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单片机在嵌入式系统软件的应用情况

2020-11-03 224 上传者：管理员

摘要：单片机是一种高度集成的电路芯片，被广泛应用到工业控制领域。近年来，将其应用在嵌入式系统软件中，发挥核心作用。文章对其发展情况展开论述，并研究单片机技术的应用范围以及工作原理。目的在于提高单片机的工作性能，促进单片机嵌入系统的整体发展。

关键词：
单片机技术
嵌入系统
应用范围
核心角色
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1、单片机在嵌入式系统软件中的应用背景

随着革新科技的飞速发展，嵌入式系统软件迅速普及。然而嵌入式系统的发展过程中，各种新的需求逐渐显露，尤其是日益增大存储需求，与高速下载的通信需求。嵌入式系统软件因其个性化及人性化特点，广受客户青睐。然而由于市场体量的的不断增大，竞争趋于白热化状态。但是由于我国嵌入式软件外部接口发展缓慢，以至于现有的内存难以满足日益发展的科技需求，这就需要将单片机应用到嵌入式软件系统中，以便扩大内存。由于芯片技术有着成熟的技术工艺，涵盖了功能完善的SOC层，它高度的集成能力与丰富的接口，让嵌入式软件系统看到了希望。然而，芯片的研发需要巨额的资金支撑，以至于其生产研发，让诸多企业望而却步，逐渐在激烈的竞争市场失去一席之地。相比高集成的芯片，单片机的计算能力较差，但胜在其价格低廉、易研发，这就导致其能够根据市场的不断调整，快速反应，积极调整需要研发的功能。这是单片机相比芯片，在市场竞争中的优势所在。单片机能够基于SPI接口与外围设备，设计拓展功能。即将单片机应用到前嵌入式软件系统中。单片计算机可以利用SPI，将所需功能积聚在CPU上，并利用单片机来拓展该软件的各项功能。

嵌入式软件系统，是指利用成熟的移植技术，将外部功能复制到系统内部，确实外部设备能够顺畅的运行，实现智能化控制，达到自动化水平。嵌入式软件系统相比传统软件系统优势明显，主要表现在：

(1）小巧精致。嵌入式软件系统主要应用在工业设备上，多应用于精密仪器，例如：智能控制设备、精密仪表等。这些仪器设备，本身体积就不大，想要实现相关功能，还需要将嵌入式系统安装在这些系统中，因此，嵌入式系统的体量必须能够足够小，以满足系统运作需求。

(2）存储量小。嵌入式软件系统，通常使用的存储介质为Flash与ROM。其中Flash相比ROM性能更佳，但是研发成本却呈倍数增长，以至于ROM的使用更为广泛。另外，嵌入式软件进程应较小，容量较小。单片机应用在嵌入式系统中相对适合。

(3）即时性。嵌入式系统，需要的时效性较强，这就需要在时间特性上有所要求。对于一些软件而言，一旦统计数据与结果超出规定时间，那么得到的效果将差强人意。由此可见，数据的及时性是如此重要。一旦嵌入系统的时效性不能保证，将会对整个系统造成重大反面影响。

嵌入系统可安装的扩展设备主要有：外围设备、单片机以及中央处理器。中央处理器主要利用SPI来完成和单片机的数据传输与信息交换。单片机则利用已经存在的UART接口来实现串口扩展，连接各种外围设备。最终外围数据通过单片机整合处理利用SPI数据线，将相关数据信息传输到中央处理器。反之，为确保CPU能够访问到外围设备，需要利用SPI线将相关数据信息发送到单片机，进而达到访问外部设备的目的。

SPI接口，即外围设置接口。这一接口的数据传输速度，相比I2C总线速度更快。所以，使用SPI接口，能够实现中央处理器和多外部设备之间信息数据传输的目的。另外，SPI接口运用模式为主从模式，这就需要设置一个主设备，外加多个从设备来实现两者的信息数据传输。SPI接口的设计，应充分考虑中央处理器和外围设备之间的信息数据传输。经过设计，两者可以实现点对点的数据传输。

将嵌入式系统应用到特定设备时，则可以以实际为基础，利用SPI数据线实现单片机控制多个外部设备的目的，实现多个外围设备的集成。因为不同的设备，其目的和功能存在明显差异，这就要求设计者调整SPI协议与微控固件。为控制成本，节约开发时间，可扩展嵌入系统的功能。另外，外围设备，如：MCU，能够对全部集成设备获取的全部信息与数据进行提前处理，从而有效分担中央处理器的运算压力，加快嵌入系统的反应力。

2、嵌入式系统的应用设计

嵌入式系统常用的驱动程序，是以Linux系统为基础，对其进行深加工、广设计的。事实上，Linux系统涉及到的外部设备，都被称之为文件，以此为基础，开展相关的执行操作，也就是在外部设备上展开操作，这些操作内容都是在虚拟文件系统中展开。设备驱动为设备硬件和上层用户连接的重要接口，能够对硬件设备的诸多任务进行保护，还可以将相关硬件设备转化成文件的形式，展示在用户面前。通过这些设计，实现用户之间的文件传输。用户想要读取所需内容，并写入所想内容，就需要相关驱动程序，旨在释放程序设备资源，并利用相关程序将各种信息数据传输发送出去，完成用户、内核、各物理层相互间的信息传输。嵌入式系统在扩展设计的实收，中央处理器，可以利用SPI接口，实现主机和外部设备的信息传输。在对外部单片机进行设计的时候，还应注意两个细节，分别为SPI通信、单片机外部控制，可以把外部设备与单片机以及中央处理器整合到一起，方便使用者阅读及写入。

2.1驱动设备的过程实现

中央处理器能够将本地串行接口与设备直接加以集成，实现IO设备与单片机外围驱动设备的连接。我的电脑中的驱动程序，其中硬件驱动发生的行为取决于接口功能。一旦用户对电脑中的文件进行访问的时候，接口就会实施读取与写入此类功能。一旦用户执行串口所规定的串行端口文件之际，驱动器就会把使用者请求发送到设备的串口端口，而且串行端口驱动对与之相对性的硬件设备的传输功能。

2.2SPI协议功能执行的过程

SPI协议组成了串行端口的外围设备的组织结构。主要使用在信号处理器、AD转换器、时钟以及解码器，这些外围设备上，由此可知，想要实现实时传输功能，就需要在芯片接头中使用4根线，将全双工通讯充分运用起来。SPI协议用于通信的基本原理，主要有SCK、SDI、CS(SS）、SDO。以SCK为控制基础，我的电脑中的双向移位寄存器将数据交换动作进行了扩展。SPI总协议想要实现数据和信息的传输，就需要占用我的设备中微处理器的I/O线，且需要4根。由此可见，SPI总接口能够控制电源设计，很大程度的省去了诸多不必要的I/O线路与接口设备，并使得电源可靠性得到显著提升。将SPI线路都集成于单片机，对其外围设备进行访问，势必将更加复杂。这时由于中央处理器难以直接实现硬件发出的任务指令。SPI通信协议栈组成主要分为两部分：虚拟通信协议栈与SPI驱动。SPI驱动协议主要对SPI数据包的传输速率进行了定义，还规定了纠错方法及其他协议，保证了SPI数据包能够在中央处理器与微控制器间实现直接传输。SPI虚拟通信栈能够规定所有外围设备数据传输的格式，利用其他协议与功能代码来优化数据包的传输、分析以及封装。设备去送虚拟的通信协议栈指的是外部扩展设备的驱动，关键是由外围设备相应与数据处理组合而成。以上虚拟驱动程序想要实施数据传输动作的时候，需要调用的协议栈的虚拟通道。单片机将外围串行端口都集成起来，并且这些端口可以和与之相同的本地串口驱动内涵进行封装，且在实际应用过程中，将变成和当地串行端口一致的端口，使之为用户服务。设备自身的串行端口驱动能够直接作用于执行任务的串行端口，如果虚拟硬件不实施设备硬件发出的任务指令，只是调用协议栈中的数据通道来实现数据的传输，那么串行端口的数据传输就只能依靠外部微控制器来完成。

3、单片机在嵌入式系统中的应用

工业领域，MCU是使用最为广泛的一种嵌入式系统，该系统在成本制作与功率消耗方面都有着不可比拟的优势，且维护起来方便省事。MCU这一嵌入式系统在工业领域应用的时候，其设计非常符合人体行为学设计。应用在工业领域的MCU系统，其设计了各种功能的网络通讯接口和与之相应的网络控制端口，能够执行TCP/IP协议。

3.1单片机应用在电机嵌入控制系统中

以嵌入式系统为基础，将单片机嵌入其中，用于电机控制。具体执行过程，首先按照顺序对电机操控系统发起控制指令，对电机系统进行管理与调度，其中操作系统作为应用程序控制的一个主要元素，实际操作步骤：首先，员工对需要测量的数据通过本地设备发出任务指令，指令传输到相应的部门，该部门对需要数据提前处理；其次，驱动程序输出的数据决定了测量数据是否安全、可靠。并且想要做好数据处理工作，就要确保驱动输出的数据，是预处理完毕样本数据之后实施的。最后，对工作岗位的职能进行明确，保证电机操控系统能够切实高效的完成相应工作。

3.2单片机应用在网络监测嵌入控制系统中

现阶段，单片机应用在嵌入系统趋于广泛，其中应用较为广泛的领域包含网络监测系统。这也逐渐发展成为学术界研究的主要课题。单片机嵌入系统在网络监测领域的应用随处可见。单片机嵌入系统在网络监测领域应用，不仅能够有效的收集数据，实现数据信息的实施上传与存储，还能够对外部设备进行远程控制，并加以管理。在任务执行期间，MCU系统，不仅要识别设备网络接口，还需要确认其和互联网用户间的连接。另外，将一些实用性较强的软件应用在监测系统中，能够促使监测系统更高效。网络监测系统终端的输入方法与输出方法，都与嵌入式系统一致，利用终端传输系统来完成控制功能，能够全面对网络终端系统进行检查，并控制网络终端内部的接口，尤其是网络数据通讯接口，还能实现异步串行通信，确保单片机在网络监测嵌入系统中的应用。

4、结束语

总而言之，单片机应用在嵌入式软件系统中，已经成为一种嵌入式系统发展实践的重要一环。伴随单机片技术的逐渐盛行，嵌入式系统备受关注，在不断系统研究的过程中，核心技术的研发步入正轨，在对其深入研究的过程中，编码程序将得以实现，优质性能得以提升，集成功能得以实现。

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