嵌入式組態(tài)軟件系統(tǒng)的研究
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嵌入式系統(tǒng)是指用于執(zhí)行獨(dú)立功能的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它由微電子芯片（包括微處理器、定時(shí)器、序列發(fā)生器、控制器、存儲(chǔ)器、傳感器等一系列微電子芯片與器件）和嵌入在ROM、RAM和／FLASH存儲(chǔ)器中的微型操作系統(tǒng)、控制與應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)來(lái)實(shí)現(xiàn)各種自動(dòng)化處理任務(wù)的電子設(shè)備或裝置。
嵌入式系統(tǒng)的主要作用是實(shí)時(shí)控制、監(jiān)視、管理移動(dòng)計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)處理等，或者輔助其它設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)，完成各種自動(dòng)化處理的任務(wù)。
嵌入式系統(tǒng)以應(yīng)用為中心，以半導(dǎo)體技術(shù)、控制技術(shù)計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)為基礎(chǔ)，強(qiáng)調(diào)硬件軟件的協(xié)同性與整合性，軟件與硬件可剪裁，以滿足系統(tǒng)對(duì)功能、成本、體積和功耗等要求。
最簡(jiǎn)單的嵌入式系統(tǒng)僅有執(zhí)行單一功能的控制能力。在唯一的ROM中僅有實(shí)現(xiàn)單一功能的控制程序,無(wú)微型操作系統(tǒng)。復(fù)雜的嵌入式系統(tǒng)，例如個(gè)人數(shù)字助理（PDA）、手持電腦（HPC）等，具有與PC機(jī)幾乎一樣的功能，實(shí)質(zhì)上與PC的區(qū)別僅僅是將微型操作系統(tǒng)與應(yīng)用軟件嵌入在ROM、RAM與FALSH存儲(chǔ)器中，而不是存儲(chǔ)于磁盤等載體中。很多復(fù)雜的嵌入式系統(tǒng)又是由若干個(gè)小型嵌入式系統(tǒng)集成的。
隨著后PC時(shí)代的到來(lái)，在工業(yè)及其他相關(guān)領(lǐng)域的
這里給出不同行業(yè)的一些應(yīng)用舉例：
l、 制造及過(guò)程控制：人機(jī)操作面板、控制機(jī)床、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、測(cè)試設(shè)備、環(huán)境監(jiān)測(cè)、輸配電設(shè)備、煉油廠設(shè)備、遠(yuǎn)程無(wú)人采集監(jiān)控站。
2、 醫(yī)療衛(wèi)生設(shè)備：X光機(jī)、CT、醫(yī)政管理系統(tǒng)、病房監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；
3、樓宇自控及商業(yè)零售網(wǎng)點(diǎn)、商業(yè)POS、保安監(jiān)控設(shè)備；
4、 辦公設(shè)備及信息家電、機(jī)頂盒、手機(jī)嵌入系統(tǒng)、程控電話；
5、 網(wǎng)絡(luò)化可組態(tài)設(shè)備
歸納起來(lái)，我們可以給出嵌入式組態(tài)軟件在工業(yè)過(guò)程中的應(yīng)用模式。其中應(yīng)用軟件的HMI組件，基于Windows NT ，可以通過(guò)該平臺(tái)上的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)獲得現(xiàn)場(chǎng)控制器的操作及監(jiān)視數(shù)據(jù)，當(dāng)然還有一些其他的HMI擴(kuò)展組件以完成特定功能（如趨勢(shì)、報(bào)表及歷史記錄等）。而位于嵌入式系統(tǒng)的Internet組件可將所設(shè)計(jì)的HMI界面通過(guò)其內(nèi)嵌的Web服務(wù)程序發(fā)布至Internet以供操作人員通過(guò)瀏覽器進(jìn)行監(jiān)控，而邏輯和流程控制組件基于現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的帶有實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的控制器，利用IEC61131-3完成嵌入式控制功能。
一般來(lái)講嵌入式工業(yè)自動(dòng)化組態(tài)軟件是一種用于嵌入式系統(tǒng)并帶有網(wǎng)絡(luò)功能（包括Internet服務(wù)功能）的嵌入式應(yīng)用軟件，嵌入式系統(tǒng)是指可嵌入至某一設(shè)備、產(chǎn)品并可連接至網(wǎng)絡(luò)的帶有智能（即微處理器或微控制器）的設(shè)備。嵌入式組態(tài)軟件分開(kāi)發(fā)系統(tǒng)和運(yùn)行系統(tǒng)。嵌入式組態(tài)軟件的開(kāi)發(fā)環(huán)境一般運(yùn)行于具有良好人機(jī)界面的Windows 操作系統(tǒng)上，而運(yùn)行環(huán)境可基于多種嵌入式操作系統(tǒng)如Windows CE， DeltaOS，NT Embedded及LINUX和Dos之上，甚至直接支持特定CPU，嵌入式自動(dòng)化組態(tài)軟件的運(yùn)行系統(tǒng)大多為組件式可伸縮配置結(jié)構(gòu)，一般包括：人機(jī)界面HMI組件（包括歷史數(shù)據(jù)瀏覽、報(bào)表及趨勢(shì)圖等可選模塊）、歷史數(shù)據(jù)記錄組件、網(wǎng)絡(luò)通訊組件、Internet組件、Control 邏輯和流程控制組件及實(shí)時(shí)內(nèi)核。
北京昆侖通態(tài)公司即將推出的嵌入式組態(tài)軟件包（Mcgs For Embedded）包括組態(tài)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境兩大部分。組態(tài)環(huán)境運(yùn)行于具備良好人機(jī)界面的Windows操作系統(tǒng)上，具備與北京昆侖通態(tài)公司已經(jīng)推出的通用版本組態(tài)軟件和WWW版本組態(tài)軟件相同的組態(tài)環(huán)境界面，有效幫助用戶建造從嵌入式設(shè)備，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控工作站到企業(yè)生產(chǎn)監(jiān)控信息網(wǎng)在內(nèi)的完整解決方案；并有助于用戶開(kāi)發(fā)的項(xiàng)目在這三個(gè)層次上的平滑遷移。
這個(gè)嵌入式組態(tài)軟件包的組態(tài)環(huán)境包括：
1. 工程管理器（包括項(xiàng)目、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、設(shè)備等的管理）。
2. 畫面組態(tài)，包括趨勢(shì)圖，報(bào)警和報(bào)表。
3. 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和歷史數(shù)據(jù)庫(kù)的組態(tài)。
4. 編譯下載系統(tǒng)，組態(tài)安全系統(tǒng)。
5. 作為嵌入式組態(tài)核心的控制系統(tǒng)組態(tài)包括以下部分：
l 軟邏輯組態(tài)，實(shí)現(xiàn)邏輯控制功能的軟PLC系統(tǒng)。
l 連續(xù)過(guò)程組態(tài)及配置，實(shí)現(xiàn)流程控制的流程圖系統(tǒng)。
l 調(diào)試工具，允許在線監(jiān)視各個(gè)內(nèi)部變量的值，監(jiān)控流程執(zhí)行順序，允許重新設(shè)置和啟動(dòng)流程運(yùn)行。
l 仿真運(yùn)行工具，在開(kāi)發(fā)環(huán)境中，仿真運(yùn)行控制流程，離線測(cè)試控制效果。
這個(gè)嵌入式組態(tài)軟件包的運(yùn)行環(huán)境包含了一個(gè)嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，可以運(yùn)行于低端硬件平臺(tái)，典型的應(yīng)用平臺(tái)如下：
l 24MHz I
ntel386EX 高性能32 位微處理器。
l 2M 字節(jié)系統(tǒng)RAM 包括支持DOS 的640KB 基本存儲(chǔ)器及相應(yīng)的高端存儲(chǔ)器。
l 512K 字節(jié)Flash 存儲(chǔ)器。
l 10BASE-T 以太網(wǎng)控制接口NE2000 兼容。
l 一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)RS232C 串口。
l 可以連接字符或點(diǎn)陣LCD 接口也可支持?jǐn)?shù)字LED 接口。
l 可連接擴(kuò)展小鍵盤。
l 可以連接液晶屏或顯示器。
l 可直接支持M-System 公司的DiskOnChip 2000 系列芯片。
l 供電電壓5V，工作電流330mA
對(duì)于更高的性能需求，可以使用更高的CPU，更大的內(nèi)存，并擴(kuò)充串口或總線采集設(shè)備等等。
運(yùn)行于運(yùn)行環(huán)境中的，是由組態(tài)環(huán)境組態(tài)出來(lái)的控制流程和業(yè)務(wù)邏輯。整個(gè)運(yùn)行系統(tǒng)由任務(wù)（task）來(lái)組織。每個(gè)任務(wù)包括一個(gè)控制流程，由控制流程執(zhí)行器執(zhí)行。任務(wù)可以由事件或中斷，定時(shí)時(shí)間間隔，系統(tǒng)出錯(cuò)或報(bào)警，以及上位機(jī)指令來(lái)調(diào)用。運(yùn)行環(huán)境的特殊狀態(tài)（例如：?jiǎn)?dòng)，關(guān)閉）都有相應(yīng)的事件對(duì)應(yīng)。每個(gè)任務(wù)有優(yōu)先級(jí)設(shè)置，高優(yōu)先的任務(wù)能
夠中斷低級(jí)優(yōu)先任務(wù)
除了控制流程，運(yùn)行環(huán)境中還包括以下一些系統(tǒng)服務(wù)。
l 通訊服務(wù)，實(shí)現(xiàn)MCGS系統(tǒng)之間以及與其他系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換。
l 存盤服務(wù)，實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)處理操作。
l 日志服務(wù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行日志記錄功能。
l 調(diào)試服務(wù)，輔助實(shí)現(xiàn)開(kāi)發(fā)過(guò)程中的調(diào)試功能。
由于嵌入式組態(tài)軟件交叉平臺(tái)開(kāi)發(fā)的特性，以及其特殊的實(shí)時(shí)性能和穩(wěn)定性能要求，在整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，調(diào)試工具起了一個(gè)非常重要的作用，可以說(shuō)，調(diào)試工具的簡(jiǎn)便易用，功能強(qiáng)大是嵌入式組態(tài)軟件被用戶接受的核心因素之一。MCGS嵌入式組態(tài)軟件提供了如下的調(diào)試功能。
1）、帶有斷點(diǎn)設(shè)置功能?？梢赃x擇任意任務(wù)中，在控制流程執(zhí)行的任意位置停止。
2）、監(jiān)控運(yùn)行系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。通過(guò)串口或TCP/IP網(wǎng)絡(luò)通訊，采集運(yùn)行系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)各個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象的數(shù)值，并在上位機(jī)的調(diào)試環(huán)境中顯示出來(lái)。
3）、在線修改。在線情況下，修改部分組態(tài)結(jié)果或參數(shù)，運(yùn)行環(huán)境可以接受組態(tài)環(huán)境的命令，在任意時(shí)刻停止運(yùn)行，重新下載組態(tài)結(jié)果或更新部分組態(tài)結(jié)果，重新開(kāi)始運(yùn)行。
4）、運(yùn)行系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)對(duì)象數(shù)值的觀測(cè)和強(qiáng)制改變，以方便系統(tǒng)的調(diào)試。
5）、仿真運(yùn)行。允許在離線狀態(tài)下（不連接嵌入式系統(tǒng)），測(cè)試控制邏輯。仿真狀態(tài)下，允許如下操作：可設(shè)置斷點(diǎn)；直觀顯示各個(gè)流程執(zhí)行狀態(tài)，各個(gè)變量當(dāng)前數(shù)值；仿真I/O結(jié)果；輸入通過(guò)直接點(diǎn)擊對(duì)應(yīng)的輸入點(diǎn)的狀態(tài)燈來(lái)實(shí)現(xiàn)，數(shù)字量輸入允許直接改變模擬量，彈出電位器或數(shù)字輸入界面，模擬量和計(jì)數(shù)計(jì)時(shí)的值允許由數(shù)字直接輸出。
同時(shí)，由于嵌入式組態(tài)軟件按功能剪裁的特性，以及其內(nèi)嵌的實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，可以在保證整個(gè)嵌入系統(tǒng)小體積，低成本，高實(shí)時(shí)性，高可靠性的同時(shí)，方便不具備嵌入式軟件開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)的用戶在極短的時(shí)間內(nèi)，使用嵌入式組態(tài)軟件快速開(kāi)發(fā)完成一個(gè)嵌入式系統(tǒng)，并極大縮短嵌入式產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)的速度。
評(píng)論