嵌入式产品设计范文

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中图分类号：TH122 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）09-0222-01

在对机械产品设计进行的数据管理中，有大量的产品开发信息需要保存下来，但这些数据管理并没有形成系统管理，查找起来有一定困难，因此对产品设计的再利用率也随之降低，怎样才能对纷繁复杂的产品设计进行快捷式的查询管理呢？相关人士在设计配置，设计规则等方面，提出了可以进行嵌入式服务的管理机制，这是一种由被动变主动的知识规则化配置，可以提高机械产品设计的重用率，相较于推送式的管理办法，嵌入式能够更及时准确地提供所需知识。

1 产品设计的四要素分析

通过对产品实际设计中典型特征的研究与分析，我们可以从以下五个方面进行总结：

1.1 设计知识的多源性

从产品设计角度看，设计知识的来源具有多样性，它可以是设计规范、计算机程序、产品模型、或设计经验、仿真试验、客户反馈等等，等诸如此类的信息还有很多很多，由此可见，设计知识的多源性。

1.2 设计知识的人员相关性

在产品设计过程中，设计知识会随着人的变化而变化，无论是设计规范，还是设计经验，都是从零开始，从无到有的，而在这一过程中，应用也好，存储也好，产品设计都会围绕着人而展开，且密不可分。

1.3 O计知识的过程相关性

虽然设计过程源于企业的各类信息与数据的收集提炼，再经过创新、生产的过程，但产品设计也包括对原产品的技术升级，因此，产品设计的过程都是有一定内在与外在的必然性联系的。

1.4 设计知识的异构性

设计规范、设计手册、产品模型、计算机程序等都属于设计知识的来源，所有设计知识都将通过计算机进行存储与转换，他们会以不同形式展现着设计知识所存在的差异性。

1.5 设计对象的稳定性

设计对象即指我们最终所要生产的产品或零部件，在设计一个产品时，人员可以变，设计方案可以变，但设定的产品本身是不可变的，它具有一定因素上的相对稳定性。

通过对产品设计五方面的特征分析，我们可以总结出设计阶段的四要素：设计过程、设计人员、设计对象、知识对象。这四个要素之间有着一定的联动关系，通过对它们进行知识嵌入，将会大大提高知识的重用率。

2 本体模型的知识嵌入

在进行知识嵌入的过程中，首先我们要满足设计任务与设计人员所需的大量知识源的提供，这里有两种嵌入方法推荐：一种是自定义知识嵌入，是通过组织人员的经验与实践，在模板设计初始阶段，指定具体知识对象，当正式进入设计过程后，设计人员将自动接收相关产品知识；另一种是推送式知识嵌入，是由与本体相关的组织结构，组织对象与任务对象等，在设计过程中将产品知识推送给设计人员。

目前，机械工程领域通过四要素的分析与定义，以本体知识嵌入为核心设计，划分出四大本体：设计过程本体、设计组织本体、设计对象本体与知识对象本体，在此四大本体中，因知识对象存在着异构性特征，又将其细划为：描述性知识、方法性知识、结构性知识、手册性知识、过程性知识与判断性知识六类。此外，知识对象本体中细划的内容也是设计对象本体与设计过程本体中的一部分，知识对象的集合式管理被称为知识单元，而执行与管理设计过程被称为设计向导。四个本体之间相互关联，主要可起到以下作用：首先，可以记录设计过程知识，对设计过程中的组织部门、工作组、人员等相关知识进行描述定义；其次，对设计过程中的设计向导、设计任务、设计活动，提供人员相关知识的嵌入支持；最后，是根据向导模型、设计任务等与设计对象之间的相关特点，对设计对象进行相关知识的追踪与重用方面的支持。

3 基于本体的知识嵌入机制

设计过程中，既能向设计人员提供知识的嵌入与推送，又能对知识嵌入进行有效管理，这是由控制模型的主要运行原理决定的：首先，需要定义出模型的知识嵌入方式，可通过知识流配置器形成配置条件集；其次，将任务信息、配置条件集与知识单元生成匹配集，再将其扩展生成匹配条件集；最后将匹配集与知识单元内的知识记录嵌入到设计任务中，供设计人员使用。

4 结语

机械产品设计的知识嵌入法是基于本体设计过程、设计组织、设计对象与知识对象为基本要素的前提下建立起来的，通过本体概念表示、语义表示等优势，将产品设计过程进行知识嵌入与推送，可大大缩减信息检索过程，并有效利用其准确性，提高了知识资源的利用率。

参考文献

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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。这一点就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。正如我们所知嵌入式系统开发经过30多年的发展己然成为了一个成熟的技术。他现如今有如下特点：

1）交叉开发工具和环境。嵌入式开发必须要有一套开发工具以及环境才能进行开发，因为嵌入式软件本身是不具备自主开发能力.用户对其中程序功能是无法修改的。而这些工具和环境一般是要依靠在通用计算机上的软硬件设备以及逻辑分析仪、混合信号示波器等设备上进行的。开发时往往有主机和目标机交叉开发的概念，程序的开发，调试需要主机执行，而目标机最后执行。

2）软件要求固态化存储。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本身中，而不是存贮于磁盘等载体中。

3）软硬件协同设计并且专用性强。嵌入式系统的个性化很强，其中的软件系统和硬件的结合非常紧密，一般要针对硬件进行系统的移植，即使在同一品牌、同一系列的产品中也需要根据系统硬件的变化和增减不断进行修改。同时针对不同的任务，往往需要对系统进行较大更改，程序的编译下载要和系统相结合，这种修改和通用软件的“升级”是完全两个概念。

4）软件代码质量与可靠性都十分高。嵌入式软件的核心是系统软件和应用软件，由于存储空间有限，因而要求软件代码紧凑、可靠，大多对实时性有严格要求。虽然现在由于半导体技术的发展使得处理器的速度不断提高，片上存储器的容量也在持续不断增加，但在大多数应用中，存储空间依旧很宝贵并且还有实时性的要求。因此要求程序编写和编译工具的质量要高，以此减少程序二进制代码长度，起到了提高执行速度的效果，而嵌入式系统正好拥有这个优势。

5）系统软件的高实时性。在多任务嵌入式软件中，对重要性各不相同的任务进行统筹兼顾和合理调度是保证每个任务及时执行的关键，单纯通过提高处理器速度是无法完成和没有效率的，这种任务调度只能由化编写的系统软件来完成，因此系统软件的高实时性是基本要求。嵌入式软件应用程序虽然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，系统一般以成熟的实时操作系统作为开发平台，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。

6）生命周期长。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。

7）系统内核小。由于嵌入式系统一般是应用于小型电子装置的，系统资源相对有限，所以内核较之传统的操作系统要小得多。

8）系统精简。嵌入式系统一般没有系统软件和应用软件的明显区分，不要求其功能设计及实现上过于复杂，这样一方面利于控制系统成本，同时也利于实现系统安全

2软硬件协同设计概念

软硬件协同设计是指对系统中的软硬件部分使用统一的描述和工具进行集成开发，可完成全系统的设计验证并跨越软硬件界面进行系统优化。

嵌入式软件设计是使用一组物理硬件和软件来完成所需功能的过程。系统是指任何由硬件、软件或者两者的结合来构成的功能设备。由于嵌入式软件是一个专用系统，所以在嵌入式产品的设计过程中，软件设计和硬件设计是紧密结合、相互协调的。这就产生了一种全新的发展中的设计理论――软硬件协同设计。这种方法的特点是，在设计时从系统功能的实现角度考虑，把实现时的软硬件同时考虑进去，硬件设计包括芯片级“功能定制”设计。既可最大限度地利用有效资源，缩短开发周期，又能取得更好的设计效果。

系统协同设计的整个流程从确定系统要求开始，包含系统要求的功能、性能、功耗、成本、可靠性和开发时间等。这些要求形成了由项目开发小组和市场专家共同制定的初步说明文档。系统设计首先确定所需的功能。复杂系统设计最常用的方法是将整个系统划分为较简单的子系统及这些子系统的模块组合，然后以一种选定的语言对各个对象子系统加以描述，产生设计说明文档。其次，是把系统功能转换成组织结构，将抽象的功能描述模型转换成组织结构模型。由于针对一个系统可建立多种模型，因此应根据系统的仿真和先前的经验米选择模型。

3嵌入式软件开发的方法论

由于一个完整的产品中大部分系统都是非常复杂的，不仅如此与此同时我们还需要考虑很多的因素，比如开发这个产品所需的价格，产品的性能如何，系统设计技术是什么等。唯有全面考虑这些因素我们才可能顺利进行开发，然后才可能做出一个成功的，合格的产品。一般来说，产品设计的过程会经历几个步骤，为了确保这些步骤的合理性，我们需要一个设计方法论来面对整个设计过程。采用方法论有以下三个重要理由。

确认所做的每一件事情都是必须要做的，不做无谓的工作，也不漏掉关键性的重要工作，其中包含性能最佳化或是功能测试。

根据设计方法论可以发展出计算机辅助工具或是设计经验累积，汲取每一次产品开发的经验。再经过量化之后，可以发展出一套工具或是方法，让往后的产品设计步入自动化。

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嵌入式软件的开发具有如下几方面的特点：

1）需要交叉开发工具和环境。由于嵌入式软件本身不具备自主开发能力，即使设计完成以后用户通常也不能对其中的程序功能进行修改，因此必须有一套开发工具和环境才能进行开发。这些工具和环境一般基于通用计算机上的软硬件设备以及各种逻辑分析仪、混合信号示波器等。开发时往往有主机和目标机交叉开发的概念，主机用于程序的开发、调试，目标机作为最后的执行机构。开发时主机和目标机需要交替结合进行。

2）软硬件协同设计。软硬件协同设计涉及以下方面：嵌入式软件设计、实时系统设计、硬件设计和软件设计。软硬件协同设计强调硬件与软件的协同性与整合性、软件与硬件的可裁减，以满足系统对功能、成本、体积和功耗等要求。

3）嵌入式软件开发人员以应用专家为主。通用计算机的开发人员一般是计算机科学或计算机工程方面的专业人士，而嵌入式软件则是要和各个不同行业的应用相结合的，要求更多的计算机以外的专业知识，其开发人员往往是各个应用领域的专家。

4）软件要求固态化存储。为了提高执行速度和系统可靠性，嵌入系统中的软件一般都固化在存储器芯片或单片机本身中，而不是存储于磁盘等载体中。

5）软件代码高质量、高可靠性。尽管半导体技术的发展使处理器速度不断提高，片上存储器容量不断增加，但在大多数应用中，存储空间仍然是宝贵的，还存在实时性的要求。为此要求程序编写和编译工具的质量要高，以减少程序二进制代码长度，提高执行速度。嵌入式软件的核心是系统软件和应用软件，由于存储空间有限，因而要求软件代码紧凑、可靠，大多对实时性有严格要求。

6）系统软件的高实时性。在多任务嵌入式软件中，对重要性各不相同的任务进行统筹兼顾和合理调度是保证每个任务及时执行的关键，单纯通过提高处理器速度是无法完成和没有效率的，这种任务调度只能由优化编写的系统软件来完成，因此系统软件的高实时性是基本要求。嵌入式软件应用程序虽然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，系统一般以成熟的实时操作系统作为开发平台，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。

2软硬件协同设计概念

嵌入式软件设计是使用一组物理硬件和软件来完成所需功能的过程。系统是指任何由硬件、软件或者两者的结合来构成的功能设备。由于嵌入式软件是一个专用系统，所以在嵌入式产品的设计过程中，软件设计和硬件设计是紧密结合、相互协调的。这就产生了一种全新的发展中的设计理论——软硬件协同设计。这种方法的特点是，在设计时从系统功能的实现角度考虑，把实现时的软硬件同时考虑进去，硬件设计包括芯片级“功能定制”设计。既可最大限度地利用有效资源，缩短开发周期，又能取得更好的设计效果。

系统协同设计的整个流程从确定系统要求开始，包含系统要求的功能、性能、功耗、成本、可靠性和开发时间等。这些要求形成了由项目开发小组和市场专家共同制定的初步说明文档。系统设计首先确定所需的功能。复杂系统设计最常用的方法是将整个系统划分为较简单的子系统及这些子系统的模块组合，然后以一种选定的语言对各个对象子系统加以描述，产生设计说明文档。其次，是把系统功能转换成组织结构，将抽象的功能描述模型转换成组织结构模型。由于针对一个系统可建立多种模型，因此应根据系统的仿真和先前的经验米选择模型。

3嵌入式软件开发的方法论

在建立一个完整的嵌入式软件或是产品时，大部分系统都很复杂，不但功能规格很多，还必须考虑例如价格、性能等其他因素，否则很容易做出一个失败的系统或是产品。因此，在进行系统开发之前，必须先了解一些系统设计技术，使得在开发过程中更为顺利。一般来说，产品设计的过程会经历几个步骤，为了确保这些步骤的合理性，我们需要一个设计方法论来面对整个设计过程。采用方法论有以下三个重要理由。

确认所做的每一件事情都是必须要做的，不做无谓的工作，也不漏掉关键性的重要工作，其中包含性能最佳化或是功能测试。

根据设计方法论可以发展出计算机辅助工具或是设计经验累积，汲取每一次产品开发的经验。再经过量化之后，可以发展出一套工具或是方法，让往后的产品设计步入自动化。

开发团队遵循同一套方法论，可以让团队成员更容易彼此沟通。每个人都能在短时间内了解整体过程中将经历哪些过程，需要何种支持与接收到何种结果。此外，也容易通过一套已经定义好的方法论，彼此相互合作协调。设计过程的目标是做出有一定用途且具有创新点的产品。产品的典型规格包含功能性、制造成本、性能表现、省电考虑和其他特性。

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是什么原因促成了AMD产品策略的重大调整？Juniper Research研究显示，2017年底M2M和嵌入式设备总数将达4亿台，高效能的嵌入式芯片将大有可为。Gillilan Kelly认为，更智能的客户端、服务器和云，即插即用的IP协议组合以及全新的处理器架构正对计算机架构产生深远影响。显然，物联网、环绕计算和新一代嵌入式系统将成为计算行业未来发展的强大动因。

今年4月AMD正式推出新款G系列SoC，面向嵌入式市场，全线产品能进一步满足设备在更小封装中实现高性能、I/O连接与高能效的需求。与此同时，将x86 CPU的计算能力与AMD Radeon图形处理器的性能集成，SoC的设计提供强大的可扩展性，开发人员能在相同的板卡设计与软件栈上灵活开发各种应用。对于嵌入式设备及其生态系统而言，G系列SoC平台允许OEM利用单板设计实现从入门级到高端产品的解决方案实现与覆盖，增强设备研发的灵活性和可扩展性。这种“普通平台”的设计方法可在供应和生产层面简化OEM的产品开发业务，大幅节省成本。

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北京科银京成技术有限公司技术总监，副教授，计算机应用博士，研究方向为：普适计算，实时、嵌入式操作系统及其应用，嵌入式应用设计方法。

嵌入式软件是嵌入式产品的核心，如果说PC机的发展带动了整个桌面软件的发展，那么嵌入式产品的广泛普及必将为嵌入式软件产业的蓬勃发展提供无穷的推动力。

中国有世界上最大的家用电子产品消费市场和移动通信市场，移动终端、彩电、VCD等拥有量都居世界第一。随着移动网络的发展，多媒体、娱乐、通信等多功能、多用途的移动终端将成为今后个人数据通信、事务处理和娱乐的最佳选择。随着消费结构的改变，人们对家电的灵活性和可控性提出了更高的要求，这些只能通过家电的数字化和网络化来实现。这些需求都将加快嵌入式软件技术的发展和产业化的进程。嵌入式软件已经成为嵌入式产品设计、创新和软件增值的关键因素，是未来市场竞争力的重要体现。由于嵌入式产品具备硬件平台多样性和应用个性化的特点，因此嵌入式软件呈现出一种高度细分的市场格局，国外产品进入也很难垄断整个市场，这为我国的软件产业提供了一个难得的发展机遇。

标准塑造未来

从软件种类来看，嵌入式软件可以分为嵌入式操作系统、嵌入式开发平台、嵌入式行业应用平台及嵌入式应用软件。由于不同的行业对嵌入式软件的要求不一，因此不会形成像PC一样一支独大的局面，但会吸取PC的成功经验，形成不同行业的标准。统一行业标准具有设计技术共享、软硬件重用、构件兼容、维护方便和合作生产的特点，能够极大地增强行业的产品竞争力。

近几年，一些地区和国家的若干行业协会纷纷制定嵌入式软件行业标准，如欧共体汽车产业联盟规定以OSEK标准作为开发汽车嵌入式系统的公用平台和应用编程接口；在航空电子方面，航空电子工程协会（AEEC）制定了面向航空电子的嵌入式实时操作系统应用编程接口ARINC653。我国各相关产业联盟也在制定本行业的开放式软件标准，提高中国数字产品的竞争能力。走行业开放系统道路、建立行业性的嵌入式软件平台是加快嵌入式软件技术发展的捷径之一。根据应用的不同要求，今后不同行业会定义其嵌入式操作系统、嵌入式开发平台、应用平台等行业标准。

市场决定一切

从国际市场上看，据VDC预测，嵌入式软件其GAGR的增长率为13.5%，到2006年将达到21亿美元的规模。其在各领域的市场份额为：消费电子占26.8%，通讯和通信占20.2%，军事/航空占18.6%，汽车电子占12.9%，工业控制占9.6%，医疗电子占3.1%，办公自动化占2.2%，零售自动化占1.0%，信息自动化、建筑/家庭自动化占0.4%，其他占4.6%。

在国内，消费电子、通信、汽车电子、军事、航空、工业控制也将是嵌入式软件的主要市场，其中操作系统、开发平台、行业应用平台和特色应用软件都将成为独立软件开发商的发展方向。与产业链互动既可形成符合国际/国内标准的产品，又具有中国的特色，从而确立同国外同类产品的竞争优势。

国产软件 大步前行

北京科银京成技术有限公司（科银京成）以嵌入式操作系统和开发平台为基础，形成了嵌入式系统基础软件平台、行业软件平台和嵌入式软硬件解决方案等三个产品方向。

嵌入式系统基础软件平台包括嵌入式实时操作系统DeltaOS、开发工具Lambda TOOL、测试工具Gamma RAY和性能分析工具Gamma PROFILLER等内容，工具既支持嵌入式实时操作系统Delta OS，也可支持第三方的嵌入式操作系统（如嵌入式Linux等），为嵌入式应用提供基础性的系统软件平台；嵌入式系统行业软件平台密切同行业结合，为具有强大产业背景的行业提供符合行业产品特点需要的软件平台。

目前，科银京成已先后面向航空电子、飞行控制计算机、舰载计算机和税控POS等行业形成了基于嵌入式系统的软件平台，对行业的进一步发展起到了极大的推动作用;嵌入式软硬件解决方案则以完整产品为目标，形成包括软硬件内容在内的产品级解决方案，可由行业内相关厂商直接进行产品生产。科银京成已拥有嵌入式税控POS、MP3、M2M和面向教育应用的软硬件全面可靠的解决方案。

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关键词: 嵌入式系统;教学体系;实验室配置;师资建设

Key words: embedded system;course architecture;laboratory configuration;teacher development

中图分类号:G642.0文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)11-0249-02

0引言

嵌入式系统涵盖了微电子技术、电子信息技术、计算机软件和硬件等多项技术领域的应用。国内许多高校已在研究生和本科生中,较早开设了嵌入式系统的相关课程,并筹建了嵌入式系统教学实验平台,高职类院校进行嵌入式系统教学的院校相对较少。由于嵌入式系统产品千变万化,小到MP3播放器,大到飞机导弹,差异非常大,个性多于共性,而且嵌入式技术本身学习难度比较大,由此导致嵌入式系统的人才培养比较困难。嵌入式技术教学目前还没有完整和现成的体系可供参考,而高职由于学生特点和师资的原因不能直接应用本科类院校的课程体系和开课模式,高职类院校因为地域和条件的差异也很难直接参考,我校根据自身的特点在嵌入式系统教学和实验室建设方面进行了有益的尝试与探索。在实践教学基地建设时,首先对嵌入式系统课程体系、实验内容、师资队伍等诸多方面进行详细设计和规划,以保证嵌入式系统实践基地能够满足学生学习掌握嵌入式技术的基本要求及部分较好学生和老师的需要。

1高职嵌入式人才培养的目标定位

通过对嵌入式系统人才需求报告的研究,我们发现嵌入式系统行业和一般的制造业并不相同,即高技能人才的需求并不在嵌入式产品的制造过程,而是在研发及技术支持环节,这两个环节一个在产品生产之前,一个在产品生产之后。这也是由嵌入式产品自身的特点决定的。由于嵌入式产品普遍采用32位RISC技术,芯片采用超大规模集成电路制造,也决定了产品的生产过程全部采用SMT设备完成。很多从事嵌入式产品设计制造的公司可能都没有自己的制造厂,而是直接委托行业的制造厂家来生产。针对嵌入式技术的特点及高职学生和我校师资的实际情况,我们把培养的嵌入式系统人才定位在嵌入式助理工程师(主要岗位:研发助理工程师,硬件测试工程师,软件测试工程师,系统功能测试工程师,硬件维修工程师和嵌入式产品销售工程师,技术支持工程师等岗位。)

通过对这些岗位的分析,我们能得出所需的嵌入式知识体系:(1)掌握基本的电路知识;(2)掌握主流嵌入式微处理器的结构与原理;(3)掌握一个嵌入式操作系统;(4)熟悉嵌入式软件开发流程并至少做过一个嵌入式软件项目。

2嵌入式系统理论教学体系

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技术挑战总览

这些热点应用对嵌入式板卡提出了许多技术挑战。

凌华科技指出，通常，嵌入式产品在生命周期以及业务驱动方面需做优化的处理，为此在嵌入式产品设计时应考虑如下因素：

・可靠性和稳定性：无风扇、低功耗以及冗余的设计将被整合在嵌入式产品的设计中，以减少外界环境和内部环境对系统的影响；

・宽温及军用宽温级：通常在军工、交通等领域对嵌入式产品的宽温范围有严苛的要求，为此，产品必须在设计之初就要考虑这些需求，并贯穿到整个设计及制造、验证、检验等环节中：

・紧凑尺寸及轻便设计：军工以及一些关键性任务应用、便携式设备和车载设备对嵌入式系统的尺寸以及重量都会有严格的要求；

・系统整合性能及软件服务支持：嵌入式BIOS和操作系统的支持将针对不同的应用有不同的支持，具有竞争力的嵌入式产品供应商通常在系统整合和软件支持方面具备丰富的经验和强大的技术能力，以满足应用需求：

・电源管理功能：超低功耗设计可以满足电源的长时间工作，以减少系统对电能的过度依赖；

・无缝升级：从成本效率及系统互用性上考虑，嵌入式系统产品需要在升级时，只需更换部分组件或计算系统目阿完成整个升级工作；

・性能功耗比：在单位能耗下能够提供更强的性能输出。

宽温值得重视

具体来说，每家企业都有自己的核心产品策略和特色，例如，磐仪(ARBOR)科技围绕宽温下功夫，并实现了可靠性和稳定性。据磐仪企划部曹经理介绍，之所以选择宽温为突破点，是由于中国地域辽阔、全球气候又在急剧恶化，导致南、北地区，冬、夏季节温差明显加大，给嵌入式产品在这些领域中的应用带来更加苛严的考验。特别是野外电力控制、铁路南北运行线路中的车载设备，需耍具备更加宽幅的高低温耐受能力。

因此，磐仪计划于近期对其全线产品做一次规格调整：将常温产品的工作温度从原来的0℃-60℃调整为，20℃-+70℃：宽温规格调整为-40℃―+85℃。

但是，磐仪的宽温产品与某些厂商的筛选式宽温产品有着根本性的不同。筛选式宽温产品本身还是常温规格的产品。是对常温规格的产品进行高低温耐受极限测试，如果测试通过了，就划归为宽温产品；如果没通过，就还算是常温产品。这种宽温产品是常温规格中的佼佼者，但却是宽温应用中的潜在危险者。最容易发生的危险就是电容在高温下发生爆炸，导致某组电压与地线短路，进而引发设备烧毁甚至发生火灾。

因此，需要宽温产品从设计、选材开始，就充分考虑产品的宽幅温差适应能力。并且加强生产品质管控。

小型化，绿色化

而威盛电子的嵌入式板卡则围绕小型化、绿色化方面下功夫。例如，威盛电子嵌入式平台事业部为业界定义了Mini-ITX、Nano-ITX、Pico，ITX、Pico-ITXe、Mobile-ITX等多种微型化设计的板型规范，已陆续成为商用及工业系统厂商接纳的标准：2009年该公司又推出Em-ITX板型，则在兼顾微型化特性以外，从多功能、通用性上做了新的尝试。在绿色化方面，威盛板卡主要采用其绿色化的威盛Nano处理器。例如Pico，ITXflocmx7.2cm嵌入式主板EPIA，P720搭配的威盛VX855高清多媒体芯片组，处理器频率IGHz，整体功耗只有8W，却可支持H.264 1080p硬解码加速，可谓高清视频播放的杀手级产品。

都分嵌入式板卡企业的特点

凌华科技：嵌入式产品包括AdvancedTCA、CompactPCI、ETX/COMexpress以及工业电脑等，完整的产品线可以满足不同应用的需求。特别是在COM(模块化电脑)产品上拥有的专业能力以及一系列紧凑型、低功耗和无风扇的嵌入式解决方案。

凌华还成功收购美国嵌入式产品领导品牌、PCI04创始者Ampro公司，创立Ampro byADLINK品牌，可以提供始于设计并贯穿整个制造过程的宽温及军用宽温级嵌入式产品和系统。

磐仪科技：宽温产品从设计、选材开始，就充分考虑产品的宽幅温差适应能力。

为了保证质量，在选用零部件方面，磐仪不惜花费高额成本，全部选用发热量低、工作温度范围宽广的零部件。在设计过程中，研发工程师结合每个零部件的高低温特性和动、静态工作点。对于本身发热量稍大，在高温环境下可能造成隐患的小零件，会采用增大零件底部敷铜面积，以帮助散热或增加辅助散热片等措施。对于低温环境下特性变化较大的零件，比如电容，除了选用较为昂贵的受温差影响较小的电容外，适当增加电容的用量。以弥补低温环境下的容量损失。在生产、检验过程中，100％执行增宽温度范围的高低温性能测试验收(比公布的低温低5℃，高温高5℃)。

威盛电子嵌入式平台事业部：威盛自己做芯片，同时提供板卡标准，例如最新的Em-ITX等。在嵌入式板卡方面有很多成功的经验，一些成功案例如：美国军方委托第三方公司开发的战地救援机器人，采用威盛嵌入式平台，可以托起1SOkg的伤员，并可温柔灵巧地将之送到救护车上或战地医院。韩国客户采用Nano-ITX板型做车载电脑系统，具有GPS及高清多媒体娱乐功能。威盛嵌入式方案中标西班牙医院数字标牌的政府采购项目，采用了定制的Linux,~作系统及软件。体现了威盛在客制化技术服务方面的优势：通过掌握自身处理器的核心技术，为客户开发基于不同操作系统的驱动和BIOS。

威盛嵌入式非常看好中国的数字标牌、POS机、视频监控、车载电脑、工控、电力、交通、医疗电子等应用领域。

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SOPC开发板的核心器件是Altera公司生产的Cyclone系列FPGA，其关键技术是在Quartus Ⅱ、SOPC Builder及Nios IDE平台上实现可配置、可剪裁系统的设计。

1　Nios Ⅱ软核处理器的特点

Nios Ⅱ系列32位RISC嵌入式处理器具有很大的灵活性，可以在多种系统设置组合中进行选择，达到性能、特性和成本目标。其具有超过200DMIP的性能。

Nios Ⅱ系列嵌入式处理器是一款采用流水线技术、单指令流的RISCCPU，广泛应用于嵌入式系统。Nios Ⅱ包括三种内核，即快速的Nios Ⅱ/f(最高性能的优化)内核、经济的NiosⅡ/e(最小逻辑占用的优化)内核以及标准的NiosⅡ/s(平衡于性能和尺寸)内核，每种内核根据不同的性能而优化。

考虑到性能和成本，通常采用Nios Ⅱ标准内核设计。Nios Ⅱ嵌入式CPU支持32位指令集、32位数据线宽度、32个通用寄存器、32个外部中断源、2GB寻址空间，包含高达256个用户自定义的CPU定制指令。其可选的片上JTAG调试模块是基于边界测试的调试逻辑，支持硬件断点、数据触发和片外片内的调试跟踪。Nios Ⅱ标准内核设计框图如图1所示。

2　SOPC技术的实现

SOPC技术是一种灵活、高效的片上系统SOc设计方案，其工作环境是Altera Quarlus Ⅱ中的SOPC Builder。与其他SOC设计相比，其优点在于可编程性，利用FPGA的可编程性进行SOC设计。通过采用SOPC Builder工具，用户可以很方便地将处理器、存储器和其他外设连接起来，组成一个完整的嵌入式系统。SOPC从内部的角度，主要包含两个部分：图形用户界面(GUI)和系统生成程序。图形用户界面内每个组件也可以提供自己的配置图形用户界面，GUI创建系统PTF文件对系统进行描述；生成程序创建针对目标器件的系统HDL描述。利用SOPC Builder创建的GUI如图2所示。

SOPC开发板设计实例

SOPC开发板选择Cyclone系列器件EPIC3，该器件基于成本优化的全铜1.5VSRAM工艺，容量为2910个逻辑单元，59904比特嵌入式RAM，支持单端I/O标准，通过LVDS标准可提供104个信道的I/O支持。利用锁相环(PLL)可设计复杂的时钟管理电路。

1　开发板的硬件设计

开发板主要包括以下几部分：4个七段共阳数码管、4个LED、2个RS232接口、1个USB接口、1个PS2接口、LCD接口(192×64)、蜂鸣器和25MHz有源晶振，下载电路包括JTAG方式和AS方式，采用EPCSl作为串行配置器件。硬件原理框图如图3所示，下载电路如图4所示。

2　Nios Ⅱ内核设计实例

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关键词：嵌入式;光机电一体化;工业控制;分布控制

1 前言

机电一体化是计算机技术、微电子技术、光电技术和机械工业技术融合成的一种新兴的综合技术，光机电一体化技术不仅极大推动了社会、经济的发展，还改变了人们对工业控制技术的传统观念。现代化的光机电一体化技术正在朝着微型化、网络化、智能化方向发展，因此，在光机电一体化设备中引入嵌入式技术正迎合了这种需求。将嵌入式控制技术引入光机电一体化设备中，将更能促进光机电一体化技术的快速发展，这是满足机械对象网络化、智能化和复杂化控制要求的需求，机器人技术、办公自动化、智能玩具和数控机床都是嵌入式光机电一体化技术的代表。本文主要对嵌入式控制技术在光机电一体化设备中的应用进行了探讨和研究。

2 传统光机电一体化技术融入嵌入式技术的必要性

传统的光机电一体化技术主要以机械工业技术和电子技术的结合为主要特征，随着经济的发展和人们对自动化控制技术要求的提高，这种技术已经无法适应现代工业对设备可靠性和性能的要求：

（1）设备结构的复杂和控制精密性逐渐提高。计算机技术、网络技术的发展以及产品性能要求的提高，光机电一体化设备的输入输出通道快速增加，使得设备结构更加复杂，进而带来很多不可测的干扰因素，因此要求控制系统进一步提高其抗干扰能力。另外，传统机电一体化设备的实时性要求较高，在一定程度上降低了产品的精密型，而现代机电设备则要求时间和空间上控制系统都能做到精确、快速的控制。这些方面只有依靠嵌入式技术才能找到很好的解决方案;（2）机电一体化设备对网络化的需求不断上升。现代化的控制设备要求控制系统具有网络化特点，即能够通过远程控制、状态报告等对控制系统进行远程监控，这样能够显著提高系统控制的实时性、安全性、智能性和便利性要求，而这一需求是无法通过传统的机电一体化系统实现的;（3）市场的竞争要求降低产品的开发周期，因此对光机电一体化设备提出了新要求。传统的光机电一体化系统中，产品的设计开发周期能够满足当时社会的需求，但是，随着经济的发展和技术的进步，现代化市场的竞争需求要求光机电一体化系统不断改进产品设计和研发方式，以适应现代化产品的要求。另外，机械系统的寿命要比软、硬件系统长，而后期维护工作都是由软件升级完成的。这就需要系统在设计初期就对系统的软件可维护性和可移植性进行考虑。

为了解决上述问题，人们将嵌入式技术融入到机电一体化技术中。具体来说，就是将嵌入式数据的设计和开发理念、相关技术和基础理论融入到机电一体化系统的设计和开发过程中，建立一个以微处理器为核心的具有高可靠性、高性能的嵌入式控制系统，这样不仅满足了被控对象的复杂性控制要求，还具有网络化、智能化的控制特点。

3 嵌入式控制技术在光机电一体化设备中的应用

和其它领域相比，机电一体化设备是嵌入式技术应用最广泛、最典型的领域，在未来的光机电一体化设备发展中具有巨大的发展前景和应用市场。

3.1 工业化机器人技术

工业化机器人的发展从一开始就和嵌入式技术密不可分。机器人技术其实是上世纪50年代提出来的一种数控技术。由于当时的控制方法比较落后，没有达到要求的芯片水平，只是一种简单的逻辑电路系统。之后很长一段时间内，由于智能控制理论和处理器技术的限制，机器人技术没有得到足够的发展。从上世纪70年代开始，智能理论的发展促进了机器人技术的研究。而最近几年来嵌入式技术的高度发展，使得以光机电一体化设备为基础的机器人技术得到前所未有的发展趋势。其中，火星探测车就是一个非常典型的例子。火星探测车价值近10亿美元，是一种高新技术密集型的先进机器人系统，能够不依靠地球的控制进行自主工作。这种机器人由于加入了嵌入式系统，可靠性较高，对完成地面的工作要求起到了非常重要的作用。

3.2 工业控制设备技术

工业控制设备是嵌入式技术应用最为广泛的一类。现在的工业控制设备中，工控机的应用最为广泛，这些工控机通常使用工业级处理器和处理设备，工控要求较高，除了需要对设备进行实时控制以外，还要将设备的状态信息显示到显示器上，这些都对工控机的硬件和软件提出了更高的要求。传统的PCI04总线系统稳定性较强，体积小，因此得到了广泛的推广，但是由于这些系统大多使用Windows系统，因此不属于纯粹的嵌入式系统。另外，工控机和设备控制器是嵌入式处理器应用最为广泛的领域，这些控制处理器占据控制器的核心位置，为控制器提供了丰富的总线接口，因而能够实现数据收集、数据处理、数据通信和数据显示的功能。

3.3 分布式控制技术

分布式控制技术是嵌入式系统应用最早，范围最为广泛的领域之一。目前，世界上已经有数十家公司涉及到分布式控制领域。在工业领域普遍使用分布式控制技术的主要原因包括如下几个方面：

（1）被控对象的种类较多，数量较大，且分布范围较广，因此需要分布式的控制技术;（2）除了生产过程控制外，还希望在管理方面实现控制的自动化。

由于嵌入式系统的小型化、专用化和嵌入式特点，使其非常适合分布式系统的应用，随着近年来分布式系统的发展，嵌入式技术在光机电一体化设备中的应用也越来越广。

4 结论

本文首先对嵌入式技术在光机电一体化技术中的相关应用和理论知识进行了分析，并对嵌入式技术在光机电一体化技术中的应用现状进行了介绍。可以预见，嵌入式技术与光机电一体化技术的融合是未来工业自动化控制领域的发展方向，因此，需要加强嵌入式技术与光机电技术的研究，为光机电一体化系统的发展和完善奠定良好的理论基础和实践基础。

参考文献：

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一、嵌入式系统简介

所谓嵌入式系统（Embedded Systems）是“嵌入式计算机系统”的简称，是相对于通用计算机系统而言的。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、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。嵌入式微处理器和设备共同组成了一个嵌入式系统的硬件部分。嵌入式微处理器是嵌入式系统的核心。嵌入式系统的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。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。

二、嵌入式系统的分类

嵌入式系统涵盖的面非常之广泛，除PC系统以外的所有用到CPU的系统都为嵌入式系统，而且嵌入式系统有大有小，大到类似于PC的系统，小到类似于电饭炉这样的微控制系统。具体分类：（1）信息家电，如机顶盒、DVD等；（2）信息终端，如手机、PDA等；（3）工业控制，如机器人，智能仪表等；（4）交通管理，如GPS,GSM模块；（5）电子商务，如公共电话卡发行系统，自动售货机等；（6）环境检测，等等。

三、嵌入式系统发展趋势

1、嵌入式应用软件的开发需要强大的开发工具和操作系统的支持。随着因特网技术的成熟、带宽的提高，ICP和ASP在网上提供的信息内容日趋丰富、应用项目多种多样，嵌入式电子设备的功能不再单一，电气结构也更为复杂。为了满足应用功能的升级，设计师们一方面采用更强大的嵌入式处理器如32位、64位RISC芯片或信号处理器DSP增强处理能力；同时还采用实时多任务编程技术和交叉开发工具技术来控制功能复杂性，简化应用程序设计、保障软件质量和缩短开发周期。

2、互联网成为必然趋势。为适应嵌入式分布处理结构和应用上网需求，面向21世纪的嵌入式系统要求配备标准的一种或多种网络通信接口。针对外部联网要求，嵌入设备必需配有通信接口,相应需要TCP/IP协议簇软件支持；由于家用电器相互关联（如防盗报警、灯光能源控制、影视设备和信息终端交换信息）及实验现场仪器的协调工作等要求，新一代嵌入式设备还需具备IEEE1394、USB、CAN、Bluetooth或IrDA通信接口，同时也需要提供相应的通信组网协议软件和物理层驱动软件。为了支持应用软件的特定编程模式，如Web或无线Web编程模式，还需要相应的浏览器，如HTML、WML等。

3、支持小型电子设备实现小尺寸、微功耗和低成本。为满足这种特性，要求嵌入式产品设计者相应降低处理器的性能，限制内存容量和复用接口芯片。这就相应提高了对嵌入式软件设计技术要求。如，选用最佳的编程模型和不断改进算法，采用Java编程模式，优化编译器性能。因此，既要软件人员有丰富经验，更需要发展先进嵌入式软件技术，如Java、Web和WAP等。

4、提供精巧的多媒体人机界面。嵌入式设备之所以为亿万用户乐于接受，重要因素之一是它们与使用者之间的亲和力，自然的人机交互界面，如司机操纵高度自动化的汽车主要还是通过习惯的方向盘、脚踏板和操纵杆。人们与信息终端交互要求以GUI屏幕为中心的多媒体界面。手写文字输入、语音拨号上网、收发电子邮件以及彩色图形、图像已取得初步成效。目前一些先进的PDA在显示屏幕上已实现汉字写入、短消息语音，但离掌式语言同声翻译还有很大距离。

总之，中国的单片机应用和嵌入式系统开发走过了15年的历程，但大多仍处于是以3-5个人为小组的封闭方式开发为主。今天面对的嵌入式系统工业化的潮流，如果我们不能认识到嵌入式软件必须以工业化的方式生产开发，不理解在短时间内装配集成“数百人年”嵌入式产品软件库固化于芯片之中的方法，那么我们将失去更多“上游”产品的市场机遇；反之在我国大力推动和建设“嵌入式软件工厂”，使我国的嵌入式软件库（零件）产品化并溶入国际市场，对加速知识创新和建立面向21世纪的知识经济具有战略意义。

参考文献：

1、马忠梅,李善平,康慨等.ARM & Linux嵌入式系统教程.北京:北京航天航空大学出版社,2004.

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近年来，嵌入式技术在工业控制、通信设备、医疗仪器及航空航天等领域中的应用越来越广泛，新兴的物联网技术、智能家居等都以嵌入式系统为基础，在这样的背景下，市场对嵌入式人才的需求越来越重视。但就目前来看，当前高校计算机专业关于嵌入式技术方面的教学还存在一定问题，往往过于注重软件方面的程序开发，忽略了硬件嵌入式技术的研究和教学。

在这样的背景下，本文以CDIO功课教学模式为基础，探讨了计算机硬件嵌入式技术的发展方向和人才培养内容与方法，旨在为相关研究与实践提供参考。

一、CDIO模式概述

CDIO模式属于一种工程教育模式，是国家工程教育改革的一项突破性成果，由麻省理工学院等四所大学组成的研究团队历时四年研究获得。CDIO模式代表构思、设计、实现及运作四个过程，以产品整个生命周期为载体，让学生对产品研发到产品运行各个阶段进行学习，实践性较强。

CDIO理念继承了欧美先进工程教育改革观念，创新性的提出了可操作性的教学标准，对于提升功课教学质量有着重要的意义，代表了当代工程教育的发展方向和趋势[1]。

就我国来看，工科教育体系需要积极培养出与世界接轨的工程师，但我国工科教育实践还存在着诸多问题，过于注重理论和轻视实践，过于注重学习而忽略创新，在这样的背景下，应当积极学习并应用CDIO工程教育模式。

二、基于CDIO理念分析计算机硬件课程存在的问题

CDIO的核心为构思、设计、实现及运作，强调实践性和创新性，基于这一理念，分析我国计算机课程中存在的主要问题。

2.1缺乏设计能力培养

近年来计算机技术发展较快，应用越来越广泛，使得计算机系统复杂度提升，传统软硬件相隔离的设计方式已经难以满足现代计算机系统要求。计算机系统平台搭建、软硬件协同设计等成为主流设计思想，但当前计算机硬件技术相关课程缺乏对学生这种先进设计能力的有效培养。

2.2缺乏可编程芯片设计能力培养

我国工科高校开设计算机硬件课程很少涉及到关于芯片编程的实验课程，仅有的实验安排在大肆，但受到教育体制的影响，许多学生毕业设计不涉及到芯片编程就不会认真学习，这就大大弱化了对学生可编程芯片设计能力的培养。

2.3缺乏创新能力培养

收到实验条件等因素的影响，现有计算机硬件实验大多针对的是纯硬件逻辑，缺乏横向功能拓展和纵向功能延伸，给予学生的创新空间较少，学生在现有条件下难以完成综合性和创新性的设计。

三、嵌入式技g发展现状

嵌入式系统是一种专用的计算机系统，其以计算机技术为基础，以具体应用为核心，软硬件可进行裁剪来满足应用系统的相关要求，例如功能要求、稳定性要求、功耗要求、成本要求及体积大小要求等[2]。嵌入式系统的应用能够实现计算机技术、电子技术与各行各业应用的有效结合，其应用前景广泛。

嵌入式技术的快速发展和应用使得计算机分类模式发生了改变，从传统的按体积进行分来变化为通用型和嵌入型两类，涉及到的领域十分广泛，例如医疗领域、航天航空领域、军事领域、工业控制领域及金融领域中都能够看到嵌入式系统的身影。嵌入式系统中软硬件结合，要想从事此项工作，需要具备较高的计算机技能水平，具体来说如下：

一方面，是电子工程、通信工程等硬件专业方面的人才，这些人才以硬件设计和开发为主，开发硬件驱动程序，对硬件原理掌握较为清楚，但这些人才对复杂的软件系统往往能力较差，例如复杂应用软件、嵌入式操作系统的程序设计等。

另一方面，是偏软件专业的人才，这些人才在软件开发和嵌入式系统开发上造诣较高，且如果软件方面人才掌握了相关硬件原理，完全可以自主开发硬件驱动程序，硬件设计完成后则需要依赖于软件实现系统功能。但就目前来看，许多企业将硬件设计部分外包，硬件设计能力较弱，对硬件有所忽视，这就造成市场上对硬件嵌入式技术方面的人才短缺。

四、基于CDIO模式计算机硬件嵌入式技术发展方向

4.1无线网络技术

近年来，移动设备发展快速，无线网络也随之发展起来，人们对无线网的需求也越来越大，而软件系统是否能够支持无线网络也成为了嵌入式系统发展的关键所在[3]。因此，在今后的一段时期内，无线网络应用将成为嵌入式技术的重要发展方向，就目前来看，WIFI、蓝牙技术及无线传输技术等的应用越来越成熟，但需要注意的是，这些技术有着一定的局限性，其传输距离大多较近，这就需要在未来研发的过程中着重解决远距离传输的问题，例如3G协议栈的开发等。

4.2网络互连技术

在嵌入式系统不断发展和应用的背景下，各种互联网接口受到关注，传统的单片机难以满足对互联网接口的要求，从而催生了各种新型的嵌入式系统，例如微型处理器，从互联网接口方面来看，嵌入式处理器能够支持TCP/IP、USB、CAN、IEE1394等多种通信接口，一些先进的嵌入式处理器甚至能够同时支持几种接口，但同时也需要一些硬件驱动程序，只有这样才能够实现轻松上网，打破众多用户上网的时空限制。

4.3人工智能技术

归根结底，嵌入式技术的应用就是满足人类相关的应用服务，人工智能化的发展和使用则能够提升嵌入式技术的服务水平，将人工智能技术与嵌入式系统或产品相结合，实现人机交互，扩展嵌入式系统的服务应用范围。就目前来看，人工智能技术与嵌入式系统的结合在医疗卫生领域应用较为成熟，能够降低手术病人受到的伤害[4]。

而随着技术的发展和社会的进步，人工智能技术的应用范围将会得到进一步拓展，例如自动控压装置、自动控温装置等智能化仪表的应用越来越多，这都会促进人工智能技术的进一步发展。

五、基于CDIO模式的计算机硬件嵌入式技术人才培养

计算机硬件嵌入式技术课程的学习是一个系统性、长期性的过程，需要循序渐进，不仅涉及到原油的硬件课程，还涉及到后续嵌入式技术理论知识和嵌入式设计开发等。本文结合CDIO工程教育模式和理念，探讨计算机硬件嵌入式技术的人才培养方向和方法，具体来说如下。

5.1学习嵌入式系统基本知识

CDIO工程教育模式强调对构思、设计、实现及运作等产品整个生命周期的研究和学习，而对于嵌入式系统来说，其构思、设计、实现及运作都离不开嵌入式系统的基本知识，因此，在计算机硬件嵌入式技术人才培养过程中，嵌入式基本知识的学校至关重要。

嵌入式系统大体可以分为三类，其一为传统的实时多任务系统，即RTOS系统，主要包括Vxworks操作系统、Tornado开发平台等；其二为嵌入式Linux操作系统，其不仅可以作为服务器的操作系统，在嵌入式领域也有着良好的应用前景，系统免费，支持的软件众多，这会大大降低嵌入式产品的开发成本；其三为Windows CE嵌入式操作系统，如Microsoft等，其进入嵌入式市场前景良好，Windows CE嵌入式操作系统虽然于近几年才被研发出来，但却能够迅速抢占市场，尤其对于智能手机、显示仪表等对界面要求较高，Windows CE嵌入式操作系统的应用有着良好的效果。通过对嵌入式系统这些基础知识的学习，能够让学生全面掌握嵌入式软件整体开发环境情况和开发平台，形成对系统开发理性、直观的认识[5]。

5.2 ARM技术及嵌入式微处理器

当前嵌入式处理器种类较多，例如ARM处理器、MIPS处理器及PowerPC处理器等，其中应用最为广泛的处理器当属ARM，ARM有着四个通用处理器系列，不同系列能够提供的性能有所差异，但基本覆盖了大多应用领域，有效满足了不同应用领域的应用需求。以SecurCore系列为例，其专门应用于对安全等级要求较高的场合。因此，应当让学生积极学习ARM技术及相关嵌入式微处理器结构，为后续产品设计研发实践奠定基础。

5.3指令系统与硬件电路设计

一般来说，ARM微处理器有两种工作状态，且其能够在两种工作状态之间随时切换，第一种工作状态为ARM状态，在这种工作状态下，处理器执行的ARM指令为32位字对齐指令[6]；第二种工作状态为Thumb状态，在这种工作状态下，处理器执行的是Thumb指令，属于16位半字对齐指令。两种状态下指令有着一定的关系，即Thumb指令集合为ARM指令集合的功能子集，但相较于等价ARM代码来说，其能够有效节省存储空间，节省比例能够达到30%-40%之间。

对于嵌入式技术来说，其软硬件可以裁剪，因此应当做好硬件电路设计工作，通过有效的硬件电路设计来获取最优硬件组合，提升嵌入式系统的硬件性能。

除了上述提到的说那个方面之外，数字电路、数据结构算法及汇编语言和编程语言等也较为重要，需要在计算机硬件嵌入式技术人才培养中有所侧重。

六、结论

综上所述，在计算机领域，嵌入式系统的应用越来越广泛，计算机硬件嵌入式技术越来越受到关注，计算机嵌入式技术人才的培养应当以CDIO模式为指导，以市场需求为导向，以嵌入式技术发展趋势为依据，合理选择教学内容，培养先进的计算机硬件嵌入式技术人才。

参 考 文 献

[1]苏英.基于CDIO的微机原理与接口技术教学研究[J].中国管理信息化，2016（10）：218-219.

[2]杨伟力 李伟民 杨盛毅.基于CDIO理念的嵌入式系统课程改革实践[J].科教导刊（上旬刊），2016（06）：56-57.

[3]徐武雄.基于CDIO的地方高校嵌入式系统仿真实验室建设研究[J].中国电力教育，2012（19）：98-99.

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1引言

在现今计算机技术、微电子技术不断发展的情况下，嵌入式芯片技术得到了越来越广泛的应用。近年来，嵌入式芯片已经成为了机械控制发展中的一项重点内容，在汽车ABS、可视电话以及ATM等方面获得了较为广泛的应用。

2嵌入式芯片优点

在现今通信以及工业发展中，嵌入式芯片的功能逐渐增强，且在重要性方面也获得了更多的重视，其具有的优点有：第一，结构可以扩展，能够以较为迅速的方式在不同设备当中进行应用，以车辆导航为例，正是因为其自身结构的可扩展性，则能够在导航中随时获得车主的位置，具有十分迅速、便利的特征；第二，多任务能力，在多任务能力的保障下，嵌入式控制芯片能够同时对安全防火、防盗系统以及自动抄表等功能进行实现。正是由于该种功能的支持，则能够对以往需要人工进行的抄表等任务进行替代，在具有安全特征的同时也获得了更高的工作准确性。

3在机械控制系统中的应用

同其他设备类型相比来说，数控设备是目前嵌入式芯片应用较为广泛的设备类型。在数控设备中，嵌入式控制器所使用的处理器为S3C43B0，芯片内核为64位的结构处理器。对于该种处理器而言，具有较低的功耗，一般情况下，非常适合应用在对于生产成本要求较高、且敏感程度较高的产品设计当中。在数控企业中，所具有的数控设备数量较多，且在生产中相互间具有数量较大的通信，对此，数控机控制系统则对分布式系统控制方案进行了设计，而在该种情况下，PC则在方案中具有着十分重要的意义。同时，对于这部分对嵌入式控制技术进行应用的设备来说，其在以以太网为协议的基础上对远程诊断以及监视等功能进行了实现，在同互联网接入的同时获得了较大的网络技术支持。数控设备中，实现线速度的同步是对加工质量进行提升的关键内容。一般情况下，设备需要在控制芯片中的控制器对控制算法进行实现。对于数控设备而言，由于其所应用的处理器为64位，对此，则能够在嵌入式控制器中对该项功能进行完成，且能够在变频器通信以及芯片监测方面进行应用，以此对工作负担进行了较大的降低。同时，该类型处理器在转移性方面也具有较好的表现，能够挂在总线上作为功能模块进行应用。

4技术发展要求

4.1信息化与网络化

在现今带宽以及互联网技术不断提升的情况下，以往功能较为单一的机械设备在功能上也具有着更为多样化的特点，且结构也向着复杂的方向发展。在该种情况下，就需要芯片制造商能够在芯片上对更多的功能进行集成，软件方面，则需要通过交叉开发以及多任务编程技术的应用对功能的复杂性进行控制，在对程序设计进行简化的同时实现软件质量的保证。目前，Intel已经多能够对更多功能的芯片进行了推出，能够对具有较多功能的升级进行满足。同时，在该产品中，也对南桥、北桥以及处理器进行了集成，能够为客户带来更好的组合空间。

4.2网络互联

在互联网技术飞速发展的情况下，未来嵌入式芯片为了对互联网发展的需求进行满足，就需要在硬件上对不同网络的通信端口进行提供。对于以往的单片机而言，其不能够对网络提供给支持，而在新一代嵌入式处理器中，则已经对网络接口进行了集成，不仅能够对基础的TCP/IP协议进行集成，且能够对USB、IrDA以及CAN等功能进行支持，且在支持更多功能的同时需要对物理层驱动软件以及通信组网协议进行提供。软件方面，该芯片系统也对网络模块提供了支持，其通过在设备上Web浏览器的嵌入对不同类型设备的上网需求进行了较好的实现。

4.3精简系统内核

在嵌入式控制芯片的发展过程中，其软硬件在未来将获得更为紧密的结合。为了对生产成本进行降低、减小功耗，则需要设计人员能够对系统内核进行尽可能的精简，在对支持系统功能软硬件进行保留的基础上保证能够在最低资源的情况下对功能进行实现。对于该种情况，就需要设计人员能够对自身的算法进行不断的改进，在对最佳编程模型进行应用的同时对编译器的性能进行不断的更新以及优化。同时，该种情况对于软件开发人员也具有了较高的要求，不仅需要保证其能够具有较为丰富的知识，还需要能够对嵌入式控制芯片技术方面的知识进行掌握，以此在对生产成本以及功耗不断降低的同时对产品的竞争能力进行提升。

4.4增强融合

随着技术的发展，嵌入式控制芯片的种类也变得较为多样。而该种多样性的存在，也会因此使研发人员感觉到存在一定的不方便。如果在OS2系统上对相应的应用程序进行开发，而现在想在OS3上进行应用，则需要先对其进行一定的移植。为了在今后发展的过程中对该种情况进行避免，则需要逐渐向着融合的方向发展，即建立起一个能够对所有应用程序进行融合的系统，通过融合性的提升增强芯片的应用性。

4.5丰富工具

在嵌入式控制芯片开发的过程中，同操作系统以及开发工具间的支持是离不开的。随着带宽技术以及网络技术的发展，网络信息内容也向着更为丰富的方向发展，且在项目上也具有着更为多样化的表现。在此种情况下，为了能够对嵌入式控制芯片的应用需求进行满足，设计人员不仅需要对具有更强功能的嵌入式处理器进行应用，还需要通过交叉开发以及多任务编程技术的应用对系统功能的复杂性进行控制，以此在对应用程序进行设计的同时缩短软件的开发周期。

5结束语

随着技术的发展，嵌入式控制芯片已经在很多领域中得到了广泛的应用。在上文中，我们对基于嵌入式控制芯片在机械控制系统的应用进行了一定的研究，具有较好的应用价值。

参考文献：

[1]王剑平,张云生,张果,张晶.嵌入式控制状态转移的确定性实时语义[J].控制与决策.2014(01)：83-88.