模塊化思想在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

金子程

摘要：文章主要分析了模塊化設(shè)計(jì)特點(diǎn)及理念，結(jié)合嵌入式系統(tǒng)技術(shù)需求及特點(diǎn)，研究模塊化思想在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：模塊化；嵌入式；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

模塊化設(shè)計(jì)理念是新的思維方式及工作模式，在分析產(chǎn)品構(gòu)成的時(shí)候，能夠優(yōu)化結(jié)構(gòu)，重組、分解系統(tǒng)，可以一定程度上解決復(fù)雜的設(shè)計(jì)問題，明確條理，簡(jiǎn)化問題，在建筑、電子、機(jī)械等領(lǐng)域已經(jīng)開始廣泛應(yīng)用模塊化設(shè)計(jì)理念。

1 模塊化嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)

1.1 提高了系統(tǒng)設(shè)計(jì)可靠性

設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)的時(shí)候合理應(yīng)用模塊化理念，可以明確劃分模塊功能，分析系統(tǒng)中整合模塊的方式，在剛開始設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要切實(shí)了解產(chǎn)品性能，防止設(shè)計(jì)中出現(xiàn)錯(cuò)誤。

1.2 縮短了設(shè)計(jì)周期

在設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)的過程中，開發(fā)基礎(chǔ)是硬件和軟件模塊化，以達(dá)到提高整體效率的目的，保證可以更加合理地完善和改進(jìn)性能，開發(fā)過程中避免重新設(shè)計(jì)不同產(chǎn)品，降低操作人員重復(fù)勞動(dòng)的可能性。

1.3 降低了制造成本

設(shè)計(jì)模塊化系統(tǒng)的時(shí)候，存在通用性功能部件，設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)的時(shí)候，在不同系統(tǒng)中設(shè)計(jì)不同功能的模塊化電路，達(dá)到降低成本的目的。

1.4 便于設(shè)備的調(diào)試和維修

在維修、調(diào)試定位模塊的時(shí)候，需要提高調(diào)試速度。在設(shè)計(jì)冗余產(chǎn)品的時(shí)候，需要相對(duì)獨(dú)立的模塊，出現(xiàn)個(gè)別故障不會(huì)在一定程度上影響整體性能，提高產(chǎn)品可靠性。

1.5 提高了抗干擾性

嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用工業(yè)產(chǎn)品中，存在相對(duì)比較差的工作環(huán)境，對(duì)電磁波十分敏感，由于在不同電平情況下應(yīng)用內(nèi)部功能器件，隔離設(shè)計(jì)單獨(dú)模塊電磁屏蔽，可以達(dá)到提高系統(tǒng)抗干擾能力的目的。

2 系統(tǒng)模塊劃分原則

2.1 特殊模塊

設(shè)計(jì)獨(dú)立模塊的時(shí)候，可以十分方便地進(jìn)行換代或者升級(jí)產(chǎn)品，特殊性促使在不同系統(tǒng)中很難移植應(yīng)用。

2.2 通用模塊

設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)的時(shí)候，一般都需要硬件和軟件集成模塊。藍(lán)牙模塊不僅可以進(jìn)行無(wú)線獨(dú)立通訊，還可以經(jīng)過少量更改功能和結(jié)構(gòu)就能夠應(yīng)用在不同系統(tǒng)中，如PDA、手機(jī)等

2.3 接口模塊

設(shè)計(jì)傳統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)的時(shí)候，需要利用硬件物理配合來(lái)達(dá)到連接模塊的目的，嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用，可以利用電氣接口來(lái)達(dá)到連接硬件的目的，通訊功能利用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3 模塊化設(shè)計(jì)思想在打標(biāo)機(jī)中的應(yīng)用

氣動(dòng)打標(biāo)機(jī)系統(tǒng)主要包括很多領(lǐng)域的知識(shí)，如軟件、電氣、機(jī)械等，大部分都是應(yīng)用在工業(yè)產(chǎn)品標(biāo)識(shí)中，由二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)及打標(biāo)頭構(gòu)成打標(biāo)機(jī)系統(tǒng)。氣壓方向通過電磁閥來(lái)控制，促使打標(biāo)頭具備縮針和出針運(yùn)動(dòng)，利用步進(jìn)電機(jī)分別控制X，Y方向的工作平臺(tái)。工作過程中，打標(biāo)頭利用工作平臺(tái)移動(dòng)到符合情況的打標(biāo)處，工件表面被打標(biāo)頭沖擊，存在一定的打標(biāo)效果。通過2種不同的方式來(lái)設(shè)計(jì)構(gòu)造系統(tǒng)，模塊化設(shè)計(jì)和整體化設(shè)計(jì)。模塊化設(shè)計(jì)打標(biāo)機(jī)系統(tǒng)基本方案為：

第一，對(duì)整個(gè)過程進(jìn)行整體分析。打標(biāo)機(jī)最重要的作用就是依據(jù)字庫(kù)運(yùn)動(dòng)軌跡，打標(biāo)頭可以形成字形點(diǎn)，然后利用電磁閥控制出針，從而出現(xiàn)字形。所以，系統(tǒng)可以分為通訊連接部分、電機(jī)控制部分、打標(biāo)頭部分。

第二，依據(jù)設(shè)計(jì)模塊的性能指標(biāo)和特點(diǎn)，對(duì)立開發(fā)系統(tǒng)。通過電磁閥上下位機(jī)接口和信號(hào)口，上下位中合理應(yīng)用RS232連接通訊，片間數(shù)據(jù)共享和傳遞指令應(yīng)用12C或SPI實(shí)現(xiàn)。

設(shè)計(jì)電機(jī)控制模塊的時(shí)候，應(yīng)該單獨(dú)設(shè)計(jì)控制CPU的電機(jī)。主控機(jī)CPU發(fā)出的數(shù)據(jù)目標(biāo)位置通過片間接口模塊來(lái)進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)控制。也就是模塊CPU可以完成加減運(yùn)動(dòng)、脈沖指令等控制，在制定主控機(jī)CPU位置的時(shí)候需要利用電機(jī)控制。所以，控制電機(jī)模塊屬于黑匣子，具備完整的功能和公開的連接口，不需要分析內(nèi)部實(shí)際情況，就可以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式合理控制不同的系統(tǒng)，具備一定的通用性?？傊?，應(yīng)用模塊化設(shè)計(jì)理念時(shí)，需要明確單元工作，整體增加可行性的設(shè)計(jì)方式。依據(jù)兩方向中相似的控制需求，集成電機(jī)模塊可以降低負(fù)擔(dān)，從而提高控制性能，并且，應(yīng)用模塊化設(shè)計(jì)理念，可以為進(jìn)一步開發(fā)、升級(jí)產(chǎn)品提供平臺(tái)。

4 模塊化嵌入式設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)

現(xiàn)階段，制造行業(yè)發(fā)展的基本趨勢(shì)就是模塊化設(shè)計(jì)。依據(jù)目前機(jī)電一體化設(shè)計(jì)的實(shí)際需求及設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)的根本特點(diǎn)，在以后設(shè)計(jì)產(chǎn)品的過程中，開始越來(lái)越多地應(yīng)用具備硬件和軟件判斷、分析、控制功能的智能化模塊。主要體現(xiàn)在：（1）緊密結(jié)合模塊化制造和模塊化設(shè)計(jì)。（2）軟件、機(jī)械、電子等分立模塊逐漸被機(jī)電一體集成模塊取代。（3）改變制造方式。為了提高質(zhì)量，降低庫(kù)存，模塊化制造和設(shè)計(jì)方式逐漸取締傳統(tǒng)大批量生產(chǎn)方式，依據(jù)實(shí)際情況合理設(shè)計(jì)多規(guī)格、多配置的模塊。（4）結(jié)合創(chuàng)新設(shè)計(jì)和1/4設(shè)計(jì)方式，設(shè)計(jì)新產(chǎn)品的時(shí)候，模塊化制造和設(shè)計(jì)能提供良好的環(huán)境，為進(jìn)一步研究模塊化設(shè)計(jì)提供依據(jù)和保障。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，嵌入式系統(tǒng)中應(yīng)用模塊化設(shè)計(jì)理念，為嵌入式系統(tǒng)提供現(xiàn)代、全新的設(shè)計(jì)方式，是個(gè)性設(shè)計(jì)和快速設(shè)計(jì)的根本形式。模塊化設(shè)計(jì)方式是一種系統(tǒng)模塊組合和劃分的基本過程，能夠符合設(shè)計(jì)的根本需求。