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      嵌入式系統若干技術(shù)的發(fā)展與趨勢
      • 作者:(福州大學(xué)數學(xué)與計算機科學(xué)學(xué)院,福建 福州 350002)葉少珍,何文婷,鄭文波
      • 點(diǎn)擊數:2975     發(fā)布時(shí)間:2009-07-17 11:38:00
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      結合商業(yè)應用,本文分析并比較嵌入式系統的應用現狀,簡(jiǎn)要介紹嵌入式系統在若干產(chǎn)業(yè)的應用實(shí)例。進(jìn)一步從計算機學(xué)科的技術(shù)發(fā)展角度,對嵌入式系統硬件,軟件,集成架構和安全可靠性能等方面進(jìn)行了展望。
      關(guān)鍵詞:

      葉少珍(1963 -)
      女,博士?,F為福州大學(xué)數學(xué)與計算機科學(xué)學(xué)院教授,碩士生導師,福州大學(xué)數學(xué)與計算機科學(xué)學(xué)院計算機科學(xué)與技術(shù)系副主任。中國計算機學(xué)會(huì )高級會(huì )員第五屆工控機專(zhuān)委會(huì )委員。

      摘要:結合商業(yè)應用,本文分析并比較嵌入式系統的應用現狀,簡(jiǎn)要介紹嵌入式系統在若干產(chǎn)業(yè)的應用實(shí)例。進(jìn)一步從計算機學(xué)科的技術(shù)發(fā)展角度,對嵌入式系統硬件,軟件,集成架構和安全可靠性能等方面進(jìn)行了展望。

      關(guān)鍵詞:嵌入式系統;軟硬件;集成架構;安全可靠性

      Abstract: Combined with business applications, the paper analyzes and compares with the 
      application status on embedded systems, and introduces simply some application examples 
      in the industries. In the view of technology development in the field of computer science,
       the future research direction is summaries, relating with these technologies such as 
      hardware, software, frame integrated and security and reliability on the embedded system.

      Key words: embedded system; software and hardware; frame integrated; security and reliability

      1 引言

          信息和知識經(jīng)濟時(shí)代,使當今的計算機科學(xué)技術(shù)的發(fā)展越來(lái)越深入到國民生活的方方面面,特別高性能多核處理器、光纖與Myrinet等高速網(wǎng)絡(luò )和高性能分布計算的標準工具推動(dòng)了集群計算從高性能計算向高效能計算的轉變。但如何管理調度龐大的資源集合,充分發(fā)揮每個(gè)部件的工作能力和降低系統耗能卻成為亟待解決的問(wèn)題,進(jìn)一步如何使計算和通信無(wú)所不在并成為普通用戶(hù)都能方便享用的服務(wù),跨越移動(dòng)計算、嵌入式系統、自然人機交互、軟件結構等多個(gè)研究領(lǐng)域的普適計算技術(shù)正在發(fā)揮著(zhù)作用,當然還存在實(shí)現上下文感知和應用無(wú)縫遷移等問(wèn)題需要解決。

          另一方面,利用通信、嵌入式計算和傳感器等技術(shù),人們研制出了各種具有感知、計算和通信等能力的微型傳感器,通過(guò)這些無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )人們可以在任何時(shí)間、地點(diǎn)和任何環(huán)境條件下協(xié)作地實(shí)時(shí)監測、感知、采集網(wǎng)絡(luò )分布區域內的各種環(huán)境或監測對象的信息,并對這些信息進(jìn)行處理,獲得詳盡準確的信息,傳送到需要這些信息的用戶(hù)。因此,這種網(wǎng)絡(luò )系統被廣泛地應用于國防軍事、國家安全、環(huán)境監測、交通管理、醫療衛生、制造業(yè)、反恐抗災等領(lǐng)域。

          綜上所述,嵌入式系統正是以其組網(wǎng)靈活﹑可靠性高﹑抗干擾能力強﹑低功耗和網(wǎng)絡(luò )容量大等特點(diǎn)在計算機應用領(lǐng)域發(fā)揮著(zhù)顯著(zhù)的作用,本文從商業(yè)應用層面小結嵌入式系統的應用研究現狀,并結合計算機學(xué)科技術(shù)發(fā)展,從硬件,軟件,集成架構和安全可靠性能等方面展望未來(lái)。

      2 嵌入式系統以及應用現狀

      2.1 嵌入式系統與應用

          嵌入式系統是一種面向應用、功能定制、資源受限、響應要求高、性能穩定、無(wú)自舉開(kāi)發(fā)能力,由硬件和軟件兩部分構成的專(zhuān)用計算機系統。“嵌入性”、“專(zhuān)用性”與“計算機系統”是嵌入式系統的三個(gè)基本要素,應用對象系統指嵌入式系統所嵌入的宿主系統。按產(chǎn)品的構成方式主要有如下四類(lèi):嵌入式微處理器((Embedded Microprocessor Unit,EMPU)﹑嵌入式微控制器(Microcontroller Unit,MCU)﹑嵌入式DSP處理器(Embedded Digital Signal Processor,EDSP)和嵌入式片上系統(System On Chip,SOC)。嵌入式系統總體特點(diǎn):(l)嵌入式系統工業(yè)是不可壟斷的高度分散的工業(yè)。(2 )嵌入式系統是面向用戶(hù),特定種類(lèi)的產(chǎn)品和具體領(lǐng)域應用。(3)嵌入式系統對軟件要求高。一般固化在存儲器芯片中,多任務(wù)嵌入式系統中,對重要性各不相同的任務(wù)進(jìn)行統籌兼顧的合理調度是保證每個(gè)任務(wù)及時(shí)執行的關(guān)鍵。(4)嵌入式系統開(kāi)發(fā)需要特定的開(kāi)發(fā)環(huán)境和開(kāi)發(fā)工具。(5)嵌入式系統軟件需要實(shí)時(shí)操作系統(RTOS)開(kāi)發(fā)平臺。(6)嵌入式系統開(kāi)發(fā)人員以專(zhuān)家為主。開(kāi)發(fā)人員需要和各個(gè)不同行業(yè)的應用結合,要求計算機專(zhuān)業(yè)以外的更多知識,往往是各個(gè)應用領(lǐng)域的專(zhuān)家[9]。

          目前,作為主流32位RISC嵌入式處理器,ARM(Advanced RISC Machines)以其高性能、低功耗的優(yōu)勢占據很大的市場(chǎng)份額。ARM處理器家族大致分為如下系列:ARM7、ARM9、ARM10、SecurCore、strongARM、Xscale等。嵌入式操作系統除了通用操作系統的基本特點(diǎn)外,還滿(mǎn)足嵌入式便攜式設備所需的可裁剪性﹑可移植性﹑實(shí)時(shí)性和低資源占用性等特點(diǎn),常用通用型嵌入式操作系統有Linux﹑VxWorks﹑Windows Embedded CE﹑PalmOS等,專(zhuān)用型嵌入式操作系統有Smart Phone﹑PocketPc﹑Symbian﹑Windows mobile等。國內凱思集團推出了“女蝸Hopen”已能支持所有主流的嵌入式芯片。嵌入式控制器體積小、可靠性高、功能強、靈活方便等許多優(yōu)點(diǎn),其應用已深入到多個(gè)領(lǐng)域,其主要范圍見(jiàn)表1[9]。

                                          表1   嵌入式系統的應用范圍

       

      應用領(lǐng)域
      實(shí)例
      家用市場(chǎng)
      機頂盒、掌上電腦、DVD、MP3、數碼相機、數字電視、WebTV、網(wǎng)絡(luò )冰箱、網(wǎng)絡(luò )空調、家庭網(wǎng)關(guān)、智能家用電器、車(chē)載導航系統等。
      通信市場(chǎng)
      電話(huà)交換系統、電纜系統、衛星和全球定位系統(GPS)、數據交換設備、移動(dòng)電話(huà)等。
      工業(yè)市場(chǎng)
      制造工廠(chǎng)、自動(dòng)化工廠(chǎng)、機器人系統等 。
      商業(yè)金融市場(chǎng)
      自動(dòng)柜員機、信用卡系統、售貨端系統、安全系統等。
      辦公市場(chǎng)
      電話(huà)系統、傳真系統、復印機、計時(shí)系統、照相機、攝像機等。
      運輸市場(chǎng)
      航空、鐵路、公路運輸系統、燃料服務(wù)、航空管理、雷達系統、交通指揮系統、停車(chē)系統、售票系統、行李處理系統等。 
      建筑市場(chǎng)
      電力供應、備用電源和發(fā)電機、火警控制系統、電子門(mén)鎖系統、安保系統、樓宇管理系統、閉路電視系統、電子保險柜等。   
      醫療市場(chǎng)
      心臟除顫器、心臟起搏器、患者信息監控系統、理療控制系統、電磁成像系統等。 


      2.2 嵌入式系統的實(shí)例

      2.2.1 嵌入式人臉自動(dòng)識別系統

          在智能家居或戶(hù)外非布控點(diǎn)的嵌入式人臉識別系統中,相關(guān)研究人員采用Windows CE5.0操作系統和基于A(yíng)RM微處理器的Liod開(kāi)發(fā)平臺硬件架構,以OpenCV為輔助開(kāi)發(fā)工具實(shí)現了嵌入式自動(dòng)人臉檢測識別系統,設計中考慮嵌入式硬件設備、人臉樣本的采集與篩選、識別算法等對嵌入式識別系統的性能和工作穩定性的影響。為解決在海量人臉庫中進(jìn)行識別的難題,設計實(shí)現了基于無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )傳輸的遠距離人臉識別系統。需要進(jìn)一步改進(jìn)是從系統設計角度由DSP芯片硬件完成人臉的檢測和圖像的預處理,改進(jìn)人臉細節特征點(diǎn)描述,有效綜合多種方法和其它生物特征的鑒別,可使嵌入式自動(dòng)人臉識別系統達到低成本、低功耗、便攜式等更好的目標[1][2] 。

      2.2.2 分布式光纖管道安全監測系統

          管道輸送是一種經(jīng)濟方便的運輸方式,在石油和天然氣運輸中具有獨特優(yōu)勢,石油行業(yè)對長(cháng)距離輸油氣管道安全預警系統的需求主要有以下:(1)對管道周邊環(huán)境的長(cháng)距離全天候的實(shí)時(shí)監控;(2)傳感器采集的數據有智能信息處理的能力;(3)對新的地質(zhì)環(huán)境及新的破壞手段的自適應能力。根據已有的監測系統,論文[8]提出長(cháng)距離輸油氣管線(xiàn)安全預警系統的實(shí)現模型,信號采集、光電轉換以及PGC解調由分布式光纖光相位傳感系統完成,該系統同時(shí)進(jìn)行振動(dòng)源定位。解調后的土壤振動(dòng)信號經(jīng)USB口傳入一塊運行嵌入式Windows XP系統的855主板,在此系統上運行的程序實(shí)現土壤振動(dòng)信號的分析與破壞性行為的模式分類(lèi)。分類(lèi)后產(chǎn)生的報警信號經(jīng)串口發(fā)往值守報警終端FU,FU為一塊運行嵌入式Linux系統的ARM板卡。與此同時(shí),振動(dòng)片段的原始信號以及破壞性行為的識別結果將通過(guò)網(wǎng)口傳往FST(服務(wù)器),在FST上。每個(gè)FST接收來(lái)自8個(gè)基站的信號,即對應8個(gè)FU和8塊855主板,這樣,每個(gè)FST的監控距離達400Km,可實(shí)現區域級的管道安全監控與預警,通過(guò)FST的級聯(lián)可實(shí)現國家級覆蓋的管道安全監控與預警。

      2.2.3 DNA序列分析嵌入式系統

          二十世紀下半葉以來(lái),分子生物學(xué)、分子遺傳學(xué)和生物化學(xué)的迅猛發(fā)展,使人類(lèi)對生命的認識逐步從器官、細胞水平深入到分子水平,DNA(脫氧核糖核酸)攜帶了生物體的基因信息,基因信息的提取即DNA測序,是現代分子生物學(xué)研究中的重要分支。從1986年美國能源部提出的人類(lèi)基因組計劃(Human Genome Project,HGP) [3]到進(jìn)入后基因組時(shí)代,基因序列數據及蛋白序列數據正以前所未有的速度增長(cháng),人們對基因檢測的需求越來(lái)越大,自二十世紀九十年代初開(kāi)始的固態(tài)平板生物芯片技術(shù)、到基于毛細管電泳及微型全分析儀器系統 (micro total analytical system,μTAS)之上的現代檢測技術(shù)[4] 。      

          基于微芯片的商品化DNA分析儀是DNA序列分析測定系統進(jìn)一步發(fā)展的方向。微芯片與毛細管相比有許多優(yōu)勢:(l)可以在一塊微芯片上一次同時(shí)制作多條通道,降低實(shí)現高通量并行檢測的成本,且有利于大批量生產(chǎn);(2)散熱性好,提高電泳電壓,降低所需分離長(cháng)度,提高檢測速度;(3)由于進(jìn)樣結構可以進(jìn)行設計,優(yōu)化樣品的進(jìn)樣量,降低電泳中的區帶展寬,提高電泳效率,且該結構使長(cháng)DNA片斷更容易進(jìn)入微通道,從而提高其濃度,改善毛細管電泳中信號隨著(zhù)DNA片斷長(cháng)度增加而衰減的現象,從而提高信號的均勻性與信噪比;(4)微芯片尺寸小,形狀固定,支承結構簡(jiǎn)單,有利于儀器的微型化;(5)微芯片的進(jìn)樣過(guò)程容易控制,更有利于系統自動(dòng)化、智能化的實(shí)現;(6)易于與DNA檢測中的樣品處理步驟結合,形成集成化多功能的芯片實(shí)驗室(Lab on a Chip)。研究人員使用嵌入式控制系統完成DNA分析儀的自動(dòng)化控制操作和數據采集的功能,該系統核心器件為PhiliPs的LPC2142一個(gè)32/16位ARM7 TDMI-S CPU微控制器,四色16通道DNA熒光信號采集系統,通過(guò)振鏡和自行設計的遠心f-theta掃描物鏡組成的光學(xué)掃描系統,實(shí)現多通道DNA快速并行檢測。DNA熒光信號采集系統中集成了嵌入式系統,實(shí)現系統自動(dòng)控制和與PC機的通信,采集到的DNA熒光信號圖譜可以在PC機中實(shí)時(shí)顯示,實(shí)測信噪比為26.91dB,達到國外同類(lèi)產(chǎn)品的水平[5][6] 。

      2.2.4 基于模型的汽車(chē)光纖傳感智能環(huán)境感知系統

          以汽車(chē)電子控制系統作為實(shí)現模型的硬件平臺,符合汽車(chē)電子行業(yè)公認的OSEK標準的操作系統作為實(shí)現模型的軟件平臺,研究人員研究在基于模型的汽車(chē)電子軟件開(kāi)發(fā)中使用復雜事務(wù)模型時(shí)的模型綜合問(wèn)題,包括分布式環(huán)境中多資源約束的模型綜合方法和能量節省的模型綜合方法,即基于模型汽車(chē)電子軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境SmartOSEK IDE v3.5中模型綜合的理論框架-MOSAES以及與MOSAES相關(guān)的模型:結構模型、平臺模型、實(shí)現模型和約束模型等,該方法包括構件分配和實(shí)現模型生成兩個(gè)階段。首先,在滿(mǎn)足處理器的計算資源、內存資源約束和保持計算密度平衡的條件下把構件分配到處理器上,然后以滿(mǎn)足定時(shí)約束為目標生成實(shí)現模型。構件分配和實(shí)現模型生成是一個(gè)回溯的過(guò)程。此外,提出了混合調度方式和分組調度方式下,任務(wù)段之間不連續時(shí),事務(wù)的定時(shí)驗證方法,以滿(mǎn)足分布式環(huán)境中驗證定時(shí)約束的需要[10] 。

      3 嵌入式系統的架構

      3.1 嵌入式系統的軟硬件

          嵌入式系統的核心是嵌入式數據處理硬件及與之配套的嵌入式軟件,嵌入式系統的硬件可采用三種CPU方案滿(mǎn)足不同要求,它們分別是:微控制器、現場(chǎng)可編程邏輯門(mén)陣列(FPGA)以及專(zhuān)用集成電路(ASIC)。如今具有計算功能的芯片替代微控制器現場(chǎng)可編程邏輯門(mén)陣列(FPGA)以及專(zhuān)用集成電路(ASIC)都采用了硬件化的布爾邏輯算法并具有高度的適應性,能夠實(shí)現相當豐富的邏輯功能。再者,它們都可通過(guò)諸如VHDL和Verilog之類(lèi)的標準硬件描述語(yǔ)言(HDL)進(jìn)行編程,不必動(dòng)用由第三代或更高級編程語(yǔ)言編寫(xiě)的軟件進(jìn)行編程。一款FPGA平臺適用于多種產(chǎn)品,從而起到了平衡開(kāi)發(fā)成本與資源的作用[11] 。目前基于FPGA的嵌入式系統的設計比較有影響和特點(diǎn)的4款嵌入式CPU 軟核分別是Nios/Nios2、MicroBlaze、Leon2/Leon3和OpenRISC1200,其中Nios 系列配置靈活,可滿(mǎn)足大范圍的速度、面積的需求;MicroBlaze 配置選項少,但是比相同功能的Nios 系列的性能要高一點(diǎn);Leon 與主流通用CPU 兼容,因此軟件資源豐富,主頻一定時(shí),性能可得到保證;OpenRISC 不與任何其它CPU 的指令集兼容,對用戶(hù)自定義指令的支持很好,可應用在一些安全要求高的環(huán)境。軟件開(kāi)發(fā)都使用GNU 或者GNU Pro 交叉編譯開(kāi)發(fā)包,并且都有Linux 或者uClinux 操作系統的支持,因此軟件開(kāi)發(fā)不需要重新學(xué)習新的開(kāi)發(fā)環(huán)境,并且有大量的免費、開(kāi)源的資源。

          嵌入式軟件的特征概括為四個(gè)字:“小”、“特”、“專(zhuān)”、“簡(jiǎn)”。嵌入式的支撐軟件主要包括:嵌入式數據庫、嵌入式調試軟件等,在國外,Sybase在移動(dòng)數據庫領(lǐng)域占主導地位,應用于遍及醫療保險、金融、服務(wù)、零售業(yè)、運輸和政府等領(lǐng)域。嵌入式系統技術(shù)的技術(shù)動(dòng)向:(l)對應用開(kāi)發(fā)提供強大支持,為了滿(mǎn)足應用功能的升級,設計師們一方面采用更強大的嵌入式處理器,如32位、64位RISC芯片或信號處理器DSP增強處理能力,同時(shí)還采用實(shí)時(shí)多任務(wù)編程技術(shù)和交叉開(kāi)發(fā)工具控制功能復雜性,簡(jiǎn)化應用程序設計,保障軟件質(zhì)量和縮短開(kāi)發(fā)周期。例如,諾基亞手機嵌入低功耗方位微處理器AMD ELAN486,并采用嵌入式操作系統ECOS;國產(chǎn)康佳手機也內置ARM7處理器,配用Nuclear RTOS。(2)為設備網(wǎng)絡(luò )通信提供標準接口。(3)支持小型電子設備,實(shí)現小尺寸,微功耗和低成本。(4)提供精巧的多媒體人機界面。

          與互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )、GPS衛星定位及地理信息系統相結合,通過(guò)INTERNET、短信、Wap、Java,嵌入式系統等先進(jìn)技術(shù)的組合集成產(chǎn)品也是現在很多IT公司研發(fā)的主要方向,如中國移動(dòng)通信集團福建有限公司物流通就是一個(gè)集GPS、LCS、GIS、GPRS、SMS等技術(shù)的綜合性應用平臺,為物流公司、配貨站、公司車(chē)隊、各種營(yíng)運車(chē)輛及外出人員、私家車(chē)等車(chē)輛提供實(shí)時(shí)的位置信息,可以對車(chē)輛進(jìn)行追蹤、人員追蹤、通過(guò)實(shí)時(shí)的位置,可以為企業(yè)提供高效的車(chē)輛調度。同時(shí)通過(guò)GPS終端的其它功能,對車(chē)輛起到有效的防盜作用,油耗監控,對各類(lèi)企業(yè)的車(chē)輛安全、成本控制提供有效的保障。星網(wǎng)GPS智能監控管理系統綜合應用了GPS全球衛星定位技術(shù)、GIS地理信息處理技術(shù),提供基于GSM/GPRS/CDMA 模式的移動(dòng)目標定位、監控、監聽(tīng)、調度、遠程控制、軌跡回放、信息發(fā)布等服務(wù),具有聯(lián)網(wǎng)報警和求助等功能,能為移動(dòng)車(chē)輛管理和行業(yè)應用提供了一整套完善的解決方案[12] 。

      3.2 基于ScratchPad Memory嵌入式系統的優(yōu)化

          ScratchPad Memory是集成到芯片上的非cache用途的SRAM存儲器的統稱(chēng),利用ScratchPad Memory進(jìn)行嵌入式系統的優(yōu)化:嵌入式操作系統優(yōu)化,通過(guò)對嵌入式操作系統中調度算法的改進(jìn),對嵌入式操作系統的進(jìn)程調度模塊進(jìn)行優(yōu)化,將進(jìn)程調度模塊分配到 Scratchpad Memory上運行;將嵌入式操作系統微內核化,對微內核實(shí)行構件化,從而提高嵌入式操作系統的運行效率;多道程序共享ScratchPad Memory的優(yōu)化。通過(guò)對嵌入式程序進(jìn)行分析,生成存儲對象。這些存儲對象在運行時(shí),可以被調度到 SeratchPad Memory上,利用 ScratchPad Memory的特點(diǎn)加快程序的運行速度,減少程序運行時(shí)的能耗;提出了面向MPSoC體系結構的SeratchPad Memory優(yōu)化。通過(guò)操作系統專(zhuān)門(mén)的SeratchPad Memory管理器在多道程序之間進(jìn)行協(xié)同,達到多道程序共享 Scratchpad Memory的目的。通過(guò)對程序的線(xiàn)程化,提高程序的并行性,同時(shí),由于線(xiàn)程流水,存儲對象將會(huì )相對穩定的駐留在 ScratchPad從而實(shí)現對程序運行加速的目標??傊ㄟ^(guò)基于 ScratchPad Memory的優(yōu)化,提升嵌入式系統的整體性能,將推動(dòng) ScratchPad Memory在嵌入式系統中的進(jìn)一步研究和推廣[7] 。 

      3.3 嵌入式系統軟/硬件協(xié)同設計

          目前,隨著(zhù)嵌入式系統功能和復雜性的增大,嵌入式系統軟/硬件協(xié)同設計方法學(xué)已是一個(gè)廣泛的研究課題,主要包括:系統建模、軟/硬件協(xié)同綜合、設計功能和性能指標評價(jià)技術(shù)、軟/硬件協(xié)同仿真、軟/硬件協(xié)同驗證、SoC測試調度技術(shù)等方面,并且還分為不同的設計層次。 

          嵌入式軟件的開(kāi)發(fā)與硬件仍然密不可分,隨著(zhù)人們對嵌入式系統的功能要求越來(lái)越復雜,從軟硬件系統與平臺選擇,設計,開(kāi)發(fā)到測試與集成,整個(gè)過(guò)程都是軟硬件并行交互進(jìn)行,這樣嵌入式軟件開(kāi)發(fā)己經(jīng)成為一項很復雜的系統工程,因此嵌入式軟件的開(kāi)發(fā)必須遵循系統工程和軟件工程的要求,并對高速增長(cháng)的成本和電路系統的復雜性以及市場(chǎng)所帶來(lái)的時(shí)間壓力,迫使設計者在設計期間就開(kāi)始對系統進(jìn)行驗證,因而需要加強嵌入式軟件開(kāi)發(fā)和外圍硬件設計階段之間的信息交流,強調虛擬系統集成(Vsl)技術(shù)協(xié)同設計和虛擬環(huán)境的構造。

          論文[9]研究人員提出采用“面向方面技術(shù)  (Aspect Oriented Technofogy,AOT)”解決各構成要素間導致系統開(kāi)發(fā)效率和軟件質(zhì)量低下的橫斷關(guān)系,定義了面向方面軟件體系結構的基本構件及各構件間的連接器,進(jìn)而提出了一種面向方面的嵌入式軟件體系結構模型。并通過(guò)在自動(dòng)售貨機控制軟件開(kāi)發(fā)中的實(shí)際應用,說(shuō)明了基于該模型的軟件設計過(guò)程。與基于傳統軟件體系結構開(kāi)發(fā)結果對比表明,采用該軟件體系結構模型能提高軟件系統的開(kāi)發(fā)效率和軟件質(zhì)量。

      4 嵌入式系統的性能

          快速性是系統實(shí)時(shí)能力的表現。當系統不能滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性要求時(shí),必須提高系統的運行速度,然而,運行速度的提高必然帶來(lái)系統的一些負面效應,如導致系統功耗加大、電磁兼容性下降。因此,在設計一個(gè)具體的嵌入式系統時(shí),在保證能滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性要求的條件下,應使系統的運行速度降到最低,以滿(mǎn)足系統在功耗、可靠性、電磁兼容性方面獲得最佳的綜合品質(zhì)。在一個(gè)嵌入式應用系統中,有許多過(guò)程環(huán)節。例如,一個(gè)典型的智能儀表就有信號采集、數據處理、結果顯示、鍵盤(pán)輸入等過(guò)程。這些過(guò)程往往是在不同的時(shí)間與空間上進(jìn)行,而且不同過(guò)程的實(shí)時(shí)性要求是不同的。鍵盤(pán)輸入、結果顯示是與人交互的,要滿(mǎn)足人機交互的實(shí)時(shí)性要求;信號采集與對象系統領(lǐng)帶的動(dòng)態(tài)性密切相在,必須滿(mǎn)足由動(dòng)態(tài)信號采集的實(shí)時(shí)性要求;而數據處理則會(huì )形成從動(dòng)態(tài)信號采集到結果顯示的時(shí)間延遲,影響到結果顯示的實(shí)時(shí)性要求。因此一個(gè)優(yōu)秀的實(shí)時(shí)系統設計,必須研究系統中的每一個(gè)過(guò)程環(huán)節,滿(mǎn)足每一個(gè)過(guò)程環(huán)節和整個(gè)系統的最佳實(shí)時(shí)要求。

          嵌入式系統往往工作環(huán)境惡劣、受電噪聲干擾較大,而且隨著(zhù)軟件越來(lái)越復雜,系統運行不穩定的現象愈來(lái)愈嚴重,因此,可靠性已成為衡量嵌入式系統優(yōu)劣的重要因素,應把可靠性作為嵌入式系統最重要的指標優(yōu)先考慮。具體包括架構的可靠性,網(wǎng)絡(luò )的可靠性,數據的可靠性和人員的可靠性。      

      5 結束語(yǔ)

          本文總結了嵌入式系統應用和若干技術(shù)進(jìn)展,特別強調系統集成的觀(guān)點(diǎn)對嵌入式系統應用對象的選擇,以及嵌入式系統進(jìn)行協(xié)調設計和網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)等的貫穿思想,有助于嵌入式系統進(jìn)行合理有較好性?xún)r(jià)比的軟硬件分配,算法的選擇,網(wǎng)絡(luò )架構環(huán)境的搭建,使嵌入式系統在實(shí)際應用中有更好的發(fā)展前景。


      參考文獻

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