西安科技大學(xué)碩士學(xué)位論文基于高端儀表平臺的研究姓名：安潔申請學(xué)位級別：碩士專業(yè)：控制理論與控制工程指導(dǎo)教師：黃向東20090430論文題目：基于：控制理論與控制工程碩士生：安潔 (簽名) 墾查指導(dǎo)教師：黃向東 (簽名)遣!塹垂：摘要針對儀器儀表向高端產(chǎn)品的發(fā)展趨勢，課題提出并設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種基于嵌入式S儀表的使用更加方便、智能。系統(tǒng)融合了嵌入式系統(tǒng)、示等多項(xiàng)快速發(fā)展的技術(shù)，通過現(xiàn)了高端儀表與外部設(shè)備的通信，整個(gè)平臺具有高速、實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)等特性，能夠廣泛地應(yīng)用于多種行業(yè)的現(xiàn)場測量中。硬件方面，課題采用具有結(jié)合應(yīng)用設(shè)計(jì)出了顯示模塊、制平臺通過立與外部設(shè)備的數(shù)據(jù)處理通道，將與件方面，首先將S在嵌入式gc驅(qū)動(dòng)程序的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了證了數(shù)據(jù)處理平臺具有的各項(xiàng)功能。網(wǎng)絡(luò)通信模塊中，上位現(xiàn)控制命令的發(fā)送、數(shù)據(jù)包的接收等功能。經(jīng)測試，系統(tǒng)運(yùn)行正常，較好的實(shí)現(xiàn)了各項(xiàng)設(shè)計(jì)目標(biāo)，從而證明了本文的方法是可行的。本系統(tǒng)為高端儀表的數(shù)據(jù)處理提供了一個(gè)有效的解決方案，具有良好的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)處理；嵌入式系統(tǒng)；入式S信研究類型：應(yīng)用研究姆亞一r：生f!堅(jiān)渺of a l(of on pcnd of a of SB 觸N he to SB AN of o an be to s to is 12 nd SB 伽q he SB of PI SB s to cI is to of 1le of SB AN by in t of 11e of it 11is is an be S呈交的學(xué)位論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及其取得研究成果。盡我所知，除了文中加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文q，不包含其他人或集體已經(jīng)公開發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得西安科技大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書所使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中做了明確的說明并表示了謝意。學(xué)位論文作者簽名：岳潔 日期：砷年學(xué)位論文知識產(chǎn)權(quán)聲明書本人完全了解學(xué)校有關(guān)保護(hù)知識產(chǎn)權(quán)的規(guī)定，即：研究生在校攻讀學(xué)位期問論文工作的知識產(chǎn)權(quán)單位屬于西安科技大學(xué)。學(xué)校有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版。本人允許論文被查閱和借閱。學(xué)?？梢詫⒈緦W(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。同時(shí)本人保證，畢業(yè)后結(jié)合學(xué)位論文研究課題再撰寫的文章一律注明作者單位為西安科技大學(xué)。保密論文待解密后適用本聲明。學(xué)位論文作者簽名：岳諾 指導(dǎo)教師簽名：董、島鬣叫年課題研究背景及意義1緒論111課題研究背景測量技術(shù)是信息技術(shù)的關(guān)鍵和基礎(chǔ)，信息社會(huì)起帶動(dòng)作用的科學(xué)技術(shù)首推信息技術(shù)。信息技術(shù)包括測量技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)。測量技術(shù)與信息技術(shù)的關(guān)系見圖11。儀器儀表則是認(rèn)識、探索和改造物質(zhì)世界必須的測控工具。錢學(xué)森同志在論述信息技術(shù)的內(nèi)在關(guān)系時(shí)，特別強(qiáng)調(diào)測量技術(shù)的基礎(chǔ)性(信息之源)及關(guān)鍵性(科技攻關(guān)的第一位關(guān)鍵)。圖11測量技術(shù)與信息技術(shù)關(guān)系圖隨著計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)的發(fā)展，21世紀(jì)人類進(jìn)入了后此階段，人們開始考慮如何將各類儀器設(shè)備變得更加智能化、數(shù)字化，從而使其輕巧便利、易于控制或具有某些特定的功能?！緇】為了實(shí)現(xiàn)這些新要求，嵌入式技術(shù)(供了一種靈活、高效和高性價(jià)比的解決方案。后oC(on 統(tǒng)的發(fā)展就是這種軟硬件無縫結(jié)合趨勢的證明。嵌入式系統(tǒng)是一種用于控制、監(jiān)測或協(xié)助特定裝置和設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)的計(jì)算機(jī)。嵌入式系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、微電子技術(shù)、語音圖像數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、甚至傳感器等先進(jìn)技術(shù)和具體應(yīng)用對象相結(jié)合后的更新?lián)Q代產(chǎn)品。它以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)是現(xiàn)代科學(xué)的多學(xué)科互相融合的以應(yīng)用技術(shù)產(chǎn)品為核心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、以通信技術(shù)為載體、以產(chǎn)品為對象、引入各類傳感器、進(jìn)入著計(jì)算機(jī)應(yīng)用的不斷發(fā)展，各種新外設(shè)不斷涌現(xiàn)，適配器的種類和數(shù)量也不斷增加，對對于采用并行口或串行口等不需要適配器接入的外設(shè)，也存在不支持熱插拔、傳輸速率較低的問題。由此，在實(shí)上幾乎所有的12課題的提出近年來，現(xiàn)代儀器儀表產(chǎn)品向著計(jì)算機(jī)化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、多功能化的方向發(fā)展，跨學(xué)科的綜合設(shè)計(jì)、高精尖的制造技術(shù)使其能更高速、更靈敏、更可靠、更簡捷地獲取被分析、檢測、控制對象的全方位信息。嵌入式系統(tǒng)是未來真正實(shí)現(xiàn)光、機(jī)、電、算(計(jì)算機(jī))一體化、自動(dòng)化的結(jié)構(gòu)，走向更名副其實(shí)的智能系統(tǒng)(帶有自診斷、自控、自調(diào)、自行判斷決策等高智能功能)的基本保證。針對儀器儀表向高端產(chǎn)品的發(fā)展趨勢，本系統(tǒng)進(jìn)行了模塊化的設(shè)計(jì)，與高精度測量模塊組成了一個(gè)具有先進(jìn)控制、采集、傳輸?shù)母叨藘x表。高端儀表組織結(jié)構(gòu)如圖12所示。 卜高精度 外部設(shè)備測量模塊 控制平臺以太網(wǎng)通信或者圖12平臺組織結(jié)構(gòu)圖本系統(tǒng)將高精度測量模塊采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示和實(shí)時(shí)傳輸?shù)酵獠吭O(shè)備或者實(shí)現(xiàn)外部設(shè)備或者各種現(xiàn)場條件下提供一種智能、高效的操作平臺。113課題的研究意義本課提出并初步設(shè)計(jì)了基于嵌入式S系統(tǒng)可以應(yīng)用在高端儀表的數(shù)據(jù)處理方面，隨著儀表的發(fā)展，會(huì)擁有一個(gè)開闊的應(yīng)用前景?？刂破脚_具有小型化、低成本、低功耗、可擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)，具有一定的工程應(yīng)用和參考價(jià)值。21緒論12國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢121發(fā)展歷史西方國家將儀器儀表納入信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)并采取優(yōu)先發(fā)展的政策，它把測量用工業(yè)儀表、電測儀器、實(shí)驗(yàn)室分析儀器，以及相關(guān)軟件歸屬于信息技術(shù)生產(chǎn)行業(yè)。并把發(fā)展信息技術(shù)和信息產(chǎn)業(yè)擺在優(yōu)先地位，同時(shí)加大了這方面的戰(zhàn)略性投資。美國90年代末期對信息技術(shù)的投資占其設(shè)備投資的45，使10年前還很薄弱的美國信息產(chǎn)業(yè)現(xiàn)在已處于領(lǐng)先地位，成為美國國內(nèi)銷售和出口最大的產(chǎn)業(yè)部門，增長速度是國民經(jīng)濟(jì)增速的兩倍，還大大提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。對于儀器儀表產(chǎn)業(yè)美國商務(wù)部分析說：“儀器儀表總產(chǎn)值僅占工業(yè)總產(chǎn)值的4，但其對國民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)總值(影響卻達(dá)到66”，起到了四兩撥千斤的作用。我國儀器儀表科學(xué)技術(shù)與國外的差距很大，并不適應(yīng)國內(nèi)相關(guān)技術(shù)的要求，而且還有繼續(xù)增大的趨勢。它已成為國民經(jīng)濟(jì)制造業(yè)的主要瓶頸之一。我國儀器儀表的地位愈來愈重要，社會(huì)許多深層次的問題和為可持續(xù)發(fā)展服務(wù)領(lǐng)域無不要求儀器儀表提供準(zhǔn)確的信息。例如配合打假活動(dòng)的產(chǎn)品鑒別儀器、系統(tǒng)；自然災(zāi)害的監(jiān)測、預(yù)警、調(diào)度系統(tǒng)；公安偵破測試儀器；環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)；交通指揮調(diào)度系統(tǒng)等。各行各業(yè)，隨著對儀器儀表的要求也趨向于要求快速、自動(dòng)、準(zhǔn)確地測控，投資費(fèi)用在增加，并占設(shè)備投人的相當(dāng)比例。例如運(yùn)載火箭的試制費(fèi)用一半用于購置儀器儀表；高科技的奧運(yùn)工程也要求10投入自動(dòng)測試監(jiān)控的裝備。企業(yè)的技術(shù)改造采用自動(dòng)測控技術(shù)裝備，可以增加新的生產(chǎn)能力、降低成本。其對科技、經(jīng)濟(jì)社會(huì)和國防帶動(dòng)作用是顯而易見的。因此在發(fā)展戰(zhàn)略上：(1)應(yīng)將儀器儀表正式納人信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)，采取同樣的發(fā)展政策；(2)把實(shí)現(xiàn)快速、自動(dòng)、準(zhǔn)確測量的“自動(dòng)測控系統(tǒng)”及“虛擬儀器”作為主攻目標(biāo)，以系統(tǒng)帶產(chǎn)品、元器件、應(yīng)用軟件、新技術(shù)、新材料、新工藝的發(fā)展。以實(shí)現(xiàn)“精確軍事打擊”、“精確工業(yè)”、“精確農(nóng)業(yè)”、“精確偵破”、“精確災(zāi)害預(yù)警”，提高科技攻關(guān)的能力等目標(biāo)，為的是最終提高社會(huì)主義強(qiáng)國的綜合國力。(3)盡量拓寬儀器儀表的應(yīng)用領(lǐng)域，在各行各業(yè)發(fā)揮其“四兩撥千斤”的潛能，也是儀器儀表本身科技發(fā)展方向與市場需求的源泉。(4)以信息化帶動(dòng)工業(yè)化，測控儀表是發(fā)揮后發(fā)優(yōu)勢的有力和必備的手段，可加速實(shí)現(xiàn)社會(huì)生產(chǎn)力的跨越式發(fā)展，提高國際競爭力。(5)為各個(gè)領(lǐng)域做好服務(wù)，把系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)放在首要位置，提高實(shí)施系統(tǒng)集成“交鑰匙”的測控自動(dòng)化項(xiàng)目的能力。(6)組建國家儀器儀表科技創(chuàng)新體系，以指導(dǎo)和引導(dǎo)全社會(huì)的儀器儀表科技創(chuàng)新工3西安科技大學(xué)碩士學(xué)位論文作。發(fā)揮社會(huì)主義優(yōu)越性，實(shí)現(xiàn)組織聯(lián)合，以少勝多，減少重復(fù)投人。同時(shí)貫徹雙贏原則，成果共享。嵌入式系統(tǒng)出現(xiàn)于20世紀(jì)70年代末，尤其近年來，計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)，通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)一體化趨勢同益顯著，嵌入式系統(tǒng)的研究已成為當(dāng)今研究的一個(gè)熱點(diǎn)。第一階段是以單片微型計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心，具有與監(jiān)測、伺服、指示設(shè)備相配合的功能。這類系統(tǒng)大部分應(yīng)用于一些專業(yè)性強(qiáng)的工業(yè)控制系統(tǒng)中，一般沒有操作系統(tǒng)的支持，通過一階段系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能相對單一，處理效率較低，存儲容量有限，幾乎沒有用戶接口。第二階段是以嵌入式簡單操作系統(tǒng)為核心的嵌入式系統(tǒng)。主要特點(diǎn)是：用性比較弱；系統(tǒng)開銷小，效率高；操作系統(tǒng)達(dá)到一定的兼容性和擴(kuò)展性；應(yīng)用軟件較專業(yè)化。第三階段是以嵌入式操作系統(tǒng)為標(biāo)志的嵌入式系統(tǒng)。主要特點(diǎn)是：嵌入式操作系統(tǒng)能運(yùn)行于各種不同類型的微處理器上，兼容性好；操作系統(tǒng)內(nèi)核小、效率高，并且具有高度的模塊化和擴(kuò)展性；具備文件和目錄管理、多任務(wù)、網(wǎng)絡(luò)支持、圖形窗口以及用戶界面等功能；具有大量的應(yīng)用程序接發(fā)應(yīng)用程序較簡單；嵌入式應(yīng)用軟件豐富。第四階段是以前大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)還孤立于隨著業(yè)控制技術(shù)結(jié)合日益密切，嵌入式設(shè)備與入式系統(tǒng)應(yīng)用將日益廣泛。122嵌入式系統(tǒng)研究現(xiàn)狀目前根據(jù)其發(fā)展現(xiàn)狀，嵌入式計(jì)算機(jī)可以分成下面幾類圓：n)嵌入式微處理器(入式微處理器的基礎(chǔ)是通用計(jì)算機(jī)中的應(yīng)用中將微處理器裝配在專門設(shè)計(jì)的電路板上，只保留和嵌入式應(yīng)用有關(guān)的母板功能，這樣可以大幅度減小系統(tǒng)體積和功耗。為了滿足嵌入式應(yīng)用的特殊要求，嵌入式微處理器雖然在功能上和標(biāo)準(zhǔn)微處理器基本是一樣的，但在工作溫度、抗電磁干擾、可靠性等方面一般都做了各種增強(qiáng)。(2)嵌入式微控制器(入式微控制器又稱單片機(jī)。嵌入式微控制器一般以某一種微處理器內(nèi)核為核心芯片內(nèi)部集成線、總線邏輯、定時(shí)0、串行口、脈寬調(diào)制輸出、2適應(yīng)不同的應(yīng)用需求，一般一個(gè)系列的單片機(jī)具有多種衍生產(chǎn)品，每種衍生產(chǎn)品的處理器內(nèi)核都是一樣的，不同的是存儲器和外設(shè)的配置及封裝。這樣可以使單片機(jī)最大限度地和應(yīng)用需求相匹配，功能不多不少，從而減少功耗和成本。和嵌入式微處理器相比，微控制器的最大特點(diǎn)是單片化，體積大大減小，從而使功耗和成本下降、可靠性提高。41緒論(3)嵌入式其適合于執(zhí)行譯效率較高，指令執(zhí)行速度也較高。在數(shù)字濾波、分析等方面渡到采用嵌入式4)嵌入式片上系統(tǒng)(n 著半導(dǎo)體工藝的迅速發(fā)展，在一個(gè)硅片上實(shí)現(xiàn)一個(gè)更為復(fù)雜的系統(tǒng)的時(shí)代已來臨，這就是n 各種通用處理器內(nèi)核將作為許多其它嵌入式系統(tǒng)外設(shè)一樣，成為標(biāo)準(zhǔn)的儲在器件庫中。用戶只需定義出其整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)，仿真通過后就可以將設(shè)計(jì)圖交給半導(dǎo)體工廠制作樣品。這樣除個(gè)別無法集成的器件以外，整個(gè)嵌入式系統(tǒng)大部分均可集成到一塊或幾塊芯片中去，應(yīng)用系統(tǒng)電路板將變得很簡潔，對于減小體積和功耗、提高可靠性非常有利。123嵌入式系統(tǒng)發(fā)展趨勢早在1990年之前，是系統(tǒng)通常是很簡單的且具有很長的產(chǎn)品生命周期的自主設(shè)備。近些年來，嵌入式工業(yè)經(jīng)歷了巨大的變革：產(chǎn)品市場窗口現(xiàn)在預(yù)計(jì)翻番的周期狂熱到69個(gè)月；全球重新定義市場的機(jī)會(huì)和膨脹的應(yīng)用空間；互聯(lián)現(xiàn)在是一個(gè)需求而不是輔助性的，包括用有線和剛剛顯露頭角的無限技術(shù)；基于電子的產(chǎn)品更復(fù)雜化；互聯(lián)嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)生新的依賴網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的應(yīng)用；微處理器的處理能力按摩爾定律預(yù)計(jì)的速度在增加，該定律認(rèn)為集成電路和晶體管個(gè)數(shù)每18個(gè)月翻一番。嵌入式控制器的應(yīng)用幾乎無處不在用電器、汽車一無不有它的蹤影。嵌入控制器因其體積小、可靠性高、功能強(qiáng)、靈活方便等許多優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用已深人到工業(yè)、農(nóng)業(yè)、教育、國防、科研以及日常生活等各個(gè)領(lǐng)域，對各行各業(yè)的技術(shù)改造、產(chǎn)品更新?lián)Q代、加速自動(dòng)化化進(jìn)程、提高生產(chǎn)率等方面起到了極其重要的推動(dòng)作用。嵌入式計(jì)算機(jī)在應(yīng)用數(shù)量上遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了各種通用計(jì)算機(jī)，一臺通用計(jì)算機(jī)的外部設(shè)備中就包含了510個(gè)嵌入式微處理器在制造工業(yè)、過程控制、網(wǎng)絡(luò)、通訊、儀器、儀表、汽車、船舶、航空、航天、軍事裝備、消費(fèi)類產(chǎn)品等方面均是嵌入式計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域。13論文的主要內(nèi)容本課題所做的主要工作如下：(1)嵌入式控制平臺的設(shè)計(jì)：以嵌入式IS計(jì)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制的硬件平臺和軟件平臺。(2)顯示單元的設(shè)計(jì)：實(shí)現(xiàn)平臺數(shù)據(jù)顯示。5西安科技大學(xué)碩士學(xué)位論文(3)悉成所需的軟硬件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)上位4)握過網(wǎng)線互聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)上位5)軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)：以嵌入式寫所需的驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用程序，建立控制平臺的軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)的各種功能。(6)系統(tǒng)的整合、調(diào)試和完善。14論文組織及章節(jié)安排本文共分為6章：第一章：簡述了課題的研究背景及論文的主要內(nèi)容。第二章：介紹了嵌入式平臺的硬件設(shè)計(jì)及三章：簡單介紹了嵌入式系統(tǒng)的軟件平臺。第四章：闡述了五章：詳細(xì)介紹了系統(tǒng)在嵌入式平臺上的應(yīng)用開發(fā)設(shè)計(jì)。第六章：總結(jié)了本文所作的工作，并指出了課題的不足之處以及后續(xù)研究的方向。15本章小結(jié)本章首先介紹了嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，然后對課題的研究對象、應(yīng)用領(lǐng)域及研究意義進(jìn)行了說明，最后簡要說明了本課題所實(shí)現(xiàn)的嵌入式平臺的基本結(jié)構(gòu)及論文的主要工作內(nèi)容。62高端儀表平臺的硬件設(shè)計(jì)2高端儀表平臺的硬件設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)開發(fā)包括硬件與軟件的開發(fā)。從技術(shù)角度定義：嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟硬件可剪裁、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)，對功能、可靠性、成本、體積、功耗等有嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。由于嵌入式系統(tǒng)具有微內(nèi)核、系統(tǒng)精簡、高實(shí)時(shí)性、專用性強(qiáng)等特點(diǎn)，因此非常適合應(yīng)用于通信領(lǐng)域。有別于傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)，嵌入式系統(tǒng)由嵌入式微處理器微控制器、存儲器、輸入輸出和軟件組成。這種操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件緊密結(jié)合在一起，正式嵌入式系統(tǒng)和基于其可靠性和實(shí)時(shí)性得到了重要保證【3】。21系統(tǒng)硬件平臺設(shè)計(jì)本課題實(shí)現(xiàn)的是一個(gè)嵌入式開發(fā)平臺，采用處理器、2M 路口板主要包括示控制模塊、網(wǎng)絡(luò)控制模塊、試串口、源管理等7部分。采用這種接口易于對處理器進(jìn)行升級，因?yàn)榻涌诎宀捎?層板就可以，升級時(shí)只需要更換核心板就可以了?？傮w設(shè)計(jì)框圖如圖21。圖21系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖7西安科技大學(xué)碩士學(xué)位論文22 是一家微處理器行業(yè)的知名企業(yè)，該企業(yè)設(shè)計(jì)了大量高性能、廉價(jià)、耗能低的不自行制造處理器。由于它的運(yùn)算性能、以及高集成度等特性，使得許多芯片設(shè)計(jì)公司與芯片制造公司競相向?yàn)樽约汗疚⑻幚砥鞯倪\(yùn)算核心。因此，前，采用經(jīng)遍及汽車、工業(yè)控制、消費(fèi)電子、通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、無線系統(tǒng)等各類產(chǎn)品市場，基于上的市場份額。1)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域：隨著寬帶技術(shù)的推廣，采用外，獲得了廣泛支持。(2)為32位的于時(shí)也逐漸向低端微控制器領(lǐng)域滲透。(3)消費(fèi)電子產(chǎn)品：字機(jī)頂盒和游戲機(jī)中得到廣泛采用。(4)無線通訊領(lǐng)域：目前已有超過85的無線通訊設(shè)備采用了前嵌入式處理器主要有8、386C400、受市場歡迎的嵌入式處理器就是由前主流的 面介紹21處理器狀態(tài)理器執(zhí)行32位，字方式的理器執(zhí)行16位，半字方式的個(gè)狀態(tài)之間的切換不影響處理器模式或寄存器內(nèi)容61。222處理器模式理器在每種狀態(tài)下?lián)碛歇?dú)立的堆棧寄存器接寄存器戶態(tài)與系統(tǒng)態(tài)共用)，這種結(jié)構(gòu)有利于系統(tǒng)狀態(tài)切換和程序調(diào)用。它的7種模式如下：(1)用戶模式(常程序工作模式，不能直接切換到其它模式。82高端儀表平臺的硬件設(shè)計(jì)(2)系統(tǒng)模式(于支持操作系統(tǒng)的特權(quán)任務(wù)等，與用戶模式類似，但具有可以直接切換到其它模式等特權(quán)。(3)快中斷模式(持告訴數(shù)據(jù)傳輸及通道處理，4)中斷模式(于通用中斷處理，5)管理模式(作系統(tǒng)保護(hù)代碼，系統(tǒng)復(fù)位和軟件中斷響應(yīng)時(shí)進(jìn)入此模式。(6)數(shù)據(jù)訪問中止模式(理器越權(quán)訪問、取指令失敗、執(zhí)行者無法完成一條指令的執(zhí)行時(shí)，進(jìn)入數(shù)據(jù)訪問中止模式。數(shù)據(jù)訪問中止模式屬于特權(quán)態(tài)，完成異常處理后，處理器通過“中斷返回”回到原來的模式。(7)未定義模式(持硬件協(xié)處理器的軟件仿真，未定義指令異常響應(yīng)時(shí)進(jìn)入此模式。223流水線一條指令的執(zhí)行可分為取指、譯碼、取操作數(shù)、執(zhí)行運(yùn)算、存儲器訪問、寫寄存器6個(gè)步驟。樣可使幾個(gè)操作同時(shí)進(jìn)行，并使處理和存儲器系統(tǒng)連續(xù)操作。指、譯碼、執(zhí)行。24異常只要正常的程序流程被暫時(shí)中止，處理器就進(jìn)入異常模式。例如響應(yīng)一個(gè)來自外設(shè)的中斷。7種異常類型如表21所示。表25存儲器和存儲器映射I依曼結(jié)構(gòu)，指令和數(shù)據(jù)共用一條32位數(shù)據(jù)總線。采用統(tǒng)一編址方式管理存儲器和存儲器映射IO。對不用設(shè)備的總線寬度、訪問延遲可以通過專門的寄存器來設(shè)置。9西安科技大學(xué)碩士學(xué)位論文23 是基于一個(gè)支持實(shí)時(shí)仿真和嵌入式跟蹤的3216位 代碼規(guī)模有嚴(yán)格控制的應(yīng)用可使用16位而性能的損失卻很小。1632位微控制器，1664串行8路10位A換時(shí)間低至24412個(gè)32位定時(shí)器帶4路捕獲和4路比較通道、路輸出)、實(shí)時(shí)時(shí)鐘多個(gè)串行接口，包括2個(gè)16向量中斷控制器，可配置優(yōu)先級和向量低至；通過外部存儲器接口可將存儲器配置成4組，每組的容量高達(dá)16據(jù)寬度位81632位；多達(dá)76個(gè)通用I承受5可使用9個(gè)邊沿或電平觸發(fā)的外部中斷管腳；通過可變成的片內(nèi)鎖相環(huán)5置時(shí)間為100ps；帶外部晶體的片內(nèi)振蕩器頻率范圍：I部振蕩器的頻率高達(dá)502個(gè)低功耗模式：空閑和掉電；通過外部中斷將處理器從掉電模式中喚醒；可通過個(gè)別使能禁止外部功能來優(yōu)化功耗；雙電源，65V5V(18V+015V)；I0V(33V+10)，I4系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案及分析241 技術(shù)以其高速易擴(kuò)展等特點(diǎn)得到越來越廣泛的應(yīng)用。在本設(shè)計(jì)中主要針對盤)，使用芯片用原理框圖如圖22所示。使用開發(fā)板提供的對外部用戶總線接121 現(xiàn)個(gè)狀態(tài)信號(一個(gè)中段信號態(tài)信號由刪7查詢。2小圍 6800 2顯示控制模塊本課題要外接一個(gè)真空熒光顯示屏(顯示控制器采用的是到116占空因數(shù)驅(qū)動(dòng)的空熒光顯示)控制器，對微控制器來說它是一種理想的外圍設(shè)備。對真空熒光顯示器所對應(yīng)顯示點(diǎn)進(jìn)行控制。主要應(yīng)用在具有儀表控制功能的消費(fèi)產(chǎn)品以及工業(yè)測量設(shè)備。其主要特點(diǎn)如下：驅(qū)動(dòng)器工作電壓為：558柵極16區(qū)段到12柵極20區(qū)段西安科技大學(xué)碩士學(xué)位論文8段柵輸出驅(qū)動(dòng)線l 01123445677890HL 1233456678990122345567889b3 b4 四位圖23 顯存空間的地址配置開發(fā)板提供了高速同步串行12以方便地同中，保證開發(fā)板上跳線斷開，使接上拉電阻。這樣43網(wǎng)絡(luò)控制模塊評估板提供了00制電路在模塊上)，電路原理如圖24所示。評估板接口電路主要包括：指示燈、網(wǎng)絡(luò)變壓器、絡(luò)變壓器的型號為變壓器發(fā)送端和接收端的變比都是1：1。122高端儀表平臺的硬件設(shè)計(jì)圖24以太網(wǎng)接口電路244串口模塊本系統(tǒng)用了通用串口(采用于315”，315”，所以必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換才能實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)串口的通信。接收器的低功耗器件，作電壓為33荷泵允許接收器器件，除以上特性外還包含一個(gè)輔助接收器，當(dāng)器件處于關(guān)斷模式時(shí)，接收器仍能通過外部器件的鈴響指示器向監(jiān)控器報(bào)警。本系統(tǒng)是33此使用了口，所以要使用8路圖25所示，把它們斷開時(shí)，這些引腳保留給用戶作為其它功能使用。注意：014口)與系統(tǒng)復(fù)位時(shí)若4口為低電平，則進(jìn)入樣，在程序仿真調(diào)試過程中，若把響3西安科技大學(xué)碩士學(xué)位論文吲1L 1+ 蟄號Q土2 V+ 一 葑璧 v 10l 遺鵬I =珊篇勰黼一 側(cè)串口模塊電路圖245 持路原理如圖26所示?？梢圆捎脩]到以直接使用04一0一 其連接。如果采用I且大大降低了總線數(shù)據(jù)傳輸速度。但增加了軟件的開D所示，9、 06 05 中 05 是為了使本電路可以與卡供電控制卡的供電采用可控方式，這是為了防止以通過對卡重新上電使卡復(fù)位而無需拔出卡。可控電路采用8進(jìn)行控制，當(dāng)8輸出高電平時(shí)，2給卡供電；當(dāng)8輸出低電平時(shí)，2壓為33V)給卡供電。采用2子上的壓降比較小。用戶也可以采用其它是要考慮管子開通時(shí)，漏極與源極之間的壓降要足夠小(保證管子允許通過的電流也要滿足卡的要求，一般一張以選用的卡檢測電路卡檢測電路包括兩部分：卡是否完全插入到卡座中和卡是否寫保護(hù)。檢測信號由卡座的兩個(gè)引腳以電平的方式輸出。當(dāng)卡插入到卡座并插入到位時(shí)，10腳)由于卡座內(nèi)部觸電連接到出低電平；當(dāng)卡拔出時(shí)，該引腳由于上拉電阻輸出由220)來檢測?？ㄊ欠駥懕Ｗo(hù)的檢測與卡是否完全插入到卡座中的檢測原理是一樣的。246外圍片外存儲器提供了一個(gè)接口，支持器件。開發(fā)板上設(shè)計(jì)了一個(gè)外設(shè)路如圖27所示，具有24根地址總線6根數(shù)據(jù)總線使能信號使能信號節(jié)定位選擇信號選信號為0，所以外設(shè)設(shè)口，其中，有2個(gè)I樣就極大的方便了與外部I5西安科技大學(xué)碩士學(xué)位論文：0】AB27外圍28 8位總線器件連接示意圖在外設(shè)位總線器件的連接示意圖如圖28所示。對于8位總線器件來說，就沒有字節(jié)定位信號了，此時(shí)，總線器件的寫使能信號可以使用47電源管理模塊出電流大(1A)，耗散功率小的優(yōu)點(diǎn)。因此使用0字地(模擬地(用磁珠相隔離。電源跳線滿負(fù)載時(shí)其低壓差僅為11V。當(dāng)輸出電流減少時(shí)，靜態(tài)電流隨負(fù)載變化，并提高效率，因此使用3獲得+3324 途33供核心板模塊經(jīng)過0供核心板模塊數(shù)字地(系統(tǒng)地)模擬地16磕簍。鷹蓄眥鏨舉船攀孵攀肇一。罐鏟拳鏟攀罐2高端儀表平臺的硬件設(shè)計(jì) T 11|I -1 ，每。杠。書：5l 一_一 _ U 一 一斟卡 口o 2彳芎 士一一一 ”聃喜8仿真和調(diào)試圖29電源管理模塊電路圖220支持通過進(jìn)行仿真和調(diào)試。跟蹤端口允許跟蹤程序的執(zhí)行。調(diào)試和跟蹤功能只在意味著當(dāng)應(yīng)用在嵌入式系統(tǒng)內(nèi)運(yùn)行時(shí)，位于時(shí)器和接口外設(shè)在開發(fā)和調(diào)試階段都可用。開發(fā)板采用，果引腳6能1316)，此時(shí)這些引腳不能夠作為于引腳6以需要外接一下拉電阻，推薦的電阻阻值為47K。0人R、_-nqRS，_10 以使用5以根據(jù)實(shí)際情況來選擇。評估板上選擇3，電阻7，一一。，579 主要是用在中速和低速的外設(shè)。現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送。支持主系統(tǒng)(間數(shù)據(jù)傳送。J：(1)于操作的標(biāo)準(zhǔn)的連接類型。這樣就簡化了時(shí)也簡化了用戶在判斷哪個(gè)插頭對應(yīng)哪個(gè)插槽時(shí)的任務(wù)，實(shí)現(xiàn)了單一的數(shù)據(jù)通用接口。(2)制解調(diào)器、鍵盤和打印機(jī)設(shè)備對去系統(tǒng)資源的需求，因而減少了硬件的復(fù)雜性和對端口的占用，整個(gè)的省了系統(tǒng)資源。(3)也就是說在不關(guān)態(tài)的加載驅(qū)動(dòng)程序。其他普通的外圍連接標(biāo)準(zhǔn)，如4)插入算機(jī)系統(tǒng)檢測該外設(shè)并且通過自動(dòng)的加載相關(guān)的驅(qū)動(dòng)程序來對該設(shè)備進(jìn)行配置，并使其正常工作。(5)可以通過電池或者其它的電力設(shè)備來供電，或使用兩種供電方式的組合并且支持節(jié)約能源的掛機(jī)和喚醒模式。(6)速127)針對不能處理突發(fā)的非連續(xù)傳送的設(shè)備，如音頻和視頻設(shè)備，8)為了適應(yīng)各種不同類型外圍設(shè)備的要求，51 線器和功能部件。只有集線器可以提供更多的能部件為主機(jī)提供了具體的功能。每個(gè)功能設(shè)備都包含設(shè)置信息，來描述該設(shè)備的性能和所需資源，主機(jī)要在功能部件使用前對其進(jìn)行設(shè)置。當(dāng)設(shè)備被連接、編號后，該設(shè)備就擁有一個(gè)唯一的有個(gè)82高端儀表平臺的硬件設(shè)計(jì)通過此控制通道，所有的獲得控制操作的信息。在零號端口上，控制通道中的信息應(yīng)完整的描述機(jī)功能有：檢測理在主機(jī)和集狀態(tài)和動(dòng)作信息、提供能量給連接的任何有一個(gè)主機(jī)。機(jī)控制器可由硬件、固件和軟件綜合實(shí)現(xiàn)【8】。要包括以下方面：總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：內(nèi)部層次關(guān)系：根據(jù)性能疊置，數(shù)據(jù)流模式：描述了數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中通過可以使用的連接進(jìn)行了調(diào)度以支持同步數(shù)據(jù)傳輸，并且避免了優(yōu)先級判別的開銷。252 每一次的通訊均由主機(jī)端發(fā)起，主機(jī)控制端口初始化所有數(shù)據(jù)傳輸。端點(diǎn)0相對應(yīng))管理設(shè)備，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序通過其它的管道來管理設(shè)備的功能接口。1。(1)控制傳送控制傳輸屬于突發(fā)式、非周期性的，由主機(jī)軟件發(fā)起的請求或響應(yīng)的通信，通常用于命令事務(wù)和狀態(tài)事務(wù)?？刂苽鬏斶m用于傳輸少量的、且對傳輸時(shí)間和傳輸速率均無要求、但必須保證傳輸正確的數(shù)據(jù)。其主要用于發(fā)送和接收與設(shè)備地址、配置描述符等，也可用于傳輸其他用途的數(shù)據(jù)?？刂苽鬏斂捎糜诘退?、全速和高速設(shè)備，且所有的2)批量傳送批量傳輸是非周期性的、大量的突發(fā)性傳送。典型的用于傳送那些可以利用任何帶寬的數(shù)據(jù)，而且當(dāng)沒有可用帶寬時(shí)，可以延時(shí)傳輸。批量傳輸適合使用在時(shí)間不重要的傳輸。批量傳輸可以傳輸大量的數(shù)據(jù)而不會(huì)阻塞總線，因?yàn)樗鼤?huì)讓其他傳輸類型先執(zhí)行，等待有可以傳輸?shù)臅r(shí)間。使用