金子程

摘要：文章主要分析了模塊化設(shè)計特點及理念，結(jié)合嵌入式系統(tǒng)技術(shù)需求及特點，研究模塊化思想在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：模塊化；嵌入式；系統(tǒng)設(shè)計

模塊化設(shè)計理念是新的思維方式及工作模式，在分析產(chǎn)品構(gòu)成的時候，能夠優(yōu)化結(jié)構(gòu)，重組、分解系統(tǒng)，可以一定程度上解決復(fù)雜的設(shè)計問題，明確條理，簡化問題，在建筑、電子、機械等領(lǐng)域已經(jīng)開始廣泛應(yīng)用模塊化設(shè)計理念。

1 模塊化嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的優(yōu)勢

1.1 提高了系統(tǒng)設(shè)計可靠性

設(shè)計嵌入式系統(tǒng)的時候合理應(yīng)用模塊化理念，可以明確劃分模塊功能，分析系統(tǒng)中整合模塊的方式，在剛開始設(shè)計的時候，需要切實了解產(chǎn)品性能，防止設(shè)計中出現(xiàn)錯誤。

1.2 縮短了設(shè)計周期

在設(shè)計嵌入式系統(tǒng)的過程中，開發(fā)基礎(chǔ)是硬件和軟件模塊化，以達到提高整體效率的目的，保證可以更加合理地完善和改進性能，開發(fā)過程中避免重新設(shè)計不同產(chǎn)品，降低操作人員重復(fù)勞動的可能性。

1.3 降低了制造成本

設(shè)計模塊化系統(tǒng)的時候，存在通用性功能部件，設(shè)計嵌入式系統(tǒng)的時候，在不同系統(tǒng)中設(shè)計不同功能的模塊化電路，達到降低成本的目的。

1.4 便于設(shè)備的調(diào)試和維修

在維修、調(diào)試定位模塊的時候，需要提高調(diào)試速度。在設(shè)計冗余產(chǎn)品的時候，需要相對獨立的模塊，出現(xiàn)個別故障不會在一定程度上影響整體性能，提高產(chǎn)品可靠性。

1.5 提高了抗干擾性

嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用工業(yè)產(chǎn)品中，存在相對比較差的工作環(huán)境，對電磁波十分敏感，由于在不同電平情況下應(yīng)用內(nèi)部功能器件，隔離設(shè)計單獨模塊電磁屏蔽，可以達到提高系統(tǒng)抗干擾能力的目的。

2 系統(tǒng)模塊劃分原則

2.1 特殊模塊

設(shè)計獨立模塊的時候，可以十分方便地進行換代或者升級產(chǎn)品，特殊性促使在不同系統(tǒng)中很難移植應(yīng)用。

2.2 通用模塊

設(shè)計嵌入式系統(tǒng)的時候，一般都需要硬件和軟件集成模塊。藍牙模塊不僅可以進行無線獨立通訊，還可以經(jīng)過少量更改功能和結(jié)構(gòu)就能夠應(yīng)用在不同系統(tǒng)中，如PDA、手機等

2.3 接口模塊

設(shè)計傳統(tǒng)機械系統(tǒng)的時候，需要利用硬件物理配合來達到連接模塊的目的，嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用，可以利用電氣接口來達到連接硬件的目的，通訊功能利用軟件來實現(xiàn)。

3 模塊化設(shè)計思想在打標機中的應(yīng)用

氣動打標機系統(tǒng)主要包括很多領(lǐng)域的知識，如軟件、電氣、機械等，大部分都是應(yīng)用在工業(yè)產(chǎn)品標識中，由二維運動平臺及打標頭構(gòu)成打標機系統(tǒng)。氣壓方向通過電磁閥來控制，促使打標頭具備縮針和出針運動，利用步進電機分別控制X，Y方向的工作平臺。工作過程中，打標頭利用工作平臺移動到符合情況的打標處，工件表面被打標頭沖擊，存在一定的打標效果。通過2種不同的方式來設(shè)計構(gòu)造系統(tǒng)，模塊化設(shè)計和整體化設(shè)計。模塊化設(shè)計打標機系統(tǒng)基本方案為：

第一，對整個過程進行整體分析。打標機最重要的作用就是依據(jù)字庫運動軌跡，打標頭可以形成字形點，然后利用電磁閥控制出針，從而出現(xiàn)字形。所以，系統(tǒng)可以分為通訊連接部分、電機控制部分、打標頭部分。

第二，依據(jù)設(shè)計模塊的性能指標和特點，對立開發(fā)系統(tǒng)。通過電磁閥上下位機接口和信號口，上下位中合理應(yīng)用RS232連接通訊，片間數(shù)據(jù)共享和傳遞指令應(yīng)用12C或SPI實現(xiàn)。

設(shè)計電機控制模塊的時候，應(yīng)該單獨設(shè)計控制CPU的電機。主控機CPU發(fā)出的數(shù)據(jù)目標位置通過片間接口模塊來進行點對點控制。也就是模塊CPU可以完成加減運動、脈沖指令等控制，在制定主控機CPU位置的時候需要利用電機控制。所以，控制電機模塊屬于黑匣子，具備完整的功能和公開的連接口，不需要分析內(nèi)部實際情況，就可以點對點方式合理控制不同的系統(tǒng)，具備一定的通用性?？傊?，應(yīng)用模塊化設(shè)計理念時，需要明確單元工作，整體增加可行性的設(shè)計方式。依據(jù)兩方向中相似的控制需求，集成電機模塊可以降低負擔(dān)，從而提高控制性能，并且，應(yīng)用模塊化設(shè)計理念，可以為進一步開發(fā)、升級產(chǎn)品提供平臺。

4 模塊化嵌入式設(shè)計的發(fā)展趨勢

現(xiàn)階段，制造行業(yè)發(fā)展的基本趨勢就是模塊化設(shè)計。依據(jù)目前機電一體化設(shè)計的實際需求及設(shè)計嵌入式系統(tǒng)的根本特點，在以后設(shè)計產(chǎn)品的過程中，開始越來越多地應(yīng)用具備硬件和軟件判斷、分析、控制功能的智能化模塊。主要體現(xiàn)在：（1）緊密結(jié)合模塊化制造和模塊化設(shè)計。（2）軟件、機械、電子等分立模塊逐漸被機電一體集成模塊取代。（3）改變制造方式。為了提高質(zhì)量，降低庫存，模塊化制造和設(shè)計方式逐漸取締傳統(tǒng)大批量生產(chǎn)方式，依據(jù)實際情況合理設(shè)計多規(guī)格、多配置的模塊。（4）結(jié)合創(chuàng)新設(shè)計和1/4設(shè)計方式，設(shè)計新產(chǎn)品的時候，模塊化制造和設(shè)計能提供良好的環(huán)境，為進一步研究模塊化設(shè)計提供依據(jù)和保障。

5 結(jié)語

綜上所述，嵌入式系統(tǒng)中應(yīng)用模塊化設(shè)計理念，為嵌入式系統(tǒng)提供現(xiàn)代、全新的設(shè)計方式，是個性設(shè)計和快速設(shè)計的根本形式。模塊化設(shè)計方式是一種系統(tǒng)模塊組合和劃分的基本過程，能夠符合設(shè)計的根本需求。