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嵌入式產品設計范文1
關鍵詞：嵌入式開發系統，特點，計算機技術
嵌入式系統是將先進的計算機技術、半導體技術和電子技術與各個行業的具體應用相結合后的產物。這一點就決定了它必然是一個技術密集、資金密集、高度分散、不斷創新的知識集成系統。正如我們所知嵌入式系統開發經過30多年的發展己然成為了一個成熟的技術。他現如今有如下特點：
1）交叉開發工具和環境。嵌入式開發必須要有一套開發工具以及環境才能進行開發，因為嵌入式軟件本身是不具備自主開發能力.用戶對其中程序功能是無法修改的。而這些工具和環境一般是要依靠在通用計算機上的軟硬件設備以及邏輯分析儀、混合信號示波器等設備上進行的。開發時往往有主機和目標機交叉開發的概念，程序的開發，調試需要主機執行，而目標機最后執行。
2）軟件要求固態化存儲。為了提高執行速度和系統可靠性，嵌入式系統中的軟件一般都固化在存儲器芯片或單片機本身中，而不是存貯于磁盤等載體中。
3）軟硬件協同設計并且專用性強。嵌入式系統的個性化很強，其中的軟件系統和硬件的結合非常緊密，一般要針對硬件進行系統的移植，即使在同一品牌、同一系列的產品中也需要根據系統硬件的變化和增減不斷進行修改。同時針對不同的任務，往往需要對系統進行較大更改，程序的編譯下載要和系統相結合，這種修改和通用軟件的“升級”是完全兩個概念。
4）軟件代碼質量與可靠性都十分高。嵌入式軟件的核心是系統軟件和應用軟件，由于存儲空間有限，因而要求軟件代碼緊湊、可靠，大多對實時性有嚴格要求。雖然現在由于半導體技術的發展使得處理器的速度不斷提高，片上存儲器的容量也在持續不斷增加，但在大多數應用中，存儲空間依舊很寶貴并且還有實時性的要求。因此要求程序編寫和編譯工具的質量要高，以此減少程序二進制代碼長度，起到了提高執行速度的效果，而嵌入式系統正好擁有這個優勢。
5）系統軟件的高實時性。在多任務嵌入式軟件中，對重要性各不相同的任務進行統籌兼顧和合理調度是保證每個任務及時執行的關鍵，單純通過提高處理器速度是無法完成和沒有效率的，這種任務調度只能由化編寫的系統軟件來完成，因此系統軟件的高實時性是基本要求。嵌入式軟件應用程序雖然可以沒有操作系統直接在芯片上運行，但是為了合理地調度多任務，利用系統資源，系統一般以成熟的實時操作系統作為開發平臺，這樣才能保證程序執行的實時性、可靠性，并減少開發時間，保障軟件質量。
6）生命周期長。嵌入式系統和具體應用有機地結合在一起，它的升級換代也是和具體產品同步進行，因此嵌入式系統產品一旦進入市場，具有較長的生命周期。
7）系統內核小。由于嵌入式系統一般是應用于小型電子裝置的，系統資源相對有限，所以內核較之傳統的操作系統要小得多。
8）系統精簡。嵌入式系統一般沒有系統軟件和應用軟件的明顯區分，不要求其功能設計及實現上過于復雜，這樣一方面利于控制系統成本，同時也利于實現系統安全
2軟硬件協同設計概念
軟硬件協同設計是指對系統中的軟硬件部分使用統一的描述和工具進行集成開發，可完成全系統的設計驗證并跨越軟硬件界面進行系統優化。
嵌入式軟件設計是使用一組物理硬件和軟件來完成所需功能的過程。系統是指任何由硬件、軟件或者兩者的結合來構成的功能設備。由于嵌入式軟件是一個專用系統，所以在嵌入式產品的設計過程中，軟件設計和硬件設計是緊密結合、相互協調的。這就產生了一種全新的發展中的設計理論――軟硬件協同設計。這種方法的特點是，在設計時從系統功能的實現角度考慮，把實現時的軟硬件同時考慮進去，硬件設計包括芯片級“功能定制”設計。既可最大限度地利用有效資源，縮短開發周期，又能取得更好的設計效果。
系統協同設計的整個流程從確定系統要求開始，包含系統要求的功能、性能、功耗、成本、可靠性和開發時間等。這些要求形成了由項目開發小組和市場專家共同制定的初步說明文檔。系統設計首先確定所需的功能。復雜系統設計最常用的方法是將整個系統劃分為較簡單的子系統及這些子系統的模塊組合，然后以一種選定的語言對各個對象子系統加以描述，產生設計說明文檔。其次，是把系統功能轉換成組織結構，將抽象的功能描述模型轉換成組織結構模型。由于針對一個系統可建立多種模型，因此應根據系統的仿真和先前的經驗米選擇模型。
3嵌入式軟件開發的方法論
由于一個完整的產品中大部分系統都是非常復雜的，不僅如此與此同時我們還需要考慮很多的因素，比如開發這個產品所需的價格，產品的性能如何，系統設計技術是什么等。唯有全面考慮這些因素我們才可能順利進行開發，然后才可能做出一個成功的，合格的產品。一般來說，產品設計的過程會經歷幾個步驟，為了確保這些步驟的合理性，我們需要一個設計方法論來面對整個設計過程。采用方法論有以下三個重要理由。
確認所做的每一件事情都是必須要做的，不做無謂的工作，也不漏掉關鍵性的重要工作，其中包含性能最佳化或是功能測試。
根據設計方法論可以發展出計算機輔助工具或是設計經驗累積，汲取每一次產品開發的經驗。再經過量化之后，可以發展出一套工具或是方法，讓往后的產品設計步入自動化。
開發團隊遵循同一套方法論，可以讓團隊成員更容易彼此溝通。每個人都能在短時間內了解整體過程中將經歷哪些過程，需要何種支持與接收到何種結果。此外，也容易通過一套已經定義好的方法論，彼此相互合作協調。設計過程的目標是做出有一定用途且具有創新點的產品。產品的典型規格包含功能性、制造成本、性能表現、省電考慮和其他特性。
嵌入式產品設計范文2
北京科銀京成技術有限公司技術總監
北京科銀京成技術有限公司技術總監，副教授，計算機應用博士，研究方向為：普適計算，實時、嵌入式操作系統及其應用，嵌入式應用設計方法。
嵌入式軟件是嵌入式產品的核心，如果說PC機的發展帶動了整個桌面軟件的發展，那么嵌入式產品的廣泛普及必將為嵌入式軟件產業的蓬勃發展提供無窮的推動力。
中國有世界上最大的家用電子產品消費市場和移動通信市場，移動終端、彩電、VCD等擁有量都居世界第一。隨著移動網絡的發展，多媒體、娛樂、通信等多功能、多用途的移動終端將成為今后個人數據通信、事務處理和娛樂的最佳選擇。隨著消費結構的改變，人們對家電的靈活性和可控性提出了更高的要求，這些只能通過家電的數字化和網絡化來實現。這些需求都將加快嵌入式軟件技術的發展和產業化的進程。嵌入式軟件已經成為嵌入式產品設計、創新和軟件增值的關鍵因素，是未來市場競爭力的重要體現。由于嵌入式產品具備硬件平臺多樣性和應用個性化的特點，因此嵌入式軟件呈現出一種高度細分的市場格局，國外產品進入也很難壟斷整個市場，這為我國的軟件產業提供了一個難得的發展機遇。
標準塑造未來
從軟件種類來看，嵌入式軟件可以分為嵌入式操作系統、嵌入式開發平臺、嵌入式行業應用平臺及嵌入式應用軟件。由于不同的行業對嵌入式軟件的要求不一，因此不會形成像PC一樣一支獨大的局面，但會吸取PC的成功經驗，形成不同行業的標準。統一行業標準具有設計技術共享、軟硬件重用、構件兼容、維護方便和合作生產的特點，能夠極大地增強行業的產品競爭力。
近幾年，一些地區和國家的若干行業協會紛紛制定嵌入式軟件行業標準，如歐共體汽車產業聯盟規定以OSEK標準作為開發汽車嵌入式系統的公用平臺和應用編程接口；在航空電子方面，航空電子工程協會（AEEC）制定了面向航空電子的嵌入式實時操作系統應用編程接口ARINC653。我國各相關產業聯盟也在制定本行業的開放式軟件標準，提高中國數字產品的競爭能力。走行業開放系統道路、建立行業性的嵌入式軟件平臺是加快嵌入式軟件技術發展的捷徑之一。根據應用的不同要求，今后不同行業會定義其嵌入式操作系統、嵌入式開發平臺、應用平臺等行業標準。
市場決定一切
從國際市場上看，據VDC預測，嵌入式軟件其GAGR的增長率為13.5%，到2006年將達到21億美元的規模。其在各領域的市場份額為：消費電子占26.8%，通訊和通信占20.2%，軍事/航空占18.6%，汽車電子占12.9%，工業控制占9.6%，醫療電子占3.1%，辦公自動化占2.2%，零售自動化占1.0%，信息自動化、建筑/家庭自動化占0.4%，其他占4.6%。
在國內，消費電子、通信、汽車電子、軍事、航空、工業控制也將是嵌入式軟件的主要市場，其中操作系統、開發平臺、行業應用平臺和特色應用軟件都將成為獨立軟件開發商的發展方向。與產業鏈互動既可形成符合國際/國內標準的產品，又具有中國的特色，從而確立同國外同類產品的競爭優勢。
國產軟件 大步前行
北京科銀京成技術有限公司（科銀京成）以嵌入式操作系統和開發平臺為基礎，形成了嵌入式系統基礎軟件平臺、行業軟件平臺和嵌入式軟硬件解決方案等三個產品方向。
嵌入式系統基礎軟件平臺包括嵌入式實時操作系統DeltaOS、開發工具Lambda TOOL、測試工具Gamma RAY和性能分析工具Gamma PROFILLER等內容，工具既支持嵌入式實時操作系統Delta OS，也可支持第三方的嵌入式操作系統（如嵌入式Linux等），為嵌入式應用提供基礎性的系統軟件平臺；嵌入式系統行業軟件平臺密切同行業結合，為具有強大產業背景的行業提供符合行業產品特點需要的軟件平臺。
目前，科銀京成已先后面向航空電子、飛行控制計算機、艦載計算機和稅控POS等行業形成了基于嵌入式系統的軟件平臺，對行業的進一步發展起到了極大的推動作用;嵌入式軟硬件解決方案則以完整產品為目標，形成包括軟硬件內容在內的產品級解決方案，可由行業內相關廠商直接進行產品生產?？沏y京成已擁有嵌入式稅控POS、MP3、M2M和面向教育應用的軟硬件全面可靠的解決方案。
作為長期從事嵌入式系統軟件相關技術研究與產品發展的公司，科銀京成提供的嵌入式軟件產品內容完備，能適應產品開發生命周期的需要，為最終產品開發提供全過程支持。針對操作系統領域，科銀京成的產品既支持日益被消費電子領域所廣泛接受的嵌入式Linux等操作系統，也提供具有強實時、高可靠特性的嵌入式操作系統，使產品具有比較廣泛的適應性。在嵌入式開發工具領域，科銀京成提供了內容豐富、且高度集成、能有效提高軟件質量和開發效率的開發工具，解決了嵌入式系統中普遍存在的軟件開發比較困難的問題。另外，科銀京成提供的嵌入式產品還具有成熟、可靠的特點，擁有強大的本地化服務和支持能力?？沏y京成的產品已成功應用于數十種國防和民用電子產品，并且在多年嵌入式系統軟件開發和產品應用過程中，積累了豐富的服務與多行業按需定制經驗。同時，科銀京成非常重視嵌入式領域相關標準的制定工作，先后參與制定了《航空電子應用軟件接口要求》（GJB-5357-2005）、《手持電子產品嵌入式軟件API標準》、《稅控收款機標準》等標準內容，為推進相關行業的持續發展奠定了基礎。
嵌入式產品設計范文3
Nios Ⅱ開發板的實現
SOPC開發板的核心器件是Altera公司生產的Cyclone系列FPGA，其關鍵技術是在Quartus Ⅱ、SOPC Builder及Nios IDE平臺上實現可配置、可剪裁系統的設計。
1 Nios Ⅱ軟核處理器的特點
Nios Ⅱ系列32位RISC嵌入式處理器具有很大的靈活性，可以在多種系統設置組合中進行選擇，達到性能、特性和成本目標。其具有超過200DMIP的性能。
Nios Ⅱ系列嵌入式處理器是一款采用流水線技術、單指令流的RISCCPU，廣泛應用于嵌入式系統。Nios Ⅱ包括三種內核，即快速的Nios Ⅱ/f(最高性能的優化)內核、經濟的NiosⅡ/e(最小邏輯占用的優化)內核以及標準的NiosⅡ/s(平衡于性能和尺寸)內核，每種內核根據不同的性能而優化。
考慮到性能和成本，通常采用Nios Ⅱ標準內核設計。Nios Ⅱ嵌入式CPU支持32位指令集、32位數據線寬度、32個通用寄存器、32個外部中斷源、2GB尋址空間，包含高達256個用戶自定義的CPU定制指令。其可選的片上JTAG調試模塊是基于邊界測試的調試邏輯，支持硬件斷點、數據觸發和片外片內的調試跟蹤。Nios Ⅱ標準內核設計框圖如圖1所示。
2 SOPC技術的實現
SOPC技術是一種靈活、高效的片上系統SOc設計方案，其工作環境是Altera Quarlus Ⅱ中的SOPC Builder。與其他SOC設計相比，其優點在于可編程性，利用FPGA的可編程性進行SOC設計。通過采用SOPC Builder工具，用戶可以很方便地將處理器、存儲器和其他外設連接起來，組成一個完整的嵌入式系統。SOPC從內部的角度，主要包含兩個部分：圖形用戶界面(GUI)和系統生成程序。圖形用戶界面內每個組件也可以提供自己的配置圖形用戶界面，GUI創建系統PTF文件對系統進行描述；生成程序創建針對目標器件的系統HDL描述。利用SOPC Builder創建的GUI如圖2所示。
SOPC開發板設計實例
SOPC開發板選擇Cyclone系列器件EPIC3，該器件基于成本優化的全銅1.5VSRAM工藝，容量為2910個邏輯單元，59904比特嵌入式RAM，支持單端I/O標準，通過LVDS標準可提供104個信道的I/O支持。利用鎖相環(PLL)可設計復雜的時鐘管理電路。
1 開發板的硬件設計
開發板主要包括以下幾部分：4個七段共陽數碼管、4個LED、2個RS232接口、1個USB接口、1個PS2接口、LCD接口(192×64)、蜂鳴器和25MHz有源晶振，下載電路包括JTAG方式和AS方式，采用EPCSl作為串行配置器件。硬件原理框圖如圖3所示，下載電路如圖4所示。
2 Nios Ⅱ內核設計實例
Nios Ⅱ內核的設計是建立在Quartus Ⅱ、SOPC Builder和Nios IDE等開發環境基礎上的，Nios CPU內核設計流程，生成的Nios CPU內核。
嵌入式產品設計范文4
【關鍵詞】 CDIO模式 計算機 硬件嵌入式技術
近年來，嵌入式技術在工業控制、通信設備、醫療儀器及航空航天等領域中的應用越來越廣泛，新興的物聯網技術、智能家居等都以嵌入式系統為基礎，在這樣的背景下，市場對嵌入式人才的需求越來越重視。但就目前來看，當前高校計算機專業關于嵌入式技術方面的教學還存在一定問題，往往過于注重軟件方面的程序開發，忽略了硬件嵌入式技術的研究和教學。
在這樣的背景下，本文以CDIO功課教學模式為基礎，探討了計算機硬件嵌入式技術的發展方向和人才培養內容與方法，旨在為相關研究與實踐提供參考。
一、CDIO模式概述
CDIO模式屬于一種工程教育模式，是國家工程教育改革的一項突破性成果，由麻省理工學院等四所大學組成的研究團隊歷時四年研究獲得。CDIO模式代表構思、設計、實現及運作四個過程，以產品整個生命周期為載體，讓學生對產品研發到產品運行各個階段進行學習，實踐性較強。
CDIO理念繼承了歐美先進工程教育改革觀念，創新性的提出了可操作性的教學標準，對于提升功課教學質量有著重要的意義，代表了當代工程教育的發展方向和趨勢[1]。
就我國來看，工科教育體系需要積極培養出與世界接軌的工程師，但我國工科教育實踐還存在著諸多問題，過于注重理論和輕視實踐，過于注重學習而忽略創新，在這樣的背景下，應當積極學習并應用CDIO工程教育模式。
二、基于CDIO理念分析計算機硬件課程存在的問題
CDIO的核心為構思、設計、實現及運作，強調實踐性和創新性，基于這一理念，分析我國計算機課程中存在的主要問題。
2.1缺乏設計能力培養
近年來計算機技術發展較快，應用越來越廣泛，使得計算機系統復雜度提升，傳統軟硬件相隔離的設計方式已經難以滿足現代計算機系統要求。計算機系統平臺搭建、軟硬件協同設計等成為主流設計思想，但當前計算機硬件技術相關課程缺乏對學生這種先進設計能力的有效培養。
2.2缺乏可編程芯片設計能力培養
我國工科高校開設計算機硬件課程很少涉及到關于芯片編程的實驗課程，僅有的實驗安排在大肆，但受到教育體制的影響，許多學生畢業設計不涉及到芯片編程就不會認真學習，這就大大弱化了對學生可編程芯片設計能力的培養。
2.3缺乏創新能力培養
收到實驗條件等因素的影響，現有計算機硬件實驗大多針對的是純硬件邏輯，缺乏橫向功能拓展和縱向功能延伸，給予學生的創新空間較少，學生在現有條件下難以完成綜合性和創新性的設計。
三、嵌入式技g發展現狀
嵌入式系統是一種專用的計算機系統，其以計算機技術為基礎，以具體應用為核心，軟硬件可進行裁剪來滿足應用系統的相關要求，例如功能要求、穩定性要求、功耗要求、成本要求及體積大小要求等[2]。嵌入式系統的應用能夠實現計算機技術、電子技術與各行各業應用的有效結合，其應用前景廣泛。
嵌入式技術的快速發展和應用使得計算機分類模式發生了改變，從傳統的按體積進行分來變化為通用型和嵌入型兩類，涉及到的領域十分廣泛，例如醫療領域、航天航空領域、軍事領域、工業控制領域及金融領域中都能夠看到嵌入式系統的身影。嵌入式系統中軟硬件結合，要想從事此項工作，需要具備較高的計算機技能水平，具體來說如下：
一方面，是電子工程、通信工程等硬件專業方面的人才，這些人才以硬件設計和開發為主，開發硬件驅動程序，對硬件原理掌握較為清楚，但這些人才對復雜的軟件系統往往能力較差，例如復雜應用軟件、嵌入式操作系統的程序設計等。
另一方面，是偏軟件專業的人才，這些人才在軟件開發和嵌入式系統開發上造詣較高，且如果軟件方面人才掌握了相關硬件原理，完全可以自主開發硬件驅動程序，硬件設計完成后則需要依賴于軟件實現系統功能。但就目前來看，許多企業將硬件設計部分外包，硬件設計能力較弱，對硬件有所忽視，這就造成市場上對硬件嵌入式技術方面的人才短缺。
四、基于CDIO模式計算機硬件嵌入式技術發展方向
4.1無線網絡技術
近年來，移動設備發展快速，無線網絡也隨之發展起來，人們對無線網的需求也越來越大，而軟件系統是否能夠支持無線網絡也成為了嵌入式系統發展的關鍵所在[3]。因此，在今后的一段時期內，無線網絡應用將成為嵌入式技術的重要發展方向，就目前來看，WIFI、藍牙技術及無線傳輸技術等的應用越來越成熟，但需要注意的是，這些技術有著一定的局限性，其傳輸距離大多較近，這就需要在未來研發的過程中著重解決遠距離傳輸的問題，例如3G協議棧的開發等。
4.2網絡互連技術
在嵌入式系統不斷發展和應用的背景下，各種互聯網接口受到關注，傳統的單片機難以滿足對互聯網接口的要求，從而催生了各種新型的嵌入式系統，例如微型處理器，從互聯網接口方面來看，嵌入式處理器能夠支持TCP/IP、USB、CAN、IEE1394等多種通信接口，一些先進的嵌入式處理器甚至能夠同時支持幾種接口，但同時也需要一些硬件驅動程序，只有這樣才能夠實現輕松上網，打破眾多用戶上網的時空限制。
4.3人工智能技術
歸根結底，嵌入式技術的應用就是滿足人類相關的應用服務，人工智能化的發展和使用則能夠提升嵌入式技術的服務水平，將人工智能技術與嵌入式系統或產品相結合，實現人機交互，擴展嵌入式系統的服務應用范圍。就目前來看，人工智能技術與嵌入式系統的結合在醫療衛生領域應用較為成熟，能夠降低手術病人受到的傷害[4]。
而隨著技術的發展和社會的進步，人工智能技術的應用范圍將會得到進一步拓展，例如自動控壓裝置、自動控溫裝置等智能化儀表的應用越來越多，這都會促進人工智能技術的進一步發展。
五、基于CDIO模式的計算機硬件嵌入式技術人才培養
計算機硬件嵌入式技術課程的學習是一個系統性、長期性的過程，需要循序漸進，不僅涉及到原油的硬件課程，還涉及到后續嵌入式技術理論知識和嵌入式設計開發等。本文結合CDIO工程教育模式和理念，探討計算機硬件嵌入式技術的人才培養方向和方法，具體來說如下。
5.1學習嵌入式系統基本知識
CDIO工程教育模式強調對構思、設計、實現及運作等產品整個生命周期的研究和學習，而對于嵌入式系統來說，其構思、設計、實現及運作都離不開嵌入式系統的基本知識，因此，在計算機硬件嵌入式技術人才培養過程中，嵌入式基本知識的學校至關重要。
嵌入式系統大體可以分為三類，其一為傳統的實時多任務系統，即RTOS系統，主要包括Vxworks操作系統、Tornado開發平臺等；其二為嵌入式Linux操作系統，其不僅可以作為服務器的操作系統，在嵌入式領域也有著良好的應用前景，系統免費，支持的軟件眾多，這會大大降低嵌入式產品的開發成本；其三為Windows CE嵌入式操作系統，如Microsoft等，其進入嵌入式市場前景良好，Windows CE嵌入式操作系統雖然于近幾年才被研發出來，但卻能夠迅速搶占市場，尤其對于智能手機、顯示儀表等對界面要求較高，Windows CE嵌入式操作系統的應用有著良好的效果。通過對嵌入式系統這些基礎知識的學習，能夠讓學生全面掌握嵌入式軟件整體開發環境情況和開發平臺，形成對系統開發理性、直觀的認識[5]。
5.2 ARM技術及嵌入式微處理器
當前嵌入式處理器種類較多，例如ARM處理器、MIPS處理器及PowerPC處理器等，其中應用最為廣泛的處理器當屬ARM，ARM有著四個通用處理器系列，不同系列能夠提供的性能有所差異，但基本覆蓋了大多應用領域，有效滿足了不同應用領域的應用需求。以SecurCore系列為例，其專門應用于對安全等級要求較高的場合。因此，應當讓學生積極學習ARM技術及相關嵌入式微處理器結構，為后續產品設計研發實踐奠定基礎。
5.3指令系統與硬件電路設計
一般來說，ARM微處理器有兩種工作狀態，且其能夠在兩種工作狀態之間隨時切換，第一種工作狀態為ARM狀態，在這種工作狀態下，處理器執行的ARM指令為32位字對齊指令[6]；第二種工作狀態為Thumb狀態，在這種工作狀態下，處理器執行的是Thumb指令，屬于16位半字對齊指令。兩種狀態下指令有著一定的關系，即Thumb指令集合為ARM指令集合的功能子集，但相較于等價ARM代碼來說，其能夠有效節省存儲空間，節省比例能夠達到30%-40%之間。
對于嵌入式技術來說，其軟硬件可以裁剪，因此應當做好硬件電路設計工作，通過有效的硬件電路設計來獲取最優硬件組合，提升嵌入式系統的硬件性能。
除了上述提到的說那個方面之外，數字電路、數據結構算法及匯編語言和編程語言等也較為重要，需要在計算機硬件嵌入式技術人才培養中有所側重。
六、結論
綜上所述，在計算機領域，嵌入式系統的應用越來越廣泛，計算機硬件嵌入式技術越來越受到關注，計算機嵌入式技術人才的培養應當以CDIO模式為指導，以市場需求為導向，以嵌入式技術發展趨勢為依據，合理選擇教學內容，培養先進的計算機硬件嵌入式技術人才。
參 考 文 獻
[1]蘇英.基于CDIO的微機原理與接口技術教學研究[J].中國管理信息化，2016（10）：218-219.
[2]楊偉力 李偉民 楊盛毅.基于CDIO理念的嵌入式系統課程改革實踐[J].科教導刊（上旬刊），2016（06）：56-57.
[3]徐武雄.基于CDIO的地方高校嵌入式系統仿真實驗室建設研究[J].中國電力教育，2012（19）：98-99.
[4]王偉 王楊 孟煒 李明.變電站自動化IED設備嵌入式通信模塊的開發[J].科技資訊，2014（24）：9-10.
嵌入式產品設計范文5
今天，家電生產商在產品中集成了比以往任何時候更為豐富的用戶可選功能、更好的用戶界面以及更高的安全性。同時，家電生產商也在尋求通過在線校準等方法來提高產品的可制造性。而目前在線校準仍然采用非常耗費時間的機械調整方法。當今的嵌入式控制器能夠為設計人員提供更為靈活的解決方案，幫助他們滿足這些不斷增加的要求。
因此，對于嵌入式半導體企業來說，家電市場正在飛速增長。此外，最近嵌入式微控制器(單片機)在系統級集成方面取得很大進展，從而使嵌入式微控制器解決方案的總體系統成本降到了能夠與機械或簡單模擬電路設計可比，甚至更為經濟的程度。
傳統家電設計
傳統上家電行業是機械控制方式的天下。例如，洗衣機中的循環定時器或者基本家電控制系統中的基本簡單模擬電路是整個系統的核心。
此類傳統機械和簡單模擬設計存在的問題是每個設計只針對一種應用，限制了硬件設計的可重用性。此外，此類傳統系統的功能通常很有限，用戶界面比較原始，經常是使用不方便。再加上生產線上煩瑣費時的機械校準要求，保證家電可靠性以及精度的總體成本變得很高。當今的家電設計工程師不僅要平衡易用性、總體系統成本、安全性和耐用性，同時還必須保證設計出的產品能夠在激烈的競爭中脫穎而出。特別是，現在的消費者對于家電的要求是功能豐富，并且節能。結合多年的機械和模擬電路設計經驗以及目前成本和功能上可行的低成本易用嵌入式微控制器，設計工程師可以滿足所有這些要求。
本文主要探討了一些基于最新嵌入式微控制器的數字解決方案，為家電設計工程師的產品設計提供更多選擇。首先，我們簡要討論一下什么是嵌入式控制以及嵌入式控制行業的發展趨勢。接著，我們討論嵌入式微控制器技術能夠為家電帶來的新功能。這些新功能包括改進基本的家電控制功能，更高的靈活性以及更友好的用戶界面。最后，本文還將討論如何在家電設計中將電子控制和機械部分完美結合起來，同時還將討論與新的環境因素相關的挑戰，以及家電設計的最新熱點一網絡和連接。
嵌入式控制技術
嵌入式控制是指利用嵌入在設備中的計算機(控制器)實現對洗衣機、熱水器、烤箱或其它家電設備的控制。嵌入式微控制器與桌面計算機系統中的微處理器類似，是嵌入式系統中的主要計算部件。不同之處是其擁有更多的輸入和輸出，可以用來“感知”外部世界的信息并做出“響應”。
目前存在多種類型的嵌入式微控制器，從最基本的4位器件直到增強型64位器件。而其中一些8位混合信號微控制器的內建外設和成本優勢使其非常適用于眾多嵌入式控制系統和新的家電設計。
嵌入式控制發展趨勢
嵌入式控制器市場中的一個持續趨勢是為工程師提供綜合嵌入式設計解決方案，幫助他們降低總體系統成本并改善可制造性。對于目前的眾多家電設計來說，功能豐富的8位嵌入式微控制器具有很高的成本效率?；旌闲盘栁⒖刂破髟O計總體系統成本的降低以及功能的進步使得許多傳統的外部簡單模擬器件已經被整合到嵌入式微控制器中。這種集成使系統設計師可更好地組合利用數字控制器功能，以及模擬或機械器件。
這些新的綜合混合信號嵌入式控制器是傳統純數字處理器的進步發展。此類新器件中集成的板上模擬外設包括比較器、運算放大器、模擬數字轉換器、參考電壓源、脈寬調制器以及眾多通信外設。而所有這些都置于軟件的控制之下。
基本控制
通常，當提起微控制器中，首先想到的都是系統級控制、定時、數學計算器、數據存儲以及通信接口。微控制器的所有這些功能為家電設計人員提供了幾乎無限的新工具資源，從而可以改善家電產品的易用性和靈活性，同時還可以增強基本功能并滿足日益苛刻的安全要求。
這些嵌入式控制器支持增加定時事件，如當電費最低的時候打開洗碗機，或者利用先進的馬達驅動控制算法對家電的電動馬達進行動態電源管理。因此，許多家電的基本控制也已經達到一個新的水平。
用戶界面
嵌入式控制器可幫助設計工程師為家電消費者設計出更先進更易用的界面?，F在的家電設計工程師需要面對大量的用戶輸入和反饋器件，它們提供實時的狀態更新，傳遞復雜的用戶選項或者為用戶提供危險警告。發光二極管(LED)已經被用于眾多家電設計中，但現在設計工程師走得更遠了一步，可以利用液晶顯示屏或七段LED顯示來顯示用戶友好的數碼和字母文本。
這些顯示技術，配合數字鍵盤甚至觸摸屏等輸入設備使用戶界面更直觀，更易于使用，同時還可以支持更復雜的任務。嵌入式微控制器甚至還可以利用警報音來獲得用戶有安全問題或輸入不正確，或者利用語音命令來完成輸入。
機械電子技術
機械電子技術是傳統機械和新出現的嵌入式微控制器數字控制技術的融合。通過將傳統的機械子系統轉換為基于數字和模擬的系統，機械電子技術為設計帶來了電子智能。與傳統機械或簡單模擬設計相比，機械電子系統可以更精確的進行控制和監測。
同時，管理部門的要求和消費者的期望推動了在電子技術在白色家電和廚房設備中的應用。電子學技術能夠以比機械方式高得多的精度和準確度測量和控制水溫、時間、渾濁度以及壓力。嵌入式微控制器輸出激勵控制繼電器、讀取開關值、激勵電路并監控系統故障，完成這些功能所需要的組件重量遠遠低于機械方式。
結合傳統機械系統的優點以及嵌入式微控制器的控制能力，設計人員可以滿足要求苛刻的家電行業的需求，同時還可以增強產品功能和性能，使設計出的產品能夠從競爭產品中脫穎而出。
環境因素
除了消費者需要功能更豐富的家電以外，政府管理要求、環境以及節約成本等因素也推動家電向更為節能的方向發展。這些要求有望使未來的家電更安全、更安靜、更節能和節水。
嵌入式微控制器可以監控家電設備的能源使用情況、噪聲水平、耗水情況以及其它影響環境的因素?，F在，通過低成本嵌入式微控制器，家電設計工程師也可以分享到數字信號調理以及基于數學算法的控制系統(如功率因數校正和變頻算法)的進步。低成本嵌入式微控制器可以提供更可靠的設計和更智能的故障恢復性能，因此工程師可以設計出更安全的家電設備(如烤箱或烤爐)。
連接功能
連接功能是指家電設備的遠程通信能力，可以是接收故障排除診斷信息、改變家電設備設置，或者是集中控制能源使用情況。
計算機的存在提供了兩大主要優點：通信和數據存儲。通過提供多種通信能力，嵌入式控制技術為家電設計人員提供了這兩大特性。例如電力線 控制(PLC)、紅外(IR)通信、因特網協議訪問(如TCP／IP)，甚至利用射頻(RF)技術的無線控制。結合這些功能以及嵌入式微控制器在非易失性存儲器中存儲信息的能力，設計工程師可以方便地實現系統診斷和校準、用戶使用跟蹤、系統級監控以及集中能源控制等系統的設計。
如果洗衣機能夠從生產商的服務中心下載診斷信息，甚至能夠遠程修正他們，不需要消費者在家里等上好多個小時等服務人員上門來檢查，那么該有多么棒啊。
嵌入式控制器提供的另一種形式的設備內連接是家電設備內不同模塊間的通信，不需要布成本高并且經常不可靠的線纜。例如，在用戶顯示板和洗衣機的馬達控制單元之間的連接。利用這種連接能力，設計人員還可以創建可在多個平臺上重利用的更為模塊化的設計。在現場維修時，維修人員也可以更容易地更換這些模塊。
這些潛在的功能增強有望將今天的家電設計提升到一個新的水平。家電以及家電產品子模塊之間互相通信實現節能，通過在線服務保證家電存放，以及通過與遠程維修服務中心的連接來保證可靠運轉。未來，消費者將會把這些功能做為基本的要求，就象今天消費者對于家庭或工作場所必須擁有寬帶或高速連接的要求一樣。
嵌入式控制器應用舉例
下面，我們來看一下利用嵌入式微處理器實現增強功能的一些非常基本的家電設計實例。首先，我們看一下傳統家用機械式溫度控制裝置以及嵌入式微控制器如何為此類家用電器的設計帶來革命。然后，我們再看一下小型低成本嵌入式微控制器如何為溫控電爐等設備增加基本的安全功能以及額外的控制精度。
機械式溫度控制
圖1是一個目前許多家庭中常見的典型機械式溫度控制裝置。完全機械式單元，沒有任何主動式電子器件。
圖2顯示的是該機械式溫度控制裝置的基本框圖，以及所有內部器件。通過左右滑動機械控制桿，用戶可以設置所需要的溫度。室溫反饋機制就是一個簡單的指釷指示器，連接到一個機械溫度傳感器來顯示溫度。一個類似的指示機構用來顯示用戶設定的溫度。隨著溫度升降，溫度控制裝置斷開或連接加熱單元的有線連接觸點，從而實現溫度控制。具體是利用一個雙金屬彈簧隨著室溫的變化而產生形變來實現的。在這一單元中，連接到彈簧的機械式溫度指針臂是給用戶的反饋?？潭缺P用來顯示所設定的溫度，而觸點開關則是到加熱單元的輸出。
要將機械式設計轉換為基于嵌入式微控制器的解決方案，所有這些構建單元都必須利用電子器件來代替。
圖3就是一個嵌入式控制系統。用戶反饋通過LCD顯示屏，用戶輸入則采用上／下按鈕以及滑動開關，溫度測量利用低成本溫度傳感器實現，加熱單元控制則利用金屬氧化物半導體場效應三極管(MOSFET)開關實現。新的設計中，利用低成本嵌入式微控制器實現集中控制。
這一電子溫控器比機械式溫控器有以下方面的改進。
首先，利用LCD顯示屏顯示信息，用戶可以看到有關加熱系統的更詳細信息。包括設定的溫度、當前溫度、設備工作時的控制信息等等。
基于嵌入式微控制器的溫控器單元提供了更為準確的溫度測量和控制功能。同時還設計工程師還可充分利用現在數學控制算法來提高溫度控制精度。該硬件單元可以很方便地改造用于不同的溫控應用，因此消費者可以根據其功能和成本偏好來選擇合適的單元。簡單修改嵌入式微控制器軟件就可以實現更多增強功能，例如七天／多天定時器(相對于簡單的每天定時)，甚至可以實現“獨立區域控制”。
電爐等電炊具的溫度控制
電爐等電炊具的溫控開關是另一個很好的例子，簡單地增加一個極低成本的小型嵌入式微控制器就可以大幅提高設備的功能。
圖4顯示是一個目前廚房電炊具(如電爐、電煮鍋以及電炸鍋)中常用的典型可調節機械式溫控單元。該單元利用可調節的機械溫控器來調節電爐的熱量輸出。機械式溫控裝置的主要缺點包括必須在工廠進行機械校準，性能差，精度低，并且容易磨損。
圖4中的機械式電爐溫度控制單元可以容易地轉換為簡單的電子電路，如圖5所示，采用一個TRIAC(三端雙向可控硅)和一個電容性電源以及一個低成本微型控制器。與機械式溫控開關相比，可控硅控制電路的優點之一是可以實現更為精確的控制，因為加熱單元是以“開”和“關”的方式精確控制的，可以實現更好的溫度控制。這也意味著溫控單元不需要在工廠中校準，因為加熱單元的開并是按照嚴格的時間周期進行的。而且，即使長時間使用，電路也不容易磨損。
讓我們看一下這一電路的內部工作情況。這個基于嵌入式微控制器的電路采用相位或半波計數使TRIAC導通，從而使加熱單元工作。通過在每個半波的一部分時間內使TRIAC(TRCl)導通，可以實現相位控制，與脈寬調制(PWM)類似。該方法的優點是為負載提供功率的波型頻率沒有變化，仍然為交流電輸入頻率?？刂萍訜釂卧獣r，這一點并非必需的，但當用于燈光控制時卻是絕對必需的，因為人眼能夠感受到這種頻率變化。
對于加熱單元這樣的負載，嵌入式微控制器在交流電輸入波形的過零點開始使TRIAC導通整個周期。通過跳過半波周期來完成溫度或熱量控制。這一方法的優點是可幫助減輕電磁干擾(EMI)以及反饋到電源線的噪聲輻射。基于嵌入式微控制器的電爐還可以增加多種其它功能，而這些在采用機械式溫控開關時是不可能的。例如，對于用于煮或燉的電爐產品來說，沸騰點控制通常會滯后，但對于嵌入式設計，可以更準確地控制沸騰點。新設計還提供了安全功能，例如，當烹調完畢后，如果用戶忘記關閉電源，那么系統可以自動將其關閉，甚至還可以提醒用戶爐子仍在通電，整個電爐還是熱的。增加一個簡單的溫度傳感器就可以提供準確的溫度控制，同時利用數學算法還可以提高能源效率。
其它優勢
嵌入式微控制器不僅可以提高家用電器的整體性能和可靠性，而且還可幫助產品從競爭中脫穎而出。例如，不僅僅局限于提供功能有限、成本具有競爭力的電爐產品，通過在家電產品中利用嵌入式微控制器，家電生產商還可以提供具有更高能源效率以及安全功能的產品?；谇度胧轿⒖刂破鞯男略O計還支持設計基于同樣同樣硬件設計的多種平臺產品，功能差異通過嵌入式微控制器軟件編碼實現。
基于嵌入式微控制器的智能電路還可改善家電產品的可制造性，減少了生產線上機械器件成本高昂且耗時的校正過程。同時，今天的消費者對于環境問題更為關注。再加上新的政府管制要求，對于安全和環境友好的要求也越來越高。
結語
嵌入式產品設計范文6
關鍵詞:計算機軟件;嵌入式軟件;開發應用
隨著我國對科技研發重視程度的不斷提升，現階段的計算機研發水平得到相應的發展，同時也能有效改變我國現階段的生產管理模式。自大數據的出現和廣泛應用，計算機的使用更加需要計算機軟件的支持，同時諸多計算機軟件也開始向智能化的方向發展。有效應用計算機軟件可實現企業信息的自動化管理，全面提升國家的國際競爭力，而嵌入式技術的應用可促使計算機軟件功能的完善，為此需要將嵌入式技術有效應用于計算機軟件開發中，進一步推動我國計算機技術的發展。
一、嵌入式軟件的應用價值
計算機軟件開發過程中應用嵌入式軟件，需要根據工作環境以及工作時間應用嵌入式軟件，只有保證能夠合理應用嵌入式軟件的時間，才能保證軟件任務的有效分配，同時確保嵌入式軟件技術應用環境的良好、安全性，才能保證嵌入式軟件技術的高效應用。確保計算機軟件的可靠性的關鍵技術就是嵌入式軟件，嵌入式軟件質量的高低關乎著系統出現錯誤的機率，為此在計算機軟件開發過程中需要合理應用嵌入式軟件，從根本上提升計算機軟件的開發應用安全性、穩定性以及實用性，滿足用戶的軟件應用需求。
二、計算機軟件開發流程
(一)制定軟件開發計劃良好的軟件開發計劃是保證計算機軟件開展的重要基礎，為此需要確保軟件開發計劃的科學合理性。開發人員需要對軟件的研究開發目標進行規劃，填寫可行性的研究調研報告，確保計算機軟件開發方向的可靠性，繼而為后續軟件開發工作的開展保駕護航。
(二)分析軟件開發需求在軟件開發計劃完成后，就需要對軟件的開發需求進行全面分析，確保軟件開發工作的開展是立足于軟件開發本身，通過對軟件目標客戶需求進行實地調研，才能確保軟件開發的性能符合客戶的需求，同時還需要目標客戶清晰表達自身的軟件需求，進而對軟件開發結果進行優化。
(三)設計軟件開發程序該階段是需要根據軟件開發需求以及軟件開發方案為基礎，以整體層面來對開發軟件的結構進行設計，確保軟件開發符合總軟件設計要求，確保開發人員能夠對軟件設計結構進行整體保衛，實現軟件組成部分與軟件開發需求的有機結合。
(四)設計軟件程序編碼軟件程序編碼作為軟件開發的重要組成部分，其中的編碼程序與軟件模型的設計合理性可確保軟件各個部分內容的有效連接。
(五)測試軟件程序系統在上述軟件開發工作準備完成后，需要開發人員對于設計出的軟件程序進行系統性的測試，軟件程序的測試主要分為軟件程序的內部測試以及外部測試。軟件程序的內部測試主要是對軟件進行專業性的測試，而軟件程序的外部測試主要是選擇部分用戶對于軟件測試版本進行試用，確保軟件程度能夠通過內外部軟件測試，才能確保軟件程序開發工作的結束。
(六)維護開發軟件系統實現對于軟件系統的維護是確保計算機軟件開發完善的重要組成部分，為此計算機軟件開發結束后，需要根據軟件的運行情況對軟件系統進行維護，確保計算機軟件系統運行的穩定性。
三、計算機軟件開發應用嵌入式軟
(一)嵌入式軟件應用范圍嵌入式軟件的實際應用就是將其嵌入至軟硬件系統之中，嵌入式軟件的應用范圍極為廣泛，不僅在芯片以及電子設備中得到廣泛應用，同時還能應用到系統開發中，但現階段的嵌入式軟件的應用仍舊主要應用計算機系統中。嵌入式軟件廣泛應用在各個領域中可有效提升他們的結構性能，確保移動設備、冰箱以及微波爐等系統功能的豐富性，實現軟件整合能力以及研發效率的提升。
(二)嵌入式軟件應用開發流程嵌入式軟件的應用也是同上述軟件開發流程一樣，以客戶的需求為基礎，通過程序開發人員的對其進行再次編碼調試。開發人員在設計某一軟件開發項目時需要結合市場需求與反饋，編寫相應的項目計劃書，同時還需要對于項目開展風險進行全面考量，明確軟件開發規劃的合理性，同時在軟件系統設計階段，需要結合相關人員的審核結果對軟件程序進行編寫，確保軟硬件的開發符合產品設計要求。嵌入式軟件開發應用過程中，開發人員需要根據開發內容選擇不同的軟件開發工具，全面提升計算機軟件開發的開發效率。
(三)嵌入式軟件應用要點1．體現嵌入式軟件設計要點第一，嵌入式軟件應用過程中，需要明確應用嵌入式軟件的設計結構，確保嵌入式軟件應用于軟硬件系統穩定性，全面提升軟硬件系統的性能。第二，利用嵌入式軟件對設計數據進行格式化處理，減少人工處理工作量，避免必要軟件研發漏洞的出現，提升軟件研發效率。第三，計算機軟件開發人員在應用嵌入式軟件的過程中，需要融入自身新的開發理念，縮短軟件開發進程。2．展現嵌入式軟件技術優勢第一，軟件開發人員需要利用嵌入式軟件的非交叉調試的優勢，解決軟件調試過程中存在的問題，有效降低軟件開發經費。第二，嵌入式軟件具備應用成本價格低、軟件應用效率高、開發的軟硬件系統穩定性強的優勢，為此需要充分應用嵌入式軟件的應用優勢全面開展計算機軟件開發工作。
