１引言
嵌入式系统（ｅｍｂｅｄｄｅｄｓｙｓｔｅｍ）是嵌入式计算系统（ｅｍｂｅｄｄｅｄｃｏｍｐｕｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍ）的简称。随着微处理器（ＭＰＵ）的发展，将其作为一个部件的嵌入式计算系统已作为一个新兴学科出现［１］。 嵌入式系统的核心是微处理器，包括８／１６／３２位。基于８位ＩＰ核的微控制器（ＭＣＵ）在我国称之为单片机，其中，ＭＣＳ－５１作为一款优秀的微控制器，自１９８０年始到２０世纪末对嵌入式系统理论的发展及实际应用起到重大推动作用［２］。９０年代后期，后ＰＣ时代特征开始出现，主要表现在多媒体、嵌入式Ｉｎｔｅｒｎｅｔ、复杂在线计算和无线通信等先进技术开始融入嵌入式系统。特别是，近年来与人们生活密切相关的信息电器（ＩＡ）等个性化消费类电子产品的快速涌现，使１６／３２位ＲＩＳＣ架构微处理器／微控制器得以大量应用［３］。目前所谓的嵌入式系统，主要是指这类以１６／３２位（特别是后者）ＲＩＳＣ架构的微处理器／微控制器组成的嵌入式系统，以区别于早期的８位微控制器构成的系统。
嵌入式系统主要分为：单硅片级（ｓｉｎｇｌｅｓｉｌｉｃｏｎ）、单板级（ＳｉｎｇｌｅＢｏａｒｄ）和多板级（ｍｕｌｔｉｂｏａｒｄ）。单硅片级多为基于定制ＡＳＩＣ的ＳｏＣ（ｓｙｓｔｅｍｏｎｃｈｉｐ）或基于半定制ＦＰＧＡ的ＳｏＰＣ（ｓｙｓｔｅｍｏｎｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇｃｈｉｐ）
，属于专用芯片系统；单板级为基于３２位ＲＩＳＣ架构的ＭＣＵ、ＭＰＵ、ＤＳＰ，属于通用芯片系统；多板级为基于×８６ＭＰＵ等的微型板卡系统，如ＰＣ－１０４，亦属于通用芯片系统。
随着３２位嵌入式系统的出现，特别是系统功能要求的多样化、复杂化和产品快速上市需求，使嵌入式系统设计方法学面临新的挑战。目前，国际上用于嵌入式系统设计的方法多为：自顶向下设计（ｔｏｐ－ｄｏｗｎｄｅｓｉｇｎ）和软硬件协同设计（ＳＷ／ＨＷｃｏ－ｄｅｓｉｇｎ）［４，５］。本文在此基础上，提出基于平台（ｐｌａｔｆｏｒｍ）和中间件（ｍｉｄｄｌｅｗａｒｅ）技术的软硬件协同设计方法。结合所从事的具体研究阐述其方法，并给出一些有借鉴性的结论。 ２嵌入式系统软硬件协同设计
由于嵌入式系统面临技术上的复杂性和开发时间上的严格约束，设计方法已成为影响系统最终成本、性能、功能、可制造性以及研制周期的关键因素。对于嵌入式系统，要达到成本、体积、功耗、性能等方面的严格要求，主要依靠好的硬件设计方法；而要在有限的研制周期内达到预期的功能和可靠性要求，则主要依靠好的软件设计方法。在满足设计规范（ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ）的前题下，兼顾软硬件的特点，进而实现优化的协同设计是问 基于平台和中间件的嵌入式系统软硬件协同设计
白瑞林吴广霖吉峰
（江南大学控制科学与工程研究中心，江苏无锡２１４０１２）
摘要提出了一种基于平台和软件中间件技术的嵌入式系统软硬件协同设计方法。通过显微图像嵌入式Ｉｎｔｅｒｎｅｔ技术的具体研究，比较详细地分析了嵌入式系统软硬件协同设计方法，并给出设计流程。通过软／硬件平台的设计，以及ＴＣＰ／ＩＰ协议栈等中间件的具体开发，实现了一个实用的嵌入式系统，并给出实验测试结论。研究结果表明：该方法有利于复杂系统的层次化分解、软件复用，以及软硬件优化，同时，可提高系统的可靠性。是一种有效的嵌入式系统设计方法。
关键词嵌入式系统软硬件协同设计平台中间件实时操作系统
文章编号１００２－８３３１－（２００５）３４－０１０４－０４文献标识码Ａ中图分类号ＴＰ３
红外与毫米波学报Ｓｏｆｔｗａｒｅ／ＨａｒｄｗａｒｅＣｏ－ＤｅｓｉｇｎｏｆＥｍｂｅｄｄｅｄＳｙｓｔｅｍ
ＢａｓｅｄｏｎＰｌａｔｆｏｒｍａｎｄＭｉｄｄｌｅＷａｒｅ
ＢａｉＲｕｉｌｉｎＷｕＧｕａｎｇｌｉｎＪｉＦｅｎｇ
（ＣｏｎｔｒｏｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒ，ＳｏｕｔｈｅｒｎＹａｎｇｔｚｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｘｉ，Ｊｉａｎｇｓｕ２１４０１２）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｏｐｏｓｅｓａｍｅｔｈｏｄｆｏｒｓｏｆｔｗａｒｅ／ｈａｒｄｗａｒｅｃｏ－ｄｅｓｉｇｎｏｆｅｍｂｅｄｄｅｄｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｕｐｏｎｐｌａｔｆｏｒｍａｎｄｍｉｄｄｌｅｗａｒｅ．ＴｈｉｓｍｅｔｈｏｄｉｓｆｕｌｌｙａｎａｌｙｚｅｄｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｓｔｕｄｙｕｐｏｎｍｉｃｒｏｇｒａｐｈＩｎｔｅｒｎｅｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｗｉｔｈｔｈｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎｏｆａｄｅｓｉｇｎｆｌｏｗ．Ａｐｒａｃｔｉｃａｌｅｍｂｅｄｄｅｄｓｙｓｔｅｍａｎｄｔｈｅｒｅｓｕｌｔｏｆｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄａｎｄｇｉｖｅｎｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｓｏｆｔｗａｒｅ／ｈａｒｄｗａｒｅｐｌａｔｆｏｒｍａｎｄｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｈｅｍｉｄｄｌｅｗａｒｅｓ，ｓｕｃｈａｓＴＣＰ／ＩＰｐｒｏｔｏｃｏｌｃｌｕｓｔｅｒ．Ｔｈｅｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｉｎｄｉｃａｔｅｓｔｈａｔｔｈｅｍｅｔｈｏｄｉｓｆａｖｏｒａｂｌｅｆｏｒｈｉｅｒａｒｃｈｙｏｆｃｏｍｐｌｅｘｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅｒｅｕｓｅｏｆｍｉｄｄｌｅｗａｒｅ，ａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｓｏｆｔｗａｒｅａｎｄｈａｒｄｗａｒｅ．Ａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅ，ｉｔｐｏｓｓｅｓｓｅｓｔｈｅａｂｉｌｉｔｙｔｏｅｎｈａｎｃｅｔｈｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｓｙｓｔｅｍ．Ｉｔｉｓａｖｅｒｙｅｆｆｅｃｔｉｖｅｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄｆｏｒｅｍｂｅｄｄｅｄｓｙｓｔｅｍ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｍｂｅｄｄｅｄｓｙｓｔｅｍ，ＳＷ／ＨＷｃｏ－ｄｅｓｉｇｎ，ｐｌａｔｆｏｒｍ，ｍｉｄｄｌｅｗａｒｅ，ＲＴＯＳ
基金项目：江南大学基础研究基金项目（编号：２００２０８）
作者简介：白瑞林（１９５５－），男，教授，主要从事智能控制与嵌入式系统研究。吴广霖（１９７７－），男，研究生，研究方向为嵌入式系统研究。吉峰（１９８１－），男，研究生，研究方向为嵌入式系统研究。
用户需求
应用系统规范（软／硬／件统一描述）
软／硬件划分及其分层
软／硬件划分性能评估
构建硬件平台及测试接口设计构建软件平台及测试知网
系统集成
测试及验证
原型样机
１６ＭＮＡＮＤ
ＦＬＡＳＨ
以太网接口
ＲＴＬ８０１９ＡＳ
４ＭＳＤＲＡＭ
２ＭＮＯＲ
ＦＬＡＳＨ载荷系数
３２位ＲＩＳＣ架构
ＡＲＭ内核微处理器
ＡＴ９１Ｒ４０００８
ＵＳＢ主机接口
ＳＬ８１１Ｈ
２个ＲＳ２３２口
ＪＴＡＧ口
ＬＣＤ按键扩展并口
８２Ｃ５５
题的关键。
目前，国际上用于嵌入式系统设计的主要方法为：基于自顶向下理念的软／硬件协同设计。该方法有２个明显特点：一是基于规范的软／硬件统一描述形式；二是基于性能评估的软／硬件划分的方案优选。从理论上讲，对一特定应用系统，都存在一个适合该系统的软／硬件功能划分的最佳组合［６］。所以，对具体的应用系统设计而言，采用该方法有希望获得满足综合性能指标的最佳或次最佳解决方案。
出于系统复杂性、开发周期短以及系统可靠性的考虑，本项研究将软／硬件平台设计模式和中间件、构件（ｂｕｉｌｄｉｎｇｂｌｏｃｋｓ）技术用于嵌入式系统软／硬件协同设计。
改进后的软硬件协同设计方法包括：根据用户需求，建立应用系统规范，构建系统的体系结构，并采取对软／硬件统一功能表示，如采用ＶＨＤＬ实现行为（功能）级描述；在系统功能描述的基础上，根据设计规范（目标）和约束条件对系统进行软／硬件划分及其层次化（ｈｉｅｒａｒｃｈｙ）设计，并对其结果进行性能评估，使系统方案接近最佳或次最佳；分别进行基于ＭＰＵ／ＭＣＵ的硬件平台设计，以及基于ＲＴＯＳ和中间件的软件平台设计；软／硬件设计完毕，通过通信和同步机制对整个系统综合模拟，及时发现并修正系统设计偏差；模拟通过后进行软硬件综合，并进行测试及验证，最终形成原型样机（ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ）。该设计方法的特点是：基于特定实时内核、中间件、构件复用的软／硬件协同设计（ｃｏ－ｄｅｓｉｇｎ）、协同测试（ｃｏ－ｔｅｓｔ）及协同验证（ｃｏ－ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ）。设计过程如图１所示。
图１嵌入式系统软硬件协同设计框图
３嵌入式系统开发平台
目前，嵌入式系统多采用层次体系结构（ｌａｙｅｒｅｄａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ），但已有向总线结构转化的趋势。即把不同的功能模块独立设计成软件构件，包括中间件，采用相同方式与一个具有相互通信功能的结构部件连接。在这种结构体系中，可实现不停机下的软件构件的更换、维护和升级［７］。
国际上，基于层次体系结构的知名嵌入式系统开发平台有：Ｉｎｔｅｌ公司的ＰＣＡ（ｐｅｒｓｏｎａｌｉｎｔｅｒｎｅｔｃｌｉｅｎｔａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ）以及ＴＩ公司的ＯＭＡＰ（ｏｐｅｎｍｕｌｔｉｍｅｄｉａａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ）等。这些平台的主要特点是：双核结构（３２位ＲＩＳＣ架构ＭＰＵ、ＤＳＰ）、ＲＴＯＳ、多媒体，以及面向Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的开放式平台架构［８，９］。上述平台均属于专业型，掌握有一定难度且价格较贵。但是，这些平台的体系结构和开发理念对嵌入式应用设计有很大的启示。即从抢占商机的市场角度和嵌入式系统本身的发展趋势看，充分利用平台和软件中间件的开发模式无疑是个方向。
ＭＩＣＥＴＥＫ公司推出的ＡＲＭ开发套件ＨｉｔｏｏｌｆｏｒＡＲＭ，包括：评估板、ＪＴＡＧ调试和集成开发环境，其中集成开发环境主要包括：ＨｉｔｏｏｌＡＲＭＤｅｂｕｇｇｅｒ、ＧＮＵＣｏｍｐｉｌｅｒ、ＪＴＡＧＣａｂｌｅ。其中，编译器可替换成ＡＲＭ公司的ＡＲＭＡＤＳＣｏｍｐｉｌｅｒ或ＡＲＭＳＴＤＣｏｍｐｉｌｅｒ。是较为适合我国现况的嵌入式系统开发工具［１０］。３．１硬件开发平台
ＥＶ４０评估板支持ＡＲＭ开发套件ＨｉｔｏｏｌｆｏｒＡＲＭ，是针对Ａｔｍｅｌ公司的ＡＴ９１×４０系列微控制器而设计，可用于评估和调试以ＡＴ９１×４０系列ＭＣＵ为硬件核心的嵌入式应用系统。该评估板上缺省配置的ＭＣＵ为ＡＴ９１Ｍ４０８００，是ＡＴ９１系列中价格最低的一款微控制器，内含ＡＲＭ７ＴＤＭＩ核，并集成８ＫＢＳＲＡＭ、ＥＢＩ、ＵＳＡＲＴ和中断控制器等芯
片内外围部件，主频为３３ＭＨｚ，是用于系统主控制器的通用ＭＣＵ。板级其他硬件配置包括：存储器系统（２ＭＢ的ＳＲＡＭ、２ＭＢ的Ｆｌａｓｈ）、系统Ｉ／Ｏ｛２个串口、ＵＳＢ（从机端）、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ、ＰＣ－１０４Ｉ／Ｏ｝、ＪＴＡＧＩ／Ｏ（ＰｏｗｅｒＰｒｏｂｅ）和人机界面接口（ＬＣＤ、键组）。这是一种精简的硬件开发平台模式，采用“宿主／目标机”方式，可支持低端产品和部分高端产品的研究与开发。
针对我们有关显微图像嵌入式Ｉｎｔｅｒｎｅｔ技术的专项研究，其目标样机硬件平台组成如图２所示。其中：微处理器采用ＡＴ９１Ｒ４０００８（６６ＭＨｚ）、存储器扩展（４ＭＢＳＤＲＡＭ、２ＭＢＮＯＲＦｌａｓｈ、１６ＭＢＮＡＮＤＦｌａｓｈ）、ＵＳＢ（主机端）、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ接口。借以实现数字图像信号的采集、存储和网络传送的硬件支持。
图２目标样机硬件平台框图
３．２软件开发平台
软件开发平台的核心是ＲＴＯＳ，目前，可用于嵌入式系统的源代码开放的ＲＴＯＳ主要是嵌入式Ｌｉｎｕｘ和μＣ／ＯＳⅡ。其中，嵌入式Ｌｉｎｕｘ功能比较强，特别是网络功能，支持数１０种ＣＰＵ芯片，有众多第三方厂商的支持，有很大的发展潜力。略有不足的是，嵌入式Ｌｉｎｕｘ内核代码相对μＣ／ＯＳⅡ较大，如μＣＬｉｎｕｘ内核代码在５００ＫＢ左右，且运行需较大的ＲＡＭ空间。
μＣ／ＯＳ－Ⅱ内核代码只有１０ＫＢ左右，其核心代码短小精悍，简单易学。因μＣ／ＯＳ－Ⅱ是一个实时内核，需要根据特定应用对其进行功能扩展，包括：底层的硬件驱动、文件系统、用户图形Ｉ／Ｏ（ＧＵＩ）等，才能建立实用的ＲＴＯＳ。但是，也正是如此，在构建具体项目的ＲＴＯＳ时，才能根据个性化系统的特点进行恰当的移植和裁减，使ＲＴＯＳ整体较小，以适于小型系统［１１］。本
项研究采用μＣ／ＯＳ－Ⅱ作为实时内核，并完善ＲＴＯＳ功能。基于目标样机硬件系统的软件开发平台组成如图３所示。
图３目标样机软件平台框图
４嵌入式软件中间件
嵌入式中间件主要指嵌入式系统中ＲＴＯＳ与应用程序之
间的一类传递信息的软件。由于嵌入式系统的特定性和个性化应用，中间件一般具有高度专业化，并要符合行业规范或国际标准，进而有望成为可交易的软件实体。所以，定义一组完整的、符合行业标准的ＡＰＩ接口，使应用程序独立于ＲＴＯＳ和硬件平台，其最大优势之一就是屏蔽多样的系统资源，保证良好的互操作性和系统可靠性［１２，１３］。如针对嵌入式设备与远程计算机平台的网络交互，需要一种合适的分布计算中间件标准，为此，
ＯＭＧ组织在ＣＯＲＢＡ（ｃｏｍｍｏｎｏｂｊｅｃｔｒｅｑｕｅｓｔｂｒｏｋｅｒａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ）
基础上，推出适于嵌入式系统的ＭｉｎｉｍｕｍＣＯＲＢＡ。但是，ＭｉｎｉｍｕｍＣＯＲＢＡ没有建立在“微内核”基础上，选择性裁减有待完善［１４］。
中间件抽象了典型的应用模式，是构件化软件的一种表现形式。从此意义上讲，在μＣ／ＯＳ－Ⅱ内核基础上建立的文件系统、ＧＵＩ，以及ＴＣＰ／ＩＰ协议栈－和ＣＡＮ及其高层协议程序都可认为是软件中间件或具有软件中间件性质的模块。本项研究中，在μＣ／ＯＳⅡ内核基础上，采用中间件模式建立文件系统、
ＧＵＩ、ＦＳ，以及ＴＣＰ／ＩＰ协议栈，进而实现嵌入式Ｗｅｂ。其中，嵌
入式ＴＣＰ／ＩＰ协议栈的中间件模式如图４所示，以下就其开发模式作进一步阐述。
图４μＣ／ＯＳⅡ内核基础上ＴＣＰ／ＩＰ中间件模式框图
目前，在Ｉｎｔｅｒｎｅｔ上广泛使用的通信协议ＴＣＰ／ＩＰ，实际上是一组通信协议的总称，其中最基本的是ＴＣＰ与ＩＰ。ＴＣＰ／ＩＰ模型分为应用层、传输层、网际层和网络接口层四层，如图４所示。ＴＣＰ／ＩＰ协议簇在技术上一直得到Ｉｎｔｅｒｎｅｔ工作组的支持，现已成为工业界
事实上的网络标准。嵌入式设备要与Ｉｎｔｅｒｎｅｔ网络直接交换信息，就必须支持ＴＣＰ／ＩＰ协议。
ＴＣＰ／ＩＰ完整实现的固化代码需占用系统７５－１５０ＫＢ，因嵌入式系统资源受限，有必要对ＴＣＰ／ＩＰ协议栈作相应简化。在保证协议栈的基本通信功能的同时，ＴＣＰ／ＩＰ中间件模块需要为用户提供一定的协议栈可配置性，并提供符合行业编程规范的模块接口，可与系统其他构件进行无缝连接，以实现定制的嵌入式Ｉｎｔｅｒｎｅｔ应用。针对本项研究，通过构造嵌入式ＨＴＴＰ服务器，以提供远端人员对嵌入式现场设备进行访问操作功能，嵌入式设备实现了以太网／ＡＲＰ／ＩＣＭＰ／ＩＰ／ＴＣＰ等网络协议，
ＴＣＰ／ＩＰ中间件模块使用了约４０ＫＢ固化代码容量。
本系统采用了与ＮＥ２０００兼容的ＲＴＬ８０１９ＡＳ以太网控制芯片，需要编写网络设备驱动程序以实现低层网络接口及硬件驱动函数，将网络上层协议与通信链路中的物理接口隔开。
ＡＲＰ协议主要完成网络地址到物理地址的映射，该协议是网
络中实现通信的基础；ＩＰ协议主要是校验ＩＰ报文头和实现
ＩＣＭＰ、ＴＣＰ协议之间多路复用功能；ＩＣＭＰ报文封装在ＩＰ数据
企业家宣言
报内，它传递差错报文以及其它需要注意的信息，用于检验ＩＰ协议的运行正确；ＩＣＭＰ协议可实现的功能包括：源站抑制报文、重定向报文以及响应请求／答复报文等。对于普通的嵌入式
Ｉｎｔｅｒｎｅｔ应用，为减少系统资源消耗，不必实现ＩＣＭＰ的所有功
能。为测试网络的连通情况，只需实现ＩＣＭＰ中类型号为０、代码为０的Ｐｉｎｇ应答协议即可。传输层采用了面向连接的可靠数据传输协议ＴＣＰ，以确保远程诊断数据可靠性要求。应用层接口使用了类ＢＳＤ套接字，屏蔽协议栈实现细节，方便用户在其基础上创建相应服务进程。本系统实现的ＨＴＴＰ服务器，运行在ＴＣＰ的基础上，绑定８０号端口，监听并处理客户机连接，客户端通过普通ｗｅｂ浏览器即可访问并操作该嵌入式系统。协议栈使用了事件管理、内存、时间管理等内核系统函数，可通过系统ＡＰＩ接口封装内核功能函数来实现，系统ＡＰＩ接口提供了协议栈跨操作系统平台使用的便利。
５实验测试
显微图像通过现场嵌入式设备上的ＵＳＢ总线采集，并通
过以太网接入Ｉｎｔｅｒｎｅｔ，作为嵌入式Ｗｅｂ服务器运行。远程专家可通过Ｉｎｔｅｒｎｅｔ以权限访问该嵌入式服务器进行医学诊断，实现与现场嵌入式设备的信息交互。根据本项研究的实际
需求，做出嵌入式系统设计规范，并划分系统软硬件功能，确定实时内核μＣ／ＯＳ－Ⅱ和ＡＴ９１Ｒ４０００８为软硬件平台核心，以中间件和构件的开发模式完成系统各功能模块的软硬件协同设计。
其中：嵌入式ＧＵＩ实现在ＬＣＤ上刷新显示系统运行状态及提供本地用户操作界面的功能；ＵＳＢ主机模块可完成通过ＵＳＢ界面采集本地显微图像数据，可存储到本地的ＮＡＮＤ型Ｆｌａｓｈ，也可转存到通用的移动Ｕ盘，为用户提供文件存储介质的可选性；嵌入式文件系统主要是实现对存储在ＮＡＮＤ型Ｆｌａｓｈ上的数据进行管理，并通过ＡＰＩ接口为其他应用提供可操作性；
ＴＣＰ／ＩＰ模块完成实时数据的Ｉｎｔｅｒｎｅｔ远传，并为远端用户提供
交互界面。为测试系统功能，设置本地ＩＰ地址为１９２．１６８．０．１０，确保此ＩＰ地址与局域网其他计算机的ＩＰ地址不冲突。局域网网关为：１９２．１６８．０．１，子网掩码为２５５．２５５．２５５．０。程序编译调试通过后，将其下载入目标板中的ＮＯＲ型Ｆｌａｓｈ，目标板通过以太网线经Ｈｕｂ与局域网连接，作为局域网的一台小型嵌入式
ＨＴＴＰ服务器运行。可在局域网任意一台ＰＣ机上打开ｗｅｂ浏
览器，在地址栏输入ｈｔｔｐ：／／１９２．１６８．０．１０登录嵌入式ＨＴＴＰ服务器，客户端
用户在确认身份后，进入如图５所示的操作界面，鼠标点击界面不同的操作按钮，嵌入式ＨＴＴＰ服务器获取用户指令并作相应处理，并返回服务回显效果。
网络芯片、ＬＣＤ、按键、ＵＳＢ芯片、ＦＬＡＳＨ等驱动程序
应用层
ＡＰＩ
网络ＡＰＩＧＵＩＡＰＩＵＳＢＡＰＩＦＳＡＰＩ内核ＡＰＩ
扩展模块
中间层ＴＣＰ／ＩＰ模块ＧＵＩ模块ＵＳＢ模块ＦＳ模块
驱动库ＵＣ／ＯＳ－ＩＩ内核
包含：时间、
消息、任务管理等内核模块
应用层服务
服务进程
ＴＣＰ／ＩＰ
水木年华音箱中间件应用层ＡＰＩ类ＢＳＤ套接字
传输层协议ＴＣＰＵＤＰ
网际层协议
ＩＰ、ＩＣＭＰ、ＡＲＰ
系统ＡＰＩ
网络接口层ＬＬＣ（逻辑链路控制）ＭＡＣ（媒介访问控制）
驱动ＡＰＩ物理层
ＣＳＭＡ／ＣＤ以太网
ＵＣ／ＯＳ－ＩＩ
内核
６结论
由于多媒体、嵌入式Ｉｎｔｅｒｎｅｔ、无线通信等先进技术大量应
用于嵌入式系统，以及市场对产品需求的更新周期越来越短，对设计方法和手段提出新的、更高的要求。同时，对设计方法和手段的依赖性更强。基于自顶向下理念，采用平台和中间件技术的软硬件协同设计方法适于嵌入式系统设计，有利于嵌入式系统软硬件资源的合理配置、复杂系统的层次化分解、中间件和构件复用、便于基于模块（ｂｌｏｃｋ）库的协作、缩短开发时间，同时，可大大提高系统的可靠性。将该方法用于具体项目的研究，验证了上述性能。理论分析和实践表明：该方法是一种有效的复杂嵌入式系统设计方法。（收稿日期：２００５年３月）
参考文献
１．ＷＷｏｌｆ．ＣｏｍｐｕｔｅｒｓａｓＣｏｍｐｏｎｅｎｔｓ：ＰｒｉｎｃｉｐｌｅｓｏｆＥｍｂｅｄｄｅｄＣｏｍｐｕｔｉｎｇ
ＳｙｓｔｅｍＤｅｓｉｇｎ［Ｍ］．ＭｏｒｇａｎＫａｕｆｍａｎｎ，２００１
２．梁合庆．近十多年来嵌入式硬件综述［Ｃ］．见：中国微计算机第十三届年会“嵌入式系统及其应用”论文集，２００２：３８６～３９２
３．探矽工作室．嵌入式系统开发圣经［Ｍ］．中国青年出版社，２００２４．ＡｘｅｌＪａｎｔｓｃｈ，ＪｏｈａｎｎＮｏｔｂａｕｅｒｅｔａｌ．ＦｕｎｃｔｉｏｎａｌｏｆＭｉｘｅｄＨａｒｄｗａｒｅ／ＳｏｆｔｗａｒｅＳｙｓｔｅｍｓｂａｓｅｄｏｎＳｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ，Ｐａｒｔｉｔｉｏｎｉｎｇ，ａｎｄＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＴｅｓｔＣａｓｅｓ［Ｊ］．ＤｅｓｉｇｎＡｕｔｏｍａｔｉｏｎｆｏｒＥｍｂｅｄｄｅｄＳｙｓｔｅｍｓ，２０００；（５）：８３～１１３
５．ＦｒａｎｋＳｃｈｉｒｒｍｅｉｓｔｅｒ，ＭａｒｔｉｎＭｅｉｎｄｌｅｔａｌ．ＩＰＡｕｔｈｏｒｉｎｇａｎｄＩｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｆｏｒＨＷ／ＳＷＣｏ－Ｄｅｓｉｇｎａｎｄｒｅｕｓｅ－ＬｅｓｓｏｎｓＬｅａｒｎｅｄ．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｅｄａ．ｏｒｇ／ｅｄｐｓ／ｅｄｐ０２／ｐａｐｅｒｓ／ｅｄｐ０２－ｓ７＿２．ｐｄｆ，２００１
６．ＮｉｋｏｌａｏｓＳＶｏｒｏｓ，ＬｕｉｓＳａｎｃｈｅｚｅｔａｌ．Ｈａｒｄｗａｒｅ／ＳｏｆｔｗａｒｅＣｏ－ＤｅｓｉｇｎｏｆＣｏｍｐｌｅｘＥｍｂｅｄｄｅｄＳｙｓｔｅｍｓ［Ｊ］．ＤｅｓｉｇｎＡｕｔｏｍａｔｉｏｎｆｏｒＥｍｂｅｄｄｅｄ
Ｓｙｓｔｅｍｓ，２００３；（８）：５～４９
７．窦振中，王健等．嵌入式系统概念辨析［Ｃ］．见：中国微计算机第十三届年会“嵌入式系统及其应用”论文集，２００２：３９３～３９７
８．ｗｗｗ．ｉｎｔｅｌ．ｃｏｍ．ｃｎ／ｐｒｏｄｕｃｔ／ｐｃａ．２００４９．ｗｗｗ．ｉｔ．ｃｏｍ．ｃｎ／ｐｒｏｄｕｃｔ／ｏｍａｐ．２００４
１０．ｗｗｗ．ｍｉｃｅｔｅｋ．ｃｏｍ．ｃｎ／ｐｒｏｄｕｃｔ／ｅｖｂｏａｒｄ／ｅｖ４０．ｈｔｍ．２００２
１１．ＪｅａｎＪＬａｂｒｏｓｓｅ．μＣ／ＯＳ－Ⅱ：ＴｈｅＲｅａｌＴｉｍｅＫｅｒｎｅｌ［Ｍ］．Ｒ＆Ｄｐｕｂ－ｌｉｃａｔｉｏｎｓ，ＵＳＡ，２００１
１２．ＤｏｕｇｌａｓＣＳｃｈｍｉｄｔ．ＭｉｄｄｌｅｗａｒｅＴｅｃｈｎｉｑｕｅｓａｎｄＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｓｆｏｒＲｅａｌ－Ｔｉｍｅ，ＥｍｂｅｄｄｅｄＳｙｓｔｅｍｓ［Ｃ］．Ｉｎ：ＴｈｅＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆ１２ｔｈＩｎｔｅｒｎａ－ｔｉｏｎａｌＳｙｍｐｏｓｉｕｍｏｎＳｙｓｔｅｍＳｙｎｔｈｅｓｉｓ，１９９９：１２～１７
１３．ＸｉａＣａｉ，ＭｉｃｈａｅｌＲＬｙｕ，Ｋａｍ－ＦａｉＷｏｎｇ．Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ－ＢａｓｅｄＥｍｂｅｄｄｅｄＳｏｆｔｗａｒｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ：Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ
Ｆｒａｍｅｗｏｒｋ，ＱｕａｌｉｔｙＡｓｓｕｒａｎｃｅａｎｄＧｅｎｅｒｉｃＡｓｓｅｓｓｍｅｎｔＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ［Ｊ］．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｏｆｔｗａｒｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＫｎｏｗｌｅｄｇｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００２；２７（２）：１０７～１３３１４．何东海，宋莹等．基于嵌入式系统的ＭｉｎｉｍｕｍＣＯＲＢＡ机制及分析［Ｊ］．计算机工程与应用，２００２；（１８）：９２～９５
图５
嵌入式ｗｅｂ服务页面
ＡｔｔｉｍｅｏｕｔＡｔｔｉｍｅｏｕｔ０００１１２３０００１１３８０１１０２９４０１１０１０２１１００３５８１１００１６６
１００１
４２２
１００１
表１
输出电机控制信号随时间变化情况
以上测试结果表明系统能实现对步进电机的远程运动控制，能通过字符终端完成系统的网络配置，达到了设计目的。但输出的步进电机控制脉冲在起停状态存在一定误差，这是由于仅采用简单的定时器产生控制脉冲造成的，如果采用更复杂和完善的控制算法，如ＰＩＤ算法，将大大降低这些误差。
８结论
本文针对现有运动控制器在网络化、体积和功耗等方面存
在的不足，结合最新出现的ＳｏＣ技术和嵌入式Ｉｎｔｅｒｎｅｔ技术，对运动控制器的体系结构进行研究，提出一种片上网络化运动控制器的体系结构，并实现了该体系结构的一个原型系统：
ＳｏＣ＿Ｅｗｅｂ＿ｓｔｅｐ。该系统大部分功能集成在一个芯片内实现，
具有体积小、功耗低的优点；通过在芯片内嵌的处理器上实现
嵌入式ＷｅｂＳｅｒｖｅｒ使系统直接接入Ｉｎｔｅｒｎｅｔ，用户能通过Ｗｅｂ浏览器控制电机运行，具有使用方便、适用范围广泛等优点。但该系统仅用于验证这种体系结构的可行性，因此仅采用简单的定时器输出脉冲控制电机运行，为了达到实用化，必须采用更复杂和完善的控制算法，如ＰＩＤ算法。
另外，系统忽略了网络安全性，因此下一步工作将增加加密和解密模块来使系统具有较强的安全性。（收稿日期：２００５年７月）
参考文献
１．孙颖．嵌入式Ｉｎｔｅｒｎｅｔ技术实现方法与研究［Ｊ］．电子产品世界，２００３；（１０）：４９～５１
２．章立生，韩承德．ＳｏＣ芯片设计方法及标准化［Ｊ］．计算机研究与发展，２００２；３９（１）：１～８
３．葛立伟．基于平台的设计方法可作为一种选择但并非“万能药方”［Ｊ］．电子工程专辑（３０周年特刊），２００２；（１１）：２９～３０
４．ＡｌｔｅｒａＣｏｐｏｒａｔｉｏｎ．ＥｘｃａｌｉｂｕｒＤｅｖｉｃｅｓＨａｒｄｗａｒｅＲｅｆｅｒｅｎｃｅＭａｎｕａｌ［Ｍ］．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ａｌｔｅｒａ．ｃｏｍ／ｌｉｔｅｒａｔｕｒｅ／ｍａｎｕａｌ／ｍｎｌ＿ａｒｍ＿ｈａｒｄ＿ｗａｒｅ＿ｒｅｆ．ｐｄｆ，２００２－０７
５．ＡｌｔｅｒａＣｏｐｏｒａｔｉｏｎ．ＳｏＰＣＢｕｉｌｄｅｒＵｓｅｒＧｕｉｄｅ［Ｍ］．ｈ
ｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ａｌｔｅｒａ．ｃｏｍ／ｌｉｔｅｒａｔｕｒｅ／ｕｇ／ｕｇ＿ｓｏｐｃｂｕｉｌｄｅｒ．ｐｄｆ，２００３－０７
高沸点溶剂
（上接１０３页
）
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议