嵌入式系统在机电控制的应用
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摘要：嵌入系统由于具有强大的应用优势，被发掘应用到了量化范畴中。下面就以微处理器为切入点，对其应用做出了细化研究。
嵌入式系统实际上就是对计算机系统的补充及延伸，实际上其该系统本身性能并不完善，这就需要根据功能需求进行芯片的设计，在这一过程中芯片是较为关键的功能性内容，只需要通过一个简单的芯片，就能满足用户的多样化功能，与此同时，对计算机系统的硬性标准也普遍较低，这样就可以将投入成本控制在最小范围内，并且嵌入式系统所应用的空间也就更加广阔，而后续机电控制向着体积更小的方向发展目标也必然能够实现。从当前嵌入式系统的应用现状来看，其技术更新频率普遍较高，在技术领域中所获得的成果也是相当丰厚的。
1嵌入式系统概述
通常情况下，计算机技术是嵌入式系统不可或缺的重要结构，同时这也是系统运行的首要条件，其中所应用的模块不仅有软件，更需要硬件的高效配合，这两个部分都能够对配置标准形成直接影响，只有将二者进行优化，才能实现整体结构的完善配置，因此不难发现，嵌入式系统本身具有较强的自拟功能，在实际运行过程中计算机系统的功能优势会更加凸显，无论是运行环境的可靠性，还是功率消耗程度低的节能功效，都为嵌入式系统的开发及应用提出了更高的要求，这与一般的计算机系统相比是存在较大差异的。嵌入式系统在实际应用环节对体积的要求是较为严格的，只有在应用标准范畴将体积最大化的缩小，才能提升其灵活性，而系统响应速率也会有所提升。通过对微处理器进行优化选择，并在此基础上选择与之配套的支撑软件，就能够进一步达到嵌入式系统的运行指标，需要注意的是，在进行软件选择时应当与标准需求做出协调性分析，只有确保其达到配套要求，才能为其高效运转提供基础条件。嵌入式系统技术在发展过程中是从以下阶段逐步深入的：首先，在初始化时期是嵌入式系统的控制主体是单片机，在实际应用过程中控制器已经实现了编程功能，相对的其功能拓展也逐步以需求方向为基础；其次是第二阶段，嵌入式核心处理器中融入了初级操作系统，这就说明在这一阶段的嵌入式系统强化了操作功能。
2嵌入式实时操作系统的选择
在各种现代电子仪器、设备中，嵌入式系统在其内部发挥了核心的控制作用。无需采用操作系统支撑，仅仅依靠汇编语言进行开发来维持系统运行的时代已经过去。各个厂家纷乱复杂的汇编语言给不同厂家之间的嵌入式系统芯片的联动带来了不必要的麻烦，每重新开发一种系统功能便要耗费大量的人力物力去重新编排汇编语言，无形中增加了系统的应用成本，曾经给嵌入式系统的应用开发带来了非常大的阻碍。随着开发人员与市场的不断试炼，与相应操作系统配套的嵌入式系统终于研制成功，嵌入式应用系统的成功开发给嵌入式微处理器的大规模应用铺平了道路，未来各种电子产品的全方位嵌入式系统时代已经来临。嵌入式操作系统本质上是一种计算机应用的系统软件，用来支持嵌入式系统的应用与二次开发，是当今嵌入式系统最为重要的组成部分。其软件通过底层驱动程序来直接进行与硬件的信号交换和控制，设备的通信接口方便设备的进一步系统扩展，通过标准的通信协议进行计算机软件与嵌入式系统的对话，通过直观的图形化用户管理模块方便用户进行调试与二次开发利用。所以，嵌入式操作系统秉承微型操作系统的理念，通过对软件进行信息处理来达到有效管理复杂的系统资源的目的。同时自身及库函数调用和开发工具于一身，极大地方便了用户的调试与使用。其嵌入式操作系统是嵌入式系统最重要的运行环境和开发平台。高集成度和高可用性充分提升了嵌入式系统的使用效率。
3嵌入式系统的设备
嵌入式系统的设备以MCU、DSP、EMPU、SOC作为中心控制部件，广义上来讲，所有可以进行信息存储、信息通信、信号调试、数码显示等具有辅助功能的基本部件，均可以算作嵌入式设备。嵌入式设备按功能可以分为存储记忆设备、通信交换设备和状态显示设备三大类。其中常用的存储设备如下：静态易失型存储器即RAM或者SRAM；动态存储器（DRAM）；非易失型存储器（ROM，EPROM，EEPROM，FLASH）。其中便于程序反复重置与反复调用新程序的当属FLASH，即通常我们所说的闪存。闪存凭借其存储速度快、存储容量大、价格便宜等特点，大规模应用在嵌入式系统领域。目前的通讯设备几乎都可以直接切入到嵌入式系统当中，通过串行口和红外线接口以及现场总线技术和通用串行接口的应用达到融入嵌入式系统的目的。未来，以太网接口技术将成为嵌入式系统接口技术的前沿领域，以太网接口技术正在不断的研发和更新中。
4嵌入式系统的应用软件
当开发一个设备驱动程序的时候，应该遵守如下启动顺序：硬件信息的收集阶段；访问方式确定阶段。设备通过中断与查询等约定的通讯方式进行对主体软件的访问。每一种方式都一一对应着相应的应用情况；为目标功能编写源代码来对相应驱动程序进行软件驱动；编译和调试源代码程序。一般用内核自配的PRINTKO函数输出代码信息进行调试；在内核中载入相应的驱动程序。驱动程序加入内核后可以与内核一并进行编译，也可以以动态形式在运行状态下强制加载入内核；驱动软件加载前，先要进行应用软件的检验。用软件模拟驱动过程，同时进一步发现源程序中出现的问题，并加以反复调试。从而尽可能减少直接加载到真实物理硬件的时候，因为源程序错误而出现的不可预知的错误。同时模拟系统整体的可靠性与核心部件的处理速度。
5远程网络化电机控制系统
现代网络技术的飞速发展结合当代嵌入式系统的最新研究成果，有效地改善了服务器的功能。很多当前市场上出现的生产设备内部都安装有内嵌的通讯模块，具有接入互联网进行网络访问的功能。这一技术的产生为嵌入式远程遥控打下了基础，其最初的设计思想是：通过应用基于DSP和MCU的网络化嵌入式系统来实现系统服务器的功能，从而达到省略掉现场PC机服务器的目的，大大减小了系统体系和复杂度。为电机远程控制系统的低成本高功效之路打下了坚实的基础，同时对系统进行网络化改造，使其能随时接入网络，便于复杂系统的控制与处理。如果仅仅从通常意义上来讲，利用DSP技术就可以轻松实现机器与网络的互联通信功能。再加上在操作系统中实现的TCP/IP协议，来达到对网络接口芯片驱动等目标，从而彻底进行网络与机电系统的互联，将机电系统中的嵌入式系统的功能发挥到极致，达到嵌入式系统互联网化的效果。基于DSP和MCU等嵌入式操作系统的远程网络化机电控制系统，可以灵活运用于远距离采集数据、传输监控系统的传输数据等。机电设备在Nucleus操作系统的软件支持之下，应用DSP数据采集系统可以实现通过网线进行联网，并可以实时进行远程计算机通讯。嵌入式系统强大的可移植性和高可靠度，为其未来在机电系统中的大规模应用打下了坚实的基础，市场前景广阔。
参考文献
[1]王莉丽，宋小芹.基于嵌入式的智能电气节能控制研究[J].科学技术与工程，2016（19）：99.
[2]周永强.基于嵌入式的远程电气控制自动化系统的设计[J].卷宗，2013（2）：108.
作者：王维东 姚秀君 单位：秦皇岛北方管业有限公司