德國(guó)進(jìn)口ss.lubac全系列LI2610078

胡澤明 岳春生</P><P> 摘要：主要討論在嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中，設(shè)計(jì)人員如何考慮和選擇嵌入式處理器、嵌入式操作系統(tǒng)、調(diào)試器、仿真器以及開(kāi)發(fā)人員的技術(shù)水平和結(jié)構(gòu)比例等組成要素；同時(shí)，以實(shí)例說(shuō)明如何選擇這些開(kāi)發(fā)要素。</P><P> </P><P> 關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng) 嵌入式處理器 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) 仿真器 調(diào)試器</P><P> <BR> 引 言<BR> 　　在計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)和通信技術(shù)高速發(fā)展的同時(shí)，嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)技術(shù)也取得迅速發(fā)展。這不僅表現(xiàn)在從事嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)研究的人員隊(duì)伍日益壯大，嵌入式處理器和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的性能增強(qiáng)和產(chǎn)品升級(jí)換代，更重要的體現(xiàn)在嵌入式技術(shù)應(yīng)用范圍的急劇擴(kuò)大。</P><P> 　　嵌入式系統(tǒng)擁有巨大的市場(chǎng)空間，我國(guó)應(yīng)該抓住機(jī)遇，與時(shí)俱進(jìn)，奮起直追，在嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域趕超*水平。要達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，具有一定的現(xiàn)實(shí)可行性，這是因?yàn)橥琍C機(jī)系統(tǒng)相比，嵌入式系統(tǒng)更有自身的特征。在PC領(lǐng)域，雖有AMD系列處理器和Linux操作系統(tǒng)的市場(chǎng)沖擊，但是Win_Tel（Windows+Intel）體系架構(gòu)仍占主導(dǎo)地位；可是，嵌入式系統(tǒng)本身是一個(gè)相當(dāng)分散的工業(yè)，典型特征是面向用戶(hù)、面向產(chǎn)品、面向應(yīng)用的，市場(chǎng)應(yīng)用才是嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的導(dǎo)向和前提，在當(dāng)前的嵌入式市場(chǎng)中不存在壟斷的局面。</P><P> 　　嵌入式系統(tǒng)包含硬件和軟件兩部分：硬件架構(gòu)上以嵌入式處理器為中心，配置存儲(chǔ)器、I/O設(shè)備、通信模塊等必要的外設(shè)；軟件部分以軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)為核心，向上提供應(yīng)用編程接口（API），向下屏蔽具體硬件特性的板級(jí)支持包BSP。嵌入式系統(tǒng)中，軟件和硬件緊密配合，協(xié)調(diào)工作，共同完成系統(tǒng)預(yù)定的功能。</P><P> 　　對(duì)于不同的市場(chǎng)應(yīng)用類(lèi)型，嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中的嵌入式處理器、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、仿真器、調(diào)試器以及開(kāi)發(fā)隊(duì)伍的技術(shù)水平和結(jié)構(gòu)比例等要素的選擇是至關(guān)重要的。本文參考一些嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的資料，結(jié)合具體的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，系統(tǒng)總結(jié)了進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)時(shí)，如何全面考慮各開(kāi)發(fā)要素并進(jìn)行選擇，后結(jié)合一個(gè)具體實(shí)例進(jìn)行詳細(xì)闡述。 </P><P> 1 嵌入式處理器</P><P> 　　嵌入式系統(tǒng)的功能軟件集成于硬件系統(tǒng)之中，系統(tǒng)的應(yīng)用軟件與硬件一體化。在嵌入式系統(tǒng)的硬件設(shè)備中，嵌入處理器是整個(gè)系統(tǒng)的核心部件，其性能的好壞直接決定整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行效果。</P><P> 　　PC機(jī)銷(xiāo)售市場(chǎng)中，隨著通用CPU技術(shù)的突破和工作頻率的倍增，舊款低檔CPU早已經(jīng)不見(jiàn)蹤跡。嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)面向具體應(yīng)用，不同領(lǐng)域的應(yīng)用市場(chǎng)需要不同款式和性能指標(biāo)的處理器來(lái)開(kāi)發(fā)，于是在嵌入式處理器市場(chǎng)中，中低端的4位、8位和16位處理器依然存在，高性能的32位處理器也有很多產(chǎn)品。隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)和微電子技術(shù)發(fā)展，包含嵌入式處理器以及部分外圍電路的微控制器產(chǎn)品也進(jìn)入市場(chǎng)，片上系統(tǒng)SoC（System on Chip）產(chǎn)品也開(kāi)始出現(xiàn)。這些產(chǎn)品的上市，不僅豐富了嵌入式處理器產(chǎn)品，而且也更加方便了工程技術(shù)人員進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)的技術(shù)開(kāi)發(fā)和擴(kuò)大嵌入式產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域。</P><P> 　　由于嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用需求的多樣性，市場(chǎng)上基于RISC結(jié)構(gòu)的嵌入式處理器提供商也日漸增多。統(tǒng)計(jì)數(shù)字表明，1999年底市場(chǎng)銷(xiāo)售額排在前三位的公司分別是ARM、Motorola和MIPS，其中ARM公司的芯片銷(xiāo)售量達(dá)1.5億個(gè)，超過(guò)50%。</P><P> 　　面對(duì)這樣的嵌入式處理器市場(chǎng)，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)人員應(yīng)該如何選擇呢？這里有兩個(gè)前提條件。</P><P> 　　一是深入研究具體的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用需求，充分的應(yīng)用需求分析后獲取應(yīng)用系統(tǒng)的性能指標(biāo)。面向應(yīng)用是嵌入式系統(tǒng)的特色，具體的應(yīng)用需求決定著嵌入式處理器的性能選型。在工業(yè)控制等特殊領(lǐng)域，系統(tǒng)需求分析員不僅需要和工作人員、上級(jí)主管親自面談，而且要到工作現(xiàn)場(chǎng)獲取*手信息，收集充分的資料。應(yīng)用需求分析后，需要定義產(chǎn)品具備的基本功能和性能指標(biāo)，如系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)量大小和處理實(shí)時(shí)性要求、系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)的工作環(huán)境、系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中可能遇到的突發(fā)事件、系統(tǒng)的尺寸大小和功耗指標(biāo)等。</P><P> 　　第二個(gè)前提條件是，分析研究市場(chǎng)上各大廠商提供的各款嵌入式處理器的性能指標(biāo)，如功耗、體積、成本、可靠性、速度、處理能力、電磁兼容性等。這些參數(shù)也是各個(gè)半導(dǎo)體芯片廠商之間競(jìng)爭(zhēng)的熱點(diǎn)。</P><P> 　　開(kāi)發(fā)人員通過(guò)應(yīng)用需求分析獲取了產(chǎn)品的功能性和非功能性指標(biāo)，研究了市場(chǎng)上嵌入式處理器的性能參數(shù)后，能夠?qū)η度胧教幚砥髯鞒鲚^好的選擇。嵌入式處理器選擇的基本原則是滿足具體功能性和非功能性指標(biāo)需求的、市場(chǎng)應(yīng)用反應(yīng)良好的、硬件配置少的嵌入式處理器。如簡(jiǎn)單的智能儀器儀表設(shè)計(jì)考慮使用4位或者8位低檔單片機(jī)8051；和數(shù)字信號(hào)處理密切相關(guān)的選用TI公司的TMX320x系列的DSP（數(shù)字信號(hào)處理）芯片；如果產(chǎn)品偏重于通信功能，考慮Motorola公司的嵌入式處理器68K系列；如果產(chǎn)品功能比較齊全，可選用嵌入式處理器領(lǐng)域的*ARM公司的高性能嵌入式處理器ARM芯片系列等。</P><P> 　　除了上述的產(chǎn)品性能需求因素，選擇嵌入式處理器時(shí)也需要考慮開(kāi)發(fā)人員對(duì)此系列處理器的熟悉程度。因?yàn)椴煌鹃_(kāi)發(fā)的嵌入式處理器差別較大，從一類(lèi)處理器轉(zhuǎn)移到另一類(lèi)處理器的難度比同一系列不同處理器間的轉(zhuǎn)移難度大得多，風(fēng)險(xiǎn)多得多。 </P><P> 2 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)</P><P> 　　以嵌入式處理器為中心，開(kāi)發(fā)人員搭建好硬件電路時(shí)僅提供了裸機(jī)運(yùn)行平臺(tái)，要使整個(gè)系統(tǒng)有限的硬件資源充分利用起來(lái)，還需要（嵌入式）實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)RTOS（Real Time Operating System）的軟件支持。</P><P> 　　RTOS與一般商用多任務(wù)OS（如Unix、Windows以及Linux等）有共同的一面，也有不同的一面。商用多任務(wù)OS主要目的是方便用戶(hù)管理計(jì)算機(jī)資源和追求系統(tǒng)資源的大利用率；而RTOS重點(diǎn)追求的是實(shí)時(shí)性、可確定性、可靠性，當(dāng)然也包括有限資源的管理。一般RTOS內(nèi)核都很小，在幾KB~十幾KB之間。流行的RTOS基本上都支持基于優(yōu)先級(jí)的搶占式調(diào)度策略和時(shí)間片輪轉(zhuǎn)，具有微內(nèi)核結(jié)構(gòu)，有標(biāo)準(zhǔn)組件可供選用，支持虛擬存儲(chǔ)技術(shù)和存儲(chǔ)保護(hù)機(jī)制。</P><P> 　　由于具體嵌入式應(yīng)用的功能需求差異以及不同RTOS間不同的性能指標(biāo)，RTOS的選擇有三種方案：一是根據(jù)應(yīng)用需要和公司技術(shù)實(shí)力，考慮自主開(kāi)發(fā)研究（國(guó)內(nèi)手機(jī)廠商寧波波導(dǎo)公司部分款式的手機(jī)操作系統(tǒng)就是自主開(kāi)發(fā)的）；二是充分考慮系統(tǒng)需求和流行RTOS的性能指標(biāo)及性?xún)r(jià)比選擇商用RTOS，如WinCE、VxWorks等；三是考慮嵌入式Linux（RT_Linux），RT_Linux是開(kāi)放源代碼的免費(fèi)自由軟件，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)論壇較多，具備較好的裁減性以支持不同的應(yīng)用范疇。 </P><P> 　　當(dāng)前范圍內(nèi)商用RTOS多達(dá)200多種，應(yīng)用領(lǐng)域的多樣性使得市場(chǎng)反應(yīng)較好的也將近有十幾種，如VxWorks、pSOS、Nucleus、QNX、WinCE以及中科院軟件研究中心研制的Hopen等。這些不同名稱(chēng)的RTOS，核心軟件差異微妙而且難以琢磨，選擇時(shí)重點(diǎn)是考慮它們的性能評(píng)價(jià)指標(biāo)，主要包括調(diào)度算法、RTOS本身內(nèi)存開(kāi)銷(xiāo)、RTOS內(nèi)存管理模式、大中斷禁止時(shí)間和大任務(wù)切換時(shí)間。當(dāng)然，也包括RTOS的購(gòu)買(mǎi)成本和提供的技術(shù)支持等相關(guān)因素。針對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的應(yīng)用，需要重點(diǎn)考慮RTOS的大中斷禁止時(shí)間和大任務(wù)切換時(shí)間。這兩個(gè)參數(shù)越小越好。減小這兩個(gè)參數(shù)值，除了選用較高工作主頻的嵌入式處理器外，還和RTOS本身任務(wù)調(diào)度和中斷處理機(jī)制密切相關(guān)。</P><P> 　　選擇RTOS時(shí)，通常還要考慮系統(tǒng)功能方面支持何種處理器硬件平臺(tái)，何種API，是否支持核心態(tài)用戶(hù)態(tài)、是否支持內(nèi)存管理單元MMU、可移植性、調(diào)試支持、標(biāo)準(zhǔn)支持等。如果開(kāi)發(fā)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，還需要考慮該RTOS是否支持TCP/IP的網(wǎng)絡(luò)組件和I/O服務(wù)等。如果開(kāi)發(fā)游戲和娛樂(lè)市場(chǎng)，要著重研究該RTOS對(duì)多媒體的支持能力。市場(chǎng)應(yīng)用需求的多樣性，使得RTOS本身應(yīng)該支持用戶(hù)自定制能力，根據(jù)應(yīng)用需要在微內(nèi)核的基礎(chǔ)上選用標(biāo)準(zhǔn)組件。</P><P> 3 仿真器和調(diào)試器</P><P> 　　調(diào)試是嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程的重要環(huán)節(jié)。嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)調(diào)試和一般PC系統(tǒng)開(kāi)發(fā)調(diào)試有較大差別。在一般PC機(jī)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中，調(diào)試器和被調(diào)試程序是運(yùn)行在相同的硬件和軟件平臺(tái)上的兩個(gè)進(jìn)程，調(diào)試器進(jìn)程通過(guò)操作系統(tǒng)專(zhuān)門(mén)提供的調(diào)試接口控制和訪問(wèn)被調(diào)試進(jìn)程。而在嵌入式系統(tǒng)中，調(diào)試器是運(yùn)行在桌面操作系統(tǒng)上的應(yīng)用程序，被調(diào)試程序是運(yùn)行在基于特定硬件平臺(tái)的操作系統(tǒng)，兩個(gè)程序間需要實(shí)時(shí)通信。</P><P> 　　嵌入式系統(tǒng)調(diào)試時(shí)，主機(jī)上運(yùn)行的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試工具（調(diào)試器）通過(guò)仿真器和目標(biāo)機(jī)相連。仿真器處理宿主機(jī)和目標(biāo)機(jī)之間所有的通信，這個(gè)通信口可以是串口、并行口或者高速以太網(wǎng)接口。仿真器通過(guò)JTAG口和目標(biāo)機(jī)相連。三者間的關(guān)系如圖1所示。<BR> 　　　　　　　　<br><A HREF="/editor/uploadfiles/learns01/20038291042317591.jpg" TARGET=_blank><IMG SRC="/editor/uploadfiles/learns01/20038291042317591.jpg" border=0 alt=按此在新窗口瀏覽圖片 onload="javascript:if(this.width>580)this.width=580"></A><BR> 　　嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)調(diào)試方法有快速原型仿真法和實(shí)時(shí)在線調(diào)試法?？焖僭头抡娣ㄓ糜谟布O(shè)備尚未完成時(shí)，直接在宿主機(jī)上對(duì)應(yīng)用程序運(yùn)行進(jìn)行仿真分析。在此過(guò)程中系統(tǒng)不直接和硬件打交道，由開(kāi)發(fā)調(diào)試軟件內(nèi)部某一特定軟件模塊模擬硬件CPU系統(tǒng)執(zhí)行過(guò)程，并可同時(shí)將仿真異常反饋給開(kāi)發(fā)者進(jìn)行錯(cuò)誤定位和修改。實(shí)時(shí)在線調(diào)試法在具體的目標(biāo)機(jī)平臺(tái)上調(diào)試應(yīng)用程序，系統(tǒng)在調(diào)試狀態(tài)下的執(zhí)行情況和實(shí)際運(yùn)行模式*一樣，這種方式更有利于開(kāi)發(fā)者實(shí)時(shí)對(duì)系統(tǒng)硬件和軟件故障進(jìn)行定位和修改，提高產(chǎn)品開(kāi)發(fā)速度。</P><P> 　　選用的調(diào)試器是運(yùn)行在主機(jī)上的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，一般需要集編輯、匯編、編譯、鏈接和調(diào)試環(huán)境于一體，支持低級(jí)匯編語(yǔ)言、C和C++語(yǔ)言，基于友好的圖形用戶(hù)界面（GUI），支持用戶(hù)觀察或修改嵌入式處理器的寄存器和存儲(chǔ)器配置、數(shù)據(jù)變量的類(lèi)型和數(shù)值，堆棧和寄存器的使用，支持程序斷點(diǎn)設(shè)置，單步、斷點(diǎn)或者全速運(yùn)行等特性。</P><P> 　　應(yīng)用需求的多樣性導(dǎo)致市場(chǎng)真器和調(diào)試器的提供商也較多，Windriver公司的Tornado是一個(gè)很好的開(kāi)發(fā)調(diào)試工具。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，一般配套選擇規(guī)模較大、信譽(yù)較好公司的仿真器和調(diào)試器，雖然價(jià)格偏高，但是這些公司技術(shù)實(shí)力強(qiáng)，售后服務(wù)好，調(diào)試器和仿真器開(kāi)發(fā)結(jié)合緊密。如果在開(kāi)發(fā)調(diào)試過(guò)程遇到技術(shù)障礙，可以通過(guò)或者電子郵件方式及時(shí)獲取技術(shù)支持。如選用ARM系列的嵌入式處理器時(shí)，可以購(gòu)買(mǎi)Multi-ICE仿真器，并附加ARM250集成開(kāi)發(fā)調(diào)試環(huán)境等。</P><P> 4 開(kāi)發(fā)隊(duì)伍的技術(shù)水平和結(jié)構(gòu)比例</P><P> 　　嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中選擇好了嵌入式處理器、RTOS、仿真器和調(diào)試器等設(shè)備外，還需要考慮開(kāi)發(fā)隊(duì)伍的技術(shù)水平和結(jié)構(gòu)比例。經(jīng)驗(yàn)豐富的開(kāi)發(fā)小組都深有體會(huì)：民用產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中，產(chǎn)品能夠在預(yù)計(jì)的時(shí)間內(nèi)進(jìn)入市場(chǎng)贏得效益，其整個(gè)技術(shù)范圍內(nèi)新技術(shù)比例至多只能達(dá)到20％，超過(guò)這個(gè)界限，估算的時(shí)間期限可能會(huì)出現(xiàn)較大偏差。從高層規(guī)劃人員的角度分析：20％以?xún)?nèi)的新技術(shù)，公司可以集中力量，投入足夠多的人力、物力和財(cái)力進(jìn)行突破性研究，正常情況下可以達(dá)到滿意效果。如果新技術(shù)超出20％這個(gè)范圍，恐怕心有余而力不足。</P><P> 　　公司運(yùn)作以市場(chǎng)作為向?qū)?，是市?chǎng)賦予它們生命。公司看重市場(chǎng)，付出的勞動(dòng)有市場(chǎng)回報(bào)才能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。公司在開(kāi)發(fā)過(guò)程中一般都盡量避免風(fēng)險(xiǎn)，而且整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程中始終將風(fēng)險(xiǎn)分析作為重要的參考因素。公司一般都選擇保守的開(kāi)發(fā)模式，基于當(dāng)前開(kāi)發(fā)人員的技術(shù)實(shí)力和已經(jīng)達(dá)到的技術(shù)儲(chǔ)備，在許多種備選方案的技術(shù)論證過(guò)程，充分分析成本收益、風(fēng)險(xiǎn)大小、投入資源、開(kāi)發(fā)人員的技術(shù)水平等因素，全面考慮，權(quán)衡利弊，盡量選用可靠的，風(fēng)險(xiǎn)小的設(shè)計(jì)方案。</P><P> 　　在項(xiàng)目開(kāi)發(fā)中，分配開(kāi)發(fā)人員時(shí)不僅要確保任務(wù)在給定時(shí)間期限內(nèi)完成的成功性，而且也要體現(xiàn)在鍛煉培養(yǎng)后繼人才方面。任何項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)，依據(jù)需求分析后，經(jīng)過(guò)概要設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)，都會(huì)形成模塊化結(jié)構(gòu)，其工作難度也有一定的層次性。這樣，公司在選派項(xiàng)目人員時(shí)，需要合理的人員結(jié)構(gòu)安排，現(xiàn)在一般*的人才結(jié)構(gòu)比例是1（博士或同等學(xué)歷）∶3（碩士或同等學(xué)歷）∶7（學(xué)士、大專(zhuān)或同等學(xué)歷）。在項(xiàng)目開(kāi)發(fā)中，除了開(kāi)發(fā)人員的技術(shù)水平和結(jié)構(gòu)比例外，小組內(nèi)部的民主化、科學(xué)化管理決策也是很重要的環(huán)節(jié)。 </P><P> 5 應(yīng)用實(shí)例解析</P><P> 　　在詳細(xì)討論了嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中的幾個(gè)關(guān)鍵因素后，下面具體闡述這些因素在工作中的具體體現(xiàn)。圖2是個(gè)人數(shù)字助理PDA和尋呼機(jī)二合一的手持式電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖。<BR> 　　　　　　　　　<br><A HREF="/editor/uploadfiles/learns01/20038291043036668.jpg" TARGET=_blank><IMG SRC="/editor/uploadfiles/learns01/20038291043036668.jpg" border=0 alt=按此在新窗口瀏覽圖片 onload="javascript:if(this.width>580)this.width=580"></A><BR> 　　該產(chǎn)品的基本功能包括：</P><P> 　?、?個(gè)人數(shù)字助理——科學(xué)計(jì)算器、英漢互譯辭典、電簿、記事日程表等；</P><P> 　?、?交通信息——列車(chē)時(shí)刻表的車(chē)次查詢(xún)和車(chē)站查詢(xún)、民航時(shí)刻表的航班查詢(xún)等；</P><P> 　　③ 尋呼信息——接收個(gè)人和公共尋呼信息，個(gè)人尋呼內(nèi)容實(shí)時(shí)語(yǔ)音合成并播放，尋呼方式更新列車(chē)和民航時(shí)刻表數(shù)據(jù)等。 </P><P> 　　分析產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)圖并結(jié)合產(chǎn)品的基本功能，可以獲得產(chǎn)品對(duì)嵌入式處理器的性能要求：高速嵌入式處理器處理列車(chē)和民航時(shí)刻表查詢(xún)、個(gè)人尋呼內(nèi)容的實(shí)時(shí)語(yǔ)音合成并播放等。處理器外圍需要自帶語(yǔ)音錄放電路完成語(yǔ)音錄入和播放，串行口和紅外通信口進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，LCD接口電路提供用戶(hù)輸入接口，也需要電源管理模塊完成便攜式電子產(chǎn)品的低功耗設(shè)計(jì)。</P><P> 　　選用ARM公司的嵌入式微控制器EP7211：內(nèi)含的32位微處理器ARM720T，提供18MHz、36MHz、54MHz和72MHz工作主頻，而且允許用戶(hù)在應(yīng)用程序中對(duì)控制寄存器編程切換處理器工作頻率，這種切換頻率的工作方式，不僅滿足了不同的應(yīng)用需求，而且降低了系統(tǒng)的功耗。EP7211提供了SRAM和Flash存儲(chǔ)芯片接口，2個(gè)RS232口（1個(gè)自帶紅外信號(hào)收發(fā)模塊），支持G_729.a標(biāo)準(zhǔn)的語(yǔ)音錄放Codec模塊，有LCD接口和電源管理部分，支持低電壓監(jiān)測(cè)等。在休眠狀態(tài)下，EP7211支持中斷喚醒功能，喚醒時(shí)間是喚醒頻率的2～3個(gè)周期，芯片提供8kHz的喚醒頻率，使得在休眠狀態(tài)下系統(tǒng)收到尋呼前導(dǎo)信號(hào)時(shí)能夠及時(shí)喚醒。</P><P> 　　選定了EP7211后就應(yīng)選擇RTOS了。從產(chǎn)品功能和程序流程的角度分析，系統(tǒng)基本上是單任務(wù)順序處理，但要具備實(shí)時(shí)對(duì)尋呼中斷的響應(yīng)能力。RTOS的選擇有兩個(gè)方案：一是使用已經(jīng)購(gòu)買(mǎi)的用在油田測(cè)井系統(tǒng)SL3000型產(chǎn)品的商用Nucleus，二是使用自主開(kāi)發(fā)的、專(zhuān)門(mén)面向嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)的XGW軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)。</P><P> 　　XGW軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)功能強(qiáng)大，模塊化設(shè)計(jì)，擴(kuò)展性強(qiáng)；支持多種點(diǎn)陣和矢量字體；完善的中英文處理接口；支持漢王手寫(xiě)識(shí)別和拼音輸入法等。XGW開(kāi)發(fā)平臺(tái)是自主研發(fā)的，軟件產(chǎn)品升級(jí)和故障排除比較容易，產(chǎn)品成本費(fèi)用相對(duì)較低。選擇EP7211嵌入式處理器和XGW開(kāi)發(fā)平臺(tái)，還因?yàn)槎咴?ldquo;GPS汽車(chē)導(dǎo)航系統(tǒng)”項(xiàng)目中獲得了成功應(yīng)用。</P><P> 　　關(guān)于集成開(kāi)發(fā)調(diào)試環(huán)境，我們購(gòu)買(mǎi)了ARM公司的ARM250。它基于GUI用戶(hù)接口，一體化的編輯、匯編、編譯、連接和調(diào)試多窗口工作環(huán)境，支持單步跟蹤、斷點(diǎn)設(shè)置和內(nèi)存查看等；同時(shí)，ARM250開(kāi)發(fā)調(diào)試界面和Microsoft 的VC6++集成環(huán)境相似，有助于開(kāi)發(fā)人員快速熟悉和掌握。選用Multi_ICE仿真器，支持在線仿真調(diào)試，通過(guò)并行口連接主機(jī)，支持程序編譯鏈接后的程序代碼快速加載，加快了代碼調(diào)試進(jìn)度。</P><P> 　　詳細(xì)分析了產(chǎn)品的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)開(kāi)發(fā)小組而言，只有尋呼系統(tǒng)是比較成熟的新技術(shù)，且工作頻率高達(dá)155MHz，需要重點(diǎn)解決和其它功能模塊的電磁兼容性，要投入較多的人力資源進(jìn)行重點(diǎn)突破。關(guān)于嵌入式處理器EP7211和自主研發(fā)的XGW軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)等，開(kāi)發(fā)人員都有一定的技術(shù)積累和豐富的工作經(jīng)驗(yàn)。</P><P> 　　在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中，設(shè)計(jì)了兩套技術(shù)調(diào)試方案：一是基于內(nèi)存SRAM模式，二是基于閃存Flash模式。在內(nèi)存SRAM模式中，系統(tǒng)加電冷啟動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)完成相關(guān)硬件初始化任務(wù)后執(zhí)行一段代碼，將系統(tǒng)編譯連接生成的二進(jìn)制可執(zhí)行代碼從Flash存儲(chǔ)空間*拷貝到SRAM內(nèi)存空間中，整個(gè)應(yīng)用程序調(diào)試*在內(nèi)存空間執(zhí)行。此種方案極大加快了龐大應(yīng)用程序的調(diào)試步伐，加快產(chǎn)品開(kāi)發(fā)進(jìn)度。二是在SRAM內(nèi)存模式調(diào)試完應(yīng)用程序的基礎(chǔ)上，執(zhí)行閃存Flash調(diào)試，系統(tǒng)啟動(dòng)后將中斷服務(wù)程序ISR和少量的內(nèi)核代碼拷貝到SRAM后在SRAM中執(zhí)行，其它應(yīng)用程序在Flash中執(zhí)行。Flash模式同SRAM模式相比，主要是修改系統(tǒng)啟動(dòng)代碼段，應(yīng)用程序代碼*保持*。Flash模式減少了寶貴的SRAM資源需求、降低了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)成本，但是運(yùn)行速度較SRAM模式慢。</P><P> 6 小 結(jié)</P><P> 　　本文詳細(xì)闡述了在嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中嵌入式處理器、嵌入式操作系統(tǒng)、調(diào)試器、仿真器以及開(kāi)發(fā)人員的技術(shù)水平和結(jié)構(gòu)比例等組成要素的選擇原則，并且使用一個(gè)具體的實(shí)例來(lái)進(jìn)一步分析說(shuō)明。需要指出的是，這些要素之間不是彼此獨(dú)立，而是緊密相關(guān)，可能還會(huì)在某些方面相互沖突。

紅外測(cè)溫技術(shù)在產(chǎn)品質(zhì)量控制和監(jiān)測(cè)、設(shè)備在線故障診斷、安全保護(hù)以及節(jié)約能源等方面發(fā)揮了正在發(fā)揮著重要作用。近二十年來(lái)，非接觸紅外測(cè)溫儀在技術(shù)上得到迅速發(fā)展，性能不斷提高，適用范圍也不斷擴(kuò)大，逐年增長(zhǎng)。比起接觸式測(cè)溫方法，紅外測(cè)溫有著響應(yīng)時(shí)間快、非接觸、使用安全及使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。 <BR> Raytek（雷泰）公司非接觸紅外輻射測(cè)溫產(chǎn)品包括便攜式、在線式和掃描式三大系列，并備有各種選配件和相應(yīng)的計(jì)算機(jī)軟件，每一系列中又有各種型號(hào)及規(guī)格。在不同規(guī)格的各種型號(hào)測(cè)溫儀中，正確地選擇紅外測(cè)溫儀型號(hào)對(duì)用戶(hù)來(lái)說(shuō)是十分重要的。這里僅提出如何正確選擇測(cè)溫儀型號(hào)的思考步驟，供購(gòu)買(mǎi)者參考。 <BR> 紅外測(cè)溫儀工作原理 <BR> 了解紅外測(cè)溫儀的工作原理、技術(shù)指標(biāo)、環(huán)境工作條件及操作和維修等是為了幫助用戶(hù)正確地選擇和使用紅外測(cè)溫儀。 <BR> 一切溫度高于零度的物體都在不停地向周?chē)臻g發(fā)出紅外輻射能量。物體的紅外輻射特性——輻射能量的大小及其按波長(zhǎng)的分布——與它的表面溫度有著十分密切的關(guān)系。因此，通過(guò)對(duì)物體自身輻射的紅外能量的測(cè)量，便能準(zhǔn)確地測(cè)定它的表面溫度，這就是紅外輻射測(cè)溫所依據(jù)的客觀基礎(chǔ)。 <BR> 黑體輻射定律：黑體是一種理想化的輻射體，它吸收所有波長(zhǎng)的輻射能量，沒(méi)有能量的反射和透過(guò)，其表面的發(fā)射率為1。應(yīng)該指出，自然界中并不存在真正的黑體，但是為了弄清和獲得紅外輻射分布規(guī)律，在理論研究中必須選擇合適的模型，這就是普朗克提出的體腔輻射的量子化振子模型，從而導(dǎo)出了普朗克黑體輻射的定律，即以波長(zhǎng)表示的黑體光譜輻射度，這是一切紅外輻射理論的出發(fā)點(diǎn)，故稱(chēng)黑體輻射定律。 <BR> 物體發(fā)射率對(duì)輻射測(cè)溫的影響：自然界中存在的實(shí)際物體，幾乎都不是黑體。所有實(shí)際物體的輻射量除依賴(lài)于輻射波長(zhǎng)及物體的溫度之外，還與構(gòu)成物體的材料種類(lèi)、制備方法、熱過(guò)程以及表面狀態(tài)和環(huán)境條件等因素有關(guān)。因此，為使黑體輻射定律適用于所有實(shí)際物體，必須引入一個(gè)與材料性質(zhì)及表面狀態(tài)有關(guān)的比例系數(shù)，即發(fā)射率。該系數(shù)表示實(shí)際物體的熱輻射與黑體輻射的接近程度，其值在零和小于1的數(shù)值之間。根據(jù)輻射定律，只要知道了材料的發(fā)射率，就知道了任何物體的紅外輻射特性。 <BR> 影響發(fā)射率的主要因紗在：材料種類(lèi)、表面粗糙度、理化結(jié)構(gòu)和材料厚度等。 <BR> 當(dāng)用紅外輻射測(cè)溫儀測(cè)量目標(biāo)的溫度時(shí)首先要測(cè)量出目標(biāo)在其波段范圍內(nèi)的紅外輻射量，然后由測(cè)溫儀計(jì)算出被測(cè)目標(biāo)的溫度。單色測(cè)溫儀與波段內(nèi)的輻射量成比例；雙色測(cè)溫儀與兩個(gè)波段的輻射量之比成比例。 <BR> 紅外系統(tǒng)：紅外測(cè)溫儀由光學(xué)系統(tǒng)、光電探測(cè)器、信號(hào)放大器及信號(hào)處理、顯示輸出等部分組成。光學(xué)系統(tǒng)匯聚其視場(chǎng)內(nèi)的目標(biāo)紅外輻射能量，視場(chǎng)的大小由測(cè)溫儀的光學(xué)零件及其位置確定。紅外能量聚焦在光電探測(cè)器上并轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號(hào)。該信號(hào)經(jīng)過(guò)放大器和信號(hào)處理電路，并按照儀器內(nèi)療的算法和目標(biāo)發(fā)射率校正后轉(zhuǎn)變?yōu)楸粶y(cè)目標(biāo)的溫度值。 <BR> 選擇紅外測(cè)溫儀可分為三個(gè)方面：性能指標(biāo)方面，如溫度范圍、光斑尺寸、工作波長(zhǎng)、測(cè)量精度、響應(yīng)時(shí)間等；環(huán)境和工作條件方面，如環(huán)境溫度、窗口、顯示和輸出、保護(hù)附件等；其他選擇方面，如使用方便、維修和校準(zhǔn)性能以及價(jià)格等，也對(duì)測(cè)溫儀的選擇產(chǎn)生一定的影響。隨著技術(shù)和不斷發(fā)展，紅外測(cè)溫儀設(shè)計(jì)和新進(jìn)展為用戶(hù)提供了各種功能和多用途的儀器，擴(kuò)大了選擇余地。 <BR> 確定測(cè)溫范圍：測(cè)溫范圍是測(cè)溫儀重要的一個(gè)性能指標(biāo)。如Raytek（雷泰）產(chǎn)品覆蓋范圍為-50℃- +3000℃，但這不能由一種型號(hào)的紅外測(cè)溫儀來(lái)完成。每種型號(hào)的測(cè)溫儀都有自己特定的測(cè)溫范圍。因此，用戶(hù)的被測(cè)溫度范圍一定要考慮準(zhǔn)確、周全，既不要過(guò)窄，也不要過(guò)寬。根據(jù)黑體輻射定律，在光譜的短波段由溫度引起的輻射能量的變化將超過(guò)由發(fā)射率誤差所引起的輻射能量的變化，因此，測(cè)溫時(shí)應(yīng)盡量選用短波較好。 <BR> 確定目標(biāo)尺寸：紅外測(cè)溫儀根據(jù)原理可分為單色測(cè)溫儀和雙色測(cè)溫儀（輻射比色測(cè)溫儀）。對(duì)于單色測(cè)溫儀，在進(jìn)行測(cè)溫時(shí)，被測(cè)目標(biāo)面積應(yīng)充滿測(cè)溫儀視場(chǎng)。建議被測(cè)目標(biāo)尺寸超過(guò)視場(chǎng)大小的50%為好。如果目標(biāo)尺寸小于視場(chǎng)，背景輻射能量就會(huì)進(jìn)入測(cè)溫儀的視聲符支干擾測(cè)溫讀數(shù)，造成誤差。相反，如果目標(biāo)大于測(cè)溫儀的視場(chǎng)，測(cè)溫儀就不會(huì)受到測(cè)量區(qū)域外面的背景影響。 <BR> 對(duì)于Raytek（雷泰）雙色測(cè)溫儀，其溫度是由兩個(gè)獨(dú)立的波長(zhǎng)帶內(nèi)輻射能量的比值來(lái)確定的。因此當(dāng)被測(cè)目標(biāo)很小，沒(méi)有充滿現(xiàn)場(chǎng)，測(cè)量通路上存在煙霧、塵埃、阻擋對(duì)輻射能量有衰減時(shí)，都不會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響。甚至在能量衰減了95%的情況下，仍能保證要求的測(cè)溫精度。對(duì)于目標(biāo)細(xì)小，又處于運(yùn)動(dòng)或振動(dòng)之中的目標(biāo)；有時(shí)在視場(chǎng)內(nèi)運(yùn)動(dòng)，或可能部分移出視場(chǎng)的目標(biāo)，在此條件下，使用雙色測(cè)溫儀是選擇。如果測(cè)溫儀和目標(biāo)之間不可能直接瞄準(zhǔn)，測(cè)量通道彎曲、狹小、受阻等情況下，雙色光纖測(cè)溫儀是選擇。這是由于其直徑小，有柔性，可以在彎曲、阻擋和折疊的通道上傳輸光輻射能量，因此可以測(cè)量難以接近、條件惡劣或靠近電磁場(chǎng)的目標(biāo)。 <BR> 確定光學(xué)分辨率（距離系靈敏） <BR> 光學(xué)分辨率由D與S之比確定，是測(cè)溫儀到目標(biāo)之間的距離D與測(cè)量光斑直徑S之比。如果測(cè)溫儀由于環(huán)境條件限制必須安裝在遠(yuǎn)離目標(biāo)之處，而又要測(cè)量小的目標(biāo)，就應(yīng)選擇高光學(xué)分辨率的測(cè)溫儀。光學(xué)分辨率越高，即增大D：S比值，測(cè)溫儀的成本也越高。 <BR> 確定波長(zhǎng)范圍：目標(biāo)材料的發(fā)射率和表面特性決定測(cè)溫儀的光譜響應(yīng)或波長(zhǎng)。對(duì)于高反射率合金材料，有低的或變化的發(fā)射率。在高溫區(qū)，測(cè)量金屬材料的波長(zhǎng)是近紅外，可選用0.18-1.0μm波長(zhǎng)。其他溫區(qū)可選用1.6μm、2.2μm和3.9μm波長(zhǎng)。由于有些材料在一定波長(zhǎng)是透明的，紅外能量會(huì)穿透這些材料，對(duì)這種材料應(yīng)選擇特殊的波長(zhǎng)。如測(cè)量玻璃內(nèi)部溫度選用1.0μm、2.2μm和3.9μm（被測(cè)玻璃要很厚，否則會(huì)透過(guò)）波長(zhǎng)；測(cè)量玻璃內(nèi)部溫度選用5.0μm波長(zhǎng)；測(cè)低區(qū)區(qū)選用8-14μm波長(zhǎng)為宜；再如測(cè)量聚乙烯塑料薄膜選用3.43μm波長(zhǎng)，聚酯類(lèi)選用4.3μm或7.9μm波長(zhǎng)。厚度超過(guò)0.4mm選用8-14μm波長(zhǎng)；又如測(cè)火焰中的CO2用窄帶4.24-4.3μm波長(zhǎng)，測(cè)火焰中的CO用窄帶4.64μm波長(zhǎng)，測(cè)量火焰中的NO2用4.47μm波長(zhǎng)。 <BR> 確定響應(yīng)時(shí)間：響應(yīng)時(shí)間表示紅外測(cè)溫儀對(duì)被測(cè)溫度變化的反應(yīng)速度，定義為到達(dá)后讀數(shù)的95%能量所需要時(shí)間，它與光電探測(cè)器、信號(hào)處理電路及顯示系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)有關(guān)。Raytek（雷泰）新型紅外測(cè)溫儀響應(yīng)時(shí)間可達(dá)1ms。這要比接觸式測(cè)溫方法快得多。如果目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)速度很快或測(cè)量快速加熱的目標(biāo)時(shí)，要選用快速響應(yīng)紅外測(cè)溫儀，否則達(dá)不到足夠的信號(hào)響應(yīng)，會(huì)降低測(cè)量精度。然而，并不是所有應(yīng)用都要求快速響應(yīng)的紅外測(cè)溫儀。對(duì)于靜止的或目標(biāo)熱過(guò)程存在熱慣性時(shí)，測(cè)溫儀的響應(yīng)時(shí)間就可以放寬要求了。因此，紅外測(cè)溫儀響應(yīng)時(shí)間的選擇要和被測(cè)目標(biāo)的情況相適應(yīng)。 <BR> 信號(hào)處理功能：測(cè)量離散過(guò)程（如零件生產(chǎn)）和連續(xù)過(guò)程不同，要求紅外測(cè)溫儀有信號(hào)處理功能（如峰值 保持、谷值保持、平均值）。如測(cè)溫傳送帶上的玻璃時(shí)，就要用峰值保持，其溫度的輸出信號(hào)傳送至控制器內(nèi)。 <BR> 環(huán)境條件考慮：測(cè)溫儀所處的環(huán)境條件對(duì)測(cè)量結(jié)果有很大影響，應(yīng)加以考慮并適當(dāng)解決，否則會(huì)影響測(cè)溫精度甚至引起測(cè)溫儀的損壞。當(dāng)環(huán)境溫度過(guò)高、存在灰塵、煙霧和蒸汽的條件下，可選用廠商提供的保護(hù)套、水冷卻、空氣冷卻系統(tǒng)、空氣吹掃器等附件。這些附件可有效地解決環(huán)境影響并保護(hù)測(cè)溫儀，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測(cè)溫。在確定附件時(shí)，應(yīng)盡可能要求標(biāo)準(zhǔn)化服務(wù)，以降低安裝成本。當(dāng)煙霧、灰塵或其他顆粒降低測(cè)量能量信呈悍，雙色測(cè)溫儀是選擇。在噪聲、電磁場(chǎng)、震動(dòng)或難以接近環(huán)境條件下，或其他惡劣條件下，光纖雙色測(cè)溫儀是選擇。 <BR> 在密封的或危險(xiǎn)的材料應(yīng)用中（如容器或真空箱），測(cè)溫儀通過(guò)窗口進(jìn)行觀測(cè)。材料必須有足夠的強(qiáng)度并能通過(guò)所用測(cè)溫儀的工作波長(zhǎng)范圍。還要確定操作工是否也需要通過(guò)窗口進(jìn)行觀察，因此要選擇合適的安裝位置和窗口材料，避免相互影響。在低溫測(cè)量應(yīng)用中，通常用Ge或Si材料作為窗口，不透可見(jiàn)光，人眼不能通過(guò)窗口觀察目標(biāo)。如操作員需要通過(guò)窗口目標(biāo)，應(yīng)采用既透紅外輻射又透過(guò)可見(jiàn)光的光學(xué)材料，如應(yīng)采用既透紅外輻射又透過(guò)可見(jiàn)光的光學(xué)材料，如ZnSe或BaF2等作為窗口材料。 <BR> 操作簡(jiǎn)單，使用方便：紅外測(cè)溫儀應(yīng)該是直觀的，操作簡(jiǎn)單，易于被操作人員使用，其中便攜式紅外測(cè)溫儀是一種集測(cè)溫和顯示輸出為一體的小型、輕便、由人攜帶進(jìn)行測(cè)溫的儀器，在顯示面板上可顯示溫度和輸出各種溫度信息，有的可通過(guò)遙控或通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件程序操作。 <BR> 在環(huán)境條件惡劣復(fù)雜的情況下，可以選擇測(cè)溫頭和顯示器分開(kāi)的系統(tǒng)，以便于安裝和配置?？蛇x擇與現(xiàn)行控制設(shè)備相匹配的信號(hào)輸出形式。 <BR> 紅外輻射測(cè)溫儀的標(biāo)定：紅外測(cè)溫儀必須經(jīng)過(guò)標(biāo)定才能使它正確地顯示出被測(cè)目標(biāo)的溫度。如果所用的測(cè)溫儀在使用中出現(xiàn)測(cè)溫超差，則需退回廠家或維修中心重新標(biāo)定。

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