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篇（1）

中圖分類號：TP368.1 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2012）12-0104-01

1、序言

本系統(tǒng)是設(shè)計一款基于ARM的嵌入式開發(fā)平臺，該嵌入式開發(fā)平臺是基于AT91SAM9263（基于ARM926EJ-S芯核）的嵌入式系統(tǒng)，可以在此系統(tǒng)上運行嵌入式操作系統(tǒng)，并在上運行嵌入式數(shù)據(jù)庫、人機窗口等應(yīng)用程序，此系統(tǒng)包括硬件和軟件兩部分，本文主要介紹硬件部分。

2、系統(tǒng)硬件設(shè)計

本系統(tǒng)硬件由核心板和母板組成，核心板將系統(tǒng)擴展可能用到的總線都引出來，與母板之間通過針形接插件連接，為以后產(chǎn)品開發(fā)提供了穩(wěn)定、經(jīng)濟而又方便的平臺，此種設(shè)計的好處，其一把高速和低速分開，降低了硬件之間的干擾，提高了穩(wěn)定性。其二是當(dāng)系統(tǒng)需要擴展某些特殊接口時，則只需要對母板進行修改，縮短了開發(fā)周期。

其中核心板設(shè)計這部分是任何一個ARM系統(tǒng)要正常運行所必備的電路，因此稱為核心板，這些基礎(chǔ)電路，包括存貯程序用的Flash存貯器，運行程序和緩沖數(shù)據(jù)所必須的SDRAM、復(fù)位模塊、時鐘模塊、JTAG接口等。這部分電路集中在較小空間里，因此相對比較密集，而且這部分的信號是超高速信號，且電路的設(shè)計要求比較高，所以核心板采用購買成熟的核心板。

系統(tǒng)母板設(shè)計了大部分的電路，因為模板上的信號都是低速信號，所以從成本角度考慮，母板采用二層電路板設(shè)計，其主要電路包括了電源部分、USB接口部分、串口及10/100M以太網(wǎng)接口、LCD接口、CAN總線以及底板與核心板之間通過針形接插件相連的接口等，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

下面將分模塊介紹電路原理。

2.1 串行接口電路設(shè)計

系統(tǒng)設(shè)計了一個RS-232、RS-485接口，方便與其他設(shè)備通信。具體的電路采用MAX3232作為電平轉(zhuǎn)換芯片，它本身提供兩組驅(qū)動器和接收器，并接有數(shù)字隔離器ADuM1201，此芯片提供了兩個信道的通道，具體電路如圖2。

系統(tǒng)的RS-485串行接口，是由ADM2483來實現(xiàn)，ADM2483本身是帶有隔離的高速RS-485轉(zhuǎn)換器，不需要其它額外的電路。

2.2 以太網(wǎng)接口設(shè)計

系統(tǒng)選用DM9161作為以太網(wǎng)的接口芯片，因為系統(tǒng)工作在100BASE-TX模式下，所以選擇RMII作為DM9161與AT91SAM9263的接口模式，具體電路如圖3所示。

2.3 CAN接口電路設(shè)計

本系統(tǒng)的CAN總線接口的實現(xiàn)，是通過外接CAN收發(fā)器來實現(xiàn)的，系統(tǒng)選用的是MCP2551作為系統(tǒng)的收發(fā)器，其特點是有差分發(fā)射和接收能力，自動檢測TXD輸入端接地錯誤及較強的抗噪聲特性。

3、結(jié)語

本系統(tǒng)設(shè)計了基于ARM系統(tǒng)的嵌入式硬件平臺，在此之上可以提供各種實時操作系統(tǒng)，從而構(gòu)成一個完整的平臺，其硬件部分電路已經(jīng)進行了信號完整性分析具有一定的可靠性。

參考文獻

篇（2）

中圖分類號:TP274;TP3680

引 言

經(jīng)過近幾年的快速發(fā)展,嵌入式系統(tǒng)(Embedded System)已經(jīng)成為電子信息產(chǎn)業(yè)中最具增長力的一個分支。隨著手機、PDA,GPS、機頂盒等新興產(chǎn)品的大量應(yīng)用,嵌入式系統(tǒng)的市場正在以每年30%的速度遞增(IDC預(yù)測),嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計也成為軟硬件工程師越來越關(guān)心的話題。

在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計中,低功耗設(shè)計(Low Power Design)是許多設(shè)計人員必須面對的問題。其原因在于嵌入式系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于便攜式和移動性較強的產(chǎn)品中,而這些產(chǎn)品不是一直都有充足的電源供應(yīng),往往是靠電池來供電的;而且大多數(shù)嵌入式設(shè)備都有體積和質(zhì)量的約束。另外,系統(tǒng)部件產(chǎn)生的熱量和功耗成比例,為解決散熱問題而采取的冷卻措施進一步增加了系統(tǒng)的功耗。為了得到最好的結(jié)果,降低系統(tǒng)的功耗具有下面的優(yōu)點:

(1) 電池驅(qū)動的需要。在強調(diào)綠色環(huán)保時期,許多電子產(chǎn)品都采用電池供電。對于電池供電系統(tǒng),延長電池壽命,降低用戶更換電池的周期,提高系統(tǒng)性能與降低系統(tǒng)開銷,甚至能起到保護環(huán)境的作用。

(2) 安全的需要。在現(xiàn)場總線領(lǐng)域,本安問題是┮桓霆重要話題。例如FF的本安設(shè)備,理論上每個網(wǎng)段可以容納32個設(shè)備,而實際應(yīng)用中考慮到目前的功耗水平,每個網(wǎng)段安裝10個比較合適。因此降低系統(tǒng)功耗是實現(xiàn)本安要求的一個重要途徑。

[JP2](3) 解決電磁干擾。系統(tǒng)功耗越低,電磁輻射能量越小,對其他設(shè)備造成的干擾也越小。如果所有的電子產(chǎn)品都能設(shè)計成低功耗,那么電磁兼容性設(shè)計會變得容易。[JP]

(4) 節(jié)能的需要。特別是對電池供電系統(tǒng),功耗與電壓的平方成正比即:P=V2fC+P┆static,б虼私諛芨為重要。

1 功耗產(chǎn)生的原因

[BT3]1.1 集成電路的功耗

目前的集成電路工藝主要有TTL和CMOS兩大類,無論哪種工藝,只要電路中有電流通過,就會產(chǎn)生功耗。通常,集成電路的功耗主要有4個:

(1) 開關(guān)功耗。對電路中的電容充放電而形成,其表達式為:

(2) 靜態(tài)功耗和動態(tài)功耗。當(dāng)電路的狀態(tài)沒有進行翻轉(zhuǎn)(保持高電平或低電平)時,電路的功耗屬于靜態(tài)功耗,其大小等于電路電壓與流過電流的乘積;動態(tài)功耗是電路翻轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的功耗,由于電路翻轉(zhuǎn)時存在跳變沿,在電路翻轉(zhuǎn)瞬間,電流比較大,存在較大的動態(tài)功耗。目前大多數(shù)電路都采用CMOS工藝,靜態(tài)功耗很小,可以忽略。起主要作用的是動態(tài)功耗,因此從降低動態(tài)功耗入手來降低功耗。

(3) 短路功耗。因開關(guān)時由電源到地形成的通路造成的,其表達式為:

(4) 漏電功耗。由亞閾值電流和反向偏壓電流造成。目前大多數(shù)電路都采用CMOS工藝,故漏電功耗很小,可以忽略。

1.2 電阻的功耗和有源器件的功耗

通常為負載器件和寄生元件產(chǎn)生的功耗。有源開關(guān)器件在狀態(tài)轉(zhuǎn)換時,電流和電壓比較大,將引起功率消耗。另外, CMOS電路中最大的功耗來自于內(nèi)部和外部的電容充放電產(chǎn)生的功耗。

2 硬件低功耗設(shè)計

[BT3]2.1 選擇低功耗的器件

選擇低功耗的電子器件可以從根本上降低整個硬件系統(tǒng)的功耗。目前的半導(dǎo)體工藝主要有TTL工藝和CMOS工藝,CMOS工藝具有很低的功耗,在電路設(shè)計上盡量選用,使用CMOS系列電路時,其不用的輸入端不要懸空,因為懸空的輸入端可能存在感應(yīng)信號,它將造成高低電平的轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換器件的功耗很大,盡量采用輸出為高的原則。

嵌入式處理器是嵌入式系統(tǒng)的硬件核心,消耗大量的功率,因此設(shè)計時選用低功耗的處理器;另外,選擇低功耗的通信收發(fā)器(對于通信應(yīng)用系統(tǒng))、低功耗的訪存部件、低功耗的電路,目前許多通信收發(fā)器都設(shè)計成節(jié)省功耗方式,這樣的器件優(yōu)先采用。

2.2 選用低功耗的電路形式

完成同樣的功能,電路的實現(xiàn)形式有多種。例如,可以利用分立元件、小規(guī)模集成電路,大規(guī)模集成電路甚至單片實現(xiàn)。通常,使用的元器件數(shù)量越少,系統(tǒng)的功耗越低。因此,盡量使用集成度高的器件,以減少電路中使用元件的個數(shù),減少整機的功耗。

2.3 單電源、低電壓供電

一些模擬電路如運算放大器等,供電方式有正負電源和單電源兩種。雙電源供電可以提供對地輸出的信號。高電源電壓的優(yōu)點是可以提供大的動態(tài)范圍,缺點是功耗大。例如,低功耗集成運算放大器LM324,單電源電壓工作范圍為5~30 V。當(dāng)電源電壓為15 V時,功耗約為220 mW;當(dāng)電源電壓為10 V時,功耗約為90 mW;當(dāng)電源電壓為5 V時,功耗約為15 mW。可見,低電壓供電對降低器件功耗的作用十分明顯。因此,處理小信號的電路可以降低供電電壓。

2.4 分區(qū)/分時供電技術(shù)

一個嵌入式系統(tǒng)的所有組成部分并非時刻在工作,基于此,可采用分時/分區(qū)的供電技術(shù)。原理是利用“開關(guān)”控制電源供電單元,在某一部分電路處于休眠狀態(tài)時,關(guān)閉其供電電源,僅保留工作部分的電源。

2.5 I/O引腳供電

嵌入式處理器的輸出引腳在輸出高電平時,可以提供約20 mA的電流,該引腳可以直接作為某些電路的供電電源使用,如圖2所示。處理器的引腳輸出高電平時,外部器件工作;輸出低電平時,外部器件停止工作。需要注意,該電路需滿足下列要求:外部器件的功耗較低,低于處理器I/O引腳的高電平輸出電流;外部器件的供電電壓范圍較寬。

2.6 電源管理單元設(shè)計

處理器全速工作時,功耗最大;待機狀態(tài)時,功耗比較小。常見的待機方式有兩種:空閑方式(Idle)和掉電方式(Shut Down)。其中,Idle方式可以通過中斷的發(fā)生退出,中斷可以由外部事件供給。掉電方式指的是處理器停止,連中斷也不響應(yīng),因此需要進入復(fù)位才能退出掉電方式。

為了降低系統(tǒng)的功耗,一旦CPU處于“空轉(zhuǎn)”,可以使之進入Idle狀態(tài),降低功耗;期間如果發(fā)生了外部事件,可以通過事件產(chǎn)生中斷信號,使CPU進入運行狀態(tài)。對于Shut Down狀態(tài),只能用復(fù)位信號喚醒CPU。

2.7 智能電源設(shè)計

既要保證系統(tǒng)具有良好的性能,又能兼顧功耗問題,一個最好的辦法是采用智能電源。在系統(tǒng)中增加適當(dāng)?shù)闹悄茴A(yù)測、檢測,根據(jù)需要對系統(tǒng)采取不同的供電方式,以求系統(tǒng)的功耗最低。許多膝上型電腦的電源管理采用智能電源,以筆記本電腦為例,在電源管理方面,Intel公司采取Speed Step技術(shù);AMD公司采取Power Now技術(shù);Transmeta公司采取Long Run技術(shù)。雖然這三種技術(shù)涉及到的具體內(nèi)容不同,但基本原理是一致的。以采用Speed Step技術(shù)的筆記本電腦為例,系統(tǒng)可以根據(jù)不同的使用環(huán)境對CPU的運行速度進行合理調(diào)整。如果系統(tǒng)使用外接電源,CPU將按照正常的主頻率及電壓運行;當(dāng)檢測到系統(tǒng)為電池供電時,軟件將自動切換CPU的主頻率及電壓至較低狀態(tài)運行。

2.8 降低處理器的時鐘頻率

處理器的功耗與時鐘頻率密切相關(guān)。以SAMSUNG S3C2410X (32 b ARM 920T內(nèi)核)為例[8],它提供了四種工作模式:正常模式、空閑模式、休眠模式、關(guān)機模式,各種模式的功耗如表1所示。[HJ1][HJ]

由表1可見,CPU在全速運行的時候比在空閑或者休眠的時候消耗的功率大得多。省電的原則就是讓正常運行模式遠比空閑、休眠模式少占用時間。在類似PDA的設(shè)備中,系統(tǒng)在全速運行的時候遠比空閑的時候少,所以可以通過設(shè)置,使CPU盡可能工作在空閑狀態(tài),然后通過相應(yīng)的中斷喚醒 CPU,恢復(fù)到正常工作模式,處理響應(yīng)的事件,然后再進入空閑模式。因此設(shè)計系統(tǒng)時,如果處理能力許可,可盡量降低處理器的時鐘頻率。

另外,可以動態(tài)改變處理器的時鐘,以降低系統(tǒng)的總功耗。CPU空閑時,降低時鐘頻率;處于工作狀態(tài)時,提高時鐘頻率以全速運行處理事務(wù),實現(xiàn)這一技術(shù)的方法。通過將I/O引腳設(shè)定為輸出高電平,加入電阻R1,將增加時鐘頻率;將I/O引腳輸出低電平,去掉電阻R1,可降低時鐘頻率,以降低功耗。

2.9 降低持續(xù)工作電流

在一些系統(tǒng)中,盡量使系統(tǒng)在狀態(tài)轉(zhuǎn)換時消耗電流,在維持工作時期不消耗電流。例如,IC卡水表、煤氣表、靜態(tài)電能表等,在打開和關(guān)閉開關(guān)時給相應(yīng)的機構(gòu)上電,開關(guān)開和關(guān)狀態(tài)通過機械機構(gòu)或磁場機制保持開關(guān)的狀態(tài),而不通過電流保持,可以進一步降低電能的消耗。[JP]

3 軟件低功耗設(shè)計

3.1 編譯低功耗優(yōu)化技術(shù)

編譯技術(shù)降低系統(tǒng)功耗是基于這樣的事實:對于實現(xiàn)同樣的功能,不同的軟件算法,消耗的時間不同,使用的指令不同,因而消耗的功率也不同。對于使用高級語言,由于是面向問題設(shè)計的,很難控制低功耗。但是,如果利用匯編語言開發(fā)系統(tǒng)(如對于小型的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)),可以有意識地選擇消耗時間短的指令和設(shè)計消耗功率小的算法來降低系統(tǒng)的功耗。

3.2 硬件軟件化與軟件硬件化

通常的硬件電路一定消耗功率,基于此,可以減少系統(tǒng)的硬件電路,把數(shù)據(jù)處理功能用軟件實現(xiàn),如許多儀表中用到的對數(shù)放大電路、抗干擾電路,測量系統(tǒng)中用軟件濾波代替硬件濾波器等。

需要考慮,軟件處理需要時間,處理器也需要消耗功率,特別是在處理大量數(shù)據(jù)的時候,需要高性能的處理器,這可能會消耗大量的功率。因此,系統(tǒng)中某一功能用軟件實現(xiàn),還是用硬件實現(xiàn),需要綜合計算后進行設(shè)計。3.3 采用快速算法

數(shù)字信號處理中的運算,采用如FFT和快速卷積等,可以大量節(jié)省運算時間,從而減少功耗;在精度允許的情況下,使用簡單函數(shù)代替復(fù)雜函數(shù)作近似,也是減少功耗的一種方法。

3.4 軟件設(shè)計采用中斷驅(qū)動技術(shù)

篇（3）

Bashir M. Al-Hashimi, University of

Southampton, UK

Petru Eles, Linkping University, Sweden

System-Level Design

Techniques for

Energy-Efficient

Embedded Systems

2004, 194pp.

Hardcover GBP 72.00

ISBN 1-4020-7750-5

Kluwer Academic Publishers

M.T.施密茲，B.M.奧-哈希姆，P.埃萊斯著

現(xiàn)在對于低功耗的嵌入式計算系統(tǒng)的需求持續(xù)上升。信息技術(shù)的發(fā)展使得集成電路單位面積上集成的晶體管越來越多，這就必然導(dǎo)致單位面積上的功耗越來越大，局部過熱會讓晶體管處于不穩(wěn)定狀態(tài)，因此，低功耗技術(shù)的研究意義十分重大。本書主要討論節(jié)能型嵌入式系統(tǒng)的有效自動設(shè)計技術(shù)的開發(fā)和驗證，重點介紹了嵌入式系統(tǒng)的系統(tǒng)級同步綜合技術(shù)，包括動態(tài)電壓調(diào)度處理器技術(shù)。這種技術(shù)在性能和功耗之間權(quán)衡，使得系統(tǒng)低功耗高性能。

全書分為五部分。第一部分討論分布式嵌入式系統(tǒng)的能量降低技術(shù)：動態(tài)電壓調(diào)度，這是一種基于電壓梯度的電壓選擇技術(shù)，這種技術(shù)利用了系統(tǒng)的空閑和剩余時間來降低功耗，考慮了每一個單獨任務(wù)的功耗，很多測試程序證實了這種技術(shù)的有效性。第二部分重點在于基于遺傳算法的同步綜合技術(shù)，包括任務(wù)調(diào)度和分配；調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)任務(wù)的次序，不僅僅是為了提高性能，也采用電壓調(diào)度來達到節(jié)省功耗的目的；分配優(yōu)化的目的在于將系統(tǒng)任務(wù)分配給分布式系統(tǒng)的各個設(shè)備來達到低功耗。第三部分主要討論了多模式系統(tǒng)的功耗最小化技術(shù)，提出了一種基于操作模式狀態(tài)自動機的同步綜合技術(shù)，這種技術(shù)通過考慮特定操作模式的執(zhí)行概率大大降低了功耗。第四部分主要討論了特定應(yīng)用背景下的動態(tài)電壓調(diào)度技術(shù)，主要通過實例來驗證這個技術(shù)，說明這種算法的有效性。第五部分介紹了一種自動化設(shè)計工具LOPOCOS.。

本書適合計算機體系結(jié)構(gòu)專業(yè)的研究生和工程技術(shù)人員閱讀，同時也適合相關(guān)專業(yè)對低功耗有興趣的人員參考。

丁丹，碩士生

篇（4）

近年來，視頻監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)遍布人們生活的各個角落，廣泛應(yīng)用于交通、電力、銀行、商場等場所，在維護社會秩序方面起到了一定作用。然而，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，一種基于嵌入式技術(shù)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)逐漸取代傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的目的是強化其應(yīng)用性，適用范圍更廣，通過對視頻流進行編碼、壓縮，可經(jīng)過互聯(lián)網(wǎng)在獲得授權(quán)的數(shù)字終端上觀看視頻。

1 嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)的框架

為達到實時監(jiān)控的目的，設(shè)計人員將用于錄像的攝像頭放置于被監(jiān)控點附近，通過視頻線纜將圖象傳送至監(jiān)控室。因此，嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)包括服務(wù)器端與客戶端兩大部分，服務(wù)器端的組成有硬件開發(fā)平臺、嵌入式計算機操作系統(tǒng)（以Linux為主）、應(yīng)用層軟件、視頻采集卡、無線傳輸模塊，客戶端則由計算機、操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件組成，嵌入式系統(tǒng)的框架如圖1所示。

服務(wù)器端是嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)的核心，其硬件核心是嵌入式微處理器，結(jié)合多種外設(shè)（攝像頭、無線網(wǎng)卡等），為客戶端提供圖像資源。客戶端則是將服務(wù)器端編碼、壓縮處理后的視頻進行解碼，并通過顯示器播放視頻圖像。基于無線傳輸與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)了視頻的遠距離傳輸、控制，這解決了嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)在大面積假設(shè)過程中的布線問題。

2 嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用軟件的設(shè)計

根據(jù)嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)的組成，在設(shè)計相關(guān)應(yīng)用軟件時，需要分別考慮服務(wù)端軟件與客戶端軟件的不同，通過軟件設(shè)計流程圖對比，不同組成部分的軟件設(shè)計思想存在明顯差異。

由此可以看出，服務(wù)器端應(yīng)用軟件與客戶端應(yīng)用軟件之間是相互關(guān)聯(lián)的，服務(wù)器端所采集到的視頻數(shù)據(jù)需要在客戶端應(yīng)用軟件發(fā)出請求后進行傳輸。基于視頻處理方式的不同，服務(wù)器端應(yīng)用軟件主要實現(xiàn)的視頻信號的壓縮、編碼，而客戶端應(yīng)用軟件則是對受到的視頻信號進行解壓、解碼，并在顯示器上進行播放。

2.1 服務(wù)器端應(yīng)用軟件的設(shè)計思想

根據(jù)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的實際需要，服務(wù)器端需具備多線程任務(wù)處理能力，其中有3個線程需要占用一定的系統(tǒng)資源，分別為主線程、視頻信號采集線程、視頻信號發(fā)送線程。其中，主線程的任務(wù)是對系統(tǒng)外設(shè)進行初始化，保證參數(shù)設(shè)置的正確性。視頻信號采集線程則負責(zé)將攝像頭錄制的視頻信號采集至視頻信號緩存區(qū)，同時經(jīng)過視頻采集卡完成視頻的壓縮、編碼過程。視頻信號發(fā)送線程則將位于緩存區(qū)的視頻信號通過制定接口對外發(fā)送，這一過程的結(jié)束則意味著服務(wù)器端的主要任務(wù)完成。

2.2 客戶端應(yīng)用軟件的設(shè)計

與服務(wù)器端相類似，嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)的客戶端軟件依然需要同時運行多個線程，其中主要包括主線程、視頻信號接收線程和視頻信號解碼顯示線程。在客戶端通電之后，客戶端程序開始運行，完成相關(guān)配置的初始化過程，主線程保證客戶端軟件的正常工作，避免大數(shù)據(jù)流下導(dǎo)致的軟件崩潰，當(dāng)主線程向服務(wù)器端發(fā)送視頻信號請求線程后，視頻信號接受線程開始工作，將接收到的視頻信號交由視頻信號解碼顯示線程，最終將視頻信號投放在顯示器上。在此過程中，客戶端應(yīng)用軟件需要調(diào)用recvform（）不斷接受服務(wù)器端發(fā)送來的UDP數(shù)據(jù)包，此類數(shù)據(jù)包被存放于客戶端計算機的緩存區(qū)，并按照一定的順序進行排列，以便于下一步的MJPEG解碼過程，解碼后的視頻通過調(diào)用SDL進行播放。

3 嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)測試

為保證系統(tǒng)測試的準(zhǔn)確性，關(guān)于嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)的測試一般選擇有線傳輸和無線傳輸兩種模式，從使用的角度看，基于無線傳輸技術(shù)的嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)將成為未來發(fā)展的主流，所以，這里以無線傳輸模式下的嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)為例。

首先，在對嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)進行測試之前，需要記錄服務(wù)器端與客戶端的IP地址；其次，檢測檢查客戶端應(yīng)用軟件對攝像頭的控制命令；再次，在視頻監(jiān)控系統(tǒng)客戶端的控制矩陣上對顯示畫面進行選擇性切換，檢查切換畫面是否正確；最后，將已經(jīng)保存的錄像進行拷貝，檢查該錄像能否通過解碼在其它客戶端上播放。

檢查視頻錄像保存結(jié)果的主要原因在于無線網(wǎng)絡(luò)傳輸環(huán)境的不穩(wěn)定性所帶來的數(shù)據(jù)包丟失問題，視頻傳輸過程中的數(shù)據(jù)包丟失較為普遍，然而，如果出現(xiàn)連續(xù)性的數(shù)據(jù)包丟失，則會導(dǎo)致視頻播放錯誤。以在無線傳輸環(huán)境下的視頻監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸測試為例，具體如表1所示。

由此可見，無線傳輸環(huán)境下的嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)的信號傳輸依然保持了較高的穩(wěn)定性，丟包率維持在較低水平，四次測試的丟包率分別為0.0932%、0%、0.15%和0.181%，平均丟包率為0.1065%。

在畫質(zhì)方面，由于無線傳輸模式通過互聯(lián)網(wǎng)進行數(shù)據(jù)的傳輸，相比較有線傳輸模式，無線傳輸模式下的嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)畫質(zhì)較好。導(dǎo)致這種情況的主要原因是有線傳輸模式存在能量的衰減，在無信號放大器的情況下，隨著服務(wù)器端與客戶端的距離增加，圖像質(zhì)量將不斷下降。

總的來說，嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性較以往有所提高，無線傳輸技術(shù)的使用，在降低嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計成本的同時，也實現(xiàn)了對嵌入式技術(shù)的有效利用，推動了嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)在社會各領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。

4 總結(jié)

嵌入式技術(shù)的廣泛使用，現(xiàn)了視頻監(jiān)控系統(tǒng)的小型化、節(jié)能化和低成本化，這對于視頻監(jiān)控系統(tǒng)的推廣應(yīng)用有著積極意義。通過不斷完善嵌入式視頻系統(tǒng)的硬件設(shè)計，開發(fā)具有多種功能的應(yīng)用軟件，使嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)同時具有便攜性與靈活性的特點，結(jié)合無線傳輸技術(shù)，使視頻監(jiān)控系統(tǒng)真正擺脫遠距離傳輸信號質(zhì)量差、成本高等一系列問題。

參考文獻

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作者簡介

篇（5）

中圖分類號：TP311 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2013）32-7230-02

隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，計算機在不同領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，人們根據(jù)不同領(lǐng)域的實際需求，針對性的開發(fā)了具有相應(yīng)功能的軟件，從而提高實際的工作效率，但是在計算機出現(xiàn)的早期，受到其體積和性能上的限制，其應(yīng)用的范圍很小，隨著晶體管和集成電路的出現(xiàn)，計算機的體積和性能得到了極大的提升，從計算機的發(fā)展可以看出，每次技術(shù)的更新，都是為了減小其體積，同時提高其性能。計算機的出現(xiàn)是革命性的，由于其能夠自行的處理任務(wù)，如果應(yīng)用在實際的工業(yè)生產(chǎn)中，就能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)的自動化，這也是近些年計算機應(yīng)用發(fā)展的方向，但是通過實際的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，計算機在應(yīng)用的過程中，雖然經(jīng)過了多年的發(fā)展，出現(xiàn)了筆記本電腦，在體積上得到了極大的控制，但是在工業(yè)控制領(lǐng)域中，這樣的體積依然很龐大，在這種背景下，人們發(fā)明了單片機這種微型計算機，并在工業(yè)控制中得到了廣泛的應(yīng)用。

1 嵌入式架構(gòu)簡述

1.1 嵌入式架構(gòu)的概念

嵌入式架構(gòu)是隨著計算機的發(fā)展，逐漸形成的一門學(xué)科，現(xiàn)在很多高校中，都開設(shè)了這門課程，為社會培養(yǎng)大量的相關(guān)人才，學(xué)生在畢業(yè)后，能夠掌握到充足的嵌入式架構(gòu)知識，從而能進行計算機系統(tǒng)的設(shè)計，我國受到特殊的歷史因素影響，經(jīng)濟和科技發(fā)展的起步較晚，與西方發(fā)達國家相比，存在較大的差距，尤其是在電子信息領(lǐng)域。雖然近年來隨著國家的重視，出臺了很多優(yōu)惠的政策法規(guī)，鼓勵和扶持我國相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，經(jīng)過了多年的發(fā)展，現(xiàn)在我國嵌入式架構(gòu)的研究，已經(jīng)得到了很大的提高，但是通過實際的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，嵌入式架構(gòu)使用的單片機等設(shè)備，目前還都是國外的公司生產(chǎn)的，我國技術(shù)人員在完成系統(tǒng)的開發(fā)后，都需要采用國外的設(shè)備，由于我國一直受到西方國家的技術(shù)封鎖，很多先進的設(shè)備都無法進口，在很大程度上影響了我國嵌入式架構(gòu)的發(fā)展。對于嵌入式架構(gòu)的概念，國際電氣和電子工程師協(xié)會給出了具體的解釋，是控制、監(jiān)視等輔助設(shè)備工作的系統(tǒng)，目前對于嵌入式架構(gòu)的理解，主要基于計算機技術(shù)，一般情況下，可以把帶有控制程序的處理器，看成是一個嵌入式架構(gòu)，在不同的時期，人們對于嵌入式架構(gòu)概念的理解，也存在一定的差異，但是從根本上來說，都是為了更好的使用嵌入式系統(tǒng)。

1.2 嵌入式架構(gòu)的特點

與傳統(tǒng)的計算機技術(shù)相比，嵌入式架構(gòu)具有鮮明的特點，首先就是體積更小，在嵌入式架構(gòu)出現(xiàn)的早期，主要是在計算機的基礎(chǔ)上，進行系統(tǒng)的開發(fā)，但是隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，嵌入式架構(gòu)自身有了很大的進步，尤其是單片機等微型計算機的出現(xiàn)，使得其應(yīng)用的范圍更加廣泛，從某種意義上來說，單片機的出現(xiàn)，就是由于嵌入式架構(gòu)應(yīng)用的需要。其次嵌入式架構(gòu)具有控制的特點，隨著電子信息化的發(fā)展，很多機械設(shè)備都采用了智能芯片，通過這些芯片的使用，可以寫入特定的控制程序，從而達到相應(yīng)的控制目的，近幾年軟件技術(shù)有了很大的發(fā)展，尤其是在人工專家模塊出現(xiàn)后，計算機軟件可以實現(xiàn)一定的智能化，在遇到一些問題時，可以通過檢索以前的經(jīng)驗，對問題自行進行處理，如果將這個技術(shù)應(yīng)用到嵌入式架構(gòu)中，就可以實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的自動化控制。從根本上來說，工業(yè)的自動化控制技術(shù)，就是在單片機等微型計算機的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，而單片機的使用，大多都是在嵌入式架構(gòu)，通過硬件和軟件的針對性設(shè)計，可以最大程度的提高單片機應(yīng)用的效率。

2 單片機系統(tǒng)設(shè)計的現(xiàn)狀

2.1 單片機系統(tǒng)設(shè)計的發(fā)展

單片機的出現(xiàn)，主要是由于實際應(yīng)用的需要，傳統(tǒng)的計算機受到體積上的限制，雖然在很多領(lǐng)域中得到了應(yīng)用，但是在實際的工業(yè)生產(chǎn)中，要想對生產(chǎn)過程中的每個環(huán)節(jié)進行控制，必須將所有的環(huán)節(jié)通過特定的方式連接起來，然后設(shè)置一個中央服務(wù)器，通過硬件和軟件等方式，對生產(chǎn)進行實時的控制，只有這樣才能夠最大程度提高生產(chǎn)的效率。由此可以看出，單片機系統(tǒng)的發(fā)展，可以分成硬件和軟件兩個部分，而這兩個部分都受到計算機技術(shù)的影響，尤其是軟件方面，在初期使用機器語言進行編程時，還沒有單片機的出現(xiàn)，而匯編等低級語言使用，單片機程序的編寫，也采用這些低級語言，隨著計算機軟件技術(shù)的發(fā)展，逐漸的出現(xiàn)了C語言等高級語言，相應(yīng)的單片機系統(tǒng)設(shè)計，也開始使用這些高級語言，極大的提高了軟件編寫的效率。單片機系統(tǒng)硬件的發(fā)展，由于其出現(xiàn)和發(fā)展都在西方發(fā)達國家，而且由于社會和經(jīng)濟的體制不同，這些國家對我國一直存在技術(shù)上的封鎖，因此我國很難接觸到先進的單片機系統(tǒng)知識，在很大程度上影響了我國單片機技術(shù)的發(fā)展，目前使用的單片機設(shè)備，都是國外公司生產(chǎn)的，而且一些最新的單片機，對我國還存在進口的限制。

2.2 單片機系統(tǒng)設(shè)計中存在的問題

單片機從出現(xiàn)開始，到現(xiàn)在已經(jīng)使用了多年，在應(yīng)用的過程中，其自身的理論在不斷的完善，通過單片機系統(tǒng)的使用，可以輕松的實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的自動化，進而提高生產(chǎn)的效率，正是由于單片機系統(tǒng)的這個特點，使得每個企業(yè)都希望能夠通過這樣的方式，來提高自身的生產(chǎn)效率，但是在實際應(yīng)用的過程中，不同公司加工的產(chǎn)品不同，生產(chǎn)設(shè)備也存在一定的差異，如果使用同樣的單片機系統(tǒng)，顯然無法最大程度的提高生產(chǎn)效率。因此現(xiàn)在單片機系統(tǒng)的使用，都會根據(jù)實際的需求，對單片機系統(tǒng)的功能，進行針對性的設(shè)計，但是通過實際的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前單片機系統(tǒng)設(shè)計中，還存在著一些問題，使得設(shè)計的系統(tǒng)不是很完善，在實際使用的過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)一些漏洞，影響產(chǎn)品的加工效率，由于單片機系統(tǒng)設(shè)計可以分成軟件和硬件兩個部分，因此對系統(tǒng)設(shè)計存在的問題，也可以從這兩個方面進行分析。首先就是硬件性能不合格，在設(shè)計完實際的電路后，對各個元器件的性能，都有具體的要求，如果這些器件的性能達不到相應(yīng)的指標(biāo)，那么電路顯然就無法正常的運行，其次就是軟件設(shè)計的不完善，由于軟件自身的特殊性，無法編寫出完美的程序，程序自身越復(fù)雜，存在的漏洞也就越多，如果在程序編寫完成之后，沒有經(jīng)過科學(xué)的測試，那么在應(yīng)用時，就可能會出現(xiàn)問題。

3 基于嵌入式架構(gòu)的單片機系統(tǒng)設(shè)計分析

3.1 基于嵌入式架構(gòu)的單片機系統(tǒng)硬件設(shè)計

在單片機出現(xiàn)的早期，由于還沒有形成嵌入式架構(gòu)的概念，因此在實際的系統(tǒng)設(shè)計中，而且單片機系統(tǒng)的使用，都是對現(xiàn)有的生產(chǎn)線進行改進，通過在生產(chǎn)設(shè)備上增加一些線路，然后用單片機對其進行控制，在這種模式下，硬件設(shè)備的選擇，主要是根據(jù)環(huán)境來進行，對硬件設(shè)備的體積要求比較嚴格。隨著硬件設(shè)備的發(fā)展，現(xiàn)在生產(chǎn)單片機的公司有很多，可以實現(xiàn)同樣功能的元器件有很多，而自動化技術(shù)的出現(xiàn)，使得生產(chǎn)線在設(shè)計的過程中，會根據(jù)控制的需求，進行相應(yīng)的變化，這種單片機系統(tǒng)使用方式上的轉(zhuǎn)變，極大的促進了其應(yīng)用的發(fā)展，為了達到更高的控制效率，人們將單片機放到生產(chǎn)線的每個環(huán)節(jié)中，然后將這些單片機連接到一個服務(wù)器上，就能夠?qū)崿F(xiàn)對生產(chǎn)的全面控制。現(xiàn)在單片機系統(tǒng)設(shè)計中，首先進行的就是硬件上的設(shè)計，通常情況下，會根據(jù)生產(chǎn)的實際情況，對控制的功能進行需求分析，單片機系統(tǒng)硬件的設(shè)計，會和生產(chǎn)線的硬件設(shè)計同步進行，如果控制系統(tǒng)的硬件出現(xiàn)問題，可以根據(jù)需要，對生產(chǎn)線進行一定的修改。

3.2 基于嵌入式架構(gòu)的單片機系統(tǒng)軟件設(shè)計

嵌入式系統(tǒng)與傳統(tǒng)的應(yīng)用方式相比，最明顯的特點就是多了輔助設(shè)備，如以往應(yīng)用計算機的過程中，都是計算機的單獨使用，人們直接利用計算機來處理一些問題，或者利用計算機來控制某些設(shè)備的工作，沒有任何的輔助設(shè)備，而嵌入式架構(gòu)下，需要借助單片機等設(shè)備，如一條生產(chǎn)線通常包括多個加工工藝，如果采用計算機的統(tǒng)一控制，就無法實現(xiàn)對每個環(huán)節(jié)的單獨控制，而利用單片機系統(tǒng)，在每個加工環(huán)節(jié)中，都嵌入一個單片機，然后將這些單片機連接到一個計算機服務(wù)器中，就可以實現(xiàn)局部的控制。而要想完成這個過程，就要通過相應(yīng)的軟件功能，對于同樣的單片機系統(tǒng)，如果根據(jù)實際應(yīng)用的需要，設(shè)計不同的程序，能夠?qū)崿F(xiàn)不同的控制功能，由此可以看出，軟件設(shè)計是單片機系統(tǒng)工作的核心。

4 結(jié)束語

作為以計算機為基礎(chǔ)的技術(shù)，嵌入式架構(gòu)的發(fā)展，很大程度上受到計算機技術(shù)的影響，如在計算機剛出現(xiàn)時，由于其性能比較，甚至還不如現(xiàn)在的電子計算器，因此實際的應(yīng)用很少，只是在實驗室中進行科研使用，但是人們從計算機的特點能夠看出，隨著技術(shù)的進步，將來計算機一定會得到普及應(yīng)用。在這種背景下，很多專家和學(xué)者對計算機進行了研究，通過大量的實踐，極大的推動了計算機的發(fā)展，于是計算機越來越多的用來處理實際問題，為了提高控制的效率，人們對程序進行了完善，經(jīng)過全文的分析可以知道，嵌入式架構(gòu)和單片機的出現(xiàn)，都是由于實際應(yīng)用的需要，而單片機在實際應(yīng)用的過程中，還存在很多問題，如果能夠采用嵌入式架構(gòu)，那么就能夠極大的提高單片機系統(tǒng)的使用效果。

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篇（6）

在嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計工作中，設(shè)計者更多的將精力放在嵌入式系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)上，使系統(tǒng)變得更靈活。本文主要通過利用抽象的ADL體系結(jié)構(gòu)描述語言對嵌入式系統(tǒng)進行實驗和系統(tǒng)的設(shè)計，并經(jīng)過反復(fù)過程達到設(shè)計要求。總的來說，對抽象級嵌入式系統(tǒng)設(shè)計方法的探討是為了提高嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計效率，并從一定程度上加快嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展和嵌入式系統(tǒng)在不同硬件中的應(yīng)用。

1 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計介紹

嵌入式系統(tǒng)問世已經(jīng)有一段時間了，其協(xié)議也逐漸變得更加穩(wěn)定和通用。就目前來看，市場上基于嵌入式系統(tǒng)的產(chǎn)品在逐漸增多，再加上隨著幾個大型企業(yè)的推進和改革讓很多芯片和模塊的發(fā)展逐漸走向穩(wěn)定的道路。所以嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境主要是依托于執(zhí)行特定任務(wù)的系統(tǒng)芯片之中。由于嵌入式系統(tǒng)在開發(fā)中具有相當(dāng)?shù)碾y度，所以ADL體系結(jié)構(gòu)和設(shè)計語言多應(yīng)用于抽象級嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)，所以筆者就嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)做出具體介紹。

（1）基于ADL體系結(jié)構(gòu)設(shè)計的語言和設(shè)計方法。ADL體系結(jié)構(gòu)應(yīng)用在很多軟件系統(tǒng)的開發(fā)之中，從目前的情況來看，我國對硬件體系結(jié)構(gòu)的研究主要停留在非形式化的基礎(chǔ)之上。很大程度上依賴于硬件設(shè)計的傳統(tǒng)經(jīng)驗。在目前的硬件開發(fā)中，很難描述不同組成部件之間的組合關(guān)系，導(dǎo)致開發(fā)人員對硬件的實際結(jié)構(gòu)難以理解或難以形式化分析。而從經(jīng)濟角度出發(fā)，基于結(jié)構(gòu)的硬件研發(fā)手段又是目前主要的應(yīng)用手段，所以在實現(xiàn)實際結(jié)構(gòu)之前應(yīng)該進行虛擬化的模擬。這也就是抽象級嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的核心理念。JET技術(shù)就是為了支持這一抽象級開發(fā)而被使用的技術(shù)，擁有更強大和靈活的工具，能快速的轉(zhuǎn)變JAVA和VHDL和其他語言的代碼。JET技術(shù)實現(xiàn)的主要思路表示如下：

Sample.xml + xxx.jet = 生成文件（.java .vhd）

其中，sample.xml為參數(shù)文件，主要提供輸入數(shù)據(jù)。xxx.jet為具體的模板文件。主要利用不同的代碼生成功能不同的jet文件。

（2）基于上述實驗的具體證明。筆者為了說明此方法的具體特點，就設(shè)計了模型CPU，控制器采用微程序的方法，只能完成基本的算術(shù)和邏輯。模型CPU的指令系統(tǒng)分類比較詳細，在實際應(yīng)用中可以根據(jù)不同的需要對指令系統(tǒng)進行擴充。再加上控制器采用微程序的方式，指令系統(tǒng)的更改將變得更加容易。具體的指令系統(tǒng)如表1所示。

根據(jù)表1所述指令系統(tǒng)，可以通過開關(guān)輸入檢驗指令的執(zhí)行和具體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的正確性。最終確定，模型CPU的運轉(zhuǎn)共分為取指令周期、指令執(zhí)行周期等。

2 抽象級嵌入式系統(tǒng)設(shè)計模型描述

抽象級嵌入式系統(tǒng)由于其技術(shù)特點決定，是最適合工業(yè)以及工程遠程操控。這是因為工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的遠程操控比較簡單，傳輸數(shù)據(jù)較少，而且對系統(tǒng)的通信技術(shù)性價比的要求較高。所以嵌入式系統(tǒng)正是工業(yè)設(shè)備遠程操控的最佳選擇。比如水利工程遠程操控，可以基于嵌入式系統(tǒng)技術(shù)結(jié)合PLC技術(shù)實現(xiàn)水利工程的遠程操控。而對于嵌入式系統(tǒng)的市場化應(yīng)用則是應(yīng)該對嵌入式系統(tǒng)的產(chǎn)品加大開發(fā)力度。從硬件和軟件兩部分出發(fā)，雙管齊下，提升嵌入式系統(tǒng)的市場占有率以及市場產(chǎn)品的使用率。對于硬件來說，應(yīng)該加強對芯片以及電路板的研究，將其低功耗與高性能的特點發(fā)揮出更大的作用。而軟件部分則主要是對傳輸協(xié)議的進一步改善，讓嵌入式系統(tǒng)更加普及。

在抽象級嵌入式系統(tǒng)具體設(shè)計時，由于其CPU的結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)設(shè)計有相同和相似的地方，而且CPU還具有不少固定的結(jié)構(gòu)。所以利用抽象級嵌入式系統(tǒng)設(shè)計方法設(shè)計的CPU可以明顯的提升設(shè)計效率。在設(shè)計時，首先要基于XML的ADL語言本身對模型CPU進行屬性和參數(shù)的設(shè)計。然后利用不同的技術(shù)實現(xiàn)代碼的映射，從而調(diào)整上層系統(tǒng)的具體設(shè)計方案。

在設(shè)計完成后，如果需要對地層設(shè)計進行修改，則只需要修改頂層的有關(guān)參數(shù)即可。利用XML代碼的靈活，保證了模板文件對應(yīng)的設(shè)計比較正確，也能保證整個設(shè)計的正確性和可靠性。總的來說，對抽象級嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計方法主要是為了避免傳統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計方法中存在大規(guī)模系統(tǒng)設(shè)計適應(yīng)度不足的問題。可以說抽象級嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計改變了原有的底層代碼編寫方式，將嵌入式設(shè)計提升到一個高級抽象級別。這種方法主要應(yīng)用基于XML的ADL語言進行操作，并利用嚴格設(shè)計的目標(biāo)文件和JET技術(shù)自動生成所需要的底層代碼，不僅提高了設(shè)計的效率，還提高了設(shè)計的整體可靠性。所以，對抽象級嵌入式系統(tǒng)的研究是具有很高的理論價值與經(jīng)濟價值的。

3 結(jié)語

在嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計工作中，設(shè)計者更多的將精力放在嵌入式系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)上，使系統(tǒng)變得更靈活。本文主要通過利用抽象的ADL體系結(jié)構(gòu)描述語言對嵌入式系統(tǒng)進行實驗和系統(tǒng)的設(shè)計，筆者認為，抽象級嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計改變了原有的底層代碼編寫方式，將嵌入式設(shè)計提升到一個高級抽象級別，總的來說，抽象級嵌入式系統(tǒng)的研究價值是很高的，而且通過不同的模式表現(xiàn)出來。

篇（7）

一、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計

嵌入式系統(tǒng)由軟件模塊以及硬件模塊組成，其中軟件模塊需要在硬件模塊中運行才可以實現(xiàn)其功能。嵌入式系統(tǒng)中的硬件部分是嵌入式系統(tǒng)的基礎(chǔ)部分，主要提供嵌入式系統(tǒng)的I/O端口、外設(shè)接口等，而軟件是嵌入式系統(tǒng)的控制核心，通過運行，給硬件提供指令，指示硬件進行相應(yīng)的動作，也就是說軟件必須在硬件部分上運行，才可以起到很好的作用。

二、嵌入式系統(tǒng)趨向低功耗的必要性

1.節(jié)能的需求

嵌入式系統(tǒng)是一個相對復(fù)雜的系統(tǒng)，各個模塊工作時工作量是很大的，這就需要電源供應(yīng)正常，保證系統(tǒng)的正確運行。而隨著系統(tǒng)的不斷擴大，各個模塊會造成更大的功耗，因此，為了更有效的利用嵌入式系統(tǒng)，延長嵌入式系統(tǒng)的工作時間，需要采取節(jié)能措施。

2.增強抵抗能力

在嵌入式系統(tǒng)工作的過程中，難免會受到外界的干擾，特別是嵌入式系統(tǒng)中敏感電子元器件，更應(yīng)該做好防磁的措施，如果處理不當(dāng)，不能很好的增強抵抗力，將嚴重影響系統(tǒng)的正常工作。嵌入式系統(tǒng)的功耗越高的話，電磁輻射能量就會越大，這樣嵌入式系統(tǒng)自身以及外設(shè)都會受到影響，造成精度的降低。

三、利用嵌入式系統(tǒng)硬件設(shè)計方法降低功耗

對于嵌入式系統(tǒng)而言，硬件功耗問題是主要原因，對于嵌入式系統(tǒng)低功耗設(shè)計的影響因素最大，處理好硬件低功耗設(shè)計，會對嵌入式系統(tǒng)低功耗做出重大貢獻。

1.優(yōu)先選擇低功耗芯片、元器件

在嵌入式系統(tǒng)工作的過程中，芯片元器件對電源的消耗非常的大，因此，在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計前，對于元器件的選擇，除了滿足設(shè)計性能指標(biāo)的需求，還需要滿足功耗問題，盡量選擇低功耗芯片。現(xiàn)在比較成熟的工藝主要有兩種，一個是TTL工藝，另一種是CMOS工藝，其中CMOS工藝耗能很少，可以優(yōu)先選擇。對于芯片的設(shè)計或者焊接時，需要注意的是芯片引腳不要出現(xiàn)懸空端，懸空端容易引進外界噪聲信號，對嵌入式系統(tǒng)的電源會產(chǎn)生很大的影響，造成高低電平的轉(zhuǎn)換。在默認的情況下，如果高低電平轉(zhuǎn)換，功耗會很大，這個時候，最好選擇高電平輸出，確保耗能降到最低。

2.采用不同步供電技術(shù)

一個完整的嵌入式系統(tǒng)包含很多部分，比如說包含AD采樣、DA轉(zhuǎn)換、UART異步串行通信等等，這些模塊在系統(tǒng)工作時不會同時工作，有可能在進行完一個模塊后才進行下個模塊，為了降低功耗，可以選擇不同步，即采取分時方法，當(dāng)某一模塊工作完后如果需要隔很長時間才會再執(zhí)行操作，那就可以選擇執(zhí)行完后將此模塊設(shè)置為休眠狀態(tài)，從而降低功耗。

3.合理利用I/O端口資源

嵌入式系統(tǒng)工作時，需要頻繁的使用I/O口，I/O口在輸出的情況下可以輸出約為20mA的電流，對于次，可以采取有效的措施，很好的利用這一電流，對其他外設(shè)采取供電的辦法，當(dāng)然，外設(shè)對電流的需求需要小于20mA。采取這種辦法，可以很好的利用這一資源，得到充分的利用，更好的降低功耗。

4.加強智能電源設(shè)計工作

解決好嵌入式系統(tǒng)低功耗的問題，需要注意的就是減少耗能問題，而解決好耗能問題，還可以從另一個角度解決，優(yōu)化電源設(shè)計，趨向于智能化方向發(fā)展。在智能電源中安裝自動檢測芯片，這樣可以確保系統(tǒng)處于不同的情況下時，采取不同的策略，及時的做出處理，這樣就可以對CPU以及外設(shè)模塊采取不同的處理措施。比如說，當(dāng)系統(tǒng)在外部正常供電時，這個時候電源供應(yīng)可以采取正常供電的方法，提供正常的工作頻率，保證電壓的正常使用；而如果電源模塊檢測到系統(tǒng)工作在外部電池狀態(tài)下，那這個時候，根據(jù)檢測的結(jié)果，可以降低系統(tǒng)主頻率，將電壓降低到最小運行值，確保嵌入式系統(tǒng)工作在低功耗的狀態(tài)下。

四、利用嵌入式系統(tǒng)軟件設(shè)計方法降低功耗

1.減少編譯運行時間

嵌入式系統(tǒng)的工作離不開軟件的執(zhí)行，一個小模塊的正常運行往往需要很多條代碼執(zhí)行編譯。嵌入式系統(tǒng)在運行中需要幾個模塊先后都運行，也就是說，需要大量的代碼執(zhí)行編譯過程，這樣的話，就會直接造成功率極大消耗。針對于此，可以對程序進行優(yōu)化，因為代碼有單周期、雙周期、四個周期之分，對代碼優(yōu)化，盡量選擇與底層密切、周期短的指令，這樣，程序代碼在編譯的過程中，會提高處理速度，降低功耗。一般來講，低級語言，比如說匯編語言，相對高級語言，比如說C語言、C++語言功耗要低很多。

2.鼓勵使用軟件代替硬件，硬件代替軟件的方法

嵌入式系統(tǒng)在執(zhí)行某個指令或者為了實現(xiàn)某個功能某塊時，可以既選擇硬件模塊實現(xiàn)，也可以用軟件方法實現(xiàn)，比如說軟件程序FIR濾波與硬件設(shè)計模擬低通濾波，這兩種方法都可以實現(xiàn)濾掉高頻信號，確保低頻信號全部通過。這個時候，可以比較這兩種方法，哪一種最優(yōu)，最節(jié)省功耗。軟件中處理器需要時間，編譯消耗功率，而硬件中電路工作也會消耗功率，因此，通過比較，可以做出最佳選擇。

3.采用快速運算處理的計算方法

嵌入式系統(tǒng)在處理接收到的數(shù)據(jù)時，往往需要大量的運算，才會得到期望的結(jié)果。為了有效的降低功耗，提高處理速度，對一些算法可以進行優(yōu)化。比如說在進行DFT傅立葉變換時，傳統(tǒng)的思想是利用DFT設(shè)計，求出結(jié)果，但是這種設(shè)計相對FFT快速傅立葉變換而言，運算量大，時間也很長，這個時候就可以采用FFT的方法。在進行設(shè)計時，對各種算法都進行充分比較，在需求的精度都滿足的情況下，優(yōu)先選擇算法處理快的。

4.軟件設(shè)計建議多采用中斷程序

嵌入式系統(tǒng)在工作時，當(dāng)系統(tǒng)上電初始化時，主程序只會實現(xiàn)系統(tǒng)的初始化，這其中包括各個模塊寄存器的初始化，外部設(shè)備的初始化。對于系統(tǒng)軟件降低功耗，還可以采取的辦法就是當(dāng)程序沒有動作需要執(zhí)行的時候，可以將系統(tǒng)設(shè)置在低功耗狀態(tài)，而當(dāng)系統(tǒng)有動作要發(fā)生時，這個時候，可以利用中斷程序，讓系統(tǒng)跳到要執(zhí)行動作的程序中，也就是說此時僅僅中斷程序會消耗功率，其他模塊不會。待中斷程序執(zhí)行完之后，系統(tǒng)繼續(xù)回到低功耗的狀態(tài)，節(jié)省電量的消耗。

五、結(jié)束語

隨著社會的發(fā)展，科技不斷進步，嵌入式系統(tǒng)日益趨向于智能化、自動化方向發(fā)展。在各行各業(yè)中，嵌入式系統(tǒng)都得到了很好的應(yīng)用。不過隨著功能的增強，應(yīng)用增多，電源供應(yīng)成了問題，很多嵌入式系統(tǒng)的耗能都很嚴重。考慮到嵌入式系統(tǒng)由軟件以及硬件兩大部分組成，因此，為了降低嵌入式系統(tǒng)的功耗，可以通過硬件措施以及軟件措施，實現(xiàn)目的。對硬件方法主要考慮到硬件的電源、芯片選擇以及I/O的有效利用；而對于軟件而言，主要就是對程序進行很好的優(yōu)化，充分將軟件與硬件結(jié)合，只有這樣，才能更好的解決嵌入式系統(tǒng)的功耗問題，促進嵌入式系統(tǒng)更好的發(fā)展。

參考文獻

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1.背景

如今嵌入式系統(tǒng)在日常生活中扮演著越來越重要的角色。從消費電子產(chǎn)品到航天工業(yè)，從熱門的電子應(yīng)用（如智能手機和平板電腦等）到相對不起眼的應(yīng)用（如人造衛(wèi)星等），嵌入式系統(tǒng)直接或間接地影響人們生活的方方面面。嵌入式系統(tǒng)的巨大潛力使得教育工作者對它的討論從來沒有停止過。世界無數(shù)的教育工作者提出了大量新穎和具有創(chuàng)造性的方法和理論，以促進嵌入式系統(tǒng)教育水平的提高，他們大都贊同嵌入式系統(tǒng)具有與實際應(yīng)用緊密聯(lián)系的顯著特點。

嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用在一個廣闊的領(lǐng)域，如簡單的微控制應(yīng)用、控制系統(tǒng)、分布式嵌入式控制、片上系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)、嵌入式PC、關(guān)鍵系統(tǒng)、機器人、計算機設(shè)備、無線數(shù)據(jù)系統(tǒng)和信號處理。同時，一些交叉領(lǐng)域知識對于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計者也同樣重要，如安全、可靠性、節(jié)能、軟件/系統(tǒng)工程、實時計算和人機交互等。

對于想成為合格嵌入式系統(tǒng)設(shè)計者的學(xué)生來說，他們希望能夠親手接觸這些嵌入式應(yīng)用，因此設(shè)計一個高效的實驗系統(tǒng)非常重要。實驗平臺應(yīng)該能聯(lián)系抽象的理論知識和實際應(yīng)用，以幫助學(xué)生領(lǐng)會嵌入式系統(tǒng)的知識奧秘。

2.嵌入式系統(tǒng)實驗教學(xué)的特點

嵌入式系統(tǒng)實驗教學(xué)與其他課程實驗教學(xué)有兩個方面的不同：軟硬件高度結(jié)合、知識和技術(shù)更新速度快。嵌入式系統(tǒng)實驗教學(xué)的特點如圖1所示。

嵌入式系統(tǒng)實驗教學(xué)的第一個特點是軟硬件高度結(jié)合。一個完整的嵌入式系統(tǒng)需要在軟硬件基礎(chǔ)之上工作。在嵌入式實驗教學(xué)中，任何一個環(huán)節(jié)的缺失或弱化都是錯誤的。我們過去就犯過這方面的錯誤。嵌入式系統(tǒng)是清華大學(xué)計算機科學(xué)與技術(shù)系大四本科生的一門專業(yè)必修課。學(xué)生希望在課程結(jié)束后對嵌入式系統(tǒng)有一個完整的認識，但是發(fā)現(xiàn)在學(xué)習(xí)完這個僅有2個學(xué)分的課程后，依然無法設(shè)計出一個軟硬件兼?zhèn)涞耐暾度胧较到y(tǒng)。因此，我們讓學(xué)生使用開源軟件工具設(shè)計諸如鼠標(biāo)或鍵盤等設(shè)備的驅(qū)動程序，但是效果并不理想，岡為學(xué)生僅僅熟悉了他們所實驗的部分內(nèi)容，而這些內(nèi)容只是他們應(yīng)該掌握內(nèi)容的一小部分，這不僅是由于實驗任務(wù)的限制，還因為學(xué)牛無法接觸硬件層面的操作，無法全面領(lǐng)會嵌入式系統(tǒng)。

嵌入式系統(tǒng)實驗教學(xué)的另一個特點是嵌入式系統(tǒng)知識和技術(shù)更新速度快。在第1節(jié)我們曾提到過，緊跟實際應(yīng)用是嵌入式實驗教學(xué)的一個關(guān)鍵元素。由于嵌入式系統(tǒng)技術(shù)日新月異，嵌入式實驗課程講述的知識和技能以及嵌入式實驗設(shè)備和組件都必須不斷發(fā)展。我們在對清華大學(xué)計算機科學(xué)與技術(shù)系學(xué)生的調(diào)查問卷中發(fā)現(xiàn)，對傳統(tǒng)嵌入式實驗平臺的主要批評是實驗設(shè)備和組件過于陳舊，實驗平臺與當(dāng)前技術(shù)聯(lián)系不夠緊密，實驗內(nèi)容缺乏吸引力。

綜上所述，設(shè)計一個高效的嵌入式實驗平臺必須考慮軟硬件結(jié)合和嵌入式技術(shù)飛速發(fā)展這兩個因素。

3.當(dāng)代學(xué)生的特點

除了嵌入式實驗課程本身，學(xué)生是不可忽略的另一個關(guān)鍵因素。學(xué)生是實驗的參與者，他們對實驗的感受影響著實驗課程教學(xué)的成敗，但是我們發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的實驗方法令當(dāng)代學(xué)生逐漸失去學(xué)習(xí)興趣，這主要是因為學(xué)生一代一代地不斷發(fā)展與進步，而傳統(tǒng)的實驗方法卻多年不變。

文獻[2]指出當(dāng)代學(xué)生與過去的學(xué)生有所不同：缺乏鉆研精神、缺乏耐心和依賴于軟件。當(dāng)代學(xué)生的特點如圖2所示。

當(dāng)代學(xué)生的第1個特點是缺乏鉆研精神絕大多數(shù)學(xué)生成長于用戶至上主義日益流行的社會環(huán)境。相對于基礎(chǔ)原理，他們更關(guān)注功能；相對于架構(gòu)，他們更關(guān)注表象。簡而言之，當(dāng)代學(xué)生中很少有人理解嵌入式系統(tǒng)的基本原理，另一方面，傳統(tǒng)的實驗平臺專門為演示和驗證書本中講述的原理而設(shè)計，因此學(xué)生漸漸地?zé)o法將實際應(yīng)用與特別設(shè)計的實驗相聯(lián)系，產(chǎn)生的問題是如果學(xué)生無法預(yù)見所學(xué)知識的未來應(yīng)用前景，就會將關(guān)注點轉(zhuǎn)移到其他方面。由此可見，將實驗平臺與時興技術(shù)相結(jié)合非常重要。

當(dāng)代學(xué)生的第2個特點是缺乏耐心。生活節(jié)奏的日益加快和互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的日益普及，使得當(dāng)代學(xué)生漸漸缺乏耐心。他們習(xí)慣在實驗開始后急于見到結(jié)果，就好像點擊鼠標(biāo)后立刻能在屏幕上看見反應(yīng)，但是在傳統(tǒng)的教學(xué)方法中，教學(xué)總是從對課程的全面描述分析開始。實踐證明這種描述很必要，它可以幫助學(xué)生全面了解課程的知識結(jié)構(gòu)，但是這些內(nèi)容有時會讓學(xué)生退卻，因為學(xué)生感覺課程非常抽象與枯燥。鑒于這些問題，新實驗平臺應(yīng)該在嵌入式系統(tǒng)的第一堂課就引起學(xué)生的興趣，同時提供一個吸引人的“結(jié)果”。

當(dāng)代學(xué)生的第3個特點是依賴于軟件。嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展通常被認為是民眾賦予的。在某種程度上，這種發(fā)展是電子工程向更智能化發(fā)展的結(jié)果。然而，電子工程這種不可見的層面，通常被復(fù)雜的用戶界面和其他圖標(biāo)所偽裝，使得大家將其歸功于計算機科學(xué)，而不是電子工程。許多大學(xué)并沒有意識到這個問題，而將大部分注意力放在嵌入式軟件設(shè)計，忽略硬件層次的介紹。這種在嵌入式系統(tǒng)教學(xué)中的錯誤關(guān)注導(dǎo)致出現(xiàn)“軟件比硬件更加重要”的錯誤認識。為了糾正這個偏見，我們應(yīng)該重視硬件并將其引入嵌入式系統(tǒng)課程。

總之，為了設(shè)計一個高效的實驗平臺，當(dāng)代學(xué)生的特點不容忽視。

4.設(shè)計嵌入式實驗平臺的原則

基于上述討論，我們提出嵌入式系統(tǒng)教學(xué)實驗平臺的幾項設(shè)計原則。

完整性：實驗平臺應(yīng)該相對完整。學(xué)生不但能接觸軟件，而且能操作硬件。這個原則主要解決兩個問題：首先糾正學(xué)生偏重于軟件的錯誤；其次在第一節(jié)課就能吸引學(xué)生，告訴他們課程最后能夠建立一個基本的卻相對完整的系統(tǒng)。

開發(fā)性：實驗平臺應(yīng)該能幫助學(xué)生自由地實現(xiàn)創(chuàng)新思想。實驗平臺在軟件和硬件上都應(yīng)為學(xué)生預(yù)留足夠數(shù)量和種類的接口，使學(xué)生能夠以此為基礎(chǔ)構(gòu)建自己的嵌入式系統(tǒng)。在實踐過程中，越來越多的基于實際應(yīng)用的嵌入式系統(tǒng)由學(xué)生實現(xiàn)，同時學(xué)生的創(chuàng)造熱情也被激發(fā)出來。

從教學(xué)的角度看，實驗平臺應(yīng)包含以下特點。

可升級性：平臺的軟硬件應(yīng)該能分別擴展和升級，而無需對整個平臺進行修改。如第2節(jié)所述，嵌入式系統(tǒng)技術(shù)升級速度快，尤其是硬件設(shè)備。為了滿足經(jīng)常升級的需要，可升級性原則應(yīng)該被放在關(guān)鍵位置。

靈活性：實驗內(nèi)容應(yīng)該能根據(jù)課程的要求而裁剪，以便于實驗平臺的廣泛推廣。大多數(shù)定制的實驗平臺在靈活性上有所欠缺，其實驗內(nèi)容無法增加或減少，而為了適應(yīng)課程學(xué)時的變化不得不重新設(shè)計實驗。

為了達到上述目標(biāo)，我們提出一個完整的概念模型。目標(biāo)系統(tǒng)的概念模型如圖3所示。

這個概念模型由3個中間層和2個層組成。中間層包括主系統(tǒng)層、中間通道層和從系統(tǒng)層。層包括應(yīng)用層和組件層。我們將解釋這個模型如何能實現(xiàn)前面提出的目標(biāo)。

完整性：把中間3層看作一個整體，這個基本模型由一個典型嵌入式系統(tǒng)中的主要元素組成，從最頂層的應(yīng)用層到最底層的功能組件層。學(xué)生可以接觸完整系統(tǒng)的每一個組件。

開放性：模型的最頂層和最底層向?qū)W生開放。實驗平臺的設(shè)計者將足夠多的軟硬件接口提供給學(xué)生，這些接口必須是完整的和用戶友好的。使用硬件接口，學(xué)生能夠通過連接所需的硬件模塊構(gòu)建一個創(chuàng)新的嵌入式設(shè)備；使用軟件接口，學(xué)生可以方便地加載硬件模塊所需的軟件資源。

可升級性：實驗平臺設(shè)計應(yīng)該模塊化和層次化，每一層為上一層提供上層接口，為下一層提供下層接口。每一層可獨立地進行擴展和升級，與相鄰層次的接口保持兼容。模型的中間層被設(shè)計為3層結(jié)構(gòu)，這個靈感來自于Phidgets的設(shè)計，它能為實際設(shè)備的實現(xiàn)提供更多可能性。

靈活性：每個層次都能根據(jù)課程的重點而被加強或削弱，因此實驗內(nèi)容可根據(jù)課程要求而變化。實驗課可被安排在兩層或更多層之上。基礎(chǔ)實驗要求學(xué)生建立一個基本的嵌入式系統(tǒng)，而在高級實驗中，學(xué)生能深入研究模型中的各個層，以實現(xiàn)創(chuàng)意設(shè)計。

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嵌入式系統(tǒng)被定義為:以應(yīng)用計算機為中心,以計算機技術(shù)為基礎(chǔ),軟硬件可裁減適應(yīng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)工業(yè)的基礎(chǔ)是以應(yīng)用為中心的“芯片”設(shè)計和應(yīng)用的軟件產(chǎn)品開發(fā)。嵌入式系統(tǒng)包括兩部分內(nèi)容:嵌入式微處理器和嵌入式實時操作系統(tǒng)。

由于嵌入式應(yīng)用軟件的特殊性,往往要求應(yīng)用程序設(shè)計者具有一定的實時操作系統(tǒng)的專門知識,能合理地劃分任務(wù),合理地配置系統(tǒng)以及目標(biāo)聯(lián)機的調(diào)試。

二、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的傳統(tǒng)方法

通常在單片機系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用中,是按照瀑布式開發(fā)流程進行的。其工作模式簡單,任務(wù)的劃分協(xié)調(diào)及人員安排、物質(zhì)材料的分配管理都比較容易。開發(fā)過程為從硬件到軟件的流水線式進行,如圖1 所示。

傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計方法又不同于瀑布式開發(fā)過程,它是將開發(fā)任務(wù)分為硬件軟件兩個獨立的部分,由硬件工程師和軟件工程師按照擬定的設(shè)計流程分別完成。其開發(fā)過程為一種并行的工作方式,我們稱之為V模式開發(fā)過程。

傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計方法如圖2所示。

傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)采用的是軟件開發(fā)與硬件開發(fā)分離的方式。雖然也可改進硬件軟件性能,但由于這種改進是各自獨立進行的,不一定使系統(tǒng)綜合性能達到最佳。雖然在系統(tǒng)設(shè)計的初始階段考慮了軟硬件的接口問題,但由于軟、硬件分別開發(fā),各自部分的修改和缺陷很容易導(dǎo)致系統(tǒng)集成出現(xiàn)錯誤。由于設(shè)計方法的限制,這些錯誤不但難于定位,而且更重要的是,對它們的修改往往會涉及整個軟件結(jié)構(gòu)或硬件配置的改動。顯然,這是災(zāi)難性的。

這種設(shè)計方法只能改善硬件、軟件各自的性能,而有限的設(shè)計空間不可能對系統(tǒng)做出較好的性能綜合優(yōu)化。20 世紀(jì)90 年代初,國外有些學(xué)者提出“這種傳統(tǒng)的設(shè)計方法,只是早期計算機技術(shù)落后的產(chǎn)物,它不能求出適合于某個專用系統(tǒng)的最佳計算機應(yīng)用系統(tǒng)的解”。因為,從理論上來說:每一個應(yīng)用系統(tǒng),都存在一個適合于該系統(tǒng)的硬件、軟件功能的最佳組合,如何從應(yīng)用系統(tǒng)需求出發(fā),依據(jù)一定的指導(dǎo)原則和分配算法對硬件、軟件功能進行分析及合理的劃分,從而使系統(tǒng)的整體性能、運行時間。能量損耗、存儲能量達到最佳狀態(tài),己成為硬件、軟件協(xié)同設(shè)計的一個重要研究內(nèi)容之一。

三、嵌入式系統(tǒng)協(xié)同設(shè)計技術(shù)

為了避免上述問題,一種新的開發(fā)方式應(yīng)運而生―軟件、硬件協(xié)同設(shè)計方法。一個典型的硬件、軟件協(xié)同設(shè)計過程如圖3 所示。

首先,應(yīng)用獨立于任何硬件和軟件的功能性規(guī)格方法對系統(tǒng)進行描述,然后,在此基礎(chǔ)上對硬件、軟件進行劃分。

這種方法的特點在協(xié)同設(shè)計、協(xié)同測試和協(xié)同驗證上,充分考慮了軟件、硬件的關(guān)系,并在設(shè)計的每個層次上給以測試驗證,使得盡早發(fā)現(xiàn)和解決問題,避免災(zāi)難性錯誤的出現(xiàn)。

系統(tǒng)協(xié)同設(shè)計與傳統(tǒng)設(shè)計相比有兩個顯著的區(qū)別:

1.描述硬件和軟件使用統(tǒng)一的表示形式。

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【文章摘要】

本文在針對當(dāng)前嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展的基礎(chǔ)上，介紹了一種基于ARM 的嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)，并對系統(tǒng)的實現(xiàn)和嵌入式Linux 內(nèi)核的編譯與移植等問題進行了詳細的分析和闡述。

【關(guān)鍵詞】

視頻監(jiān)控；嵌入式；ARM

當(dāng)前在我國的視頻監(jiān)控市場當(dāng)中主要包括兩種不同類型的監(jiān)控系統(tǒng)，一類為數(shù)字控制的模擬視頻監(jiān)控；另一類則為數(shù)字視頻監(jiān)控。這兩類監(jiān)控系統(tǒng)在技術(shù)方面都已經(jīng)非常的成熟，性能也變得非常的穩(wěn)定，并在實際的工程當(dāng)中被廣泛的應(yīng)用。而其中的數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)是以計算機技術(shù)和圖像技術(shù)作為基礎(chǔ)，興起的一種新的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。該技術(shù)因為可有效的解決模擬系統(tǒng)的部分弊端而被廣泛的推廣和發(fā)展。目前，我國的視頻監(jiān)控系統(tǒng)則正處在數(shù)值模擬和數(shù)字系統(tǒng)混合應(yīng)用的轉(zhuǎn)變。

1 ARM 處理器

ARM 公司作為專門從事RISC 技術(shù)芯片設(shè)計的公司，主要為知識產(chǎn)品的提供商，并不直接從事對芯片的生產(chǎn)，而是將技術(shù)轉(zhuǎn)讓給許可的合作公司。各種不同的芯片被世界各大生產(chǎn)商購買，并從ARM 購買其設(shè)計的微處理器核，然后根據(jù)自己行業(yè)的特點，對外圍的電路進行設(shè)計，從而形成獨具特色的ARM 處理器芯片。ARM9 作為公司設(shè)計的一種類型的處理器，被廣泛的應(yīng)用，其主要的原因在于該芯片其具有以下的特點：1) 具有5 級整數(shù)流水線, 指令執(zhí)行效率高；2) 提供l.lMIPS/MHz 的哈弗結(jié)構(gòu)；3) 支持32 位ARM 指令集和16 位Thumb 指令集；4) 支持32 位的高速AMBA 總線接口；5) 全性能的MMU, 支持Windows CE、Linux 等多種主流嵌入式操作系統(tǒng)；6) 支持數(shù)據(jù)cache 和指令cache, 具有更高的指令和數(shù)據(jù)處理能力。

2 系統(tǒng)整體設(shè)計

結(jié)合視頻監(jiān)控系統(tǒng)的實際需求，本文設(shè)計的系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。包括S3C2440 處理器、Flash 閃存、USB 接口、LCD 顯示器等組成。

3 系統(tǒng)主控芯片簡介

3.1 S3C2440 處理器

在該系統(tǒng)中選用三星公司生產(chǎn)的ARM9 內(nèi)核的S3C2440 處理器。該處理器其典型的優(yōu)點在于其最高的主頻可達到400MHz, 為同類ARM 處理器當(dāng)中最快的設(shè)備。該處理器其是基于ARM920T 內(nèi)核的16/32 位RISC 嵌入式微處理器, 主要面向遠程監(jiān)控終端、面向手持設(shè)備的高性價比和低功耗的應(yīng)用。同時ARM920T 中， 其MMU 單元可以管理虛擬的內(nèi)存，并擁有高速緩存獨立的16KB 地址和16KB 的數(shù)據(jù)高速Cache。

3.2 寄存器

在該主控芯片中，其包含37 個寄存器，其指令的數(shù)量不多，字長較大，并且其寄存器的數(shù)量也比較多。其中包括31 個32 為的通用的寄存器，6 個程序狀態(tài)的寄存器。

3.3 地址空間

在S3C2440 芯片的外部可以找到的存儲空間為1GB，其被分為8 個不同的存儲模塊，每個模塊的空間大小都為128MB，S3C2440 芯片其外部存儲空間主要存在著以下的特點：第一，其支持小端/ 大端的模式；第二，在系統(tǒng)的8 個外部存儲空間當(dāng)中，其中的6 個主要用于ROM 和SRAM 存儲，其余的2 個可用于ROM、SRAM 和SDRAM 的存儲；第三，在8 個存儲空間中，其中的7 個為包含著固定的起始地址，而最后的一個起始地可以進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，并且最后的2 個模塊空間的大小可編程；第四，所以存儲器塊的訪問可編程；第五，在其中的SDRAM 當(dāng)中，其可以進行自主的刷新。

3.4 存儲器

存儲器作為系統(tǒng)整個開發(fā)的重點，其大多的應(yīng)用程序等都放置在該存儲空間當(dāng)中。本文主控芯片所采用的NAND Flash 具有容量大、價格低的特點。其在啟動的時候，存儲器上的前4KB 會被裝載到緩沖器當(dāng)中，并執(zhí)行對代碼的啟動。在啟動代碼后則將其復(fù)制到到SDRAM 中，組后主程序都全部在SDRAM 執(zhí)行。

4 系統(tǒng)設(shè)計

4.1 存儲器設(shè)計

對存儲器的設(shè)計采用三星公司的K4S561632C，這是一款比較常用的SDRAM 存儲器，其時鐘的頻率則可以達到133MHz。其具體的電路圖設(shè)計如圖2 所示。

4.2 LCD 電路接口

S3C2440 芯片支持型號為TFT 型的LCD 的觸摸屏，其只需要在LCD 驅(qū)動板上根據(jù)其固定的標(biāo)準(zhǔn)從CPU 引出LCD 控制信號即刻進行使用。本文則主要采用的是LCD24 位，顯示時其RGB 則各位8 位。

4.3 網(wǎng)卡控制器

在本文中選擇DM9000 作為網(wǎng)卡，其主要原因在于該模塊為集成和符合成本效益的單芯片的快速以太網(wǎng)模塊。分別支持8 位,16 位和32 位接口訪問內(nèi)部存儲器, 依次可以支持不同的處理器。同時， 在DM9000 網(wǎng)卡的物理協(xié)議層接口可支持10MBps 的3 類、4 類、5 類非屏蔽雙絞線和為100MBps 下的5 類非屏蔽雙絞線。

4.4 JTAG 接口

JTAG 技術(shù)作為嵌入式的一種調(diào)試技術(shù)，主要是在芯片的內(nèi)部封裝一個專門的測試電路，通過其專用的JTAG 的測試工具，從而對系統(tǒng)內(nèi)部的節(jié)點進行不同的測試。通過該JTAG 接口其可對芯片內(nèi)部的所有的部件進行訪問，因此使得該技術(shù)成為一種對系統(tǒng)調(diào)試的高效的手段。本系統(tǒng)對NOR FLASH 的燒寫選用JTAG 進行, 對于NAND FLASH 的燒寫采用USB 進行。

5 結(jié)語

本文通過對ARM 和S3C2440 微處理器相關(guān)性能的了解，最后對存儲器、LCD 接口、網(wǎng)關(guān)控制等電路進行了設(shè)計，從而實現(xiàn)了視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

【參考文獻】

[1] 涂繼輝, 余厚全, 佘新平. 基于ARM 的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J]. 長江大學(xué)學(xué)報( 自科科學(xué)版) 理工卷,2010,07(2).

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[3] 李浩. 基于嵌入式Limix 的視頻圖像采集系統(tǒng)設(shè)計[A]. 第二十屆全國測控、計量、儀器儀表學(xué)術(shù)年會論文集[C].2010.

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【作者簡介】

篇（11）

中圖分類號：TP319文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1672-7800（2013）001-0074-03

1嵌入式系統(tǒng)

嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，并且軟硬件可裁剪，適用于對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專用計算機應(yīng)用系統(tǒng)。一般嵌入式系統(tǒng)是非PC系統(tǒng)，主要由嵌入式微處理器、硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)以及用戶的應(yīng)用程序等4個部分組成，用于實現(xiàn)對其它設(shè)備的控制、監(jiān)視或管理等功能。

2相關(guān)理論知識

2.1移動計算

移動計算是一種新型技術(shù)，使得計算機或其它信息設(shè)備，在沒有與固定的物理連接設(shè)備相連的情況下，能夠傳輸數(shù)據(jù)，并且能夠及時準(zhǔn)確地與中央信息系統(tǒng)相交互，分擔(dān)中央信息系統(tǒng)的計算壓力，在用戶需要的任何時刻都可以得到相應(yīng)的信息，比傳統(tǒng)的計算環(huán)境更為復(fù)雜和靈活。它既可以通過無線網(wǎng)絡(luò)、智能計算設(shè)備可以隨時進入主網(wǎng)絡(luò)；也可以在不同地點，將調(diào)制解調(diào)器和附近的電話相連接，通過電話網(wǎng)進入主網(wǎng)絡(luò)；移動用戶還在不同場地使用靜態(tài)計算機獲得相應(yīng)的服務(wù)等。因此，根據(jù)移動計算所具有的特性，在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計中移動計算是必不可少的。

2.2嵌入式移動數(shù)據(jù)庫

由于嵌入式系統(tǒng)本身具有的特點，利用傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫技術(shù)已不能滿足當(dāng)前系統(tǒng)的需求，因而，嵌入式數(shù)據(jù)庫技術(shù)這一名詞便應(yīng)運而生。該技術(shù)的核心是移動計算，主要強調(diào)其移動性，傳統(tǒng)的PC機要在苛刻的環(huán)境下做到良好的移動是很困難的。為了很好地滿足對移動客戶端計算的要求，便將嵌入式數(shù)據(jù)庫技術(shù)應(yīng)用到數(shù)據(jù)庫的研究與開參考文獻：