用這些高級(jí)語(yǔ)言，極大的提高了軟件編寫的效率。單片機(jī)系統(tǒng)硬件的發(fā)展，由于其出現(xiàn)和發(fā)展都在西方發(fā)達(dá)國(guó)家，而且由于社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的體制不同，這些國(guó)家對(duì)我國(guó)一直存在技術(shù)上的封鎖，因此我國(guó)很難接觸到先進(jìn)的單片機(jī)系統(tǒng)知識(shí)，在很大程度上影響了我國(guó)單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，目前使用的單片機(jī)設(shè)備，都是國(guó)外公司生產(chǎn)的，而且一些最新的單片機(jī)，對(duì)我國(guó)還存在進(jìn)口的限制。

2.2 單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題

單片機(jī)從出現(xiàn)開始，到現(xiàn)在已經(jīng)使用了多年，在應(yīng)用的過(guò)程中，其自身的理論在不斷的完善，通過(guò)單片機(jī)系統(tǒng)的使用，可以輕松的實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化，進(jìn)而提高生產(chǎn)的效率，正是由于單片機(jī)系統(tǒng)的這個(gè)特點(diǎn)，使得每個(gè)企業(yè)都希望能夠通過(guò)這樣的方式，來(lái)提高自身的生產(chǎn)效率，但是在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，不同公司加工的產(chǎn)品不同，生產(chǎn)設(shè)備也存在一定的差異，如果使用同樣的單片機(jī)系統(tǒng)，顯然無(wú)法最大程度的提高生產(chǎn)效率。因此現(xiàn)在單片機(jī)系統(tǒng)的使用，都會(huì)根據(jù)實(shí)際的需求，對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)的功能，進(jìn)行針對(duì)性的設(shè)計(jì)，但是通過(guò)實(shí)際的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，還存在著一些問(wèn)題，使得設(shè)計(jì)的系統(tǒng)不是很完善，在實(shí)際使用的過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些漏洞，影響產(chǎn)品的加工效率，由于單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以分成軟件和硬件兩個(gè)部分，因此對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題，也可以從這兩個(gè)方面進(jìn)行分析。首先就是硬件性能不合格，在設(shè)計(jì)完實(shí)際的電路后，對(duì)各個(gè)元器件的性能，都有具體的要求，如果這些器件的性能達(dá)不到相應(yīng)的指標(biāo)，那么電路顯然就無(wú)法正常的運(yùn)行，其次就是軟件設(shè)計(jì)的不完善，由于軟件自身的特殊性，無(wú)法編寫出完美的程序，程序自身越復(fù)雜，存在的漏洞也就越多，如果在程序編寫完成之后，沒有經(jīng)過(guò)科學(xué)的測(cè)試，那么在應(yīng)用時(shí)，就可能會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。

3 基于嵌入式架構(gòu)的單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

3.1 基于嵌入式架構(gòu)的單片機(jī)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

在單片機(jī)出現(xiàn)的早期，由于還沒有形成嵌入式架構(gòu)的概念，因此在實(shí)際的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，而且單片機(jī)系統(tǒng)的使用，都是對(duì)現(xiàn)有的生產(chǎn)線進(jìn)行改進(jìn)，通過(guò)在生產(chǎn)設(shè)備上增加一些線路，然后用單片機(jī)對(duì)其進(jìn)行控制，在這種模式下，硬件設(shè)備的選擇，主要是根據(jù)環(huán)境來(lái)進(jìn)行，對(duì)硬件設(shè)備的體積要求比較嚴(yán)格。隨著硬件設(shè)備的發(fā)展，現(xiàn)在生產(chǎn)單片機(jī)的公司有很多，可以實(shí)現(xiàn)同樣功能的元器件有很多，而自動(dòng)化技術(shù)的出現(xiàn)，使得生產(chǎn)線在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，會(huì)根據(jù)控制的需求，進(jìn)行相應(yīng)的變化，這種單片機(jī)系統(tǒng)使用方式上的轉(zhuǎn)變，極大的促進(jìn)了其應(yīng)用的發(fā)展，為了達(dá)到更高的控制效率，人們將單片機(jī)放到生產(chǎn)線的每個(gè)環(huán)節(jié)中，然后將這些單片機(jī)連接到一個(gè)服務(wù)器上，就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)生產(chǎn)的全面控制。現(xiàn)在單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，首先進(jìn)行的就是硬件上的設(shè)計(jì)，通常情況下，會(huì)根據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際情況，對(duì)控制的功能進(jìn)行需求分析，單片機(jī)系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)，會(huì)和生產(chǎn)線的硬件設(shè)計(jì)同步進(jìn)行，如果控制系統(tǒng)的硬件出現(xiàn)問(wèn)題，可以根據(jù)需要，對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行一定的修改。

3.2 基于嵌入式架構(gòu)的單片機(jī)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

嵌入式系統(tǒng)與傳統(tǒng)的應(yīng)用方式相比，最明顯的特點(diǎn)就是多了輔助設(shè)備，如以往應(yīng)用計(jì)算機(jī)的過(guò)程中，都是計(jì)算機(jī)的單獨(dú)使用，人們直接利用計(jì)算機(jī)來(lái)處理一些問(wèn)題，或者利用計(jì)算機(jī)來(lái)控制某些設(shè)備的工作，沒有任何的輔助設(shè)備，而嵌入式架構(gòu)下，需要借助單片機(jī)等設(shè)備，如一條生產(chǎn)線通常包括多個(gè)加工工藝，如果采用計(jì)算機(jī)的統(tǒng)一控制，就無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)環(huán)節(jié)的單獨(dú)控制，而利用單片機(jī)系統(tǒng)，在每個(gè)加工環(huán)節(jié)中，都嵌入一個(gè)單片機(jī)，然后將這些單片機(jī)連接到一個(gè)計(jì)算機(jī)服務(wù)器中，就可以實(shí)現(xiàn)局部的控制。而要想完成這個(gè)過(guò)程，就要通過(guò)相應(yīng)的軟件功能，對(duì)于同樣的單片機(jī)系統(tǒng)，如果根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要，設(shè)計(jì)不同的程序，能夠?qū)崿F(xiàn)不同的控制功能，由此可以看出，軟件設(shè)計(jì)是單片機(jī)系統(tǒng)工作的核心。

4 結(jié)束語(yǔ)

作為以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的技術(shù)，嵌入式架構(gòu)的發(fā)展，很大程度上受到計(jì)算機(jī)技術(shù)的影響，如在計(jì)算機(jī)剛出現(xiàn)時(shí)，由于其性能比較，甚至還不如現(xiàn)在的電子計(jì)算器，因此實(shí)際的應(yīng)用很少，只是在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行科研使用，但是人們從計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)能夠看出，隨著技術(shù)的進(jìn)步，將來(lái)計(jì)算機(jī)一定會(huì)得到普及應(yīng)用。在這種背景下，很多專家和學(xué)者對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行了研究，通過(guò)大量的實(shí)踐，極大的推動(dòng)了計(jì)算機(jī)的發(fā)展，于是計(jì)算機(jī)越來(lái)越多的用來(lái)處理實(shí)際問(wèn)題，為了提高控制的效率，人們對(duì)程序進(jìn)行了完善，經(jīng)過(guò)全文的分析可以知道，嵌入式架構(gòu)和單片機(jī)的出現(xiàn)，都是由于實(shí)際應(yīng)用的需要，而單片機(jī)在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，還存在很多問(wèn)題，如果能夠采用嵌入式架構(gòu)，那么就能夠極大的提高單片機(jī)系統(tǒng)的使用效果。

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篇（7）

中圖分類號(hào)：TP274 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2016）04-0000-00

網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)并不僅僅為一個(gè)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ畔到y(tǒng)，更是一個(gè)利用網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制功能的自控系統(tǒng)，在滿足數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A(chǔ)上，還需要通過(guò)所傳輸數(shù)據(jù)與指令，來(lái)完成各項(xiàng)計(jì)算、操作以及控制等功能。網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有較高的難度，而嵌入式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，必須要明確系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求，從整體上確定系統(tǒng)構(gòu)架，然后以實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能為目的完成設(shè)計(jì)。

1嵌入式Linux操作系統(tǒng)分析

對(duì)嵌入式Linux操作系統(tǒng)進(jìn)行分析，可以確定其具有多項(xiàng)特點(diǎn)如具有高效可裁剪微小內(nèi)核、開放源代碼，且可支持多種硬件運(yùn)行，具有優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)功能，操作運(yùn)行更安全可靠。Linux操作系統(tǒng)內(nèi)核最小可以達(dá)到134KB，運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的消耗非常少，并且資源運(yùn)用具有很高的可靠性與穩(wěn)定性。在實(shí)際應(yīng)用中其可以支持多種CPU與硬件平臺(tái)運(yùn)行，并且可以無(wú)故障運(yùn)行多年，現(xiàn)在已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用到數(shù)據(jù)中心[1]。另外，嵌入式Linux操作系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用方面具有良好的效果，可以向TCP/IP協(xié)議提供可靠的支持，以及可以支持以太網(wǎng)、令牌網(wǎng)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)以及光纖等。

2嵌入式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求分析

2.1 服務(wù)器可行性

主要包括兩個(gè)方面，即應(yīng)用可行性與技術(shù)可行性。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，以太網(wǎng)現(xiàn)在已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用到生活工作中，嵌入式技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品中的應(yīng)用具有廣闊的發(fā)展前景。就嵌入式技術(shù)與以太網(wǎng)技術(shù)連接進(jìn)行分析，勢(shì)必會(huì)推動(dòng)嵌入式設(shè)備遠(yuǎn)程控制與管理效果的發(fā)展。

2.2數(shù)據(jù)采集功能

嵌入式網(wǎng)絡(luò)控制服務(wù)器可以通過(guò)以太網(wǎng)來(lái)滿足現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集的要求，以太網(wǎng)選擇用UDP協(xié)議，則應(yīng)保證其能夠按照指定數(shù)據(jù)通信協(xié)議，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與分析，且還應(yīng)實(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的連接，并保證通信鏈路的正常運(yùn)行。另外，嵌入式網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)，還應(yīng)保證數(shù)據(jù)的有效性，對(duì)于未按照指定通信協(xié)議祖幀傳送的數(shù)據(jù)，應(yīng)將其丟棄。

2.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能

應(yīng)建立指定需求數(shù)據(jù)庫(kù)以及數(shù)據(jù)庫(kù)表，且此創(chuàng)建工作只有在嵌入式網(wǎng)絡(luò)控制服務(wù)器相關(guān)功能運(yùn)行前完成，并確定數(shù)據(jù)庫(kù)能夠穩(wěn)定運(yùn)行。嵌入式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能的實(shí)現(xiàn)，還需要保證數(shù)據(jù)的完整性，確保收集到的數(shù)據(jù)不會(huì)被丟失。在對(duì)設(shè)備節(jié)點(diǎn)所發(fā)數(shù)據(jù)接收后，及時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，并且要做好數(shù)據(jù)采集相關(guān)信息的記錄。

3嵌入式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方式

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

嵌入式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，其中服務(wù)器通過(guò)HTTP協(xié)議與Web瀏覽器實(shí)現(xiàn)信息交互，并提供設(shè)備控制頁(yè)面與數(shù)據(jù)查詢頁(yè)面。并且嵌入式網(wǎng)絡(luò)控制服務(wù)器還可以支持多個(gè)Web瀏覽器訪問(wèn)與數(shù)據(jù)同步，并對(duì)系統(tǒng)用戶進(jìn)行設(shè)限，提高系統(tǒng)運(yùn)行安全性。系統(tǒng)控制服務(wù)器需要滿足四項(xiàng)功能，即實(shí)時(shí)采集網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)、遠(yuǎn)程控制設(shè)備節(jié)點(diǎn)、Web瀏覽器用戶配置與動(dòng)態(tài)采集和顯示以及數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)。為實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)目功能，需要進(jìn)行模塊設(shè)計(jì)，且利用多線程技術(shù)來(lái)對(duì)應(yīng)各功能模塊，接受并處理各項(xiàng)業(yè)務(wù)，如圖1所示。

3.2 模塊功能設(shè)計(jì)

3.2.1主模塊設(shè)計(jì)

（1）數(shù)據(jù)變量初始化。執(zhí)行主函數(shù)時(shí)，需要對(duì)部分重要數(shù)據(jù)進(jìn)行初始化處理，如服務(wù)端與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)端套接字描述符、網(wǎng)絡(luò)地址結(jié)構(gòu)等變量、程序運(yùn)行狀態(tài)標(biāo)志位等。（2）設(shè)備節(jié)點(diǎn)表緩存。設(shè)備節(jié)點(diǎn)表緩存為嵌入式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)服務(wù)器中關(guān)鍵的全局變量，其中緩存主要存放設(shè)備節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)。（3）線程池初始化。能夠?qū)€程池進(jìn)行初始化處理，其中包括內(nèi)存設(shè)置、線程創(chuàng)建以及線程屬性設(shè)置等。

3.2.2網(wǎng)絡(luò)采集節(jié)點(diǎn)模塊

嵌入式網(wǎng)絡(luò)控制服務(wù)器與設(shè)備節(jié)點(diǎn)選擇利用UDP協(xié)議進(jìn)行通信，因此在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)線程建立UDP網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)與各節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)交換。

3.2.3通信模塊

積極嵌入式網(wǎng)絡(luò)控制服務(wù)器與Web界面通信模塊設(shè)計(jì)，兩部分主要通過(guò)Java Applet程序進(jìn)行通信的線程，線程選擇用TCP協(xié)議進(jìn)行通信，能夠提高程序運(yùn)行的穩(wěn)定性。其中，利用socket（）函數(shù)建立TCP流式套接字描述符，bind（）函數(shù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)地址結(jié)構(gòu)綁定，以及l(fā)isten（）函數(shù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽。

4結(jié)語(yǔ)

嵌入式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，需要明確系統(tǒng)各功能模塊，以滿足實(shí)際應(yīng)用需求為目的，建立系統(tǒng)結(jié)構(gòu)并完成對(duì)所有模塊的設(shè)計(jì)。嵌入式系統(tǒng)現(xiàn)在已經(jīng)有著廣泛的應(yīng)用，在基于嵌入式技術(shù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，可以提高系統(tǒng)可靠性與適應(yīng)性。

參考文獻(xiàn)

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中圖分類號(hào)：TP273.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-7712 （2014） 12-0000-01

當(dāng)前時(shí)代，科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展，信息技術(shù)被應(yīng)用于我們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€(gè)方面。高科技為我們的生活帶來(lái)了無(wú)限的便利，目前采用高科技手段為人們提供一個(gè)安全的生活和工作環(huán)境。本文針對(duì)嵌入式系統(tǒng)在門禁卡的應(yīng)用上進(jìn)行研究，解決了傳統(tǒng)門禁卡很多的不便功能。為實(shí)現(xiàn)門禁卡自動(dòng)、智能化管理提供建議，以此來(lái)對(duì)門禁卡功能與嵌入式系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行研究[1]。

一、嵌入式門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（一）嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)介紹。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，嵌入式門禁卡系統(tǒng)已經(jīng)逐漸進(jìn)入人們的生活，逐漸由傳統(tǒng)的門禁卡系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)代的生物特征識(shí)別技術(shù)門禁卡系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)的門禁卡主要分為了圖像采集、自動(dòng)照明、語(yǔ)音提示、申請(qǐng)功能、無(wú)人監(jiān)測(cè)等具體功能實(shí)現(xiàn)[2]。其具體的架構(gòu)如圖1所示。

圖1 門禁系統(tǒng)功能圖示

（二）系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)概述。如果要設(shè)計(jì)出完善的門禁系統(tǒng)，不僅需要軟件系統(tǒng)的支持，還需要硬件支撐，否則整個(gè)軟件系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)。嵌入式多功能門禁系統(tǒng)其本質(zhì)由嵌入式技術(shù)與圖像處理技術(shù)融合應(yīng)用。其中嵌入式的硬件支撐硬件結(jié)構(gòu)主要有照明控制、網(wǎng)絡(luò)接口、攝像頭、按鍵、CF卡、音頻接口、LVDS以及DDR2等。

二、嵌入式系統(tǒng)在門禁卡中的實(shí)現(xiàn)

（一）圖像采集實(shí)現(xiàn)。量化后的數(shù)字圖像信號(hào)和連續(xù)信號(hào)取樣的數(shù)字圖像信號(hào)是數(shù)字圖像處理的對(duì)象，當(dāng)這些最原始的信號(hào)經(jīng)過(guò)圖像處理后即可獲得可觀測(cè)的連續(xù)信號(hào)。對(duì)連續(xù)信號(hào)進(jìn)行取樣其本質(zhì)是將信號(hào)的空間離散化，而量化則是將離散后的圖像信號(hào)幅度上進(jìn)行離散化，所以量化和取樣后的圖像信號(hào)應(yīng)該是原始連續(xù)圖像信號(hào)。

對(duì)于視頻圖像的獲取方法通常有兩種，一是利用視頻捕捉卡中的SDK工具獲取，二是使用Video for Windows，這給視頻捕獲編程帶來(lái)了很大的福利，對(duì)視頻捕獲的靈活性有很大的提高。視頻數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集主要是調(diào)用AVICap32.dll來(lái)穿件一個(gè)AVICap窗口類，它給應(yīng)用程序提供了一個(gè)簡(jiǎn)單而方便的數(shù)據(jù)接口，使用戶能夠訪問(wèn)音頻和視頻，并且還能在硬盤上對(duì)視頻捕獲進(jìn)行控制，它在捕獲視頻的能力很強(qiáng)，可以直接訪問(wèn)視頻緩沖區(qū)，也不生成中間文件，視頻捕獲的速度快，及時(shí)性高，也可以將視頻保存在設(shè)置好的文件夾中，整個(gè)視頻捕捉過(guò)程都可以實(shí)現(xiàn)控制[3]。

（二）自動(dòng)照明實(shí)現(xiàn)。整個(gè)照明系統(tǒng)主要分為了兩個(gè)部分，照明系統(tǒng)通過(guò)發(fā)送指令給單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)電路進(jìn)行調(diào)整。整個(gè)照明系統(tǒng)分為控制部分和圖像亮度檢測(cè)部分，照明系統(tǒng)中的圖像檢測(cè)與電路照明具有很強(qiáng)的聯(lián)系。嵌入式軟件系統(tǒng)進(jìn)行照明攝像控制時(shí)，通過(guò)采集信息的亮度，而其亮度與圖像的象素有關(guān)，將圖像做為一個(gè)二維圖像，橫坐標(biāo)表示圖像各個(gè)像素點(diǎn)的灰度級(jí)r；縱坐標(biāo)則表示弧度制出現(xiàn)的概率Pr（r）；那么對(duì)于某一個(gè)灰度值ri的象素個(gè)數(shù)為ni。則概率密度為：Pr（r）= ； =1。

（三）語(yǔ)音提示實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)運(yùn)用的是ALC655音頻解碼器，Mic用于連接麥克風(fēng)，Line用于錄制聲源的聲音，Audio_Out用于揚(yáng)聲器或者耳機(jī)。本系統(tǒng)主要根據(jù)不用的命令來(lái)實(shí)現(xiàn)功能，通過(guò)調(diào)用不同文件得到不同的效果，根據(jù)不同情況播放不同的提示音。系統(tǒng)中的MFC附帶的音頻播放組可以有效的提高開發(fā)是速度，通過(guò)媒體控制接口API實(shí)現(xiàn)停止功能MCI提供了控制媒體接口的能力，對(duì)波形音頻設(shè)備、CD/視頻播放設(shè)備等媒體進(jìn)行控制。系統(tǒng)對(duì)音頻的播放采用的是DirectX，作為低級(jí)應(yīng)用程序的編程接口，在開發(fā)上降低難度。對(duì)于聲音，主要的API是DirectSound，具備播放、處理混音、錄音等功能，Microsoft DirectSound API為聲音的捕獲、播放、混音的處理、錄音提供了鏈接，DirectSound可以給多媒體提供直接訪問(wèn)聲音設(shè)備、低延遲混合、硬件加速。

（四）申請(qǐng)功能實(shí)現(xiàn)。所謂的申請(qǐng)來(lái)訪功能主要門禁卡在進(jìn)行檢測(cè)的時(shí)候如果遇到不相匹配者，則需要進(jìn)行申請(qǐng)之后才能夠進(jìn)入。系統(tǒng)通過(guò)語(yǔ)音告知模塊的主人，采取系統(tǒng)中斷方式來(lái)進(jìn)行受訪申請(qǐng)。受訪者來(lái)進(jìn)行訪問(wèn)申請(qǐng)時(shí)，需要按下按鈕然后系統(tǒng)給予語(yǔ)音提示，并且顯示出來(lái)訪者的面貌，以此來(lái)進(jìn)行判斷，決定通過(guò)或者拒絕。嵌入式軟件系統(tǒng)在門禁卡的顯示上將來(lái)訪者的信息顯示在LVDS屏幕桑，然后通過(guò)系統(tǒng)對(duì)來(lái)訪人員進(jìn)行判斷[4]。

（五）無(wú)人監(jiān)測(cè)功能實(shí)現(xiàn)。無(wú)人監(jiān)測(cè)功能則是當(dāng)受訪者進(jìn)行訪問(wèn)時(shí)，遇到公司無(wú)人的時(shí)候，由門禁卡系統(tǒng)提示訪問(wèn)者內(nèi)部無(wú)人，并且拍下來(lái)訪者的照片，發(fā)送到系統(tǒng)設(shè)定的郵箱之中。在此自動(dòng)發(fā)送郵件的功能中，該系統(tǒng)主要采取以太網(wǎng)作為接口進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，并且根據(jù)TCP/IP協(xié)議來(lái)發(fā)送報(bào)文，實(shí)現(xiàn)信息交換。

三、結(jié)束語(yǔ)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，新型的軟件技術(shù)被應(yīng)用到我們?nèi)粘５纳钪校疚闹饕槍?duì)嵌入式系統(tǒng)在門禁卡中的應(yīng)用情況，以及在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中所占據(jù)的地位進(jìn)行研究。實(shí)現(xiàn)嵌入式軟件系統(tǒng)在門禁卡中的應(yīng)用探索，主要針對(duì)門禁卡的各項(xiàng)功能的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了詳盡的介紹，希望為采用嵌入式方法進(jìn)行門禁卡開發(fā)的企業(yè)提供借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1]周海龍.嵌入式門禁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].西安電子科技大學(xué)，2012.

篇（9）

1.背景

如今嵌入式系統(tǒng)在日常生活中扮演著越來(lái)越重要的角色。從消費(fèi)電子產(chǎn)品到航天工業(yè)，從熱門的電子應(yīng)用（如智能手機(jī)和平板電腦等）到相對(duì)不起眼的應(yīng)用（如人造衛(wèi)星等），嵌入式系統(tǒng)直接或間接地影響人們生活的方方面面。嵌入式系統(tǒng)的巨大潛力使得教育工作者對(duì)它的討論從來(lái)沒有停止過(guò)。世界無(wú)數(shù)的教育工作者提出了大量新穎和具有創(chuàng)造性的方法和理論，以促進(jìn)嵌入式系統(tǒng)教育水平的提高，他們大都贊同嵌入式系統(tǒng)具有與實(shí)際應(yīng)用緊密聯(lián)系的顯著特點(diǎn)。

嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用在一個(gè)廣闊的領(lǐng)域，如簡(jiǎn)單的微控制應(yīng)用、控制系統(tǒng)、分布式嵌入式控制、片上系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)、嵌入式PC、關(guān)鍵系統(tǒng)、機(jī)器人、計(jì)算機(jī)設(shè)備、無(wú)線數(shù)據(jù)系統(tǒng)和信號(hào)處理。同時(shí)，一些交叉領(lǐng)域知識(shí)對(duì)于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)者也同樣重要，如安全、可靠性、節(jié)能、軟件/系統(tǒng)工程、實(shí)時(shí)計(jì)算和人機(jī)交互等。

對(duì)于想成為合格嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)者的學(xué)生來(lái)說(shuō)，他們希望能夠親手接觸這些嵌入式應(yīng)用，因此設(shè)計(jì)一個(gè)高效的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)非常重要。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)應(yīng)該能聯(lián)系抽象的理論知識(shí)和實(shí)際應(yīng)用，以幫助學(xué)生領(lǐng)會(huì)嵌入式系統(tǒng)的知識(shí)奧秘。

2.嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)

嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與其他課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)有兩個(gè)方面的不同：軟硬件高度結(jié)合、知識(shí)和技術(shù)更新速度快。嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)如圖1所示。

嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的第一個(gè)特點(diǎn)是軟硬件高度結(jié)合。一個(gè)完整的嵌入式系統(tǒng)需要在軟硬件基礎(chǔ)之上工作。在嵌入式實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，任何一個(gè)環(huán)節(jié)的缺失或弱化都是錯(cuò)誤的。我們過(guò)去就犯過(guò)這方面的錯(cuò)誤。嵌入式系統(tǒng)是清華大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系大四本科生的一門專業(yè)必修課。學(xué)生希望在課程結(jié)束后對(duì)嵌入式系統(tǒng)有一個(gè)完整的認(rèn)識(shí)，但是發(fā)現(xiàn)在學(xué)習(xí)完這個(gè)僅有2個(gè)學(xué)分的課程后，依然無(wú)法設(shè)計(jì)出一個(gè)軟硬件兼?zhèn)涞耐暾度胧较到y(tǒng)。因此，我們讓學(xué)生使用開源軟件工具設(shè)計(jì)諸如鼠標(biāo)或鍵盤等設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序，但是效果并不理想，岡為學(xué)生僅僅熟悉了他們所實(shí)驗(yàn)的部分內(nèi)容，而這些內(nèi)容只是他們應(yīng)該掌握內(nèi)容的一小部分，這不僅是由于實(shí)驗(yàn)任務(wù)的限制，還因?yàn)閷W(xué)牛無(wú)法接觸硬件層面的操作，無(wú)法全面領(lǐng)會(huì)嵌入式系統(tǒng)。

嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的另一個(gè)特點(diǎn)是嵌入式系統(tǒng)知識(shí)和技術(shù)更新速度快。在第1節(jié)我們?cè)岬竭^(guò)，緊跟實(shí)際應(yīng)用是嵌入式實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一個(gè)關(guān)鍵元素。由于嵌入式系統(tǒng)技術(shù)日新月異，嵌入式實(shí)驗(yàn)課程講述的知識(shí)和技能以及嵌入式實(shí)驗(yàn)設(shè)備和組件都必須不斷發(fā)展。我們?cè)趯?duì)清華大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系學(xué)生的調(diào)查問(wèn)卷中發(fā)現(xiàn)，對(duì)傳統(tǒng)嵌入式實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的主要批評(píng)是實(shí)驗(yàn)設(shè)備和組件過(guò)于陳舊，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)與當(dāng)前技術(shù)聯(lián)系不夠緊密，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容缺乏吸引力。

綜上所述，設(shè)計(jì)一個(gè)高效的嵌入式實(shí)驗(yàn)平臺(tái)必須考慮軟硬件結(jié)合和嵌入式技術(shù)飛速發(fā)展這兩個(gè)因素。

3.當(dāng)代學(xué)生的特點(diǎn)

除了嵌入式實(shí)驗(yàn)課程本身，學(xué)生是不可忽略的另一個(gè)關(guān)鍵因素。學(xué)生是實(shí)驗(yàn)的參與者，他們對(duì)實(shí)驗(yàn)的感受影響著實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)的成敗，但是我們發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法令當(dāng)代學(xué)生逐漸失去學(xué)習(xí)興趣，這主要是因?yàn)閷W(xué)生一代一代地不斷發(fā)展與進(jìn)步，而傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法卻多年不變。

文獻(xiàn)[2]指出當(dāng)代學(xué)生與過(guò)去的學(xué)生有所不同：缺乏鉆研精神、缺乏耐心和依賴于軟件。當(dāng)代學(xué)生的特點(diǎn)如圖2所示。

當(dāng)代學(xué)生的第1個(gè)特點(diǎn)是缺乏鉆研精神絕大多數(shù)學(xué)生成長(zhǎng)于用戶至上主義日益流行的社會(huì)環(huán)境。相對(duì)于基礎(chǔ)原理，他們更關(guān)注功能；相對(duì)于架構(gòu)，他們更關(guān)注表象。簡(jiǎn)而言之，當(dāng)代學(xué)生中很少有人理解嵌入式系統(tǒng)的基本原理，另一方面，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)專門為演示和驗(yàn)證書本中講述的原理而設(shè)計(jì)，因此學(xué)生漸漸地?zé)o法將實(shí)際應(yīng)用與特別設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)相聯(lián)系，產(chǎn)生的問(wèn)題是如果學(xué)生無(wú)法預(yù)見所學(xué)知識(shí)的未來(lái)應(yīng)用前景，就會(huì)將關(guān)注點(diǎn)轉(zhuǎn)移到其他方面。由此可見，將實(shí)驗(yàn)平臺(tái)與時(shí)興技術(shù)相結(jié)合非常重要。

當(dāng)代學(xué)生的第2個(gè)特點(diǎn)是缺乏耐心。生活節(jié)奏的日益加快和互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的日益普及，使得當(dāng)代學(xué)生漸漸缺乏耐心。他們習(xí)慣在實(shí)驗(yàn)開始后急于見到結(jié)果，就好像點(diǎn)擊鼠標(biāo)后立刻能在屏幕上看見反應(yīng)，但是在傳統(tǒng)的教學(xué)方法中，教學(xué)總是從對(duì)課程的全面描述分析開始。實(shí)踐證明這種描述很必要，它可以幫助學(xué)生全面了解課程的知識(shí)結(jié)構(gòu)，但是這些內(nèi)容有時(shí)會(huì)讓學(xué)生退卻，因?yàn)閷W(xué)生感覺課程非常抽象與枯燥。鑒于這些問(wèn)題，新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)應(yīng)該在嵌入式系統(tǒng)的第一堂課就引起學(xué)生的興趣，同時(shí)提供一個(gè)吸引人的“結(jié)果”。

當(dāng)代學(xué)生的第3個(gè)特點(diǎn)是依賴于軟件。嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展通常被認(rèn)為是民眾賦予的。在某種程度上，這種發(fā)展是電子工程向更智能化發(fā)展的結(jié)果。然而，電子工程這種不可見的層面，通常被復(fù)雜的用戶界面和其他圖標(biāo)所偽裝，使得大家將其歸功于計(jì)算機(jī)科學(xué)，而不是電子工程。許多大學(xué)并沒有意識(shí)到這個(gè)問(wèn)題，而將大部分注意力放在嵌入式軟件設(shè)計(jì)，忽略硬件層次的介紹。這種在嵌入式系統(tǒng)教學(xué)中的錯(cuò)誤關(guān)注導(dǎo)致出現(xiàn)“軟件比硬件更加重要”的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)。為了糾正這個(gè)偏見，我們應(yīng)該重視硬件并將其引入嵌入式系統(tǒng)課程。

總之，為了設(shè)計(jì)一個(gè)高效的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，當(dāng)代學(xué)生的特點(diǎn)不容忽視。

4.設(shè)計(jì)嵌入式實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的原則

基于上述討論，我們提出嵌入式系統(tǒng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的幾項(xiàng)設(shè)計(jì)原則。

完整性：實(shí)驗(yàn)平臺(tái)應(yīng)該相對(duì)完整。學(xué)生不但能接觸軟件，而且能操作硬件。這個(gè)原則主要解決兩個(gè)問(wèn)題：首先糾正學(xué)生偏重于軟件的錯(cuò)誤；其次在第一節(jié)課就能吸引學(xué)生，告訴他們課程最后能夠建立一個(gè)基本的卻相對(duì)完整的系統(tǒng)。

開發(fā)性：實(shí)驗(yàn)平臺(tái)應(yīng)該能幫助學(xué)生自由地實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新思想。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在軟件和硬件上都應(yīng)為學(xué)生預(yù)留足夠數(shù)量和種類的接口，使學(xué)生能夠以此為基礎(chǔ)構(gòu)建自己的嵌入式系統(tǒng)。在實(shí)踐過(guò)程中，越來(lái)越多的基于實(shí)際應(yīng)用的嵌入式系統(tǒng)由學(xué)生實(shí)現(xiàn)，同時(shí)學(xué)生的創(chuàng)造熱情也被激發(fā)出來(lái)。

從教學(xué)的角度看，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)應(yīng)包含以下特點(diǎn)。

可升級(jí)性：平臺(tái)的軟硬件應(yīng)該能分別擴(kuò)展和升級(jí)，而無(wú)需對(duì)整個(gè)平臺(tái)進(jìn)行修改。如第2節(jié)所述，嵌入式系統(tǒng)技術(shù)升級(jí)速度快，尤其是硬件設(shè)備。為了滿足經(jīng)常升級(jí)的需要，可升級(jí)性原則應(yīng)該被放在關(guān)鍵位置。

靈活性：實(shí)驗(yàn)內(nèi)容應(yīng)該能根據(jù)課程的要求而裁剪，以便于實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的廣泛推廣。大多數(shù)定制的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在靈活性上有所欠缺，其實(shí)驗(yàn)內(nèi)容無(wú)法增加或減少，而為了適應(yīng)課程學(xué)時(shí)的變化不得不重新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。

為了達(dá)到上述目標(biāo)，我們提出一個(gè)完整的概念模型。目標(biāo)系統(tǒng)的概念模型如圖3所示。

這個(gè)概念模型由3個(gè)中間層和2個(gè)層組成。中間層包括主系統(tǒng)層、中間通道層和從系統(tǒng)層。層包括應(yīng)用層和組件層。我們將解釋這個(gè)模型如何能實(shí)現(xiàn)前面提出的目標(biāo)。

完整性：把中間3層看作一個(gè)整體，這個(gè)基本模型由一個(gè)典型嵌入式系統(tǒng)中的主要元素組成，從最頂層的應(yīng)用層到最底層的功能組件層。學(xué)生可以接觸完整系統(tǒng)的每一個(gè)組件。

開放性：模型的最頂層和最底層向?qū)W生開放。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)者將足夠多的軟硬件接口提供給學(xué)生，這些接口必須是完整的和用戶友好的。使用硬件接口，學(xué)生能夠通過(guò)連接所需的硬件模塊構(gòu)建一個(gè)創(chuàng)新的嵌入式設(shè)備；使用軟件接口，學(xué)生可以方便地加載硬件模塊所需的軟件資源。

可升級(jí)性：實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)應(yīng)該模塊化和層次化，每一層為上一層提供上層接口，為下一層提供下層接口。每一層可獨(dú)立地進(jìn)行擴(kuò)展和升級(jí)，與相鄰層次的接口保持兼容。模型的中間層被設(shè)計(jì)為3層結(jié)構(gòu)，這個(gè)靈感來(lái)自于Phidgets的設(shè)計(jì)，它能為實(shí)際設(shè)備的實(shí)現(xiàn)提供更多可能性。

靈活性：每個(gè)層次都能根據(jù)課程的重點(diǎn)而被加強(qiáng)或削弱，因此實(shí)驗(yàn)內(nèi)容可根據(jù)課程要求而變化。實(shí)驗(yàn)課可被安排在兩層或更多層之上。基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生建立一個(gè)基本的嵌入式系統(tǒng)，而在高級(jí)實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生能深入研究模型中的各個(gè)層，以實(shí)現(xiàn)創(chuàng)意設(shè)計(jì)。

篇（10）

1 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化速度的加快，汽車的數(shù)量每天都在以指數(shù)倍數(shù)遞增，同時(shí)交通事故也在與日遞增。智能交通系統(tǒng)是解決這一問(wèn)題的關(guān)鍵措施之一，智能交通系統(tǒng)涵蓋了交通信息服務(wù)、交通管理、公共交通、車輛控制、貨運(yùn)管理、緊急救援等等一系列內(nèi)容。其中車牌識(shí)別系統(tǒng)是智能交通系統(tǒng)中一項(xiàng)很重要的內(nèi)容，對(duì)它的研究可以維護(hù)我國(guó)交通的順暢和安全，對(duì)于車輛的自動(dòng)化管理具有很重大的意義。本文通過(guò)對(duì)車牌識(shí)別系統(tǒng)的闡述和分析，研究和實(shí)現(xiàn)了一種基于嵌入式的車牌識(shí)別系統(tǒng)。

2 車牌識(shí)別系統(tǒng)的現(xiàn)狀

由于車輛的劇增，車牌識(shí)別系統(tǒng)具有很大的實(shí)用價(jià)值并且具有很遠(yuǎn)大的意義。從上個(gè)世紀(jì)八十年代開始，人們就對(duì)車牌識(shí)別系統(tǒng)進(jìn)行和關(guān)注和研究，車牌識(shí)別系統(tǒng)最主要的內(nèi)容就是利用圖像處理技術(shù)對(duì)車牌的圖像進(jìn)行識(shí)別和分析，提取出車牌的信息。現(xiàn)今，人們已經(jīng)利用不同的方法實(shí)現(xiàn)了車牌識(shí)別，并且取得了很大的成就，但是軟件實(shí)現(xiàn)的成本相對(duì)較高。本文將車牌識(shí)別和嵌入式系統(tǒng)結(jié)合在一起，能夠有效的節(jié)省設(shè)計(jì)的成本，提高系統(tǒng)的性能。

3 車牌識(shí)別系統(tǒng)的構(gòu)成

3.1 車牌識(shí)別系統(tǒng)的圖像識(shí)別

一個(gè)完整的車牌識(shí)別系統(tǒng)必須包括五個(gè)部分，分別是獲取圖像、信息預(yù)處理、定位車牌、分割字符、字符識(shí)別。

在采集車牌信息時(shí)，必須采集到完整的車牌圖樣，我們可以使用手機(jī)、攝像頭、相機(jī)等等電子產(chǎn)品來(lái)收集車牌圖片。當(dāng)有車輛經(jīng)過(guò)時(shí)，系統(tǒng)采集車輛的車牌信息并將車牌信息傳輸?shù)诫娔X端。

在采集到車牌的信息時(shí)，我們需要定位我們需要的那一部分車牌信息，對(duì)它進(jìn)行分割和讀取。在這里，對(duì)車牌定位的精度要求是很高的，這也關(guān)乎我們后期對(duì)圖片的處理結(jié)果。

車牌包含的信息是多個(gè)字符，想要對(duì)車牌進(jìn)行識(shí)別，首先我們需要將車牌的多個(gè)字符進(jìn)行分割處理。

字符分割技術(shù)將車牌的多個(gè)字符分割為單一字符，我們利用識(shí)別技術(shù)對(duì)字符進(jìn)行識(shí)別。主要的識(shí)別技術(shù)有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法和模塊匹配法等。目前最重要的是必須提高系統(tǒng)的識(shí)別率。

3.2 車牌的底色檢測(cè)

車牌顏色不是單一的，所以在識(shí)別的過(guò)程中我們還需要對(duì)車牌的顏色予以區(qū)分。通過(guò)我們對(duì)車輛車牌的研究發(fā)現(xiàn)，車牌的底色一般為藍(lán)色或者黃色，而車牌上字符的顏色一般為白色或者是黑色。我們根據(jù)RGB模型對(duì)車牌的色進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)檢測(cè)區(qū)域的像素點(diǎn)與RGB模型的關(guān)系我們就可以區(qū)分出檢測(cè)區(qū)域的顏色。因?yàn)檐嚺频咨妥址伾趨^(qū)域的位置和比例是不一樣的，我們可以根據(jù)各個(gè)顏色面積和位置的不同區(qū)分出底色和字符的顏色。

3.3 車牌字符分割

車牌分割就是將一連串的字符分割成單獨(dú)的一個(gè)一個(gè)的字符。車牌字符的分割在車牌識(shí)別系統(tǒng)中占據(jù)了很重要的地位。

字符的邊框區(qū)域?qū)ψ址R(shí)別存在很大的影響，所以在字符分割中需要將多余的區(qū)域分割出去。本文中采用了字符分割算法對(duì)車牌的字符進(jìn)行分割。字符分割算法是通過(guò)對(duì)圖形的掃描確定進(jìn)入到字符區(qū)域的第一個(gè)像素點(diǎn)的坐標(biāo)和出去圖像區(qū)域的第一個(gè)像素點(diǎn)的坐標(biāo)，以這兩點(diǎn)的坐標(biāo)確定字符的大致位置以及字符的高度。

我們采取同樣的方法確定字符的左右坐標(biāo)和寬度。在確定了字符的高度和寬度之后，對(duì)字符進(jìn)行分割。

3.4 車牌字符識(shí)別

我國(guó)的車牌字符是由24個(gè)英文字母、10個(gè)阿拉伯?dāng)?shù)字和各地的省會(huì)簡(jiǎn)稱組成的。同時(shí)每一類的字符在車牌上都對(duì)應(yīng)著不同的位置。所以我們將字符分為漢字、字母和數(shù)字三類進(jìn)行區(qū)分。字符識(shí)別的方法有很多，本文采用的識(shí)別方法是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)構(gòu)造一個(gè)三層的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)分割的字符進(jìn)行識(shí)別。字符識(shí)別中對(duì)特征值的選取是非常重要的，特征值選取的好壞直接關(guān)系到識(shí)別的準(zhǔn)確度。

4 車牌識(shí)別系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

車牌識(shí)別系統(tǒng)的主要工作流程就是對(duì)獲取車牌圖像，通過(guò)嵌入式系統(tǒng)對(duì)車牌圖像進(jìn)行預(yù)處理、對(duì)圖像進(jìn)行分割和識(shí)別。為了完成整個(gè)系統(tǒng)流程，系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)包括以下模塊，攝像頭、CPU、RAM、LCD顯示屏、各種網(wǎng)絡(luò)接口等等。其中攝像頭是用來(lái)捕捉圖像的，CPU是用來(lái)處理圖像信息的，RAM是用來(lái)存儲(chǔ)信息的，LCD顯示屏是用來(lái)顯示我們捕捉到的車牌圖片信息的，各種網(wǎng)絡(luò)接口是用來(lái)實(shí)現(xiàn)程序下載、在線監(jiān)控等功能的。

5 總結(jié)

本文通過(guò)對(duì)車牌識(shí)別系統(tǒng)現(xiàn)狀的分析，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)今車牌識(shí)別系統(tǒng)雖然發(fā)展較為成熟但是成本較為昂貴。所以本文在其基礎(chǔ)上提出了基于嵌入式的車牌識(shí)別系統(tǒng)，此系統(tǒng)能夠提高識(shí)別系統(tǒng)的識(shí)別性能和降低設(shè)計(jì)的成本。然后，文章從車牌識(shí)別系統(tǒng)的圖像識(shí)別、底色檢測(cè)、字符分割、字符識(shí)別四個(gè)方面論述了車牌識(shí)別系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。最后，文章對(duì)車牌識(shí)別系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)進(jìn)行了介紹和分析。通過(guò)實(shí)驗(yàn)表明，本文采用的基于嵌入式的車牌識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)安全可靠，在提高字符識(shí)別正確率的同時(shí)還能提高字符識(shí)別的速度。這一方法的實(shí)現(xiàn)對(duì)車牌識(shí)別系統(tǒng)的研究具有很重大的意義。

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