基于嵌入式Linux的磁场测量系统解读

第一篇：基于嵌入式Linux的磁场测量系统解读

基于嵌入式Linux的磁场测量系统 引言

随着科技的发展，嵌入式操作系统在越来越多的领域发挥着重要的作用，目前已成为产品技术水平的标志之一。其中Linux因为其拥有开放性、多用户、多任务、良好的用户界面、丰富的网络功能、可靠的系统安全和良好的可移植等特性被广泛的应用到仪器测量设备中。

传统的磁场测量设备(持斯拉计、高斯计)普遍存在精度低(典型测量精度为1．5％)、操作不便等缺点。本文提出一种基于嵌入式Linux的中频磁场测量系统，它不但可以满足当前磁场测量数据采集的需要，还因为其嵌入了操作系统Linux，使具有可靠性好、升级方便的特点，既提高了磁场测量的准确性，又为仪器的功能升级带来便利。可应用于实验室仪器，医疗仪器，姿态控制，安全检测等需磁场检测的领域。磁场测量系统的硬件结构

磁场测量系统在硬件结构上采用ARM9作为控制器，与信号放大、整流滤波、程控放大等硬件构成了整个磁场测量系统。而且，测量系统还搭配了USB、RS232、以太网通信接口，系统通讯能力强，可实现网络连网功能。其硬件结构如图1所示。

·ARM9嵌入式处理器采用三星公司的$3C2410。S3C2410是基于ARM920T内核的16／32位RISC嵌入式微处理器，主要面向手持设备以及高性价比，低功耗的应用。它采用5级流水线和全性能的MMU，同时该芯片集成了大量的功能扩展单元，例如LCD控制器、I2C总线、触摸屏接口、USB接口等。强大的芯片功能简化了系统设计，不但缩小了系统体积，而且提高了系统的可靠性。

·USB、RS232和以太网接口可为系统提供不同的通信方式，适合不同测量环境和条件，以太网接口还可实现系统联网功能。

·在磁场测量系统中，可使用触摸屏简便地对系统进行控制，实现不同显示方式切换、参数设置和测量数据保存等功能。

·磁场测量电压信号部分，由磁场传感器得到微弱的电压信号，经放大整流等措施后输入控制系统。

·报警输出可实现用户自设定报警的上下限值，方便用户测量现场的监控。磁场测量系统前端信号处理模块

磁场测量系统前端传感器采用的测量方法为电磁感应法。电磁感应法是将测量线圈置入交变磁场中，根据法拉第电磁感应定律在线圈的引线间会产生感应电动势，并且感应电动势的大小与穿过线圈的磁通量的大小成正比。感应电动势e为：

测量系统前端信号处理模块的结构如图2所示。

(1)为了实现多路磁场传感器的信号输入，设计中采用片选芯片74HCl5进行通道的选择。通过对74HCl53控制端S0，Sl输入不同的数据组合(00，1O，0l，11)，输出端lY和2Y就可实现不同输入通道的选择。

(2)在整个系统的电路设计中，前置放大电路的主要作用是将传感器输出的、和磁场强度成正比的微弱电压信号放大。根据其要求，设计的前置放大电路采用了差动放大的方式，电路如图3所示。它具有高共模抑制比、输入阻抗高、输出阻抗低、失调小、温漂小、线性好等优点。

(3)磁场测量系统对不同的测量对象进行测量时，磁场传感器的感应强度都会不同。要实现不同测量对象自适应量程的切换，必须设计一个放大倍数可调的模块，而且放大倍数的范围应较广。现采用BURR-BROWN公司的PGA202／203程控仪表放大器，该芯片无需外围芯片，而且PGA202与PGA203经级联可组成从l~8000倍的16种程控增益。放大范围可满足系统的需要。

(4)因磁场检测时会受到环境中其它外部磁场的干扰而输出偏移电压，所以在电路设计中设有自动调零电路，在每次仪器使用前进行自动校准。实现方法是在输入端增加一个开关，校准时输入直接接地，测量时输入接传感器。主控制器将接地时的输出记录在数据区中，并将此输出作为零点而实现自动调零。

(5)该仪器检测的是交变磁场，所以对磁场的频率检测是必需的。实现方法是将磁场检测信号通过一个过零比较器变成方波，方波经过二极管将正电压部分送至单片机的输入捕捉引脚进行频率检测。

第二篇：基于嵌入式Linux的磁场测量系统的设计解读

基于嵌入式Linux的磁场测量系统的设计

摘要：实现了一种全集成可变带宽中频宽带低通滤波器，讨论分析了跨导放大器-电容(OTA—C)连续时间型滤波器的结构、设计和具体实现，使用外部可编程电路对所设计滤波器带宽进行控制，并利用ADS软件进行电路设计和仿真验证。仿真结果表明，该滤波器带宽的可调范围为1～26 MHz，阻带抑制率大于35 dB，带内波纹小于0．5 dB，采用1．8 V电源，TSMC 0．18μm CMOS工艺库仿真，功耗小于21 mW，频响曲线接近理想状态。关键词：Butte 1 引言

随着科技的发展，嵌入式操作系统在越来越多的领域发挥着重要的作用，目前已成为产品技术水平的标志之一。其中Linux因为其拥有开放性、多用户、多任务、良好的用户界面、丰富的网络功能、可靠的系统安全和良好的可移植等特性被广泛的应用到仪器测量设备中。

传 统的磁场测量设备(持斯拉计、高斯计)普遍存在精度低(典型测量精度为1．5％)、操作不便等缺点。本文提出一种基于嵌入式Linux的中频磁场测量系 统，它不但可以满足当前磁场测量数据采集的需要，还因为其嵌入了操作系统Linux，使具有可靠性好、升级方便的特点，既提高了磁场测量的准确性，又为仪 器的功能升级带来便利。可应用于实验室仪器，医疗仪器，姿态控制，安全检测等需磁场检测的领域。2 磁场测量系统的硬件结构

磁场测量系统在硬件结构上采用ARM9作为控制器，与信号放大、整流滤波、程控放大等硬件构成了整个磁场测量系统。而且，测量系统还搭配了USB、RS232、以太网通信接口，系统通讯能力强，可实现网络连网功能。其硬件结构如图1所示。

ARM9 嵌入式处理器采用三星公司的$3C2410。S3C2410是基于ARM920T内核的16／32位RISC嵌入式微处理器，主要面向手持设备以及高性价 比，低功耗的应用。它采用5级流水线和全性能的MMU，同时该芯片集成了大量的功能扩展单元，例如LCD控制器、I2C总线、触摸屏接口、USB接口等。强大的芯片功能简化了系统设计，不但缩小了系统体积，而且提高了系统的可靠性。

USB、RS232和以太网接口可为系统提供不同的通信方式，适合不同测量环境和条件，以太网接口还可实现系统联网功能。

在磁场测量系统中，可使用触摸屏简便地对系统进行控制，实现不同显示方式切换、参数设置和测量数据保存等功能。

磁场测量电压信号部分，由磁场传感器得到微弱的电压信号，经放大整流等措施后输入控制系统。

报警输出可实现用户自设定报警的上下限值，方便用户测量现场的监控。磁场测量系统前端信号处理模块

磁场测量系统前端传感器采用的测量方法为电磁感应法。电磁感应法是将测量线圈置入交变磁场中，根据法拉第电磁感应定律在线圈的引线间会产生感应电动势，并且感应电动势的大小与穿过线圈的磁通量的大小成正比。感应电动势e为： 测量系统前端信号处理模块的结构如图2所示。

(1)为了实现多路磁场传感器的信号输入，设计中采用片选芯片74HCl5进行通道的选择。通过对74HCl53控制端S0，Sl输入不同的数据组合(00，1O，0l，11)，输出端lY和2Y就可实现不同输入通道的选择。

(2)在整个系统的电路设计中，前置放大电路的主要作用是将传感器输出的、和磁场强度成正比的微弱电压信号放大。根据其要求，设计的前置放大电路采用了差动放大的方式，电路如图3所示。它具有高共模抑制比、输入阻抗高、输出阻抗低、失调小、温漂小、线性好等优点。

第三篇：嵌入式linu学习心得

嵌入式Linux学习心得

1、Linux命令

ls:查看目录-l以列表方式查看;ls –l 与ll的功能一样 pwd: 查看当前的目录

cd:改变当前操作目录cd /直接跳到根目录 cd..回到上一级目录 cat: 打印显示当前文件的内容信息

mkdir:创建目录

fdisk: 查看硬盘分区信息，-l以列表方式查看

->代表是链接文件，类似window下的快捷方式。

cp: 复制命令,例子cp 文件名 /home/dir/

mv: 移动或改名，如mv sonf.confsonf.txt(改名)移动：mv sonf.conf / rm:删除命令，如rm –f test.c;如删除目录rm –fr d

man:查看某个命令的帮助，man 命令

2、各系统目录的功能

drw—r—w--:d代表是目录，drw代表当前用户的权限，r代表组用户的权限，w代表其它用户的权限。x代表有执行权限。

/boot/gruff.conf: 启动引导程序

/dev:brw—rw--:b代表是块设备。Linux设备有三种，块设备（b开头）、字符设备(c开头)、网络设备。had代表第一个硬盘，hdb代表第二个硬盘。Hdb2代表第二块硬盘的第二个分区。3，67代表主设备为3，从设备为67./etc:存放的是系统的配置文件。Inittab文件存放不同启动方式下必须启动的进程。Inittab文件中有6个启动level，wait中对应着6个level的目录，respawn代表当一个进程被意外终止了，但会自动启动的进程，如守护进程。rc.d目录中存放了一个rc.sysinit文件，里面存放系统初始化配置信息。/etc还有一个vsftpd里面存放tcp、ftp的配置。

/home : 用户目录，存放用户的文件，/lib：存放库文件，后缀为so的文件代表动态链接库。

/lost+found：系统意外终止，存放一些可以找回的文件。

/mnt：挂载外部设备，如挂载光驱：mount –t /dev/cdrom/mnt/cdrom，如

果在双系统中，要查看windows中D盘的文件，首先应该将D盘的文件映射过来，mount –t /dev/hda2/mnt/windows/d

/opt:用户安装的应用程序

/proc:是系统运行的映射，比较重要。里面的文件数字代表进程号。每个进程号目录下包含进程的基本信息。还有其他信息，如cpuinfo等，内核支持的文件系统filesystem等。系统支持的中断interrupts，iomen代表内存分配情况。ioport存放IO端口号。还有分区信息，modole信息，状态信息，版本信息

对于Linux的设备驱动程序，有两种加载模式，一种是直接加载进linux内核，一种是以模块的方式加载到内核。

/sbin： 系统管理的一些工具。如poweroff关机工具。

/usr: 安装系统时很多文件放在此目录下面，包含一些更新等，include包含的头文件，lib 是Linux的库文件，src包含Linux2.4的内核源码

/var：存放是临时变量

3、

第四篇：嵌入式系统设计论文解读

嵌入式系统设计论文

专

业：

电子信息工程（信号处理）

班

级：

姓

名：

指导教师：

评

分：

年

月 日

【摘要】

当今信息时代，嵌入式系统的应用无处不在，而ARM嵌入式系统应用市场份额约占75%。从嵌入式系统的基本概念入手，分别从ARM的定义、ARM微处理器、ARM开发工具及调试方法来介绍ARM嵌入式系统基础知识。接着，讨论了ARM嵌入式系统的实时性要求，介绍了目前市场上的实时多任务操作系统（RTOS）。最后，概括了ARM技术的应用领域及其产业化发展，并预测ARM技术发展的前景。

关键词：嵌入式系统；ARM；微处理器；RTOS

目录

1.引言......................................................................1 2.嵌入式系统................................................................1 2.1 2.2

...................................................1...................................................1 3.ARM嵌入式系统............................................................2 3.1 什么是ARM.........................................................2 3.2 ARM3.3 ARM3.4 ARM3.5 ARM

.............................................2.................................................3

.............................................3

...................................4 4.ARM嵌入式系统的实时性要求................................................5 4.1 嵌入式系统软件需要RTOS

....................................5 4.2 RTOS...............................................................6 5.嵌入式系统的信息产业化发展.................................................6 5.1 ARM

.................................................6 5.2 嵌入式系统产业化发展.................................................7 6......................................................................7 参考文献.....................................................................8

1.引言

随着计算机技术、网络技术和微电子技术的深入发展，嵌入式系统的应用无处不在。

ARM是目前公认的业界领先的32位嵌入式RISC（精简指令计算机）微处理器。ARM技术日益成熟和不断发展，正在逐步渗入到我们生活的各个方面。

本文从实际出发，首先介绍嵌入式系统的基本概念，随之重点阐述了由ARM微处理器构成的嵌入式系统（简称ARM嵌入式系统）的基础知识，最后分析了ARM技术的产业化发展过程及发展趋势。.嵌入式系统

2.1

嵌入式系统的英文叫做Embedded System，是一种包括硬件和软件的完整的计算机系统，但又跟通用计算机系统不同。嵌入式系统的定义是：“嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可剪裁，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积和功耗有严格要求的专用计算机系统。”嵌入式系统所用的计算机是嵌入到被控对象中的专用微处理器，但是功能比通用计算机专门化，具有通用计算机所不能具备的针对某个方面特别设计的、合适的运算速度、高可靠性和较低比较成本的专用计算机系统。

2.2

嵌入式系统作为一类特殊的计算机系统，自底向上包含有3个部分，如图1所示。

（1）硬件环境：是整个嵌入式操作系统和应用程序运行的硬件平台，硬件平台包括嵌入式处理器和外围设备。嵌入式处理器是嵌入式系统的核心，是控制、辅助系统运行的硬件单元。

（2）嵌入式操作系统：完成嵌入式应用的任务调度和控制等核心功能。具有内核较精简、可配置、与高层应用紧密关联等特点。嵌入式操作系统具有相对 不变性。

（3）嵌入式应用程序：运行于操作系统之上，利用操作系统提供的机制完成特定功能的嵌入式应用。不同的系统需要设计不同的嵌入式应用程序。.ARM嵌入式系统

3.1 什么是ARM

ARM是Advanced RISC Machines的缩写，是微处理器行业的一家知名企业，该企业设计了大量廉价、高性能、低功耗的RISC

ARM技术有很好的性能和功效，其合作伙伴包括世界许多顶级的半导体公司。目前，共有30家半导体公司与ARM签订了硬件技术使用许可协议，其中包括Intel、IBM、LG半导体、NEC、SONY、PHILIPS和国家半导体这样的大公司。可以说，ARM不仅仅代表一个公司，代表了一类微处理器，代表了一种技术，还代表了一种新型的产业发展模式。

3.2 ARM处理器核系列及应用

ARM公司开发了一系列ARM处理器核。目前最新的系列已经是ARM11了。ARM6及更早的系列已经罕见了，ARM7以后的核也不是都获得广泛应用。目前应用最多的是ARM7系列、ARM9系列、ARM9E系列、ARM10系列、SecurCore系列、Intel的StrongARM、XScale

ARM7系列：包括ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、带有高速缓存处理器宏单元的ARM720T和扩充了Iazelle 的ARM7EJ-S。该系列广泛应用于多媒体和嵌入式设备，包括Internet设备、网络和调制解调器设备以及移动电话、PDA等无线设备。

ARM9系列：包括ARM9TDMI、ARM920T和带有高速缓存处理器宏单元的ARM940T。该系列主要应用于引擎管理、仪器仪表、安全系统、机顶盒、高端打印机、PDA、网络电脑以及带有MP3音频和MPEG4视频多媒体格式的智能电话

ARM9E系列：为综合处理器，包括ARM926EJ-S、带有高速缓存处理宏单元的ARM966E-S/ARM946E-S。该系列强化了数字信号处理功能，可应用于需要DSP与微控制器结合使用的情况，将Thumb技术和DSP都扩展到ARM指令集中，并 具有EmbeddedICE-RT

ARM10系列：包括ARM1020E和ARM1020E微处理器核。其核心在于使用向量浮点（VFP）单元VFP10提供高性能的浮点解决方案，从而极大地提高了处理器的整型和浮点运算性能，为用户界面的2D和3D图形引擎应用夯实基础，SecurCore系列：包括SC100、SC110、SC200和SC210处理器核。该系列主要针对新兴的安全市场，以一种全新的安全处理器设计为智能卡和其他安全IC开发提供独特的32位系统设计，并具有特定的反伪造方法，从而有助于防止对

StrongARM系列：StrongARM处理器将Intel处理器技术和ARM体系结构融

Xscale系列：提供全性能、高性价比和低功耗的解决方案，支持16位Thumb指令和DSP指令。

3.3 ARM微处理器的特点

采用RISC体系架构的ARM微处理器一般有如下特点:（1）体积小、低功耗、低成本、高性能；

（2）支持Thumb(16位)/ARM（32位）双指令集，能很好的兼容8位/16位器件；

（3）大量使用寄存器，指令执行速度更快；（4）大多数数据操作都在寄存器中完成；（5）寻址方式灵活简单，执行效率高；（6）指令长度固定。

3.4 ARM微处理器的指令结构

ARM微处理器在较新的体系结构中支持两种指令集：ARM指令集和Thumb指令集。其中，ARM指令为32位的长度，Thumb指令为16位长度。Thumb指令集为ARM指令集的功能子集，但与等价的ARM代码相比较，可节省30％-40％以上的存储空间，同时具备32位代码的所有优点。

3.5 ARM嵌入式系统开发工具及调试方法

ARM处理器产品作为一种高性能、低功耗的处理器产品，现在已经得到广泛的应用。

ARM开发工具也因此得到发展，除ARM公司自己推出ARM集成开发工具外，还有一些公司也研发ARM开发工具。目前市场上有ARM SDT、ARM ADS、MULTI 2000、Hitools for ARM、Embest IDE for ARM五种集成开发环境。这些产品在国内有相对较畅通的销售渠道，用户容易购买。前三种由国外厂商出品，历史比较悠久，在全球范围内应用较为广泛，后两种由国内厂商推出，具有很高的性价比。

ARM应用软件的开发工具根据功能的不同，分别有编译软件、汇编软件、链接软件、调试软件、嵌入式实时操作系统、函数库、评估板、JTAG仿真器、在线仿真器等。

用户选用ARM处理器开发嵌入式系统时，选择合适的开发工具可以加快开发进度，节省开发成本。因此一套含有编辑软件、编译软件、汇编软件、链接软件、调试软件、工程管理及函数库的集成开发环境（IDE）一般来说是必不可少的，至于嵌入式实时操作系统、评估板等其他开发工具则可以根据应用软件规模和开发计划选用。目前常见的调试方法有以下几种。

（1）指令集模拟器。

部分集成开发环境提供了指令集模拟器，可方便用户在PC机上完成一部分简单的调试工作，但是由于指令集模拟器与真实的硬件环境相差很大，因此即使用户使用指令集模拟器调试通过的程序也有可能无法在真实的硬件环境下运行，（2）驻留监控软件。

驻留监控软件（Resident Monitors）是一段运行在目标板上的程序，集成开发环境中的调试软件通过以太网口、并行端口、串行端口等通讯端口与驻留监控软件进行交互，由调试软件发布命令通知驻留监控软件控制程序的执行、读写存储器、读写寄存器、设置断点等。

驻留监控软件是一种比较低廉有效的调试方式，不需要任何其他的硬件调试和仿真设备。ARM公司的Angel就是该类软件，大部分嵌入式实时操作系统也是采用该类软件进行调试，不同的是在嵌入式实时操作系统中，驻留监控软件是作为操作系统的一个任务存在的。

驻留监控软件的不便之处在于它对硬件设备的要求比较高，一般在硬件稳定之后才能进行应用软件的开发，同时它占用目标板上的一部分资源，而且不能对 程序的全速运行进行完全仿真，所以对一些要求严格的情况不是很适合。

（3）JTAG仿真器。

JTAG仿真器也称为JTAG调试器，是通过ARM芯片的JTAG边界扫描口进行调试的设备。JTAG仿真器比较便宜，连接比较方便，通过现有的JTAG边界扫描口与 ARM CPU 核通信，属于完全非插入式(即不使用片上资源)调试，它无需目标存储器，不占用目标系统的任何端口，而这些是驻留监控软件所必需的。另外，由于JTAG调试的目标程序是在目标板上执行，仿真更接近于目标硬件，因此，许多接口问题，如高频操作限制、AC和DC参数不匹配，电线长度的限制等被最小化了。使用集成开发环境配合JTAG仿真器进行开发是目前采用最多的一种调试方式。目前国际市场上较流行的两种JTAG仿真器：EPI公司的JEENI和ARM公司的Multi-ICE。

（4）在线仿真器。

在线仿真器使用仿真头完全取代目标板上的CPU，可以完全仿真ARM芯片的行为，提供更加深入的调试功能。但这类仿真器为了能够全速仿真时钟速度高于100MHz的处理器，通常必须采用极其复杂的设计和工艺，因而其价格比较昂贵。在线仿真器通常用在ARM的硬件开发中，在软件的开发中较少使用，其价格高昂也是在线仿真器难以普及的因素。

另外国际市场上较流行的有两种JTAG仿真器：EPI公司的JEENI和ARM公司的Multi-ICE。

4.ARM嵌入式系统的实时性要求

4.1 嵌入式系统软件需要RTOS开发平台

通用计算机具有完善的操作系统和应用程序接口(API)，是计算机基本组成不可分离的一部分，应用程序的开发以及完成后的软件都在OS平台上面运行，但一般不是实时的。嵌入式系统则不同，应用程序可以没有操作系统直接在芯片上运行；但是为了合理地调度多任务、利用系统资源、系统函数以及和专家库函数接口，用户必须自行选配RTOS开发平台，这样才能保证程序执行的实时性、可靠性，并减少开发时间，保障软件质量。

4.2 RTOS

RTOS是英文Real Time multi-tasking Operation System的缩写，即实时多任务操作系统。它是嵌入式应用软件的基础和开发平台。目前在中国大多数嵌入式软件开发还是基于处理器直接编写，没有采用商品化的RTOS，不能将系统软件和应用软件分开处理。RTOS最关键的部分是实时多任务内核，它的基本功能包括任务管理、定时器管理、存储器管理、资源管理、事件管理、系统管理、消息管理、队列管理、旗语管理等，这些管理功能是通过内核服务函数形式交给用户调用的，也就是RTOS的API。RTOS的引入，对嵌入式软件的标准化和加速知识创新是一个里程碑。

5.嵌入式系统的信息产业化发展

5.1 ARM技术的应用领域

现在，嵌入式技术无处不在，ARM几乎成为嵌入式技术的代名词。作为一种16/32位高性能、低成本、低功耗的嵌入式RISC微处理器，ARM微处理器目前已经成为应用广泛的嵌入式微处理器。ARM微处理器及技术的应用几乎已经深入到各个领域。

(1)工业控制领域：作为32位的RISC架构，基于ARM核的微控制器芯片不但占据了高端微控制器市场的大部分市场份额，同时也逐渐向低端微控制器应用领域扩展，ARM控制器的低功耗、高性价比，向传统的8位/16位微控制器提出了挑战。

(2)无线通讯领域：目前已有超过85％的无线通讯设备采用了ARM技术，ARM以其高性能和低成本，在该领域的地位日益巩固

(3)网络应用：随着宽带技术的推广，采用ARM技术的ADSL芯片正逐步获得竞争优势。此外，ARM在语音及视频处理上进行了优化，并获得广泛支持，也对DSP的应用领域提出了挑战。

(4)消费类电子产品：ARM技术在目前流行的数字音频播放器、数字机顶盒和游戏机中得到广泛应用。

(5)成像和安全产品：现在流行的数码相机和打印机中绝大部分采用ARM技术。手机中的32位SIM智能卡也采用了ARM技术。除此以外，ARM微处理器及技术还应用到许多不同的领域，并会在将来取得更加广泛的应用。

5.2 嵌入式系统产业化发展

市场需求为嵌入式系统产业化发展注入巨大推动力。嵌入式系统的市场是巨大的，市场需求是嵌入式系统产业化发展的巨大推动力。据报告，10%～20%的计算机芯片是为台式或便携式电脑设计的，80%～90%的计算机芯片是为嵌入式设备设计的，这意味着每年有10亿至20亿个CPU是为嵌入式设备设计制造的。2003年，全球嵌入式系统产品的产值已达2000亿美元，估计全世界嵌入式系统产品潜在的市场将超过10 000亿美元。世界范围内嵌入式系统带来的工业年产值已超过了1万亿美元。

6.随着半导体工艺技术的发展及系统设计水平的提高，ARM技术将会不断的变化和进步，ARM技术的应用领域会再次扩大，ARM技术带来的工业产值将会剧增，ARM技术产品的市场前景更加美好。总之，ARM技术的不断创新会给人类社会生活带来奇迹和享受。

参考文献

［1］ARM公司.ARM Architecture Reference Manual［M］.ARM公司，2000.［2］周立功.ARM嵌入式系统基础教程［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2005.［3］郑文波，曹金安.嵌入式系统的产业化发展——市场、技术与前景［J］.自动化博览，2005，(1):17.［4］罗蕾.嵌入式实时操作系统及应用开发［M］.北京：北京航空航天出版社，2005.［5］中国计算机学会微机专业委员会.2004中国计算机科学技术发展报告——嵌入式系统部分［EB/OL］.读书的好处

1、行万里路，读万卷书。

2、书山有路勤为径，学海无涯苦作舟。

3、读书破万卷，下笔如有神。

4、我所学到的任何有价值的知识都是由自学中得来的。——达尔文

5、少壮不努力，老大徒悲伤。

6、黑发不知勤学早，白首方悔读书迟。——颜真卿

7、宝剑锋从磨砺出，梅花香自苦寒来。

8、读书要三到：心到、眼到、口到

9、玉不琢、不成器，人不学、不知义。

10、一日无书，百事荒废。——陈寿

11、书是人类进步的阶梯。

12、一日不读口生，一日不写手生。

13、我扑在书上，就像饥饿的人扑在面包上。——高尔基

14、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游

15、读一本好书，就如同和一个高尚的人在交谈——歌德

16、读一切好书，就是和许多高尚的人谈话。——笛卡儿

17、学习永远不晚。——高尔基

18、少而好学，如日出之阳；壮而好学，如日中之光；志而好学，如炳烛之光。——刘向

19、学而不思则惘，思而不学则殆。——孔子

20、读书给人以快乐、给人以光彩、给人以才干。——培根

第五篇：嵌入式智能家居解读

摘 要

随着我国经济的快速发展，人们对生活的需求水平也相当的提高，特别是在人们长期居住的地方，对居住舒适程度要求也需求更加的高，所以我国在早期就出现了一些智能家居，本文从嵌入式计算机开始，结合嵌入式系统的特点，依次讨论了嵌入式系统的基本概念、嵌入式在智能家居中的应用、当前的研究现状以及未来的发展趋势。

关键字：嵌入式系统，智能化，智能家居

目 录

1绪论.............................................................................................................................4 2 什么是嵌入式系统....................................................................................................4 2.1 嵌入式系统......................................................................................................4 2.2 嵌入式系统的特点..........................................................................................5 3什么是智能家居.........................................................................................................6

3.1智能家居系统的工作原理...............................................................................6 4嵌入式发展状况及发展趋势.....................................................................................7

4.1 嵌入式在智能家居的现状及技术发展趋势.................................................7 4.2 嵌入式的智能家居解决方案给我们带来的好处..........................................7 5嵌入式技术在智能家居行业的实际应用.................................................................8

5.1功能描述...........................................................................................................8 5.2系统特点...........................................................................................................9 6嵌入式的研究前景...................................................................................................10 总

结..........................................................................................................................11 参考文献......................................................................................................................12 1绪论

随着社会信息化的发展，计算机和网络已经渗透到人们日常生活的每个部分，无线通信技术也成为人们生活中必不可少的一个部分；我们每一个人基本上都拥有大小不

一、形状各异、具有各种功能的、使用嵌入式技术的电子产品，比如M P 3 /MP4、PDA、GPS 导航仪等小型数字化产品、智能家电、网络家电、智能手机等，都可以归类于嵌入式产品中伴随着数字化和信息化的进程，智能化成为不可抵挡的趋势，也是新世纪的发展趋势。智能家居是指将家庭中各种与信息相关的通讯设备、家用电器、家庭安防装置等，通过家庭总线技术连接到一个家庭智能化平台上，进行集中或远程监视、控制和家庭事务管理，并保持这些家庭设施与生活需求和住宅环境的和谐与协调。智能家居可以使人们足不出户就进行网上购物、视频点播、网上医疗诊断，在千里之外就可以对家里电器的进行控制，当家庭发生安全问题，在外的家庭成员可以在接到报警信息后，通过电话和Internet等手段查询和确认家庭的安全状况。什么是嵌入式系统

2.1 嵌入式系统

嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。它一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等四个部分组成，用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。嵌入式系统一般指非PC 系统，它包括硬件和软件两部分。硬件包括处理器／微处理器、存储器及外设器件和I／O端口、图形控制器等。软件部分包括操作系统软件（O S）和应用程序编程；有时设计人员把这两种软件组合在一起，应用程序控制着系统的运作和行为；而操作系统控制着应用程序编程与硬件的交互作用[1]。嵌入式系统的核心是嵌入式微处理器，嵌入式微处理器一般就具备以下4 个特点：(1)对实时多任务有很强的支持能力，能完成多任务并且有较短的中断响应时间，从而使内部的代码和实时内核心的执行时间减少到最低限度；(2)具有功能很强的存储区保护功能。这是由于嵌入式系统的软件结构已模块化，而为了避免在软件模块之间出现错误的交叉作用，需要设计强大的存储区保护功能，同时也有利于软件诊断；(3)可扩展的处理器结构，以能最迅速地开展出满足应用的最高性能的嵌入式微处理器；(4)嵌入式微处理器必须功耗很低，尤其是用于便携式的无线及移动的计算和通信设备中靠电池供电的嵌入式系统更是如此。2.2 嵌入式系统的特点

嵌入式计算机系统同通用型计算机系统相比具有以下特点：（1）嵌入式系统通常是面向特定应用的：嵌入式CPU 与通用型的最大不同就是嵌入式C P U 大多工作在为特定用户群设计的系统中，它通常都具有低功耗、体积小、集成度高等特点，能够把通用CPU 中许多由板卡完成的任务集成在芯片内部，从而有利于嵌入式系统设计趋于小型化，移动能力大大增强，跟网络的耦合也越来越紧密。（2）嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合后的产物，是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。（3）嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计，量体裁衣、去除冗余，力争在同样的硅片面积上实现更高的性能。（4）嵌入式系统和具体应用有机地结合在一起，它的升级换代也是和具体产品同步进行，因此嵌入式系统产品一旦进入市场，具有较长的生命周期。（5）为了提高执行速度和系统可靠性，嵌入式系统中的软件一般都固化在存储器芯片或单片机中，而不是存贮于磁盘等载体中。由于嵌入式系统的运算速度和存储容量仍然存在一定程度的限制，另外由于大部分嵌入式系统必须具有较高的实时性，因此对程序的质量，特别是可靠性，有着较高的要求。（6）嵌入式系统本身不具备自举开发能力，即使设计完成以后用户通常也是不能对其中的程序功能进行修改的，必须有一套开发工具和环境才能进行开发。（7）通用计算机的开发人员通常是计算机科学或者计算机工程方面的专业人士，而嵌入式系统开发人员却往往是各个应用领域中的专家，这就要求嵌入式系统所支持的开发工具易学、易用、可靠、高效。目前人类已进入基于Internet的后PC时代，其主要特征为计算机作为组成成份紧密融于消费品和工业品中后PC时代的到来完全依赖于嵌入式技术的诞生与发展，传统的IT设备逐渐转变为嵌入式设备，这是一个大趋势。在这个大趋势中，小到智能卡、手机、水表，大到信息家电、汽车，甚至飞机、宇宙飞船，我们的生活已经被嵌入式软件所包围。嵌入式技术的蓬勃兴起为智能家居行业的发展指明了技术发展趋势，也提供了技术革新的有利武器[2]。

嵌入式系统一般指非PC系统，它包括硬件和软件两部分。硬件包括处理器/微处理器、存储器及外设器件和I/O端口、图形控制器等。软件部分包括操作系统软件（OS）（要求实时和多任务操作）和应用程序编程。应用程序控制着系统的运作和行为；而操作系统控制着资源调度及与硬件的交互作用。

3什么是智能家居

智能家居就是把智能科技融入家居生活中,使家庭生活与信息化结合起来。智能家居还包涵了许多方面的内容 如家庭中传统的水表、电表、煤气表等由原来的各自独立变成小区中央控制，人们不用再为查表或交费而花费时间，计算机中央控制，通过计算机，控制家庭中的所有电器、仪表，并借助有线或无线通讯技术实现异地控制。随着社会全面的信息化、智能化和网络化，智能家居必将成为未来家庭生活潮流发展的新方向[3]。嵌入式Internet技术是近几年发展起来的新技术，它创新性地提出以单片机或微控制器为核心的嵌入式系统，使底层监测设备与Internet的无缝联接有了可行方案，真正做到远程监测，这样构建的监测系统开销少、尺寸小、功能强。采用TCP / IP网络协议标准，系统组网容易、传输数据多、速率快；客户端通过WEB浏览器就可以对设备进行监控，本文在此基础上进行了基于嵌入式WEB 的智能家居远程监控系统的设计[4]。3.1智能家居系统的工作原理

小区管理中心是智能家居系统连接外界的途径，在此建立基于Web服务器的小区管理信息系统，当家庭发生意外情况时，相关传感器会将报警信息自动通过家庭总线系统发向网络终端，终端通过电话接口可以把报警信息直接发向用户的手机，同时还通过小区网络将报警信息发向小区管理中心。

用户可以通过Internet用浏览器直接浏览家庭设备的当前状况，并可以通过web直接控制家庭设备。家庭网络终端可以通过电话接口直接连接到PSTN上，当用户拨打家庭电话对家用设备进行控制时，控制信息通过浏览器提交给Web服务器，然后小区管理中心计算机将控制信息转发给相应的网络终端，终端将控制信息直接转发给相关控制设备，完成控制工作。控制完成后，网络终端再将结果信息反馈回小区管理中心计算机，小区管理中心将其写入数据库，并反馈给发出控制请求的用户。通过电话控制家用电器设置有密码功能，只有密码比较成功后才能够进入控制模块，使操作更加安全。

4嵌入式发展状况及发展趋势

4.1 嵌入式在智能家居的现状及技术发展趋势

中国的智能家居行业刚刚起步，它还显得比较稚嫩。我国尚没有正式颁布相关的行业技术标准，厂家采用各自不同的技术解决方案，这在某种程度上制约了中国智能家居行业的发展，在今后相当长一段时间内技术的整合趋势将形成统一的标准。

就目前而言，智能家居主要有三种技术方案，它代表着中国智能家居行业不同时期的技术特点，它们的关系可以用以下的图1表示。

图1 智能家居的技术特点关系

PC架构的智能控制系统出现于中国智能家居的萌芽阶段，基本上停留在向使用者展示智能家居的概念，实用性不强，属于第一代。目前很多中国智能家居厂商研制的基于单片机架构的智能控制系统在实际技术更加广泛的应用，随着成本的逐步降低，中国的智能家居最终将走向嵌入式。4.2 嵌入式的智能家居解决方案给我们带来的好处

（1）系统的处理能力大大增强，可以给您带来更加逼真的图象以及更加真实的语音等。

（2）根据系统定制的实时操作系统不仅可以最大限度的利用硬件资源而且还避免了过于庞大的系统造成的系统冗余.（3）一般只有一颗主处理芯片，系统架构更加清晰简捷。

（4）软件采用分层设计方便维护和升级，大大提高了代码利用率，缩短开发周期。

（5）因为嵌入式技术是伴随着Internet而生的，所以它具有更加卓越的网络性能，可以增加更多的网络应用。

5嵌入式技术在智能家居行业的实际应用

波创BECHAMP智能家居依靠3C技术，并结合信息家电的发展，为用户提供了一种更加安全、舒适、方便、快捷的智能化和信息化生活空间。其内涵就是“在具有个性化的住宅家庭中，将多元网络信息、多样化的自动化控制以及节能环保等功能，整合到一体化的家庭智能信息管理与自动化监控平台[6] 5.1功能描述

（1）可视对讲：超大屏幕彩色可视对讲。（2）安防主机

提供有线8防区；可以通过无线密钥进行撤布防，也可以通过电话和网络进行布防；触发报警以后除了可以通过网络向保安中心报警，还可以通过拨打用户射定的电话进行报警，还可以通过Internet向在办公室或其它地方的业主报警。（3）信息终端

接收小区管理中心发出的小区公告或新闻；接收小区管理中心发出的商情；接收小区管理中心发出的住户通知；浏览网页；接收邮件；接收手机短信；查询报警信息；查询三表信息。（4）家电、灯光、插座控制

家电、灯光、插座通过网关上的触摸屏进行控制；通过Internet对家里的家电、灯光、插座进行远程网络控制；通过电话对家里家电、灯光、插座进行远程电话控制；通过手机短信对家里家电、灯光、插座进行远程短信控制。（5）自动抄表：自动抄录水表、电表、气表的读数。（6）远程监控：通过Internet远程监控家中的家居环境[5]。5.2系统特点

（1）运行稳定安全可靠

主处理器高度集成，系统结构简洁，信号稳定，采用6层高频板工艺，高速线路采用采用等长设计，双路时钟输入，拒绝一切干扰；操作系统采用开源的Linux操作系统，安全、稳定；采用双电源热备份设计，主用电源为ATX电源，备用电源为带充电电路的锂电池；正常情况下，主电源为系统供电（包括后备电源充电），锂电池处于待命状态并进行必要的充电；在主用电源失效的情况下备用电源自动启用，在主用电源恢复正常后再切换回主用电源，二者之间的切换做到无缝，即二者的切换不会影响到相关软硬件系统正在进行的工作，备用系统电源能持续工作3小时以上，待机24小时以上。（2）高效低耗

其主处理器采用主频高达200MHZ的韩国三星公司的S3C2410（ARM9内核）高效低耗处理器（该处理器主要用于手持设备，其功耗之低可想而知），再配备上海量（相对于传统基于51单片机的解决方案）的Flash和SDRAM，可以轻松处理TCP/IP网络协议栈、音视频处理和一些复杂的桌面应用（如Word, Excel, 图片查看程序，邮件客户端和网络浏览器），这些是基于51单片机的解决方案根本无法想象的，具有不可比性。（3）人机交互界面友好

采用带背光和触摸屏接口的320*240 STN彩屏，色彩达到64K色，并配有快捷按键，所有人机交互界面均采用纯图形的，美观大方。（4）系统可扩展性强

硬件接口丰富，这些接口包括：10M以太网络IC及其接口1个，LCD接口，触摸屏接口，人机交互键盘；串口：485接口1个（用于接485设备），232接口2个，LED指示灯，4个，分别为：工作指示，欠压/充电指示，网络指示，新留言提示；I2S接口，引出 Microphone和立体声Speaker；USB Host和Device接口各一个，可用于连接U盘，数码相机和摄像头等USB设备；SD存储卡接口；JTAG，采用20针接口，方便系统级调试；其他未使用CPU口线，统一引出，以备将来系统扩展。操作系统采用开源的Linux操作系统，开发资源丰富，软件上提供一套标准通用的API二次开发接口，可移植性强。（5）系统升级方便

系统所有软件，包括启动代码，操作系统内核，系统文件，应用程序均基于文件系统，在目标机中以文件的形式存在，均可单独升级，而且是在线升级，给产品的后续升级维护提供了大大的方便，这些是传统的基于51单片机的解决方案无法做到的，具有不可比性。

6嵌入式的研究前景

嵌入式系统概念的受到重视是以计算机和信息技术的发展为基础的。近年来，计算机技术以令人瞠目的速度迅猛发展，其速度之快，势头之猛甚至直接向某些一直被视为金科玉律的常识提出了质疑。例如，按照计算机的体系结构、运算速度、结构规模、适用领域等属性将其分为大型机、中型机、小型机和微计算机，并以此来组织学科和产业分工的分类方法虽然沿袭多年，但由于实际情况产生了根本性的变化，它已经不再适用。最明显的例子就是由70年代末定义的微计算机演变出来的个人计算机(PC)如今已经占据了全球计算机工业的90%市场，其处理速度更是超过了当年大、中型计算机的定义。可见，在日新月异的计算机工业中，在计算机技术和产品对其它行业进行全面渗透的大趋势下，以应用为中心的分类方法变得更为切合实际，也就是需要按计算机的嵌入式应用和非嵌入式应用将其分为嵌入式计算机和通用计算机。通用计算机具有计算机的标准形态，通过装配不同的应用软件，以类同面目出现并应用在社会的各个方面，其典型产品为PC；而嵌入式计算机则是以嵌入式系统的形式隐藏在各种装置、产品和式智能平台，简称EIP。未来几年内，随着信息化，智能化，网络化的发展，由于EIP将三者完美结合的特性，必将获得广阔的发展空间。例如：在通信领域，数字技术正在全面取代模拟技术，美国已开始由模拟电视向数字电视转变，数字音频广播(DAB)进入商品化试播阶段，欧洲的DVB(数字电视广播)技术也已向全球大多数国家推广。在个人领域中，作为个人商用的移动数据处理和通讯设备所必需的手写文字输入、语音拨号上网、收发电子邮件以及彩色图形、图像等功能由于依赖嵌入式设备具有强大亲和力的自然人机交互界面，也离不开EIP技术[8]。

总 结

嵌入式技术的诞生和发展促进了后PC时代的到来，嵌入式系统在通讯产品、家用电器、医疗器械、汽车制造、航空航天等领域的无限应用空间已使其成为促进信息产业发展，加速传统产业改造的最为实用的高新技术。

嵌入式技术在家庭智能控制系统中的应用，使得系统的语音和图像处理能力大大增强，根据系统定制的实时操作系统不仅可以最大限度地利用硬件投入，而且还避免过于庞大的系统造成的资源浪费。由于嵌入式系统一般只有一个核心处理芯片，因此系统的架构更加清晰简捷。系统的软件采用分层设计，不仅方便维护和对系统进行升级，而且大大提高了代码的利用率，缩短了开发周期。此外，由于嵌入式技术是伴随Internet而产生和发展的，因此它具有更加卓越的网络性能，可以增加更多的网络应用。

在当今社会，随着家庭智能化技术的全面快速发展，家居控制系统的重要意义和作用越来越凸显在人们的面前，这也是嵌入式系统家居控制系统的关键所在。因此，我们必须结合实际，坚持以先进的现代科学技术和通信技术为前提与基础，尽力做到以嵌入式系统为技术核心，不断优化家居控制系统的结构与功能，保证其功能全面、性能稳定、耗能低下等特征，促进其全面快速健康发展，更好地为人们提供方便快捷的服务。

参考文献

[1]余永权，嵌入式智能家电的发展现状及趋势[J]，电子世界，2003。[2]田泽，嵌入式系统开发与应用[M]，北京航空航天大学出版社，2005.1 [3]李小将，樊天晴，胡正国，嵌入式系统在信息家电中的应用[J]，西北工业大学学报，2004.4，第28卷第4期。

[4]魏振春，韩江洪，张建军等.智能家居远程控制系统的设计J.合肥工业大学学报（自然科学版）,2005,7:751-754。

[5]肖建华，智能家居系统中的家庭网站设计[J]，计算机工程，2005,8:206-208。

[6]王凯明.智能家居系统的研究[ D].西安: 西安科技大学, 2005.[7]杨四海, 马利.信息家电嵌入式系统选择方案[J].自动化技术与应用, 2002(21): 66-68.[8]高小平，中国智能家居的现状及发展趋势.低电压器.2005,4:18-21.读书的好处

1、行万里路，读万卷书。

2、书山有路勤为径，学海无涯苦作舟。

3、读书破万卷，下笔如有神。

4、我所学到的任何有价值的知识都是由自学中得来的。——达尔文

5、少壮不努力，老大徒悲伤。

6、黑发不知勤学早，白首方悔读书迟。——颜真卿

7、宝剑锋从磨砺出，梅花香自苦寒来。

8、读书要三到：心到、眼到、口到

9、玉不琢、不成器，人不学、不知义。

10、一日无书，百事荒废。——陈寿

11、书是人类进步的阶梯。

12、一日不读口生，一日不写手生。

13、我扑在书上，就像饥饿的人扑在面包上。——高尔基

14、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游

15、读一本好书，就如同和一个高尚的人在交谈——歌德

16、读一切好书，就是和许多高尚的人谈话。——笛卡儿

17、学习永远不晚。——高尔基

18、少而好学，如日出之阳；壮而好学，如日中之光；志而好学，如炳烛之光。——刘向

19、学而不思则惘，思而不学则殆。——孔子

20、读书给人以快乐、给人以光彩、给人以才干。——培根