摘要：為改進(jìn)目前機(jī)電設(shè)備技術(shù)含量低且不能滿足現(xiàn)代I業(yè)要求的問題。應(yīng)用嵌入式技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)了一個(gè)集音頻/視頻信號(hào)識(shí)別/處理、存儲(chǔ)器擴(kuò)展、外部接口模塊等為一體的嵌入式控制裝置。使得機(jī)電設(shè)備的信息化、自動(dòng)化和數(shù)字化改善效果顯著，并為傳統(tǒng)制造業(yè)的更新?lián)Q代提供了參考價(jià)值。

　　關(guān)鍵詞：裝備設(shè)計(jì) 嵌入式技術(shù) 機(jī)電設(shè)備 現(xiàn)代工業(yè) 自動(dòng)化

　　引言

　　本文從機(jī)電設(shè)備面臨的技術(shù)問題和嵌入式技術(shù)入手，將嵌入式技術(shù)集成到機(jī)電設(shè)備中?？偟膩碚f，就是將嵌入式技術(shù)的理論和應(yīng)用整合到機(jī)電設(shè)備控制裝置的設(shè)計(jì)和開發(fā)中，以設(shè)計(jì)一個(gè)具有高可靠性和高性能的基于微處理器的控制裝置。

　　一、研究背景

　　近幾年，制造業(yè)公司在經(jīng)濟(jì)和技術(shù)等發(fā)面發(fā)展較為低迷。追根溯源，最重要的原因是機(jī)電設(shè)備智能化水平低下，技術(shù)更新不及時(shí)，以至于無法達(dá)到工程的標(biāo)準(zhǔn)，因而在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中無法形成自己獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，常以失敗告終。如果制造企業(yè)要改變現(xiàn)狀，積極響應(yīng)和擁護(hù)政府的政策支持和體制改革是必由之路[1]。即機(jī)電設(shè)備需要經(jīng)過深入的技術(shù)更新?lián)Q代升級(jí)，使其在市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)力得到加強(qiáng)，為企業(yè)的發(fā)展提供更多的機(jī)會(huì)，為行業(yè)注入更多的活力。因而，應(yīng)用新型技術(shù)設(shè)計(jì)出更符合“中國制造2025”戰(zhàn)略的新型設(shè)備才能夠加快制造智能化前進(jìn)的腳步。

　　二、嵌入式技術(shù)在裝置系統(tǒng)設(shè)計(jì)當(dāng)中的應(yīng)用

　　本裝置的系統(tǒng)中使用的RTOS主要有兩種類型：免費(fèi)的和商業(yè)的。免費(fèi)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)主要包括Linux和UC/OSII，而Linux又分為RT-Linux和uLinux。商業(yè)操作系統(tǒng)主要包括VXWork、WindowsCE4.0和PalmOS。這些類型的商業(yè)系統(tǒng)有不同的應(yīng)用范圍：CE4.0適用于消費(fèi)類電子設(shè)備，Palm適用于PAD，而VX則適用于網(wǎng)絡(luò)。在對(duì)VXWork、RT-LIMUX和UC/OSII三種平臺(tái)的性能進(jìn)行比較的基礎(chǔ)上(包括硬件平臺(tái)、任務(wù)切換和中斷響應(yīng))，擬將UC/OSIIl視為為機(jī)電控制系統(tǒng)開發(fā)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。UC/OSII有以下顯著特點(diǎn)：

　　(1)包含相應(yīng)的源代碼，這使得其能夠?yàn)橄到y(tǒng)軟件的遷移和二次開發(fā)提供有利條件(2)可移植性較高，其大部分源代碼是由ANSIC編譯(3)RTOS具有可固化的特點(diǎn)，其內(nèi)核相對(duì)較小，可用于FLASHROM中的應(yīng)用(4)使用條件編譯來執(zhí)行軟件和硬件裁剪，從而使實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)更加方便(5)搶占式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是保證其滿足實(shí)時(shí)應(yīng)用要求的可靠保證(6)可同時(shí)處理多項(xiàng)任務(wù)(7)能夠在應(yīng)用過程中知道服務(wù)的功能和執(zhí)行時(shí)間(8)可以同時(shí)執(zhí)行中斷管理。

　　嵌入式技術(shù)在工業(yè)控制設(shè)備中的應(yīng)用越來越廣泛，它可以提高處理器的性能，實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和處理，確保應(yīng)用效果[2]。特別是在目前64位處理器大幅度覆蓋的情況下，不僅要能保證大量的接口總線資源以提升數(shù)據(jù)采集和匯總處理的效率，還要滿足終端客戶的需求，為他們提供相關(guān)領(lǐng)域的幫助支持，從而打造完美的產(chǎn)業(yè)設(shè)備平臺(tái)。例如在機(jī)器人技術(shù)初期，就與嵌入式系統(tǒng)有著千絲萬縷的關(guān)系[3]。最早的控制方法只是從“與非門”電路中汲取經(jīng)驗(yàn)，并沒有進(jìn)行芯片的使用，后來人們才開始認(rèn)可智能控制的學(xué)理。在上世紀(jì)70年代，智能控制的發(fā)展為嵌入式技術(shù)指明了前進(jìn)的道路，提升了系統(tǒng)的可靠性和易操作性，并且直接創(chuàng)建了一個(gè)更完整的架構(gòu)和操作程序。

　　嵌入式技術(shù)在機(jī)電一體化設(shè)備中的應(yīng)用也體現(xiàn)在分布式控制系統(tǒng)中。由于測(cè)控對(duì)象多，對(duì)生產(chǎn)過程自動(dòng)化要求高，為了解決這些問.題就采用了嵌入式技術(shù)，可以滿足分布式控制系統(tǒng)對(duì)高效率的運(yùn)行需求。以此加快集散控制系統(tǒng)的應(yīng)用效率，實(shí)現(xiàn)技術(shù)系統(tǒng)的集成和升級(jí)。

　　三、基于嵌入式技術(shù)的控制裝置的設(shè)計(jì)

　　(一)硬件框架的設(shè)計(jì)

　　主處理器為TI的32位定點(diǎn)高性能芯片642，該芯片包含各類硬件資源，例如視音頻;并配備了各種接口，例如網(wǎng)絡(luò)端口，PCI接口等。在視音頻處理和信號(hào)分析方面，芯片主頻率可以達(dá)到720Mhz，每秒可執(zhí)行命令的數(shù)量多達(dá)560Mbps。其EMFA接口數(shù)據(jù)總線寬度為64位，最大頻率為133Mhz。該裝置主要由視音頻信號(hào)處理模塊、外部?jī)?chǔ)存器模塊和外部接口模塊組成。圖1較為詳細(xì)地展現(xiàn)了本裝置的結(jié)構(gòu)組成。

　　1.視頻處理模塊的設(shè)計(jì)：為保證視頻解碼性能良好，采用了TI的解碼芯片。TVP5150PBS可以識(shí)別的信號(hào)轉(zhuǎn)換為YCBCR。其中，YCBCR為4：2：2，輸出為“ITU-RBT.656”[4]。處理器支持BT.656視頻數(shù)據(jù)流的輸入，也可以完美地銜接到TVP150。

　　此模塊選用了SAA7121H芯片，可對(duì)NTSC、PAL進(jìn)行識(shí)別，支持BT.656進(jìn)行輸入。對(duì)于數(shù)字視頻信號(hào)，則只能在經(jīng)過DSP識(shí)別處理后才能進(jìn)行顯示，可選擇CVBS或S-Video進(jìn)行輸出，并能完美銜接到中央處理器。

　　2.音頻處理模塊的設(shè)計(jì)：音頻解碼芯片采用TI的TLV320AIC23B，其性能十分出色，用以支持LINEQIN和MIC的輸入。它的內(nèi)部集中，構(gòu)成一個(gè)有機(jī)整體，采用sigma-delta過采樣技術(shù)，不僅降低了能量損耗，還提高了信噪比。

　　主處理器芯片的MC64接口可以應(yīng)用于多通道音頻處理，采用

　　TV510的27MHz時(shí)鐘輸出作為輸入，使用可編程鎖相環(huán)PL1708來確保同時(shí)采樣和回放視頻和音頻，以此實(shí)現(xiàn)單獨(dú)或同時(shí)執(zhí)行多通道的數(shù)據(jù)接收和傳輸。

　　3.外部存儲(chǔ)器模塊的設(shè)計(jì)：主處理器芯片通過EMIF接口訪問外部存儲(chǔ)器。CE3CE0、8-bit啟用線Be[7：0]、20-bit地址線A[22：03]、64-bit數(shù)據(jù)線D[63：00]這四位芯片選擇器共同組成了EMIF，每個(gè)CEX有256Mb的可尋址內(nèi)存，可用于適配各類的接口，如SDRAM、Flash、SRAM等。CE1還被用來將1Mx8位閃存擴(kuò)展到數(shù)據(jù)緩沖空間。外部存儲(chǔ)區(qū)的地址范圍為0X900[J].000～0x9001FFFFF。

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