孟江

摘 要：自改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)的政治、經(jīng)濟(jì)、文化都發(fā)生了建國(guó)以來(lái)可謂規(guī)模宏大的變化?？梢哉f(shuō)，我國(guó)的現(xiàn)代化是一種壓縮時(shí)空的現(xiàn)代化，人民生活水平穩(wěn)步提升的同時(shí)，對(duì)于科技上的進(jìn)步變更加渴望，因此，單片機(jī)的嵌入方式與低消耗問(wèn)題自然成為相關(guān)人員關(guān)注的焦點(diǎn)。此問(wèn)題成為學(xué)界關(guān)注的焦點(diǎn)主要是由于單片嵌入式系統(tǒng)本身有著某種不成熟性，文章立足于長(zhǎng)遠(yuǎn)眼光闡述了單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)與其在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用，作者以此文為基點(diǎn)，旨在此文基礎(chǔ)上為相關(guān)研發(fā)人員提供某種程度上的幫助。

關(guān)鍵詞：嵌入式；低消耗；單片機(jī)；設(shè)計(jì)

引言

嵌入式系統(tǒng)成為電子科技信息領(lǐng)域的重要領(lǐng)域早已不言而喻，尤其是隨著第三次工業(yè)革命的到來(lái)，智能手機(jī)、GPRS定位技術(shù)的大范圍推廣，單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)也早已成為軟件研究人員所關(guān)注的重點(diǎn)。嵌入式系統(tǒng)更是將計(jì)算機(jī)網(wǎng)路技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)以及電子科技等三者相關(guān)聯(lián)，涉及面積如此之廣自然決定了嵌入式系統(tǒng)在技術(shù)上以及在資金上的強(qiáng)大，嵌入式系統(tǒng)更可以稱得上是知識(shí)密集型產(chǎn)業(yè)，尤其是對(duì)于單片機(jī)嵌入系統(tǒng)低耗能方面的設(shè)計(jì)與研發(fā)，更是相關(guān)研究人員所必須解決的問(wèn)題。而產(chǎn)生這一問(wèn)題的主要原因主要是此種便捷的嵌入式系統(tǒng)被普遍地運(yùn)用于移動(dòng)性強(qiáng)的商品之上，然而，產(chǎn)生問(wèn)題的關(guān)鍵即是這些可移動(dòng)性且具有便攜功能的產(chǎn)品并不是一直都有較為充足的電源對(duì)其進(jìn)行供給，也就是說(shuō)，通常情況下對(duì)具有某種嵌入式且具有較強(qiáng)移動(dòng)性的產(chǎn)品都是可靠性電源對(duì)其進(jìn)行供給的。

1 嵌入式操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法

硬件中計(jì)算機(jī)技術(shù)的大面積應(yīng)用在當(dāng)下早已不再罕見(jiàn)，也就是說(shuō)，在此種背景之下，單片機(jī)嵌入系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用成為可能，具有某種高性質(zhì)的EDA程序的開(kāi)發(fā)在相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)得到了較為充裕的發(fā)展，其自身的性能早已在發(fā)展的過(guò)程中得到了完善，這種技術(shù)上的改進(jìn)與發(fā)展，在某種程度上來(lái)講也為單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)的研發(fā)提供契機(jī)，也就是說(shuō)，單片機(jī)軟件開(kāi)發(fā)在此種背景下有著較為廣闊的空間與平臺(tái)。上述質(zhì)素的發(fā)展都較為有力地推動(dòng)了單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)在設(shè)計(jì)規(guī)劃與研發(fā)上的進(jìn)步。PCB、CAD以及ICE這三種軟件使我們研發(fā)思路及方法的主要來(lái)源，而對(duì)這三中軟件的研究也是當(dāng)下我國(guó)單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)的相關(guān)研發(fā)人員所應(yīng)用的主要路徑及方法，較為具體的實(shí)踐步驟為：第一，在其最初階段對(duì)其進(jìn)行較為宏觀的構(gòu)想式設(shè)計(jì)，所謂宏觀的構(gòu)想式設(shè)計(jì)，是指通過(guò)單片機(jī)嵌入式軟件系統(tǒng)實(shí)時(shí)應(yīng)用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)其自身的功能的優(yōu)化與升級(jí)，而在此種構(gòu)想過(guò)程中，系統(tǒng)化的分離一定要在嵌入式軟件系統(tǒng)中被應(yīng)用，只有這樣，嵌入式軟件系統(tǒng)才能在宏觀的視野下被分成擁有著相應(yīng)功能的模塊，同時(shí)對(duì)于設(shè)計(jì)圖的設(shè)計(jì)也應(yīng)在此步完成，系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)圖的構(gòu)想主要是對(duì)其擁有系統(tǒng)功能的模塊進(jìn)行分工，而這種分工主要體現(xiàn)在硬件與軟件上的劃分，而這種基本的劃分則使得硬件和軟件在程序上的應(yīng)用分工明確，硬件設(shè)計(jì)的思路大體上可以視為，通過(guò)具有顯示數(shù)據(jù)性能的參數(shù)的各個(gè)功能模塊進(jìn)行重新地分組與歸類，并對(duì)其進(jìn)行重新整合，如，我們可以在市面上購(gòu)買一些功能、質(zhì)量及性價(jià)比較高的部件，將其布置規(guī)劃成單片嵌入式系統(tǒng)軟件實(shí)施的硬件基礎(chǔ)。第二，實(shí)施階段，即系統(tǒng)軟件在實(shí)施階段的主要研發(fā)方面的構(gòu)想與相關(guān)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)。任務(wù)數(shù)據(jù)分析、資源的信息化合理配置以及功能模塊的數(shù)據(jù)評(píng)估和代碼在相關(guān)程序上的調(diào)節(jié)被視為系統(tǒng)軟件在研發(fā)過(guò)程中的四大模塊。計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的飛速發(fā)展，變成半制邏輯器的應(yīng)用成為了可能，在相關(guān)硬件設(shè)施的研發(fā)設(shè)計(jì)上，我們可以通過(guò)將之前較為傳統(tǒng)的制件通過(guò)印刷的方式制作成將其與并非制定的器件盡行功能上的替換，同時(shí)與線路板盡行連接，從而制作成在功能上較為先進(jìn)的集成電路。這樣也就從根本上減輕了印刷板在合理布局上的復(fù)雜性，同時(shí)將其轉(zhuǎn)換成具有半定制器件的復(fù)雜性，而這種復(fù)雜性的轉(zhuǎn)變主要是因?yàn)榘攵ㄖ破骷徽撌窃谠O(shè)計(jì)還是在具體應(yīng)用的過(guò)程中，都不需要極為專業(yè)的專業(yè)知識(shí)，對(duì)于線路布局的經(jīng)驗(yàn)要求相對(duì)較低。半定制器件因此在使用數(shù)量上不斷增加，集成器件也多由此構(gòu)成，同時(shí)由于半定制器件在使用上的優(yōu)越性，使得印制板器件線路、在調(diào)試過(guò)程中產(chǎn)生的經(jīng)費(fèi)總數(shù)不斷降低，插件的應(yīng)用也在某種程度上大量減少，此種替換方式可以說(shuō)從根本上降低了系統(tǒng)研發(fā)的成本，同時(shí)可編程系統(tǒng)在軟件替換上的靈活性被凸顯，從而嵌入式系統(tǒng)的消耗被降低，系統(tǒng)的安全性及可應(yīng)用性得到了實(shí)現(xiàn)。

2 單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

大體上我們可以這樣認(rèn)為，嵌入式操作系統(tǒng)的主要控制環(huán)節(jié)是單片機(jī)系統(tǒng)，而其軟件設(shè)計(jì)主要是通過(guò)一個(gè)十分細(xì)小且比較實(shí)時(shí)的軟件操作系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)其的研發(fā)，我們可以發(fā)現(xiàn)，在此程序中的一些應(yīng)用型軟件都是為其應(yīng)用系統(tǒng)所服務(wù)的，它們的存在只是為了其程序的順利實(shí)現(xiàn)而存在。軟件系統(tǒng)的編制程序在實(shí)際的應(yīng)用當(dāng)中，對(duì)信息資料的處理部分相對(duì)而言要求較為嚴(yán)格，其速度應(yīng)根據(jù)此時(shí)環(huán)境的變化進(jìn)行相應(yīng)的處理，也就是說(shuō)，擁有著實(shí)時(shí)性能的單片機(jī)嵌入系統(tǒng)是根據(jù)應(yīng)用程序的具體實(shí)際應(yīng)運(yùn)而生的，在具體的情況下可以這樣認(rèn)為，微型機(jī)器的系統(tǒng)控制方面，也就是單片機(jī)系統(tǒng)在嵌入過(guò)程中所產(chǎn)生的功能，這種操作程序單片較為密集，在對(duì)此種軟件進(jìn)行規(guī)劃的過(guò)程中，我們僅僅只是將計(jì)算機(jī)作為一種提供程序運(yùn)行的場(chǎng)所。例如，計(jì)算機(jī)部件中的信息管理器與軟件當(dāng)中的部分程序以及集成系統(tǒng)中的相應(yīng)芯片，從硬件這一角度上來(lái)考量，單片機(jī)在此種系統(tǒng)上的應(yīng)用事實(shí)上是一種任何系統(tǒng)都無(wú)法比擬的實(shí)踐方法。相關(guān)的研究人員在對(duì)單片機(jī)嵌入方式進(jìn)行思考時(shí)，對(duì)于taftl的相關(guān)設(shè)想有著更為明確的要求。比較固定的來(lái)自于環(huán)境上的固有特征是其必須要考量的因素。此種考量為單片機(jī)嵌入方式的實(shí)現(xiàn)提供了可能性，可以粗淺地說(shuō)，所謂嵌入式的核心即是嵌入式操作系統(tǒng)的關(guān)鍵性技術(shù)同時(shí)也可以說(shuō)是此應(yīng)用系統(tǒng)的核心，相關(guān)任務(wù)的分配，對(duì)相關(guān)的資源數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與儲(chǔ)存是嵌入式系統(tǒng)的主要功能。如若是將一些其他的系統(tǒng)操作方式與嵌入式操作系統(tǒng)進(jìn)行比較的話，嵌入式系統(tǒng)的優(yōu)越性便自然得到凸顯，如，在能耗上較其他系統(tǒng)相比，少了SHELL等軟件的消耗，這也是其他系統(tǒng)能耗較高的關(guān)鍵性問(wèn)題。應(yīng)用程序和操作系統(tǒng)的關(guān)系可謂緊密，它們?cè)谙嗨频沫h(huán)境下運(yùn)行，而儲(chǔ)存空間較小的嵌入式系統(tǒng)也同樣有著與其他系統(tǒng)相似的物理地址，這種單片嵌入的優(yōu)點(diǎn)就是相對(duì)而言運(yùn)行較為方便，其體積較小的優(yōu)勢(shì)也成為了它們擁有微內(nèi)核的可能。

3 單片機(jī)在嵌入式系統(tǒng)軟件上的優(yōu)勢(shì)

嵌入式系統(tǒng)在軟件的開(kāi)發(fā)上一直秉承著較為科學(xué)的篩選方式，其自身關(guān)于編碼的設(shè)計(jì)是極其科學(xué)且合理的，科學(xué)性的分析與具有優(yōu)化性的設(shè)計(jì)，在相關(guān)結(jié)構(gòu)上的嚴(yán)謹(jǐn)執(zhí)行一直是編碼得以實(shí)現(xiàn)的前提，單片機(jī)在嵌入式軟件上的應(yīng)用較傳統(tǒng)的軟件相比，在軟件設(shè)計(jì)、編程以及應(yīng)用形式上是十分科學(xué)且合理的，單片嵌入式這一系統(tǒng)軟件是一種超越性的研發(fā)，對(duì)于硬件的控制實(shí)際上都是通過(guò)對(duì)代碼的設(shè)計(jì)而實(shí)現(xiàn)的，相關(guān)硬件自身所特有的依賴性致使單片嵌入式系統(tǒng)不得不思考其自身的功能，因此自身功能的強(qiáng)大性成為了單片嵌入式系統(tǒng)的最大優(yōu)點(diǎn)，如自身工具包的存在等。就當(dāng)下的發(fā)展前景而言，單片嵌入式操作系統(tǒng)有著其他軟件系統(tǒng)無(wú)法比擬的優(yōu)越性，它所擁有的優(yōu)越性如操作方式的簡(jiǎn)單化，其軟件自身的強(qiáng)大的功能性更是在向著更為廣闊的發(fā)展方向發(fā)展，所謂軟件開(kāi)發(fā)的環(huán)境實(shí)際上就是相關(guān)軟件編輯器的應(yīng)用與功能的篩選，也就是相關(guān)的研發(fā)人員在對(duì)相關(guān)硬件的研發(fā)下，以極為快速的方法找到相關(guān)軟件的原型，從而更好地實(shí)現(xiàn)單片嵌入式系統(tǒng)的巨大優(yōu)勢(shì)。

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