時(shí)間：2023-06-07 09:01:46
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為解決公交車的高效便捷清洗問題，基于青島理工大學(xué)韓旭東教授的團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的一款“垂直滾筒式公交清洗小車”，利用AT89C51單片機(jī)配合其他元器件，設(shè)計(jì)了相關(guān)的嵌入式系統(tǒng)，包括超聲波測(cè)距系統(tǒng)和手動(dòng)/自動(dòng)雙模平臺(tái)升降控制系統(tǒng)，完善了原產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。采用KeilC51軟件編寫了相應(yīng)的控制程序，使用Proteus軟件繪制了電路原理圖，并進(jìn)行了仿真模擬。
關(guān)鍵詞：
公交清洗小車；嵌入式系統(tǒng)；超聲波測(cè)距；平臺(tái)升降控制
0引言
為解決公交車的高效便捷清洗問題，青島理工大學(xué)韓旭東教授的團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一款“垂直滾筒式公交清洗小車”[1]。但在該設(shè)計(jì)中，僅對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)與工作原理做了介紹，缺少相關(guān)的控制電路與控制程序的設(shè)計(jì)，給清洗小車的使用帶來了極大的不便。本文在原產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，針對(duì)小車與公交車之間距離的控制不準(zhǔn)確的問題，設(shè)計(jì)了超聲波測(cè)距系統(tǒng)；針對(duì)平臺(tái)升降控制不方便的問題，設(shè)計(jì)了手動(dòng)/自動(dòng)雙模平臺(tái)升降控制系統(tǒng)。有效地提高了該產(chǎn)品的實(shí)用性，完善了該產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。
1超聲波測(cè)距系統(tǒng)
1.1設(shè)計(jì)目的
清洗小車由人力推動(dòng)并控制方向，但由于路面不平，人力控制精度有限，會(huì)使小車與公交車車體間的距離發(fā)生改變，距離過近會(huì)使?jié)L筒擠壓車體表面，阻礙滾筒旋轉(zhuǎn)；距離過遠(yuǎn)，則會(huì)使?jié)L筒毛刷與車體表面間間隙過大，影響清洗效果。需要一套測(cè)距系統(tǒng)使小車與公交車車體間的距離始終保持在一個(gè)合理范圍之內(nèi)。
1.2測(cè)距方式的選擇
超聲波測(cè)距是利用機(jī)械波反射來測(cè)量距離，適用于短距離測(cè)距，原理簡單，成本低，遠(yuǎn)距離測(cè)量精度較低。公交清洗小車的使用環(huán)境比較復(fù)雜，對(duì)測(cè)距系統(tǒng)的精度要求不高，測(cè)量的距離在1～2m，且要求結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、性能穩(wěn)定。根據(jù)需要和集中測(cè)距方式的特點(diǎn)，本文選擇超聲波測(cè)距方式。
1.3超聲波測(cè)距原理
超聲波在均勻介質(zhì)中的傳輸速度為一恒定值，由發(fā)生器發(fā)射超聲波，在遇到測(cè)量目標(biāo)后反射回來，由接收器接收并記錄由發(fā)射到接收經(jīng)歷的時(shí)間，便可以計(jì)算出發(fā)生器與測(cè)量目標(biāo)之間的距離[2]。公式如下：L=12C•Δt。式中：L為測(cè)量距離；C為超聲波在當(dāng)前介質(zhì)中的傳輸速度（空氣中常溫下速度為340m/s）；Δt為從發(fā)射到接收經(jīng)歷的時(shí)間。
1.4設(shè)計(jì)內(nèi)容
本文利用AT89C51單片機(jī)、HC-SR04超聲波測(cè)距模塊、LED燈組成了一個(gè)超聲波測(cè)距警報(bào)系統(tǒng)。當(dāng)距離過近時(shí)，指示距離過近的紅燈點(diǎn)亮；距離適中時(shí)，指示距離適中的綠燈點(diǎn)亮；當(dāng)距離過遠(yuǎn)時(shí)，指示距離過遠(yuǎn)的紅燈點(diǎn)亮。工作人員可以根據(jù)燈光指示調(diào)整小車位置，使之與車體表面間的距離保持在一個(gè)合理范圍。1.4.1HC-SR04超聲波測(cè)距模塊工作原理本文所采用的HC-SR04超聲波測(cè)距模塊，具有成本低、體積小、精度高、使用簡單方便等優(yōu)點(diǎn)，其基本工作原理為：1)采用I/O口TRIG觸發(fā)測(cè)距，提供至少10μs的高電平信號(hào);2)模塊自動(dòng)發(fā)送8個(gè)40kHz的方波，自動(dòng)檢測(cè)是否有信號(hào)返回；3)有信號(hào)返回，通過I/O口ECHO輸出一個(gè)高電平，高電平持續(xù)的時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間[3]。1.4.2程序控制過程利用AT89C51單片機(jī)自帶的定時(shí)計(jì)數(shù)器資源，通過I/O口給超聲波模塊一個(gè)發(fā)射信號(hào)并開始計(jì)時(shí)，當(dāng)收到超聲波模塊的反饋信號(hào)時(shí)，結(jié)束計(jì)時(shí)并計(jì)算距離。
2手動(dòng)/自動(dòng)雙模平臺(tái)升降控制系統(tǒng)
2.1設(shè)計(jì)目的
現(xiàn)行大多數(shù)公交車的高度在3m左右，為能夠確保清洗整個(gè)車體表面，原產(chǎn)品采用雙絲杠旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)平臺(tái)升降的設(shè)計(jì)，并利用直流電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生動(dòng)力。為方便用戶使用，能夠快捷高效操作平臺(tái)升降，提高清洗效率，本文設(shè)計(jì)了一套手動(dòng)/自動(dòng)雙模平臺(tái)升降控制系統(tǒng)。
2.2設(shè)計(jì)內(nèi)容
根據(jù)計(jì)算，清洗平臺(tái)需調(diào)整2次高度才可將車體表面清洗完畢，為了方便工作人員操作，本文設(shè)計(jì)了手動(dòng)/自動(dòng)雙?？刂葡到y(tǒng)。該系統(tǒng)采用AT89C51單片機(jī)，配合L289直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，通過控制電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的升降，設(shè)計(jì)原理圖見圖4[5]。操作過程為：啟動(dòng)系統(tǒng)后，在自動(dòng)模式下，按UP鍵，平臺(tái)會(huì)上升一個(gè)固定高度；按DOWN鍵，平臺(tái)會(huì)下降一個(gè)固定高度。該高度值是為實(shí)現(xiàn)最高清洗效率，以3m高的車身為標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)優(yōu)化計(jì)算得出的最適高度。因?yàn)楣卉嚨男吞?hào)差異，車身高度也各不相同，所以為滿足實(shí)際使用要求，我們又設(shè)計(jì)了手動(dòng)控制模式。在手動(dòng)模式下，按住UP鍵，平臺(tái)會(huì)上升，松開立即停止；按住DOWN鍵，平臺(tái)會(huì)下降，松開立即停止。為防止工作人員誤操作，本文增加了按鍵防抖動(dòng)延遲，防止工作人員誤觸按鍵；如果UP和DOWN鍵同時(shí)按下，則電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，直至其中一個(gè)按鍵松開。
3結(jié)語
關(guān)鍵詞：黑盒測(cè)試；嵌入式系統(tǒng)；程序流程圖；插樁處理
引言
黑盒測(cè)試是從用戶觀點(diǎn)出發(fā)的測(cè)試，依據(jù)需求功能說明書中的預(yù)期用途、定時(shí)和性能的要求，推斷測(cè)試結(jié)果。黑盒測(cè)試根據(jù)測(cè)試階段可分為單元測(cè)試、集成測(cè)試、確認(rèn)測(cè)試、系統(tǒng)測(cè)試四個(gè)階段[1]。嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)具有與傳統(tǒng)軟件測(cè)試不同的新特性，因此需要采取針對(duì)性的測(cè)試方法。通用的測(cè)試方法可分為靜態(tài)時(shí)間分析和動(dòng)態(tài)時(shí)間分析。
1嵌入式軟件測(cè)試的環(huán)境分析
在線仿真配備了CPU芯片接口，提供和應(yīng)用程序交流信息橋，不足之處在于對(duì)硬件的依賴性較強(qiáng)，測(cè)試范圍較窄；目標(biāo)機(jī)仿真測(cè)試結(jié)果真實(shí)，但由于實(shí)際運(yùn)行中連接外部設(shè)備，很難辨識(shí)軟件和硬件錯(cuò)誤。在實(shí)際測(cè)試中，根據(jù)測(cè)試效率、成本、可靠性、自動(dòng)化程度等因素選擇測(cè)試環(huán)境[2]。
2嵌入式測(cè)試系統(tǒng)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)
CodeTest一方面吸取軟件插樁技術(shù)，另一方面從硬件測(cè)試那里吸取從總線獲取數(shù)據(jù)的技術(shù)，并進(jìn)行升級(jí)改造。在硬件測(cè)試時(shí)，CodeTest選擇插入點(diǎn)的方式為主動(dòng)獲取關(guān)鍵數(shù)據(jù)。和CodeTest相比，純軟件測(cè)試對(duì)目標(biāo)測(cè)試的影響大大降低。因此選用Cereal仿真器。嵌入式軟件測(cè)試系統(tǒng)由功能測(cè)試模塊、代碼測(cè)試模塊、數(shù)據(jù)分析和文檔報(bào)告模塊、通信接口轉(zhuǎn)換模塊組成。對(duì)于黑盒測(cè)試來說，功能測(cè)試模塊居主導(dǎo)地位，它主要通過接收目標(biāo)系統(tǒng)輸出信號(hào)和需要的信號(hào)進(jìn)行比對(duì)來判定目標(biāo)系統(tǒng)在功能上是否達(dá)到最優(yōu)[3]。
3詞法語法分析的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
3.1Lex⁃Yacc
Lex是檢測(cè)字符匹配性的詞法生成程序，Yacc是測(cè)定語法的生成程序。一個(gè)Lex程序由三段組成：首先是C和Lex定義；第二段是C代碼；第三段是C函數(shù)。一個(gè)Yacc程序也是由三段組成，分別是聲明、語法規(guī)則和C代碼。Lex同Yacc的工作原理如圖1所示。
3.2Lex⁃Yacc之間的聯(lián)系
Lex程序用來計(jì)算數(shù)字字符串，能對(duì)各種符號(hào)進(jìn)行識(shí)別，當(dāng)插碼時(shí)可以以注釋的形式插入插樁代碼，等程序完成，可以自行取消代碼插樁，不影響整體進(jìn)程。Yylval用來傳遞Lex與Yacc之間數(shù)字字符串轉(zhuǎn)化后的數(shù)值，利用lineno傳遞正在處理的代碼行號(hào)和標(biāo)號(hào)。本次設(shè)計(jì)全程在Linux下，通過Lex編譯后生成詞法分析程序的C代碼，通過Yacc編譯后生成語法分析程序的C程序代碼。兩者通過gcc命令進(jìn)行編譯形成綜合分析。最后運(yùn)行該綜合分析器就可以對(duì)51系列的匯編語言進(jìn)行分析[4⁃5]。
3.3被測(cè)源程序靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析
Lex⁃Yacc工具對(duì)單文件逐行掃描，得出當(dāng)前語句各類參數(shù)類型，不同參數(shù)類型分別進(jìn)入不同的單鏈表中。其中除了順序單鏈表外，其他四種處理方式基本相同。待詞法、語法分析完畢，五個(gè)單鏈表中存儲(chǔ)了對(duì)應(yīng)的匯編程序。因?yàn)閱捂湵肀旧碇皇且粋€(gè)轉(zhuǎn)換器，無法顯示匯編程序之間的邏輯關(guān)系，所以需要對(duì)程序進(jìn)行二次分析，確定所有邏輯關(guān)系。其中五個(gè)單鏈表形成的流程圖如圖2所示。針對(duì)程序流程圖的建立，首先搜索匹配節(jié)點(diǎn)，根據(jù)節(jié)點(diǎn)不同進(jìn)入相應(yīng)分支處理。當(dāng)前語句在順序節(jié)點(diǎn)，則進(jìn)入順序處理模塊。從關(guān)鍵字“結(jié)束行號(hào)+1”開始遍歷單鏈表，存在兩種結(jié)果：一是算法出錯(cuò)；另外一種就是在主程序中時(shí)則表明當(dāng)前分支分析完成。接著要判斷條件跟蹤鏈表中的順序分支（規(guī)定為右分支）是否都已分析完畢。
4覆蓋率分析及評(píng)測(cè)
4.1被測(cè)源程序覆蓋率分析
虛擬插樁技術(shù)就是在匯編語言基本結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)上，在源程序的插樁點(diǎn)處設(shè)置斷點(diǎn)，在源程序執(zhí)行到斷點(diǎn)處，響應(yīng)斷點(diǎn)處指令，給出具體的PC地址，自動(dòng)記錄并打印出來，接連下去形成PC值的數(shù)據(jù)鏈。通過查詢五類單鏈表與之建立對(duì)應(yīng)關(guān)系，就可以獲得到源程序的真實(shí)運(yùn)行軌跡，進(jìn)而計(jì)算出各類覆蓋指標(biāo)。
4.2基于代碼的覆蓋評(píng)測(cè)
在仿真測(cè)試平臺(tái)原型系統(tǒng)上，基于代碼的覆蓋測(cè)試首先需要選定適合用作黑盒測(cè)試的子過程模塊。提取的子過程模塊必須具備獨(dú)立運(yùn)行的能力，根據(jù)覆蓋測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)和要求對(duì)代碼邏輯結(jié)構(gòu)進(jìn)行認(rèn)真分析，設(shè)計(jì)出多個(gè)測(cè)試用例，然后通過手工運(yùn)行該子程序的方式，在某一特定測(cè)試用例驅(qū)動(dòng)下運(yùn)行，測(cè)定出運(yùn)行路徑，通過計(jì)算得出兩種覆蓋率理論評(píng)測(cè)指標(biāo)，與仿真測(cè)試平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)的兩種覆蓋率相對(duì)比，得出覆蓋率分析法與虛擬插樁的正確性驗(yàn)證結(jié)果。
5嵌入式系統(tǒng)平臺(tái)設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)一個(gè)可以代替人工進(jìn)行黑盒測(cè)試的平臺(tái)系統(tǒng)，見圖3，其基本原理是通過腳本語言記錄狀態(tài)信息，之后通過PC回放測(cè)試信息以判斷結(jié)果是否與記錄腳本一致，以此決定本次測(cè)試是否通過。為此，在編輯源代碼時(shí)就需要滿足錄制腳本和腳本回放兩個(gè)階段的需求。
5.1插裝代碼分析
在PC上運(yùn)行插裝系統(tǒng)最重要的原則就是要保證軟件原有功能的穩(wěn)定性和完整性。因此在設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)的插裝代碼時(shí)不能改變程序的原有邏輯和原有執(zhí)行流程，應(yīng)盡量降低在嵌入式系統(tǒng)所占的資源，盡可能將部分功能和操作交付于PC進(jìn)行。嵌入式系統(tǒng)中的模擬用戶輸入模塊的主要功能是將計(jì)算機(jī)發(fā)送的命令進(jìn)行分析，并將結(jié)果回復(fù)到處理模塊中，其操作模擬流程見圖4。
5.2系統(tǒng)狀態(tài)的定義和獲取
（1）聲音信息的獲取嵌入式系統(tǒng)中對(duì)聲音信息的獲取主要是通過識(shí)別每個(gè)聲音惟一的ID編號(hào)和固定的音頻編碼進(jìn)行的。工作時(shí)，由系統(tǒng)中的服務(wù)函數(shù)獲得ID聲音的音頻編碼并發(fā)送到PC中。（2）獲取LED信息LED的運(yùn)行方法和聲音相似，都有一套惟一的LED編碼，并由LED控制器控制。常用的設(shè)計(jì)方法是將LED中的編碼放到嵌入式系統(tǒng)中的緩沖區(qū)內(nèi)，通過定時(shí)刷新函數(shù)提取LED信息[6]。（3）獲取LCD信息由于LCD需要顯示的信息較多，且各消息屬性復(fù)雜，因此較難提取。目前常用的提取方法是點(diǎn)陣截取法和消息截取法。由于點(diǎn)陣截取法操作簡單、測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確率高，因此本文使用點(diǎn)陣截取法獲取LCD信息。（4）系統(tǒng)狀態(tài)的獲取主動(dòng)請(qǐng)求和被動(dòng)獲取是嵌入式系統(tǒng)獲取信息的主要方式。主動(dòng)請(qǐng)求是指嵌入式系統(tǒng)在處理完P(guān)C發(fā)出的操作命令時(shí)，主動(dòng)將搜集好的信息發(fā)送到PC上。被動(dòng)獲取是指嵌入式系統(tǒng)并不主動(dòng)發(fā)送檢測(cè)信息，而是當(dāng)狀態(tài)出現(xiàn)時(shí)才決定是否繼續(xù)后續(xù)操作。
5.3自動(dòng)化比較和測(cè)試
軟件是否準(zhǔn)確輸出結(jié)果，需要經(jīng)過多次測(cè)試實(shí)際輸出和預(yù)期輸出的差別。本文在設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)時(shí)綜合考慮了一些智能比較思想來優(yōu)化設(shè)計(jì)流程。由于實(shí)際的嵌入式系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生上百個(gè)復(fù)雜的狀態(tài)信息[7]，為便于比較，本文采用了相對(duì)比較的辦法對(duì)錄制腳本時(shí)的狀態(tài)變遷進(jìn)行比較。最后設(shè)計(jì)完成的嵌入式系統(tǒng)需對(duì)腳本進(jìn)行測(cè)試，這是交互式應(yīng)用的重要組成部分。腳本測(cè)試的準(zhǔn)確度主要依賴于所選用的測(cè)試工作和腳本技術(shù)。當(dāng)前主要的腳本技術(shù)有共享腳本、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)腳本、結(jié)構(gòu)化腳本等。這些腳本都包括了三個(gè)命令，即人工操作命令、狀態(tài)檢查命令、邏輯控制命令。測(cè)試腳本主要就是對(duì)這三個(gè)命令進(jìn)行檢查，其中在自動(dòng)化檢測(cè)中采用何種腳本記錄測(cè)試結(jié)果可依據(jù)模塊要求進(jìn)行選定。
6結(jié)語
黑盒測(cè)試技術(shù)的匯編語言測(cè)試系統(tǒng)用例研究在我國已經(jīng)很多，本文最大的亮點(diǎn)是引入虛擬插樁技術(shù)，實(shí)現(xiàn)真正插樁，即在被測(cè)源程序的插樁點(diǎn)處設(shè)置中斷指令，當(dāng)源程序運(yùn)行到該點(diǎn)處時(shí)自動(dòng)運(yùn)行斷點(diǎn)指令，給出具體的PC地址，進(jìn)而給出一系列地址數(shù)據(jù)，根據(jù)事先設(shè)定的用例判定運(yùn)行效果，得出黑盒測(cè)試的正確驗(yàn)證結(jié)果。此方法最大的優(yōu)點(diǎn)在于高效、精確、成本較低，在實(shí)際運(yùn)用中具有較高的實(shí)用價(jià)值。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞：嵌入式芯片；FPGA；人機(jī)交互界面
嵌入式芯片是當(dāng)前一些主流數(shù)碼設(shè)備的核心部件，也是嵌入式系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)。嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，軟硬件可裁減的，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗等綜合性嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。簡單地說，嵌入式系統(tǒng)集系統(tǒng)的應(yīng)用軟件與硬件于一體，類似于PC中BIOS的工作方式，具有軟件代碼小、高度自動(dòng)化、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)，特別適合于要求實(shí)時(shí)和多任務(wù)的體系。
嵌入式芯片主要包括FPGA芯片(Field Programmable Gate Array 現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列），MCS-51系列芯片等等。本文主要介紹面向嵌入式芯片的指令測(cè)試系統(tǒng)。
一、系統(tǒng)架構(gòu)
測(cè)試系統(tǒng)的主體是面向嵌入式芯片的人機(jī)交互界面。它為用戶提供了檢測(cè)芯片指令集的各種便捷操作。
為了更好的實(shí)現(xiàn)測(cè)試體系的各項(xiàng)功能，筆者在編寫程序時(shí)，將測(cè)試系統(tǒng)人為的分成了幾個(gè)模塊。這些模塊之間有著非常緊密的聯(lián)系，每一步的實(shí)現(xiàn)都是下一步成功運(yùn)行的基礎(chǔ)。
測(cè)試體系的主體架構(gòu)主要分為五個(gè)部分：
（一）源代碼的輸入與保存
用戶可以通過編輯框輸入代碼，實(shí)現(xiàn)程序的編寫。此外系統(tǒng)還為用戶提供了編輯框的清空操作，并可以自動(dòng)將編寫的代碼保存為.asm文件。
（二）源文件的讀取與顯示
用戶可以將已經(jīng)編寫好的源文件讀入系統(tǒng)，并對(duì)其進(jìn)行編輯。
（三）交叉編譯
系統(tǒng)對(duì)讀入的源文件進(jìn)行編譯，期間用戶可以自動(dòng)配編譯工具，編譯完成后系統(tǒng)將自動(dòng)報(bào)錯(cuò)。
（四）串口的輸入輸出
系統(tǒng)可以將用戶指定的二進(jìn)制文件送到串行口中，并發(fā)送至連接到PC端的8051芯片中。發(fā)送成功后，系統(tǒng)將顯示已經(jīng)發(fā)送的信息。
系統(tǒng)可以自動(dòng)接收來自串口的消息，并顯示在相應(yīng)的列表框中。
（五）程序運(yùn)行日志
系統(tǒng)在用戶運(yùn)行了測(cè)試體系之后，即程序的出口處，自動(dòng)生成程序的運(yùn)行日志，它為用戶顯示了程序運(yùn)行的各項(xiàng)參數(shù)，例如程序運(yùn)行時(shí)間，串口狀態(tài)等。
此外系統(tǒng)為了使用戶可以更加方便自如的使用本測(cè)試框架，在每一部分的實(shí)現(xiàn)過程中，都充分考慮了軟件的靈活性，盡可能的讓用戶自主配置測(cè)試體系的各項(xiàng)參數(shù)。
二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)
（一）整體性
作為嵌入式測(cè)試系統(tǒng)的人機(jī)交互界面，在其設(shè)計(jì)的過程中必然要形成一套完備的軟件體系，即保證程序運(yùn)行的整體性。這關(guān)系到整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的完整性和穩(wěn)定性。
源代碼輸入和源文件讀取部分主要是將指令集測(cè)試代碼導(dǎo)入到系統(tǒng)中。交叉編譯部分的工作是對(duì)導(dǎo)入系統(tǒng)的測(cè)試代碼進(jìn)行編譯處理，以便用戶對(duì)測(cè)試代碼進(jìn)行調(diào)試。串口檢測(cè)部分是將編譯通過的測(cè)試程序所生成的二進(jìn)制文件以8位字符串的形式送入串口，經(jīng)過開發(fā)板的運(yùn)行以后，將結(jié)果通過串口輸出到指定的LCD顯示屏或PC上，從而驗(yàn)證測(cè)試程序的可執(zhí)行性。程序運(yùn)行日志是對(duì)整個(gè)程序運(yùn)行的效率和穩(wěn)定性向用戶提供的反饋信息。
（二）靈活性
在保證程序運(yùn)行的整體性的同時(shí)，為了使測(cè)試體系的使用更加的方便，提高測(cè)試體系進(jìn)一步完善的空間，就必須保證各功能模塊的靈活性。在源代碼輸入和源文件讀取的部分，系統(tǒng)默認(rèn)的輸入程序是匯編程序，但用戶也可以輸入C程序，JAVA程序，XML程序等多種程序語言。同時(shí)，在交叉編譯部分也可以通過調(diào)用不同的編譯器和鏈接器對(duì)這些程序編譯調(diào)試，這無形中將單一的面向嵌入式芯片的匯編編譯器擴(kuò)展為集C語言編譯器，JAVA語言編譯器和XML語言編譯器等多種編譯器于一體的集成編譯環(huán)境，從而實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的編譯功能。串口檢測(cè)部分為用戶提供串口參數(shù)的配置框，并支持串口信息的發(fā)送與接收，從而使測(cè)試體系具有了類似超級(jí)終端的串口通信功能，這也為用戶對(duì)串口操作提供了極大的方便。
三、結(jié)束語
作為當(dāng)前主流的數(shù)碼產(chǎn)品的關(guān)鍵部件，嵌入式芯片必然會(huì)在未來的IT市場(chǎng)上占有越來越重要的地位。本文所探討的嵌入式芯片測(cè)試系統(tǒng)正是基于這樣的考量，不但從源代碼的輸入與保存，源文件的讀取與顯示，交叉編譯，串口的輸入輸出和程序運(yùn)行日志這五個(gè)模塊來構(gòu)建測(cè)試系統(tǒng)，而且還從程序設(shè)計(jì)的整體性和靈活性兩個(gè)方面，對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了評(píng)測(cè)。未來的嵌入式系統(tǒng)和普通的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在微型化和小型化方面將會(huì)趨于一致，而測(cè)試系統(tǒng)也可以進(jìn)一步擴(kuò)展為對(duì)整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的檢測(cè)。希望測(cè)試系統(tǒng)能為嵌入式芯片的發(fā)展做出一定的貢獻(xiàn)。
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關(guān)鍵詞：嵌入式；設(shè)計(jì)技術(shù)；挑戰(zhàn)；市場(chǎng)；性能
中圖分類號(hào)：TP311
嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，并且軟硬件可裁剪，適用于應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有著本質(zhì)上的不同，嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在很多情況下需要考慮的是為其產(chǎn)品性能，生命周期和商業(yè)驅(qū)動(dòng)做優(yōu)化，而不是努力提高其最大計(jì)算吞吐量。對(duì)于一個(gè)有市場(chǎng)適應(yīng)能力的嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來說，產(chǎn)品的成功與否更重要的是其在性價(jià)比上的優(yōu)勢(shì)。
嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，并且軟硬件可裁剪，適用于應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它一般由嵌入式微處理器、硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)以及用戶的應(yīng)用程序等四個(gè)部分組成，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)其他設(shè)備的控制、監(jiān)視或管理等功能。嵌入式系統(tǒng)和具體應(yīng)用有機(jī)地結(jié)合在一起，它的升級(jí)換代也是和具體產(chǎn)品同步進(jìn)行，因此嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品一旦進(jìn)入市場(chǎng)，具有較長的生命周期。
由于嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)自身功能和具體應(yīng)用環(huán)境的限制，其在設(shè)計(jì)技術(shù)上會(huì)面臨如下兩個(gè)方面的挑戰(zhàn)：
1 系統(tǒng)自身發(fā)展升級(jí)挑戰(zhàn)
應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大和用戶要求的逐漸提高推動(dòng)了嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)功能的升級(jí)，而在升級(jí)過程中，嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)作為系統(tǒng)開發(fā)的核心環(huán)節(jié)，無法避免的要面對(duì)來自整個(gè)系統(tǒng)的全面挑戰(zhàn)。
1.1 單片機(jī)向多模塊組合轉(zhuǎn)變
隨著用戶對(duì)備選方案數(shù)量要求的提高，嵌入式系統(tǒng)從過去單一的單片機(jī)應(yīng)用模式，轉(zhuǎn)變?yōu)槟軌蛱峁└嗖煌瑢哟畏桨傅亩鄻踊Ｊ?。通過重用和組合IP核構(gòu)件技術(shù)實(shí)現(xiàn)的片上SoC系統(tǒng)，是目前嵌入式系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)的最高形式。通過利用FPGA和IP模塊進(jìn)行功能組合PSoC/SOPC設(shè)計(jì)，徹底改變了過去單片機(jī)從底層全權(quán)包攬的單一設(shè)計(jì)局面。
1.2 對(duì)設(shè)計(jì)技術(shù)的要求更高
經(jīng)過幾年發(fā)展，目前高端嵌入式系統(tǒng)都是建立在RTOS基礎(chǔ)之上的，所以很多非計(jì)算機(jī)專業(yè)技術(shù)人員就要學(xué)習(xí)全新的RTOS技術(shù)。這無疑是一次設(shè)計(jì)技術(shù)的重頭再來，需要設(shè)計(jì)人員做到從觀念認(rèn)識(shí)到設(shè)計(jì)技術(shù)的一次徹底轉(zhuǎn)變。
1.3 運(yùn)用新開發(fā)工具進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)
嵌入式設(shè)計(jì)從8/16位轉(zhuǎn)向功能更強(qiáng)大的32位MCU，升級(jí)之后，開發(fā)工具的投入就成為了系統(tǒng)開發(fā)過程中最大的障礙。升級(jí)之后的開發(fā)環(huán)境不僅加大了系統(tǒng)投資數(shù)目，對(duì)其使用的技術(shù)有了更高要求，其開發(fā)工具較之前也有了更復(fù)雜的變化。使用新系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)時(shí)，如何正確選擇處理器架構(gòu)、評(píng)估嵌入式操作系統(tǒng)，以及使用陌生的開發(fā)工具，都是一個(gè)新的挑戰(zhàn)。
1.4 多種技術(shù)協(xié)同設(shè)計(jì)
嵌入式系統(tǒng)對(duì)軟硬件的協(xié)同配合有著超高的要求，所以在設(shè)計(jì)過程中，軟硬件設(shè)計(jì)的同步與集成是主要問題。由于技術(shù)細(xì)節(jié)處的不斷增加，控制軟硬件一致性與正確性需要消耗極大的時(shí)間。目前業(yè)界已經(jīng)開發(fā)Polis、CosYma及Chinook等多種方法和工具來支持集成式軟硬件的協(xié)同設(shè)計(jì)。這使得系統(tǒng)可以跨越硬件和軟件平臺(tái)復(fù)用，并支持設(shè)計(jì)空間探索。是一種統(tǒng)一軟硬件的開發(fā)方法。
2 應(yīng)對(duì)市場(chǎng)的重點(diǎn)性能挑戰(zhàn)
嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)在滿足用戶多樣性需求和自身不斷升級(jí)方面的提升與完善是信息技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)，但是其最根本的基礎(chǔ)性能提高則是市場(chǎng)判定該系統(tǒng)是否卓越，亙古不變的標(biāo)準(zhǔn)。在設(shè)計(jì)過程中，基礎(chǔ)性能設(shè)計(jì)的重點(diǎn)如下：
2.1 操作實(shí)時(shí)響應(yīng)
嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)嵌入到對(duì)象系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，嵌入系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)不僅要求得到正確的結(jié)果，更要滿足時(shí)間交互過程的響應(yīng)要求。在設(shè)計(jì)過程中，有時(shí)需要要求設(shè)計(jì)技術(shù)按照軟件運(yùn)行最壞情況下的時(shí)間進(jìn)行預(yù)留，因?yàn)檐浖\(yùn)行耗費(fèi)的時(shí)間會(huì)立刻增加系統(tǒng)響應(yīng)的時(shí)間，致使系統(tǒng)不能滿足嵌入對(duì)象系統(tǒng)提出的響應(yīng)時(shí)間?！靶盘?hào)處理系統(tǒng)”、“緊急任務(wù)處理系統(tǒng)”就是典型的實(shí)時(shí)性要求很強(qiáng)的系統(tǒng)。
2.2 嵌入系統(tǒng)安全性
嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通常應(yīng)用于安全性很高的情況下，這就要求設(shè)計(jì)技術(shù)能夠保證系統(tǒng)極高的安全性能和可靠性能。
（1）可靠性能。嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的可靠性是衡量其設(shè)計(jì)技術(shù)的重要標(biāo)準(zhǔn)，它要求設(shè)計(jì)技術(shù)滿足增長系統(tǒng)生命周期，拓寬系統(tǒng)適用范圍，減少系統(tǒng)中的錯(cuò)誤，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性，甚至要降低嵌入式系統(tǒng)的維護(hù)費(fèi)用。為滿足如上諸多要求，嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)該從工作溫度，抗震動(dòng)，抗電磁干擾，抗輻射等方面著手進(jìn)行全面加強(qiáng)。
（2）可用性能。嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為達(dá)到提供預(yù)期的功能要求提高系統(tǒng)的可靠性，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，通常需要采用故障避免、故障檢測(cè)與故障容錯(cuò)等設(shè)計(jì)技術(shù)。
（3）安全性能。嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的安全性，要求系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)盡量使系統(tǒng)能夠無錯(cuò)誤的完成預(yù)期功能，同時(shí)降低系統(tǒng)的危害程度，安全完成運(yùn)行任務(wù)。
（4）保密性能。保密性能在網(wǎng)絡(luò)嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中尤為重要。通過現(xiàn)有的保密技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)安全措施基本可以保證數(shù)據(jù)的安全，但也無法做到完全保證。這就需要我們通過系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)加入入侵檢測(cè)模塊來提升嵌入系統(tǒng)的保密性。使入侵模塊成為整個(gè)系統(tǒng)的最后防線，在系統(tǒng)遭受威脅或被攻擊后，通過分析攻擊行為，有效保護(hù)系統(tǒng)免受同樣攻擊。
通常在設(shè)計(jì)時(shí)，都是利用技術(shù)通過提高嵌入系統(tǒng)的抗入侵能力來提高保密性，在遭到入侵時(shí)，嵌入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能夠進(jìn)行安全的現(xiàn)場(chǎng)重編程及提供重建保護(hù)等。
3 結(jié)語
互聯(lián)網(wǎng)在日常生活與工作中的作用越來越大，信息技術(shù)的發(fā)展日益迅速。嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)作為當(dāng)今信息技術(shù)的核心部分，對(duì)我國的各行各業(yè)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)，則是嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)開發(fā)的核心環(huán)節(jié)。更高的應(yīng)用需求，對(duì)嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)提出了更高的要求。與此同時(shí)，嵌入式系統(tǒng)本身的升級(jí)，也使得嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)面臨更大的挑戰(zhàn)。本文通過以上對(duì)嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)的幾點(diǎn)分析，主要分析了嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)為更好的適應(yīng)和滿足市場(chǎng)，而需要面對(duì)的諸多挑戰(zhàn)。可以看出，嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在市場(chǎng)上的需求日益增大，用戶的要求也在向多樣化和高標(biāo)準(zhǔn)的趨勢(shì)發(fā)展。這就要求系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)，一方面要不斷與時(shí)俱進(jìn)熟練掌握新升級(jí)技術(shù)，來適應(yīng)市場(chǎng)滿足多樣化需求；另一方面要保證系統(tǒng)基本的實(shí)時(shí)性與安全性。只有這樣抓牢基礎(chǔ)，不斷提高才能在當(dāng)今的信息化社會(huì)中站穩(wěn)腳跟，不會(huì)被市場(chǎng)淘汰。
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關(guān)鍵詞: 地理信息系統(tǒng)；嵌入式；全球定位系統(tǒng)；空間數(shù)據(jù)
Abstract: based on embedded system design of the structure of the geographic information system, and puts forward the comprehensive GIS architecture using a variety of modern technology, they include GIS technology and embedded technology, and RS technology, GPS technology, mobile computing technology and communication technology, etc.
Keywords: geographic information systems; Embedded; Global positioning system; Spatial data
中圖分類號(hào)：S611文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：
1.引言
隨著GIS技術(shù)的不斷成熟和它給人們帶來的巨大便利，以及嵌入式設(shè)備性能的提高和普及，兩者的結(jié)合成為一種必然的發(fā)展趨勢(shì)。近年來，嵌入式GIS技術(shù)正成為GIS發(fā)展的熱點(diǎn)之一，它的應(yīng)用包括了汽車導(dǎo)航、野外測(cè)繪、物流運(yùn)輸、軍事指揮等眾多的領(lǐng)域。我國也已經(jīng)開發(fā)出了自己的嵌入式GIS產(chǎn)品，比如武漢中地軟件的MAPGIS-Embedded和北京超圖公司的eSuperMap等。本章提出了一種基于嵌入式設(shè)備的地理信息系統(tǒng)的完整的體系架構(gòu)，對(duì)于架構(gòu)中涉及到的技術(shù)以及每一個(gè)模塊都做了比較詳細(xì)的說明。同時(shí)需要指出的是：這個(gè)架構(gòu)不僅具有一定的理論價(jià)值，還具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。我們已經(jīng)按照此架構(gòu)中提出的思想進(jìn)行了代碼實(shí)現(xiàn)，當(dāng)然由于時(shí)間和精力的關(guān)系，只是實(shí)現(xiàn)了其中的一些基本的功能，但這卻是自主開發(fā)嵌入式地理信息系統(tǒng)的一次有意的嘗試，并具體介紹實(shí)現(xiàn)的過程和步驟，以及實(shí)現(xiàn)過程中一些難點(diǎn)、關(guān)鍵問題的解決。
2.嵌入式GIS體系架構(gòu)
嵌入式地理信息系統(tǒng)的體系架構(gòu)如圖1所示。從圖中可以看出，整個(gè)系統(tǒng)是基于C/S模式的，它由嵌入式設(shè)備、高性能計(jì)算機(jī)、全球定位系統(tǒng)(GPS)和空間數(shù)據(jù)庫四個(gè)部分組成。
嵌入式設(shè)備由嵌入式硬件系統(tǒng)和嵌入式軟件系統(tǒng)構(gòu)成，其中嵌入式硬件系統(tǒng)要集成GPS定位信息的接收功能；在嵌入式硬件之上的一層是嵌入式操作系統(tǒng)(如ARM－Linux等)，它是嵌入式軟、硬件之間的橋梁，主要負(fù)責(zé)文件管理、進(jìn)程調(diào)度等功能；運(yùn)行在嵌入式設(shè)備上的GIS軟件（也就是客戶端程序）包括地圖的顯示、縮放、漫游、緩沖分析、通訊等幾個(gè)模塊，通訊模塊可以通過無線網(wǎng)絡(luò)與高性能計(jì)算機(jī)（服務(wù)器）進(jìn)行通信和數(shù)據(jù)傳輸。
高性能計(jì)算機(jī)（服務(wù)器）要實(shí)現(xiàn)最短路徑、最優(yōu)路徑的查詢等地理信息系統(tǒng)中比較復(fù)雜的功能，同時(shí)還要實(shí)現(xiàn)與客戶端進(jìn)行通訊、文件格式的轉(zhuǎn)換，以及訪問數(shù)據(jù)庫服務(wù)器等功能。
對(duì)于系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，我們采取的是客戶端－服務(wù)器兩級(jí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模式，大部分的數(shù)據(jù)存放在服務(wù)器端（高性能計(jì)算機(jī)），客戶端（嵌入式設(shè)備）只保留少量常用的數(shù)據(jù)；如果系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)量過于龐大，甚至可以由一個(gè)具有海量存儲(chǔ)器的計(jì)算機(jī)專門來存儲(chǔ)服務(wù)器端的數(shù)據(jù)，并向服務(wù)器提供訪問接口，這樣可以減輕服務(wù)器的負(fù)擔(dān)，提高整個(gè)系統(tǒng)的效率和處理數(shù)據(jù)的速度。在必要時(shí)，客戶端可以向服務(wù)器提出更新數(shù)據(jù)的請(qǐng)求，服務(wù)器在接到請(qǐng)求后把相應(yīng)的數(shù)據(jù)文件回傳給客戶端。
圖1 基于嵌入式設(shè)備的GIS架構(gòu)示意圖
對(duì)系統(tǒng)的功能模塊進(jìn)行了劃分，把地圖顯示、圖層管理、緩沖分析、縮放和漫游等比較簡單，對(duì)硬件資源消耗小的應(yīng)用放在客戶端，而把最優(yōu)路徑、最短路徑的分析等復(fù)雜的應(yīng)用放在服務(wù)器端。這樣做的原因在于嵌入式硬件本身的資源非常有限，如存儲(chǔ)空間偏小、處理器的速度也不是十分理想等，所以它不可能發(fā)展較為復(fù)雜的GIS空間分析功能。當(dāng)客戶端需要調(diào)用最短（優(yōu)）路徑查詢等復(fù)雜的GIS分析功能時(shí)，就向服務(wù)器發(fā)出請(qǐng)求（其中包括客戶端當(dāng)前的位置、目的地等參數(shù)），服務(wù)器根據(jù)客戶端傳遞的參數(shù)，對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行一系列的查詢、檢索等操作后，將分析的結(jié)果回傳給客戶端，從而為客戶提供決策支持，同時(shí)也減輕了嵌入式設(shè)備的負(fù)擔(dān)，提高了它的工作效率。
3.全球定位系統(tǒng)及3S集成技術(shù)
3S技術(shù)為科學(xué)研究、政府管理、社會(huì)生產(chǎn)提供了新一代的觀測(cè)手段、描述語言和思維工具。3S的結(jié)合應(yīng)用，取長補(bǔ)短，是一個(gè)自然的發(fā)展趨勢(shì)，三者之間的相互作用形成了“一個(gè)大腦，兩只眼睛”的框架，即RS和GPS向GIS提供或更新區(qū)域信息以及空間定位，GIS進(jìn)行相應(yīng)的空間分析（圖2），以從RS和GPS提供的浩如煙海的數(shù)據(jù)中提取有用信息，并進(jìn)行綜合集成，使之成為決策的科學(xué)依據(jù)。RS、GIS、GPS集成的方式可以在不同的技術(shù)水平上實(shí)現(xiàn)，最簡單的辦法是三種系統(tǒng)分開而由用戶綜合使用，進(jìn)一步是三者有共同的界面，做到表面上無縫的集成，數(shù)據(jù)傳輸則在內(nèi)部通過特征碼相結(jié)合，最好的辦法是整體的集成，成為統(tǒng)一的系統(tǒng)。
圖2 3S的相互作用與集成
4.空間數(shù)據(jù)的無線傳輸
空間數(shù)據(jù)無線傳輸技術(shù)是完善嵌入式GIS 功能的重要技術(shù)之一。但是目前該技術(shù)的發(fā)展受到諸多因素的制約，下面就這些制約因素加以闡述和分析，并針對(duì)無線傳輸網(wǎng)絡(luò)提出相應(yīng)的解決方案。雖然GPRS是作為現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)向第三代移動(dòng)通信演變的過渡技術(shù)，但是它相對(duì)于原來GSM的撥號(hào)方式的電路交換數(shù)據(jù)傳送方式，在許多方面都具有顯著的優(yōu)勢(shì)。正是由于GPRS具有以上的這些特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，在我們?cè)O(shè)計(jì)的基于嵌入式設(shè)備的GIS系統(tǒng)架構(gòu)中，采用了GPRS作為空間數(shù)據(jù)的無線傳輸網(wǎng)絡(luò)。
5.試驗(yàn)結(jié)果
ECI GIS的開發(fā)嚴(yán)格遵循了軟件工程的思想，并且針對(duì)嵌入式軟件開發(fā)的特點(diǎn)，對(duì)軟、硬件平臺(tái)以及專業(yè)需求等因素也進(jìn)行了綜合的分析和考慮。但由于時(shí)間、技術(shù)等方面的原因，我們的軟件只是實(shí)現(xiàn)了GIS中的一些基本功能。本節(jié)將重點(diǎn)向您介紹這些功能的實(shí)現(xiàn)，即程序運(yùn)行的結(jié)果。說明：地圖中的當(dāng)前圖層為上海市區(qū)縣和主要河流。
圖3全圖顯示
圖4屬性數(shù)據(jù)庫的顯示
結(jié)束語
ECI GIS1.0是一個(gè)基于嵌入式設(shè)備的地理信息系統(tǒng)軟件，它經(jīng)過了架構(gòu)的搭建、模塊設(shè)計(jì)、代碼實(shí)現(xiàn)、軟件移植和應(yīng)用檢驗(yàn)幾個(gè)階段，具備了地圖縮放、信息查詢等基本的功能。ECI GIS與其他的嵌入式地理信息系統(tǒng)相比，最大的特點(diǎn)就是它沒有借助任何商業(yè)的操作系統(tǒng)(如WinCE)和GIS系統(tǒng)軟件，實(shí)現(xiàn)過程中用到的Linux和GDAL函數(shù)庫的源代碼都是免費(fèi)開放的。ECI GIS1.0是我們?yōu)殚_發(fā)出中國擁有自己完全版權(quán)的GIS軟件而進(jìn)行的有意的嘗試和探索，這一點(diǎn)或許遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其在商業(yè)上的價(jià)值。
參考文獻(xiàn):
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關(guān)鍵詞：軟件測(cè)試控制系統(tǒng)嵌入式
中圖分類號(hào):TP311.52 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416(2012)05-0151-01
1、嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)以及實(shí)現(xiàn)方法
嵌入式系統(tǒng)的主要特點(diǎn)如下：嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件的緊密結(jié)合，具有很強(qiáng)的依賴性之間的軟件和硬件，嵌入式系統(tǒng)的功能和性能通過軟件和硬件來實(shí)現(xiàn)。因此，在硬件平臺(tái)上的嵌入式軟件系統(tǒng)的測(cè)試。在硬件，嵌入式軟件系統(tǒng)測(cè)試。這是一個(gè)不同的主機(jī)平臺(tái)上的軟件，只能在電腦平臺(tái)的主機(jī)平臺(tái)軟件系統(tǒng)測(cè)試，不需要專門的硬件平臺(tái)測(cè)試。嵌入式系統(tǒng)的要求非常苛刻的時(shí)間。嵌入式系統(tǒng)，實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，為要求苛刻的實(shí)時(shí)場(chǎng)合。嵌入式系統(tǒng)的硬件資源有限，存儲(chǔ)容量和速度的嵌入式CPU和應(yīng)用環(huán)境的制約。
軟件測(cè)試的方法可以分為黑盒測(cè)試和白盒測(cè)試兩大類：黑盒測(cè)試是一種基于需求的測(cè)試，以驗(yàn)證測(cè)試軟件是否滿足軟件的需求。白盒是基于結(jié)構(gòu)的測(cè)試，軟件控制流測(cè)試包括語句覆蓋，分支覆蓋，等等和數(shù)據(jù)流測(cè)試。覆蓋測(cè)試原理是：測(cè)試軟件，測(cè)試工具的使用靜態(tài)分析，以確定代碼中的分支點(diǎn)，并統(tǒng)一編號(hào)，分配給每個(gè)分支點(diǎn)。計(jì)劃執(zhí)行的歷史信息和路徑，你可以從這份文件中，為了計(jì)算的代碼覆蓋率。嵌入式軟件與主機(jī)平臺(tái)上的軟件有不同的特點(diǎn)，所以從主機(jī)平臺(tái)軟件測(cè)試，測(cè)試也明顯不同。
2、嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用
嵌入式系統(tǒng)為中心，基于計(jì)算機(jī)技術(shù)，利用可定制的功能性，可靠性，成本，體積，功耗嚴(yán)格要求，設(shè)備專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)111硬件和軟件。它一般由嵌入式微處理器，硬件設(shè)備，嵌入式操作系統(tǒng)和用戶應(yīng)用程序，控制其他設(shè)備，監(jiān)事或管理由四部分。最典型的嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)是與人民生活密切相關(guān)的，任何一個(gè)普通的人可能有各種使用嵌入式微處理器技術(shù)的電子產(chǎn)品，MP3，PDA等數(shù)字設(shè)備，數(shù)字家電，智能家電，地理信息系統(tǒng)的車輛。事實(shí)上，新的嵌入式設(shè)備的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過通用計(jì)算機(jī)。其硬件系統(tǒng)表現(xiàn)如右：
嵌入式操作系統(tǒng)和通用操作系統(tǒng)有許多功能，如可靠性，可削減，可擴(kuò)展性，實(shí)時(shí)等。前三嵌入式應(yīng)用環(huán)境的要求?！皩?shí)時(shí)”，以滿足系統(tǒng)內(nèi)容的實(shí)時(shí)性要求。通常在一些嵌入式操作系統(tǒng)，通常被稱為“實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，但它是操作系統(tǒng)的性能有一個(gè)更好的實(shí)時(shí)能力。在一個(gè)特定的嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)中，沒有實(shí)時(shí)的結(jié)論。不同的嵌入式操作系統(tǒng)，可以有不同的實(shí)時(shí)能力。嵌入式操作系統(tǒng)應(yīng)符合設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)任務(wù)調(diào)度，運(yùn)行速度快，實(shí)時(shí)性能的內(nèi)容嵌入式操作系統(tǒng)的能力，可以更容易地實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的應(yīng)用程序。
3、應(yīng)用航天業(yè)的條件和發(fā)展
今天的軟件和硬件技術(shù)的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)被廣泛用于航空航天，國防，軍工，電子通訊等行業(yè)，其中軟件變得越來越復(fù)雜。應(yīng)用嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)，這些地區(qū)往往是高安全性，關(guān)鍵任務(wù)系統(tǒng)，軟件，小缺陷可能會(huì)嚴(yán)重威脅生命和國家安全的，巨大的天文財(cái)產(chǎn)損失。這使得它保證嵌入式軟件的質(zhì)量和可靠性變得至關(guān)重要。
4、航天業(yè)的應(yīng)用條件
嵌入式系統(tǒng)的任務(wù)有一定量的時(shí)間限制。據(jù)截止時(shí)間，實(shí)時(shí)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)被分為“硬實(shí)時(shí)時(shí)間”和“軟實(shí)時(shí)”?？梢酝耆珴M足硬實(shí)時(shí)應(yīng)用的需求，否則，導(dǎo)致發(fā)生重大安全事故，甚至造成了生命和生態(tài)破壞。
可預(yù)見性是一個(gè)系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)執(zhí)行任務(wù)的時(shí)間來判斷，以確定它是否能滿足任務(wù)的期限。在航空航天工業(yè)實(shí)時(shí)系統(tǒng)需要嚴(yán)格的時(shí)間限制，稱為實(shí)時(shí)系統(tǒng)的可預(yù)測(cè)性是一個(gè)重要的性能要求也至關(guān)重要。除了硬件延遲的可預(yù)見性，也需要軟件系統(tǒng)的可預(yù)測(cè)性，包括應(yīng)用程序的可預(yù)測(cè)性的響應(yīng)時(shí)間可預(yù)測(cè)的，也就是說，在有限的時(shí)間內(nèi)完成必要的工作;和操作系統(tǒng)，即實(shí)際運(yùn)行時(shí)的開銷時(shí)間原語，調(diào)度功能應(yīng)范圍內(nèi)，以確保應(yīng)用程序的執(zhí)行時(shí)間為界。
5、與外部環(huán)境的相互作用
航天業(yè)需要的外部環(huán)境是獨(dú)一無二的，這樣的外部環(huán)境是一個(gè)實(shí)時(shí)系統(tǒng)不可或缺的組成部分?？臻g計(jì)算機(jī)子系統(tǒng)控制系統(tǒng)，它必須在規(guī)定時(shí)間內(nèi)作出回應(yīng)外部請(qǐng)求。外部物理環(huán)境經(jīng)常指責(zé)子系統(tǒng)，兩個(gè)互動(dòng)，以形成一個(gè)完整的實(shí)時(shí)系統(tǒng)。為此，該系統(tǒng)需要一個(gè)靜態(tài)的分析，并保留資源和冗余配置，系統(tǒng)可以工作在最壞的情況下，或避免損失?？煽啃砸殉蔀楹娇蘸教旃I(yè)的實(shí)時(shí)系統(tǒng)性能不可缺少的一個(gè)重要指標(biāo)來衡量。
6、結(jié)語
隨著嵌入式系統(tǒng)的廣泛使用，其實(shí)時(shí)性已經(jīng)吸引了越來越多的關(guān)注。實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)是一個(gè)綜合性的問題，應(yīng)考慮在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)，硬件不僅是軟件的選擇也應(yīng)注意。在這些領(lǐng)域的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的特點(diǎn)，往往是高安全性，關(guān)鍵任務(wù)系統(tǒng)，軟件，小缺陷可能會(huì)嚴(yán)重威脅生命和國家安全的一個(gè)巨大的天文數(shù)字的財(cái)產(chǎn)損失。這使得它變得至關(guān)重要，以確保嵌入式軟件的質(zhì)量和可靠性。
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關(guān)鍵詞:嵌入式系統(tǒng);機(jī)器視覺;測(cè)控系統(tǒng);圖像跟蹤
中圖分類號(hào):TP391.41文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1009-3044(2010)08-1987-02
1 概述
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,更高速,更可靠,更低成本成為各種技術(shù)開發(fā)的要求。因此,設(shè)計(jì)能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)視覺圖像采集、視覺圖像處理控制,使其結(jié)構(gòu)更緊湊,甚至完全不需要計(jì)算機(jī)的介入,提高處理速度,并能有效降低成本的專用機(jī)器視覺控制系統(tǒng),使得該系統(tǒng)具有安裝方便、配置靈活、便于攜帶等突出優(yōu)點(diǎn)。為此,本課題提出了基于嵌入式機(jī)器視覺測(cè)控系統(tǒng)的研究,在嵌入式系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)視覺圖像采集、視覺圖像處理及控制,構(gòu)成處理速度快,成本低,結(jié)構(gòu)緊湊,不需要計(jì)算機(jī)介入的專用嵌入式機(jī)器視覺測(cè)控系統(tǒng)。
2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
2.1 設(shè)計(jì)方案
目前,用于圖像采集處理系統(tǒng)的嵌入式核心器件一般有FPGA、DSP和ARM芯片,出于成本控制與測(cè)控系統(tǒng)性能要求的考慮,這里選用FPGA方案。
FPGA內(nèi)嵌的NiosII軟核處理器是32位的,主要包括CPU微處理器、I/O中斷、計(jì)時(shí)器、UART串口及大量通用寄存器。選用FPGA方案的優(yōu)點(diǎn)在于,在單個(gè)芯片上既可以完成圖像采集等復(fù)雜邏輯的控制,又可以用內(nèi)嵌的NiosII處理器完成對(duì)圖像的處理和識(shí)別,電路設(shè)計(jì)簡單,成本低。
對(duì)于機(jī)器視覺測(cè)控系統(tǒng),在選用了嵌入式處理器實(shí)現(xiàn)圖像采集的功能之后,需要將視頻圖像進(jìn)行數(shù)字化處理,這里采用標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)攝像機(jī)+視頻圖像數(shù)字化模塊的方法實(shí)現(xiàn)。標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)攝像機(jī)的輸出信號(hào)一般是PAL制式或NTSC制式的模擬信號(hào),信號(hào)在進(jìn)行數(shù)字圖像處理前必須經(jīng)過刀D轉(zhuǎn)換,即視頻采集。視頻采集是整個(gè)系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分,它是對(duì)模擬視頻信號(hào)實(shí)現(xiàn)數(shù)字圖像處理的第一個(gè)步驟。該方案具有通用性好、成本低的優(yōu)點(diǎn)。
2.2 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1) 硬件設(shè)計(jì)
硬件設(shè)計(jì)包括系統(tǒng)硬件電路的連接和FPGA內(nèi)部邏輯電路的設(shè)計(jì)。
FPGA內(nèi)部邏輯電路的設(shè)計(jì)是以QuartusII為開發(fā)環(huán)境,用VHDL語言編程實(shí)現(xiàn)圖像采集、SRAM總線切換等模塊的功能,用SOPC Builder配置、產(chǎn)生NiosII軟核處理器及必要的外設(shè)(用戶自定義外設(shè)用VHDL編程實(shí)現(xiàn)),然后一起編譯并下載到FPGA的配置芯片中,再由配置芯片完成對(duì)FPGA的上電配置,由此形成硬件邏輯電路的連接,實(shí)現(xiàn)圖像采集、處理、存儲(chǔ)、顯示、實(shí)時(shí)控制等功能模塊。
2) 軟件設(shè)計(jì)
用SOPC Builder生成NiosII處理器系統(tǒng)的同時(shí),也會(huì)生成相應(yīng)的SDK軟件開發(fā)包。在這個(gè)軟件包的基礎(chǔ)上,開發(fā)者可以利用NiosII IDE,移植嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μc/OS-II,編寫C或者C++程序來完成對(duì)圖像的二值化、區(qū)域分割、特征提取、模式識(shí)別等處理過程,最終實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)軌跡的跟蹤,實(shí)時(shí)控制機(jī)器人沿規(guī)定軌跡運(yùn)行。
3 關(guān)鍵技術(shù)問題探討
3.1 圖像采集CCD模塊設(shè)計(jì)
圖像信息的獲取就是捕捉待處理目標(biāo)的圖像信息并將其轉(zhuǎn)換成適合一體機(jī)處理的數(shù)字信號(hào),這一過程主要包括圖像捕獲、光電轉(zhuǎn)換及數(shù)字化等幾個(gè)步驟。目前圖像信息獲取可以使用CCD、CMOS、CIS等傳感器,其中以CCD的應(yīng)用最為廣泛。
本設(shè)計(jì)模塊采用1/3寸逐行掃描型黑白面陣CCD圖像傳感器ICX424AL。ICX424AL有效光敏單元為659×494,靈敏度高、暗電流小,帶有電子快門。由三相垂直脈沖(V1、V2、V3)和兩相水平脈沖(H1、H2)驅(qū)動(dòng)工作,水平驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘頻率為24.154MHz,驅(qū)動(dòng)電壓5V。曝光之后,每一列成像勢(shì)阱中的電荷在脈沖的驅(qū)動(dòng)作用下被移至勢(shì)阱旁的垂直寄存器當(dāng)中,然后垂直驅(qū)動(dòng)脈沖發(fā)揮作用,每次脈沖驅(qū)動(dòng)垂直寄存器組中的像素電荷向下移一行,而此時(shí)最下面一行的像素電荷則被移動(dòng)到水平寄存器當(dāng)中。之后水平驅(qū)動(dòng)脈沖發(fā)揮作用,脈沖驅(qū)動(dòng)水平寄存器中的像素的電荷向輸出口移動(dòng)。被移出像素電荷,經(jīng)過放大器后形成電壓信號(hào)輸出。水平寄存器被移空后,剩余電荷再次向下移一行,在水平驅(qū)動(dòng)脈沖作用下,水平寄存器的電荷再次被依次移出。上述過程一直重復(fù)直至所有像素電荷被移出。
ICX424AL的驅(qū)動(dòng)時(shí)序由CCD信號(hào)處理器AD9929產(chǎn)生。AD9929有一個(gè)三線式串行接的串行通信接口,通過該接口可以對(duì)AD9929時(shí)序發(fā)生器的相位寄存器組進(jìn)行操作,發(fā)送配置信息或讀取AD9929的工作狀態(tài)。AD9929可直接與CCD傳感器相連接,CCD像素模擬電壓信號(hào)在AD9929驅(qū)動(dòng)脈沖的作用下,由CCD_IN引腳輸入到AD9929中,經(jīng)模擬前端采樣、放大和A/D轉(zhuǎn)換后,產(chǎn)生8位的數(shù)字信號(hào)由DOUT[0-11]引腳輸出,這些數(shù)字信號(hào)即為CCD圖像傳感器捕捉到的待測(cè)目標(biāo)的原始圖像信息。
3.2 圖像實(shí)時(shí)跟蹤算法設(shè)計(jì)
由CCD模塊負(fù)責(zé)采集圖像,那么嵌入式系統(tǒng)必須要有完善的圖像跟蹤算法,才能夠?qū)崿F(xiàn)智能機(jī)器人對(duì)目標(biāo)的跟蹤,傳統(tǒng)的圖像跟蹤算法由于運(yùn)算量較大而存在實(shí)時(shí)性較差的問題,因此,有必要對(duì)圖像跟蹤算法進(jìn)行實(shí)時(shí)性優(yōu)化設(shè)計(jì)。
目標(biāo)圖像跟蹤是一個(gè)序列圖像處理、識(shí)別和測(cè)量過程。在跟蹤過程中,目標(biāo)可能出現(xiàn)大小、形狀、姿態(tài)等變化,加上實(shí)際環(huán)境中的各種干擾,以及圖像處理最小計(jì)量單位的精度問題,相關(guān)跟蹤得不到絕對(duì)最佳的匹配位置,存在測(cè)量誤差。因此,為了保證跟蹤的穩(wěn)定性,需要對(duì)圖像跟蹤模板進(jìn)行自適應(yīng)更新。圖像跟蹤模板的更新是目標(biāo)跟蹤中要解決的重要問題之一,圖像跟蹤模板更新過快或過慢,都有可能丟失所跟蹤的目標(biāo)。判斷圖像跟蹤模板是否需要更新要根據(jù)相關(guān)的置信度信號(hào),如果相關(guān)匹配的置信度高,就可以根據(jù)本幀圖像的匹配點(diǎn)處的坐標(biāo)來更新圖像跟蹤模板;如果置信度低,則說明匹配不穩(wěn)定,要沿用以前的匹配圖像跟蹤模板對(duì)下一幀進(jìn)行相關(guān)匹配。
相關(guān)置信度信號(hào)是在分析相關(guān)匹配算法的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出來的,它是一個(gè)非常重要的參數(shù)。經(jīng)過分析可知:若匹配點(diǎn)處的峰值很大,且峰值與其它非匹配點(diǎn)的均值之差越大,則表明跟蹤越可靠。定義幀內(nèi)相關(guān)置信度為:
式中:C0是幀內(nèi)相關(guān)置信度;maxR是當(dāng)前幀匹配點(diǎn)處的誤差累加次數(shù);R是同一幀內(nèi)M個(gè)依次比maxR小的誤差累加次數(shù)的均值,如果maxR和R相差越大,則說明該匹配點(diǎn)越可靠。本算法可根據(jù)計(jì)算速度的需要對(duì)M取值,一般可以取M等于20～100的任何值。若C0大于閾值T0,則認(rèn)為相關(guān)匹配值maxR符合幀內(nèi)置信度,更新圖像跟蹤模板;否則,相關(guān)匹配不可靠,不更新圖像跟蹤模板。閾值T0根據(jù)圖像的質(zhì)量和經(jīng)驗(yàn)來確定,這里我們?nèi)0=0.6。
實(shí)踐證明,在序列圖像跟蹤過程中,若單純地利用當(dāng)前圖像的最佳匹配位置處的圖像跟蹤模板作為依據(jù)進(jìn)行下一幀圖像的匹配,則跟蹤結(jié)果很容易受某一幀發(fā)生突變的圖像的影響而偏離正確位置。因此,本系統(tǒng)采用基于置信度的加權(quán)自適應(yīng)模板修正算法:如果當(dāng)前幀匹配質(zhì)量很差,則該幀圖像數(shù)據(jù)不進(jìn)行修正;而若當(dāng)前幀匹配質(zhì)量很好,則該幀圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行修正,加權(quán)修正算法表示如下式:
上式中,T(i,j,t)為當(dāng)前幀使用的圖像跟蹤模板,O(i,j,t)為當(dāng)前幀最佳匹配位置的子圖像,T(i,j,t+1)為預(yù)測(cè)得到的下一幀圖像坐標(biāo),α為加權(quán)系數(shù)(0≤α≤1),該系數(shù)的大小根據(jù)幀內(nèi)相關(guān)置信度C0,按照下式計(jì)算:
4 結(jié)束語
本文在嵌入式系統(tǒng)與機(jī)器視覺控制系統(tǒng)的交叉點(diǎn)展開研究,目的是將具有重要意義的機(jī)器視覺控制系統(tǒng)應(yīng)用到具有廣泛基礎(chǔ)的嵌入式系統(tǒng)平臺(tái)上,拓展機(jī)器視覺的應(yīng)用范圍。通過對(duì)機(jī)器視覺控制系統(tǒng)及嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的選擇,并對(duì)基于嵌入式機(jī)器視覺控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)問題展開研究,以此為依據(jù),設(shè)計(jì)了相應(yīng)的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng),并將其應(yīng)用到智能機(jī)器人視覺的控制上。
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關(guān)鍵詞：嵌入式；系統(tǒng)軟件；設(shè)計(jì)；實(shí)現(xiàn)
中圖分類號(hào)：TP273.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-7712 （2014） 12-0000-01
當(dāng)前時(shí)代，科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展，信息技術(shù)被應(yīng)用于我們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€(gè)方面。高科技為我們的生活帶來了無限的便利，目前采用高科技手段為人們提供一個(gè)安全的生活和工作環(huán)境。本文針對(duì)嵌入式系統(tǒng)在門禁卡的應(yīng)用上進(jìn)行研究，解決了傳統(tǒng)門禁卡很多的不便功能。為實(shí)現(xiàn)門禁卡自動(dòng)、智能化管理提供建議，以此來對(duì)門禁卡功能與嵌入式系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)相關(guān)問題進(jìn)行研究[1]。
一、嵌入式門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)
（一）嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)介紹。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，嵌入式門禁卡系統(tǒng)已經(jīng)逐漸進(jìn)入人們的生活，逐漸由傳統(tǒng)的門禁卡系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)代的生物特征識(shí)別技術(shù)門禁卡系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)的門禁卡主要分為了圖像采集、自動(dòng)照明、語音提示、申請(qǐng)功能、無人監(jiān)測(cè)等具體功能實(shí)現(xiàn)[2]。其具體的架構(gòu)如圖1所示。
圖1 門禁系統(tǒng)功能圖示
（二）系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)概述。如果要設(shè)計(jì)出完善的門禁系統(tǒng)，不僅需要軟件系統(tǒng)的支持，還需要硬件支撐，否則整個(gè)軟件系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)。嵌入式多功能門禁系統(tǒng)其本質(zhì)由嵌入式技術(shù)與圖像處理技術(shù)融合應(yīng)用。其中嵌入式的硬件支撐硬件結(jié)構(gòu)主要有照明控制、網(wǎng)絡(luò)接口、攝像頭、按鍵、CF卡、音頻接口、LVDS以及DDR2等。
二、嵌入式系統(tǒng)在門禁卡中的實(shí)現(xiàn)
（一）圖像采集實(shí)現(xiàn)。量化后的數(shù)字圖像信號(hào)和連續(xù)信號(hào)取樣的數(shù)字圖像信號(hào)是數(shù)字圖像處理的對(duì)象，當(dāng)這些最原始的信號(hào)經(jīng)過圖像處理后即可獲得可觀測(cè)的連續(xù)信號(hào)。對(duì)連續(xù)信號(hào)進(jìn)行取樣其本質(zhì)是將信號(hào)的空間離散化，而量化則是將離散后的圖像信號(hào)幅度上進(jìn)行離散化，所以量化和取樣后的圖像信號(hào)應(yīng)該是原始連續(xù)圖像信號(hào)。
對(duì)于視頻圖像的獲取方法通常有兩種，一是利用視頻捕捉卡中的SDK工具獲取，二是使用Video for Windows，這給視頻捕獲編程帶來了很大的福利，對(duì)視頻捕獲的靈活性有很大的提高。視頻數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集主要是調(diào)用AVICap32.dll來穿件一個(gè)AVICap窗口類，它給應(yīng)用程序提供了一個(gè)簡單而方便的數(shù)據(jù)接口，使用戶能夠訪問音頻和視頻，并且還能在硬盤上對(duì)視頻捕獲進(jìn)行控制，它在捕獲視頻的能力很強(qiáng)，可以直接訪問視頻緩沖區(qū)，也不生成中間文件，視頻捕獲的速度快，及時(shí)性高，也可以將視頻保存在設(shè)置好的文件夾中，整個(gè)視頻捕捉過程都可以實(shí)現(xiàn)控制[3]。
（二）自動(dòng)照明實(shí)現(xiàn)。整個(gè)照明系統(tǒng)主要分為了兩個(gè)部分，照明系統(tǒng)通過發(fā)送指令給單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)電路進(jìn)行調(diào)整。整個(gè)照明系統(tǒng)分為控制部分和圖像亮度檢測(cè)部分，照明系統(tǒng)中的圖像檢測(cè)與電路照明具有很強(qiáng)的聯(lián)系。嵌入式軟件系統(tǒng)進(jìn)行照明攝像控制時(shí)，通過采集信息的亮度，而其亮度與圖像的象素有關(guān)，將圖像做為一個(gè)二維圖像，橫坐標(biāo)表示圖像各個(gè)像素點(diǎn)的灰度級(jí)r；縱坐標(biāo)則表示弧度制出現(xiàn)的概率Pr（r）；那么對(duì)于某一個(gè)灰度值ri的象素個(gè)數(shù)為ni。則概率密度為：Pr（r）= ； =1。
（三）語音提示實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)運(yùn)用的是ALC655音頻解碼器，Mic用于連接麥克風(fēng)，Line用于錄制聲源的聲音，Audio_Out用于揚(yáng)聲器或者耳機(jī)。本系統(tǒng)主要根據(jù)不用的命令來實(shí)現(xiàn)功能，通過調(diào)用不同文件得到不同的效果，根據(jù)不同情況播放不同的提示音。系統(tǒng)中的MFC附帶的音頻播放組可以有效的提高開發(fā)是速度，通過媒體控制接口API實(shí)現(xiàn)停止功能MCI提供了控制媒體接口的能力，對(duì)波形音頻設(shè)備、CD/視頻播放設(shè)備等媒體進(jìn)行控制。系統(tǒng)對(duì)音頻的播放采用的是DirectX，作為低級(jí)應(yīng)用程序的編程接口，在開發(fā)上降低難度。對(duì)于聲音，主要的API是DirectSound，具備播放、處理混音、錄音等功能，Microsoft DirectSound API為聲音的捕獲、播放、混音的處理、錄音提供了鏈接，DirectSound可以給多媒體提供直接訪問聲音設(shè)備、低延遲混合、硬件加速。
（四）申請(qǐng)功能實(shí)現(xiàn)。所謂的申請(qǐng)來訪功能主要門禁卡在進(jìn)行檢測(cè)的時(shí)候如果遇到不相匹配者，則需要進(jìn)行申請(qǐng)之后才能夠進(jìn)入。系統(tǒng)通過語音告知模塊的主人，采取系統(tǒng)中斷方式來進(jìn)行受訪申請(qǐng)。受訪者來進(jìn)行訪問申請(qǐng)時(shí)，需要按下按鈕然后系統(tǒng)給予語音提示，并且顯示出來訪者的面貌，以此來進(jìn)行判斷，決定通過或者拒絕。嵌入式軟件系統(tǒng)在門禁卡的顯示上將來訪者的信息顯示在LVDS屏幕桑，然后通過系統(tǒng)對(duì)來訪人員進(jìn)行判斷[4]。
（五）無人監(jiān)測(cè)功能實(shí)現(xiàn)。無人監(jiān)測(cè)功能則是當(dāng)受訪者進(jìn)行訪問時(shí)，遇到公司無人的時(shí)候，由門禁卡系統(tǒng)提示訪問者內(nèi)部無人，并且拍下來訪者的照片，發(fā)送到系統(tǒng)設(shè)定的郵箱之中。在此自動(dòng)發(fā)送郵件的功能中，該系統(tǒng)主要采取以太網(wǎng)作為接口進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，并且根據(jù)TCP/IP協(xié)議來發(fā)送報(bào)文，實(shí)現(xiàn)信息交換。
三、結(jié)束語
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，新型的軟件技術(shù)被應(yīng)用到我們?nèi)粘５纳钪?，本文主要針?duì)嵌入式系統(tǒng)在門禁卡中的應(yīng)用情況，以及在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中所占據(jù)的地位進(jìn)行研究。實(shí)現(xiàn)嵌入式軟件系統(tǒng)在門禁卡中的應(yīng)用探索，主要針對(duì)門禁卡的各項(xiàng)功能的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了詳盡的介紹，希望為采用嵌入式方法進(jìn)行門禁卡開發(fā)的企業(yè)提供借鑒。
參考文獻(xiàn)：
[1]周海龍.嵌入式門禁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].西安電子科技大學(xué)，2012.
[2]吳若無.基于光學(xué)逆向器門禁的驅(qū)動(dòng)和檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].電子科技大學(xué)，2013.
