高级嵌入式计算机系统在自动化仪器仪表中的应用

摘 要 在自动化仪器仪表当中应用高级嵌入式计算机系统，能够为自动化仪器仪表的进一步发展带来诸多帮助与好处。在高级嵌入式计算机系统当中有网络的融合，这也促进了自动化仪器仪表在功能上的提升。对于自动化仪器仪表的发展来说，高级嵌入式计算机系统的应用不可或缺。

【关键词】仪器仪表 嵌入式系统 应用

1 前言

在信息科技高效发展的同时，也促进了经济的高效提升以及造就了自动化与智能化的设备发展趋势。高级嵌入式计算机系统在自动化仪器仪表中的应用，令自动化仪器仪表的工作性能得到了提升，也令其应用得到了推广。

2 嵌入式系统与自动化仪器仪表

2.1 嵌入式系统

计算机是嵌入式系统的依托，在专业的计算机系统当中，嵌入式系统是比较常用的，其无论是对计算机的功能与成本还是可能性与损耗都有更高的要求与标准。嵌入式系统具有一个非常大的优点，就是它能够根据需要来完成对于软件或者是硬件的合理剪裁，并且嵌入式系统的体积很小且能耗很低又有非常高的集成度。当系统在运行的过程中，嵌入式系统也会变得越来越精简、智能以及网络化。在经历了从芯片到标准总线、PC总线以及高级嵌入式等几个发展阶段之后，嵌入式系统也有了更多的应用，比如说高级嵌入式计算机微处理器就得到了十分广泛的关注。这个系统其核心在于多个任务操作的实现，并且它是结合了在当下的智能控制以及网络技术等优势的，不仅给行业造成了非常大的冲击，也让嵌入式计算机系统拥有了新的市场。

随着嵌入式计算机系统技术越来越成熟，通过分析，我们可将其分为以下几种类型：

2.1.1 基于单片机的MCU系统

这种系统中主要是采用8位或者16位的处理器进行的，该系统的优点是具有高集成度，并且具有良好的控制功能；缺点是容量小，存储空间有效，功能不能够达到理想的效果。

2.1.2 工业化单板机（PC104）

该系统的优点是：功能极为强大，并且机器小、能耗低、安全可靠；其缺点是：不够灵活，只能够选择一些板卡级硬件进行裁剪。

2.1.3 MPU或者DSP系统

这种系统主要是采用32位的处理器进行运作，它能够根据规定或要求对硬件进行裁剪，不会受到其他因素的限制，这种嵌入式计算机系统拥有一个巨大的软件平台，专用性极强。

2.2 嵌入式系统与自动化仪器仪表

在高级嵌入式计算机系统当中有先进网络技术的融合，而它的应用也促使仪器仪表的测量传感、计算补偿以及处理工程量、故障诊断等多种功能的提升。借助于网络技术，高级嵌入式计算机系统还能够实现远程控制，从而对系统存在的故障做好检测、维修以及控制等工作。在仪器仪表的管理当中没有应用到高级嵌入式系统的时候，上述功能都是还没有能够实现的。对于仪器仪表来说，其核心要素也在于芯片、总线以及接口，而嵌入式系统的存在等于是给了它技术支撑，并且以此为基础来促进仪器仪表行业的进一步发展。

当嵌入式计算机系统被应用到仪器仪表的测量过程里面，仪器仪表就可以借助于嵌入式计算机系统当中的基本功能来进行仪器测量操作，并且能够让其实现自动化从而减轻了仪器仪表测量工作的工作量，也让这份工作变得更加方便简单。假如需要进行仪器仪表测量的是化工行业，则在进行测量的时候，必须得以自动化仪器仪表其测量的要求来作为基础，进而完成对于硬件的剪裁，让计算机系统也变得更加微型化，以此来帮助仪器仪表测量的高度集成的实现。

通常情况下，在这个时候，在化工行业当中应用到的仪器仪表都会变得智能化起来，不但能够实现对于物质以及物质空间的测量，也能够让电路补偿实现，从而做到科学有效的处理测量信息。除此之外，在进行仪器仪表测量的时候，嵌入式计算机系统还能够实现对于系统故障的自我诊断，再利用对应措施进行维修。这些功能的实现都脱离不了高级嵌入式计算机系统，而嵌入式计算机系统在自动化仪器仪表当中得到应用之后，也可以实现许多单是靠仪器仪表无法实现与完成的功能。是以，可以说，嵌入式计算机系统的应用，使得自动化仪器仪表行业的发展基础更加牢固，并且也有了更为有利的发展依据。

3 仪器仪表中嵌入式计算机系统的方案设计

3.1 注意要点实时性好

特定用户通常对获取结果的时间延迟有明确限制，设计时必须充分考虑这一因素。可靠性高作为核心部件，嵌入式系统的损坏常造成系统的瘫痪，带来无法估量的损失，因此要求有较高的可靠性。集成度高出于开发效率和占用空间方面的考虑，要求嵌入式系统要有较高的集成度。功耗低某些移动设备、便携式设备等需要电池供电，决定了系统应当有更低的功耗。环境适应能力强自动化仪器仪表的工作环境往往是不可控的，特别是热、冲击、光、强电磁场等，因此应考虑到对于这些干扰的防护措施。

3.2 开发过程

（1）目标产品的功能分析及定义：①嵌入式系统的主要目标是进行数据采集还是进行控制；②是否需要显示界面，需要显示时，是以图形方式还是文本方式显示；③是否需要与其他的设备进行数据交换，如需要，选择何种方式，何种协议；④仪器仪表的各项主要性能指标定义。

（2）根据需要的功能来确定硬件设备和软件

（3）嵌入式系统的软件开发可以分为以下几个层次：①对硬件设备进行直接控制的软件开发；②没有用户图形界面的应用程序开发；③基于图形界面的通用应用软件的开发；④在基础应用软件上的高层开发。很多开发环境主要应用于第③、④层次，因此开发可以不在目标机上进行，而在PC机上或PC的模拟环境中进行。

4 高级嵌入式计算机系统在自动化仪器仪表中的应用

要在仪器仪表当中应用高级嵌入式计算系统，必须要注意其实时性要好。一般情况下，存在一些特殊的客户，他们在进行结果的接受时候常常会出现时间延迟的情况，这就需要能够在设计的过程里面更加注意这个问题。其次应该确保其可靠性。如果嵌入式系统出现了故障，无疑会导致整个系统都出现瘫痪无法运行的情况，这就会导致巨大损失的出现，是以对于整个系统的可靠性也必须有非常严格的要求与标准。再则是集成度要高而功能的损耗要低。嵌入式系统通常来说都有非常高的集成度，也就导致了它占用的面积会小，而开发的效果也可以得到提升。至于有些移动或者是便携式的设备，在工作的时候需要进行电池的安装，这就需要对其功率损耗尽可能降低才行。最后是要具备很强的环境适应能力。仪器仪表在进行工作的时候，来自于环境的影响是很大的，如果它的抗干扰能力小，就很容易被环境所影响，是以，合理的抗干扰措施必不可少。

当新型的自动化仪器仪表是将高性能嵌入式处理器作为核心的时候，高性能嵌入式系统将会促进新型仪器仪表达到高性能的目标。当下的自动化仪器仪表使用的仍是以微控制器也就是单片机为主，即使已经达到了一定程度上的智能化，却也在功能要求越来越多且复杂的时候出现了无能为力的情况。与此同时，无论是微电子技术还是芯片技术、集成电路工艺的快速发展都从未停止，这也导致高性能的嵌入式处理器其体积、价格以及功耗都得到了进一步的降低，也就让其在新型仪器仪表当中的应用成为了可能。对于嵌入式DSP处理器系统其结构与指令的特殊设计，令其更加适用于DSP算法并且提升了编译的效率与指令的执行速度。根据于不同的需要与需求，厂商往往还会有专用的集成化处理器的提供，这也让不同的需求与需要都能够得到满足。

实际上，对于自动化仪器仪表而言，实时操作系统不是必要的存在，特别是当仪器仪表其处理器本身的功能以及存储器的容易有所限制的情况下，更没有能够实现实时操作系统的应用。只是，当仪器仪表当中的硬件功能不断得到增强并且其成本也得到降低，而对于仪器仪表当中的功能其要求变得更加复杂的情况下，应用实时操作系统来完成对于多个任务的合理协调与调度就变得尤为重要，而管理系统的资源其要求也变得急迫。借助于嵌入式实时操作系统，无疑能够让自动化仪器仪表真正实现质的飞跃。

5 结语

综上所述，作者将自己的所知所得已经在本文中做了基本的介绍，希望能够给予大家一定的启示，并且希望大家在阅读此文之后能够积极的进行反馈，以此来共同推进其发展。信息技术已然变得越来越发达，而高级嵌入式计算机系统的应用也变得广泛。其在自动化仪器仪表当中的应用，既促进了自动化仪器仪表的发展，也为它带来了非常大的效益以及新的市场。此外，还需要能够继续让程序与软件得到完善与改进，让仪器仪表将来能够提供更为优质的服务。

参考文献

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作者单位

建研地基基础工程有限责任公司 北京市 100013

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