2013工業(yè)計(jì)算機(jī)及嵌入式系統(tǒng)展

工業(yè)電腦(Industrial PC，簡稱IPC)主要是指用在是專供工業(yè)界使用的個(gè)人電腦，可作為工業(yè)控制器使用。

計(jì)算機(jī)在最近的幾十年中，極大地改變了我們的生活。在工業(yè)中，計(jì)算機(jī)也得到了相應(yīng)的應(yīng)用，這就是工業(yè)計(jì)算機(jī)。所謂工業(yè)計(jì)算機(jī)，簡單的來說，就是把計(jì)算機(jī)應(yīng)用在工業(yè)中，也正是因?yàn)閼?yīng)用在了工業(yè)中，工業(yè)計(jì)算機(jī)和普通的計(jì)算機(jī)有了不同的特點(diǎn)。

工業(yè)計(jì)算機(jī)的用途不同，它主要用于工業(yè)控制、測試等方面。一個(gè)工業(yè)計(jì)算機(jī)的典型應(yīng)用是通過標(biāo)準(zhǔn)的串行口(RS232/485等串口)獲得外部的數(shù)據(jù)，通過計(jì)算機(jī)內(nèi)部的微處理器的計(jì)算，最后通過顯示屏或者通過串行口輸出，這樣，在工業(yè)計(jì)算機(jī)上，我們就實(shí)現(xiàn)了一個(gè)計(jì)算的過程。很明顯，這和普通的計(jì)算機(jī)的娛樂、辦公、編程方面的應(yīng)用是完全不同的。

工業(yè)計(jì)算機(jī)的組成部件不同。工業(yè)計(jì)算機(jī)工作的場合不同，也必然導(dǎo)致了其構(gòu)成的部件和通用計(jì)算機(jī)不同。比如說工業(yè)計(jì)算機(jī)可以沒有顯示屏，可以擁有多個(gè)串行口，其CPU是專用的工業(yè)控制的CPU，所用的系統(tǒng)板面積很小。以上的所有這些特點(diǎn)都反映了普通計(jì)算機(jī)和工業(yè)計(jì)算機(jī)組成上的差別。由于工業(yè)控制的惡劣環(huán)境，所以經(jīng)常需要特種的部件來構(gòu)成工業(yè)控制用的計(jì)算機(jī)。比如，在一些情況下需要比較寬的工作溫度，不少工業(yè)計(jì)算機(jī)能夠在零下20度到80度的溫度范圍內(nèi)工作;另外一些情況下需要穩(wěn)定性更好的器件，比如說抗強(qiáng)干擾的器件。這些特點(diǎn)都是和工業(yè)計(jì)算機(jī)的用途密切相關(guān)的。也正是因?yàn)楣δ芪寤ò碎T，不同的工業(yè)計(jì)算機(jī)也有不一樣的接口，由此通用性較普通計(jì)算機(jī)差。

高性能工業(yè)計(jì)算機(jī),一般采用工業(yè)級(jí)主板,工業(yè)級(jí)內(nèi)存,工業(yè)級(jí)硬盤

目前工業(yè)級(jí)固態(tài)硬盤Goldendisk綜合性價(jià)比較高,臺(tái)資企業(yè),國產(chǎn)

價(jià)格。

工業(yè)計(jì)算機(jī)的軟件系統(tǒng)和普通計(jì)算機(jī)不同。工業(yè)計(jì)算機(jī)的軟件系統(tǒng)比較單一，主要實(shí)現(xiàn)某個(gè)特定的功能，而且由于工業(yè)計(jì)算機(jī)通常采用速度不是非?？斓奶幚砥?，使得程序的編寫要求比較高。工業(yè)計(jì)算機(jī)通常采用仿真環(huán)境來開發(fā)程序，并采用脫機(jī)運(yùn)行的方式。而普通計(jì)算機(jī)擁有大量的通用的應(yīng)用程序，處理器的運(yùn)行速度非?？?，軟件的開發(fā)系統(tǒng)也完全在機(jī)器上面，無需其他環(huán)境的支持。

事物都有兩方面，工業(yè)計(jì)算機(jī)還是和普通計(jì)算機(jī)有更多相似的特點(diǎn)。比如它們雖然使用的CPU不同，但是這些CPU還是相同的產(chǎn)品系列，具有相同的內(nèi)部結(jié)構(gòu);兩種計(jì)算機(jī)的總線結(jié)構(gòu)基本相同，不少工業(yè)計(jì)算機(jī)是通用計(jì)算機(jī)的簡化版本;并且不少工業(yè)計(jì)算機(jī)擁有和普通計(jì)算機(jī)相同或者相兼容的接口。

下面我們以一個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為例子來說明如何研發(fā)一個(gè)工業(yè)計(jì)算機(jī)的實(shí)際過程。首先我們調(diào)查我們所需要開發(fā)的目標(biāo)，通過這個(gè)目標(biāo)，我們選擇一個(gè)工業(yè)計(jì)算機(jī)的典型結(jié)構(gòu)，選擇工控使用的CPU、外圍電路等。然后選擇仿真器、調(diào)試器，在PC機(jī)上開發(fā)出主要的控制程序。在程序的開發(fā)過程中，需要設(shè)計(jì)采集信號(hào)的程序、分析信號(hào)的程序、存儲(chǔ)的程序等。最終我們把編制完成的程序刻錄入工業(yè)計(jì)算機(jī)上的ROM中，然后去掉外圍的仿真器和調(diào)試工具，這樣一個(gè)完整的工業(yè)計(jì)算機(jī)就可以投入使用了。

第1章 嵌入式系統(tǒng)簡介

1.1 嵌入式系統(tǒng)的含義

1.2 對(duì)比嵌入式系統(tǒng)與通用計(jì)算系統(tǒng)

1.3 嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展歷程

1.4 嵌入式系統(tǒng)的分類

1.4.1 基于時(shí)代的分類

1.4.2 基于復(fù)雜度和性能的分類

1.5 嵌入式系統(tǒng)的主要應(yīng)用領(lǐng)域

1.6 嵌入式系統(tǒng)的用途

1.6.1 數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與數(shù)據(jù)顯示

1.6.2 數(shù)據(jù)通信

1.6.3 數(shù)據(jù)（信號(hào)）處理

1.6.4 監(jiān)測

1.6.5 控制

1.6.6 專用用戶界面

1.7 adidas公司推出的智能跑鞋嵌入式技術(shù)與生活方式的創(chuàng)新結(jié)合

1.8 本章小結(jié)

1.9 重要術(shù)語

1.10 課后習(xí)題

1.11 復(fù)習(xí)題

第2章 典型的嵌入式系統(tǒng)

2.1 嵌入式系統(tǒng)的內(nèi)核

2.1.1 通用處理器與專用處理器

2.1.2 專用集成電路

2.1.3 可編程邏輯器件

2.1.4 商用現(xiàn)貨

2.2 存儲(chǔ)器

2.2.1 程序存儲(chǔ)器

2.2.2 讀-寫存儲(chǔ)器/隨機(jī)存取存儲(chǔ)器

2.2.3 基于接口類型的存儲(chǔ)器分類

2.2.4 存儲(chǔ)器映射

2.2.5 嵌入式系統(tǒng)中的存儲(chǔ)器選型

2.3 傳感器與激勵(lì)器

2.3.1 傳感器

2.3.2 激勵(lì)器

2.3.3 i/o子系統(tǒng)

2.4 通信接口

2.4.1 板上通信接口

2.4.2 外部通信接口

2.5 嵌入式固件

2.6 系統(tǒng)其他元件

2.6.1 復(fù)位電路

2.6.2 欠壓保護(hù)電路

2.6.3 振蕩器

2.6.4 實(shí)時(shí)時(shí)鐘

2.6.5 看門狗定時(shí)器

2.7 pcb與無源元件

2.8 本章小結(jié)

2.9 重要術(shù)語

2.10 課后習(xí)題

2.11 復(fù)習(xí)題

2.12 實(shí)驗(yàn)練習(xí)題

第3章 嵌入式系統(tǒng)的特征與質(zhì)量屬性

3.1 嵌入式系統(tǒng)的特征

3.1.1 面向特定應(yīng)用和特定領(lǐng)域

3.1.2 反饋與實(shí)時(shí)性

3.1.3 能夠在惡劣環(huán)境中工作

3.1.4 分布式

3.1.5 尺寸小、重量輕

3.1.6 低功耗、節(jié)能

3.2 嵌入式系統(tǒng)的質(zhì)量屬性

3.2.1 工作模式下的質(zhì)量屬性

3.2.2 非工作模式下的質(zhì)量屬性

3.3 本章小結(jié)

3.4 重要術(shù)語

3.5 課后習(xí)題

3.6 復(fù)習(xí)題

第4章 嵌入式系統(tǒng)面向特定應(yīng)用與特定領(lǐng)域

4.1 洗衣機(jī) 面向特定應(yīng)用的嵌入式系統(tǒng)

4.2 汽車 面向特定領(lǐng)域的嵌入式系統(tǒng)

4.2.1 汽車嵌入式系統(tǒng)工作的內(nèi)部情況

4.2.2 汽車通信總線

4.2.3 汽車嵌入式市場上的主流廠商

4.3 本章小結(jié)

4.4 重要術(shù)語

4.5 課后習(xí)題

4.6 復(fù)習(xí)題

第5章 使用8位微控制器8051設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)

5.1 控制器選型時(shí)需要考慮的因素

5.1.1 功能集合

5.1.2 運(yùn)行速度

5.1.3 代碼存儲(chǔ)空間

5.1.4 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間

5.1.5 開發(fā)環(huán)境支持

5.1.6 可用性

5.1.7 功耗

5.1.8 成本

5.2 選用8051微控制器的原因

5.3 基于8051的設(shè)計(jì)

5.3.1 8051的基本架構(gòu)

5.3.2 存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)

5.3.3 寄存器

5.3.4 振蕩器

5.3.5 端口

5.3.6 中斷

5.3.7 8051中斷系統(tǒng)

5.3.8 定時(shí)器

5.3.9 串口

5.3.10 復(fù)位電路

5.3.11 省電節(jié)能模式

5.4 8052微控制器

5.5 8051/52的衍生產(chǎn)品

5.5.1 atmel公司的at89c51rd2/ed2

5.5.2 maxim公司的ds80c320/ds80c323

5.6 本章小結(jié)

5.7 重要術(shù)語

5.8 課后習(xí)題

5.9 復(fù)習(xí)題

5.10 實(shí)驗(yàn)練習(xí)題

第6章 基于8051微控制器的編程

6.1 8051支持的各種尋址模式

6.1.1 直接尋址

6.1.2 間接尋址

6.1.3 寄存器尋址

6.1.4 立即尋址

6.1.5 索引尋址

6.2 8051指令集

6.2.1 數(shù)據(jù)傳輸指令

6.2.2 算術(shù)運(yùn)算指令

6.2.3 邏輯指令

6.2.4 布爾運(yùn)算指令

6.2.5 程序控制轉(zhuǎn)移指令

6.3 本章小結(jié)

6.4 重要術(shù)語

6.5 課后習(xí)題

6.6 復(fù)習(xí)題

6.7 實(shí)驗(yàn)練習(xí)題

第7章 軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)與程序建模

7.1 軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)的基本概念

7.2 嵌入式設(shè)計(jì)的計(jì)算模型

7.2.1 數(shù)據(jù)流程圖模型

7.2.2 控制數(shù)據(jù)流程圖

7.2.3 狀態(tài)機(jī)模型

7.2.4 順序程序模型

7.2.5 并發(fā)處理模型/通信處理模型

7.2.6 面向?qū)ο竽Ｐ?/p>

7.3 統(tǒng)一建模語言簡介

7.3.1 uml構(gòu)建塊

7.3.2 uml工具

7.4 軟硬件權(quán)衡

7.5 本章小結(jié)

7.6 重要術(shù)語

7.7 課后習(xí)題

7.8 復(fù)習(xí)題

7.9 實(shí)驗(yàn)練習(xí)題

第2部分 嵌入式產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與開發(fā)

第8章 嵌入式硬件設(shè)計(jì)與開發(fā)

8.1 模擬電子元件

8.2 數(shù)字電子元件

8.2.1 集電極開路與三態(tài)輸出

8.2.2 邏輯門

8.2.3 緩沖器

8.2.4 鎖存器

8.2.5 譯碼器

8.2.6 編碼器

8.2.7 多路復(fù)用器

8.2.8 多路輸出選擇器

8.2.9 組合電路

8.2.10 時(shí)序電路

8.3 vlsi與集成電路設(shè)計(jì)

8.4 電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化工具

8.5 orcad eda工具的用法

8.6 使用orcad的capture cis 工具實(shí)現(xiàn)電路圖設(shè)計(jì)

8.6.1 電路圖繪制窗口

8.6.2 電路圖繪圖工具

8.6.3 電路圖繪制明細(xì)

8.6.4 創(chuàng)建元件編號(hào)

8.6.5 設(shè)計(jì)規(guī)則檢查

8.6.6 創(chuàng)建材料清單

8.6.7 創(chuàng)建網(wǎng)表

8.7 pcb布局布線設(shè)計(jì)

8.7.1 布局布線構(gòu)建塊

8.7.2 使用orcad布局布線工具完成布局布線設(shè)計(jì)

8.7.3 pcb布局布線準(zhǔn)則

8.8 印刷電路板制造

8.8.1 各種類型的pcb

8.8.2 pcb制造方法

8.8.3 pcb設(shè)計(jì)完成后，電路板外形及其調(diào)試測試

8.9 本章小結(jié)

8.10 重要術(shù)語

8.11 課后習(xí)題

8.12 復(fù)習(xí)題

8.13 實(shí)驗(yàn)練習(xí)題

第9章 嵌入式固件設(shè)計(jì)與開發(fā)

9.1 嵌入式固件設(shè)計(jì)方法

9.1.1 基于超循環(huán)的方法

9.1.2 基于嵌入式操作系統(tǒng)的方法

9.2 嵌入式固件開發(fā)語言

9.2.1 基于匯編語言的開發(fā)

9.2.2 基于高級(jí)語言的開發(fā)

9.2.3 匯編語言與高級(jí)語言混合編程

9.3 嵌入式c編程

9.3.1 對(duì)比c語言與嵌入式c語言

9.3.2 對(duì)比編譯器與交叉編譯器

9.3.3 在嵌入式c編程中使用c語言

9.4 本章小結(jié)

9.5 重要術(shù)語

9.6 課后習(xí)題

9.7 復(fù)習(xí)題

9.8 實(shí)驗(yàn)練習(xí)題

第10章 基于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)

10.1 操作系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)

10.2 操作系統(tǒng)分類

10.2.1 通用操作系統(tǒng)

10.2.2 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)

10.3 任務(wù)、進(jìn)程與線程

10.3.1 進(jìn)程

10.3.2 線程

10.4 多處理與多任務(wù)

10.5 任務(wù)調(diào)度

10.5.1 非搶占式調(diào)度

10.5.2 搶占式調(diào)度

10.6 結(jié)合使用線程、進(jìn)程與調(diào)度

10.7 任務(wù)通信

10.7.1 存儲(chǔ)器共享

10.7.2 消息傳遞

10.7.3 遠(yuǎn)程過程調(diào)用與套接字

10.8 任務(wù)同步

10.8.1 任務(wù)通信/同步問題

10.8.2 任務(wù)同步技術(shù)

10.9 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序

10.10 選擇rtos的方法

10.10.1 功能性需求

10.10.2 非功能性需求

10.11 本章小結(jié)

10.12 重要術(shù)語

10.13 課后習(xí)題

10.14 復(fù)習(xí)題

10.15 實(shí)驗(yàn)練習(xí)題

第11章 基于vxworks與microc/os-iirtos的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡介

11.1 vxworks

11.1.1 任務(wù)創(chuàng)建與管理

11.1.2 任務(wù)調(diào)度

11.1.3 內(nèi)核服務(wù)

11.1.4 任務(wù)間通信

11.1.5 任務(wù)同步與互斥

11.1.6 中斷處理

11.1.7 監(jiān)控任務(wù)執(zhí)行的看門狗

11.1.8 定時(shí)與定時(shí)基準(zhǔn)

11.1.9 vxworks開發(fā)環(huán)境

11.2 microc/os-ii

11.2.1 任務(wù)創(chuàng)建與管理

11.2.2 內(nèi)核函數(shù)與初始化

11.2.3 任務(wù)調(diào)度

11.2.4 任務(wù)間通信

11.2.5 互斥與任務(wù)同步

11.2.6 定時(shí)與定時(shí)基準(zhǔn)

11.2.7 存儲(chǔ)器管理

11.2.8 中斷處理

11.2.9 microc/os-ii開發(fā)環(huán)境

11.3 本章小結(jié)

11.4 重要術(shù)語

11.5 課后習(xí)題

11.6 復(fù)習(xí)題

11.7 實(shí)驗(yàn)練習(xí)題

第12章 嵌入式硬件與固件的集成與測試

12.1 硬件與固件的集成

12.1.1 離線編程

12.1.2 在系統(tǒng)編程

12.1.3 在應(yīng)用編程

12.1.4 使用廠家編程芯片

12.1.5 對(duì)基于操作系統(tǒng)的器件實(shí)現(xiàn)固件加載

12.2 電路板加電

12.3 本章小結(jié)

12.4 重要術(shù)語

12.5 復(fù)習(xí)題

第13章 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境

13.1 集成開發(fā)環(huán)境

13.1.1 基于8051的keil&muvision3

13.1.2 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)ide概述

13.2 交叉編譯過程中生成的各種文件

13.2.1 列表文件（.lst）

13.2.2 預(yù)處理器輸出文件

13.2.3 目標(biāo)文件（.obj）

13.2.4 map文件（.map）

13.2.5 hex文件（.hex）

13.3 反匯編器與反編譯器

13.4 模擬器、仿真器與調(diào)試

13.4.1 模擬器

13.4.2 仿真器與調(diào)試器

13.5 目標(biāo)硬件調(diào)試

13.5.1 放大鏡

13.5.2 萬用表

13.5.3 數(shù)字cro

13.5.4 邏輯分析儀

13.5.5 函數(shù)生成器

13.6 邊界掃描

13.7 本章小結(jié)

13.8 重要術(shù)語

13.9 課后習(xí)題

13.10 復(fù)習(xí)題

13.11 實(shí)驗(yàn)練習(xí)題

第14章 產(chǎn)品外殼設(shè)計(jì)與開發(fā)

14.1 產(chǎn)品外殼設(shè)計(jì)工具

14.2 產(chǎn)品外殼開發(fā)技術(shù)

14.2.1 外殼手工設(shè)計(jì)

14.2.2 快速原型開發(fā)

14.2.3 加工與制模

14.2.4 金屬薄板

14.2.5 商用現(xiàn)貨外殼

14.3 本章小結(jié)

14.4 重要術(shù)語

14.5 課后習(xí)題

14.6 復(fù)習(xí)題

第15章 嵌入式產(chǎn)品開發(fā)生命周期

15.1 edlc的含義

15.2 edlc的作用

15.3 edlc的目標(biāo)

15.3.1 保障產(chǎn)品質(zhì)量

15.3.2 通過管理降低風(fēng)險(xiǎn)并預(yù)防缺陷

15.3.3 提高生產(chǎn)效率

15.4 edlc的各個(gè)階段

15.4.1 需求

15.4.2 概念成型

15.4.3 分析

15.4.4 設(shè)計(jì)

15.4.5 開發(fā)與測試

15.4.6 部署

15.4.7 支持

15.4.8 升級(jí)

15.4.9 退市

15.5 edlc方法（edlc建模）

15.5.1 線性/瀑布模型

15.5.2 迭代/增量模型（也稱為噴泉模型）

15.5.3 原型/演化模型

15.5.4 螺旋模型

15.6 本章小結(jié)

15.7 重要術(shù)語

15.8 課后習(xí)題

15.9 復(fù)習(xí)題

第16章 嵌入式產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢

16.1 嵌入式系統(tǒng)處理器發(fā)展趨勢

16.1.1 片上系統(tǒng)

16.1.2 多核處理器/片上多處理器

16.1.3 可重構(gòu)處理器

16.2 嵌入式操作系統(tǒng)發(fā)展趨勢

16.3 開發(fā)語言發(fā)展趨勢

16.3.1 基于java的嵌入式開發(fā)

16.3.2 基于.net cf的嵌入式開發(fā)

16.4 開放式標(biāo)準(zhǔn)、框架與聯(lián)盟

16.4.1 開放式移動(dòng)聯(lián)盟

16.4.2 開放式手機(jī)聯(lián)盟

16.4.3 android

16.4.4 openmoko

16.5 瓶頸

16.5.1 存儲(chǔ)器性能

16.5.2 缺少標(biāo)準(zhǔn)或標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行力度不夠

16.5.3 缺少專業(yè)的人力資源

附錄a pic系列微控制器、avr系列微控制器、arm處理器簡介

附錄b 設(shè)計(jì)案例研究

參考文獻(xiàn)