船用航海設(shè)備嵌入式系統(tǒng)的維修問題及對策

陸曉鋒　許大為　李聰

【摘 要】航海設(shè)備廣泛地使用了嵌入式系統(tǒng)技術(shù)，但嵌入式系統(tǒng)維修技術(shù)難度大。本文通過對航海設(shè)備嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀的調(diào)研，分析維修技術(shù)中存在的問題，提出提高航海設(shè)備嵌入式系統(tǒng)維修技術(shù)問題的應(yīng)對措施。

【關(guān)鍵詞】航海設(shè)備；嵌入式系統(tǒng)；維修；對策

船用導航設(shè)備為船舶航行提供航速、航向、航跡、位置、水深、方位、氣象要素等信息。這些信息對于航行安全非常重要。嵌入式系統(tǒng)（Embedded System）技術(shù)在航海設(shè)備中的應(yīng)用非常廣泛，大幅提高了儀器的性能和智能化水平。但由于嵌入式系統(tǒng)（Embedded System）技術(shù)復雜，更新?lián)Q代快，一旦出現(xiàn)故障，難以及時、有效地完成修復，給航行帶來安全隱患，影響了船舶的正常航行和任務(wù)順利完成。本文闡述了航海設(shè)備嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用狀況，分析了維修航海設(shè)備嵌入式系統(tǒng)方面存在的問題，提出相應(yīng)的對策。

1 嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用狀況

1.1 航海設(shè)備嵌入式硬件系統(tǒng)應(yīng)用情況

目前，航海設(shè)備種類型號眾多，采用的嵌入式系統(tǒng)技術(shù)五花八門，大致有以下幾類應(yīng)用：

一是，各類單片機。通常使用Intel MCS-51系列單片機和DSP芯片。功能相對簡單的導航儀器中使用比較多的是Intel MCS-51系列單片機如80C31及兼容芯片單片機AT89C51、89C52和AT89C55等，如某型測深儀、某型數(shù)字復示磁羅經(jīng)、某型氣象儀等；有些航海儀器則使用了DSP芯片如TMS320C32芯片、TM5800芯片，如某型GPS/GLONASS組合導航儀、某型羅蘭C接收機使用TMS320C32芯片，某型組合智能導航儀使用TM5800芯片。

二是，嵌入式微處理器和嵌入式系統(tǒng)主板。系統(tǒng)或功能比較復雜的航海設(shè)備，其嵌入式系統(tǒng)主板較多使用PC/104主板、ETX、COMe等母板，CPU通常采用Intel 80486到Pentium Ⅲ以及凌動ATOM超低功耗處理器等嵌入式微處理器。

三是，設(shè)備內(nèi)部同時使用了工控機和單片機等多種嵌入式硬件。在一些比較龐大復雜的航海設(shè)備中，既有主機又有分機，主機使用PC/104、ETX板、COMe板來完成主控、復雜計算等功能，分機使用單片機或DSP完成相對簡單的功能。

1.2 航海設(shè)備嵌入式軟件系統(tǒng)應(yīng)用情況

嵌入式軟件系統(tǒng)一般針對專門功能用途編制的，運行環(huán)境主要有DOS、WINDOWS、VxWorks、Windows XPE等操作系統(tǒng)，通常采用C/C++語言和匯編語言開發(fā)。對于簡單的單片機系統(tǒng)通常直接采用匯編語言編寫應(yīng)用軟件，對于功能相對復雜的系統(tǒng)，一般選用相應(yīng)的EOS，在此基礎(chǔ)上再開發(fā)完成特定功能的應(yīng)用軟件。

2 目前維修方面存在的問題

2.1 缺乏行業(yè)標準

目前，相關(guān)部門針對航海設(shè)備嵌入式系統(tǒng)開發(fā)、研制還沒有建立統(tǒng)一的行業(yè)標準，市場上使用的產(chǎn)品主要是按照各廠家標準研發(fā)，產(chǎn)品無統(tǒng)一的技術(shù)衡量指標，這就導致維修方面缺乏規(guī)范的技術(shù)指導資料，加大了維修難度；同時各廠家為了追求市場利潤，除了進行簡單的使用、保養(yǎng)資料外，很少提供其它資料。

2.2 維修技術(shù)人員能力不足

一是，維修技術(shù)人員普遍缺乏嵌入式系統(tǒng)維修經(jīng)驗。嵌入式系統(tǒng)實際上就是專用計算機系統(tǒng)，對于維修技術(shù)人員能力要求較高，不僅要掌握計算機硬件、軟件知識和電路知識，也要有豐富的維修經(jīng)驗。即使是計算機硬件專業(yè)的技術(shù)人員對于嵌入式系統(tǒng)的維修排故剛開始也會感到棘手，更何況其它專業(yè)的人員。二是，維修技術(shù)人員專業(yè)結(jié)構(gòu)不合理。目前，導航設(shè)備技術(shù)人員多數(shù)為航海儀器、電子、自動控制等專業(yè)，計算機硬件及軟件知識相對薄弱，對于嵌入式系統(tǒng)不太熟悉，因此對于航海裝備中嵌入式系統(tǒng)模塊的修理往往束手無策。而計算機應(yīng)用專業(yè)的對于嵌入式系統(tǒng)比較熟悉，但對航海裝備不熟悉，難以完成其它部分的維修任務(wù)。最理想的情況是兩者的有利結(jié)合，專業(yè)相互滲透。三是，知識老化未及時更新。由于嵌入式系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展很快，如不及時學習更新，很容易造成知識老化。而且維修行業(yè)又非研發(fā)部門，對于新興技術(shù)的跟蹤掌握并不及時，相對滯后，這一方面表現(xiàn)會更加明顯。

2.3 嵌入式系統(tǒng)技術(shù)復雜，不易掌握

一是，嵌入式系統(tǒng)種類繁多。嵌入式系統(tǒng)從20世紀80年代開始大規(guī)模應(yīng)用以來，各種產(chǎn)品非常豐富，既有單片機又有嵌入式微處理器；嵌入式主板推陳出新，標準多；不同時期的各種檔次單片機和嵌入式微處理器廣泛應(yīng)用；可編程邏輯芯片廣泛使用，難以維修等；二是，嵌入式操作系統(tǒng)產(chǎn)品多。嵌入式操作系統(tǒng)有數(shù)十種之多，航海設(shè)備常用的有DOS、WINDOWS、VxWorks、Windows XPE和嵌入式Linux等，大多數(shù)技術(shù)人員對于DOS、Windows、Windows XPE系統(tǒng)相對熟悉，但對于VxWorks、Linux系統(tǒng)大都不熟悉，導致對于操作系統(tǒng)、軟件故障等簡單問題的處理不熟悉。

2.4 維修器材、設(shè)備缺乏

一是，嵌入式系統(tǒng)一般為設(shè)備的核心部件，價格占全套設(shè)備價格的比重較大，維修器材備件價格比較貴，無論是修理方還是使用方器材儲備量都很少。二是，升級換代快，器材提供難。嵌入式系統(tǒng)技術(shù)更新快，元器件更新周期短，造成一些嵌入式系統(tǒng)采用的元器件因停產(chǎn)等原因無法采購。三是，調(diào)試開發(fā)工具、維修工裝少、技術(shù)資料少。一般修理方只有普通的修理工具和技術(shù)使用說明書，專用工具及專項資料少，加之缺乏行業(yè)標準，修理方無法配齊或研發(fā)專用修理工具。

3 嵌入式系統(tǒng)維修問題的對策

3.1 需提升維修技術(shù)人員的相應(yīng)能力

從事嵌入式系統(tǒng)維修的技術(shù)人員除應(yīng)具備電子類專業(yè)知識外，還應(yīng)具備計算機硬件和軟件基礎(chǔ)知識，因此，在技術(shù)人員的培養(yǎng)上因注意以下幾個方面：一是，招聘技術(shù)人員時應(yīng)有所考慮。應(yīng)適當招收計算機硬件、計算機應(yīng)用專業(yè)的畢業(yè)生或者具有計算機軟硬件、單片機基礎(chǔ)的電子類專業(yè)畢業(yè)生充實技術(shù)人員隊伍。二是，院校課程設(shè)置上應(yīng)有所考慮。航海儀器專業(yè)課程中應(yīng)增加計算機軟硬件、計算機應(yīng)用以及單片機方面的課程。三是，技術(shù)培訓時應(yīng)有所考慮?？紤]到目前維修技術(shù)人員大多數(shù)為電子類、自動控制、精密儀器等專業(yè)畢業(yè)，對于計算機的操作不成問題，但計算機軟硬件的知識比較薄弱，應(yīng)加強數(shù)字電路、計算機軟硬件、單片機原理的知識培訓。技術(shù)人員應(yīng)熟悉掌握市場上嵌入式硬件產(chǎn)品的種類，學習掌握主流操作系統(tǒng)及開發(fā)工具的使用，最好能熟練掌握一門高級語言或匯編語言；技術(shù)人員應(yīng)掌握調(diào)試工具和調(diào)試方法，熟悉數(shù)字電路信號的檢測調(diào)試。

3.2 需提高設(shè)備的維修性

一是，設(shè)備廠家開發(fā)軟件自檢模塊，可以作為應(yīng)用軟件的一個菜單存在，也可以單獨作為一套自檢測試系統(tǒng)。二是，系統(tǒng)的升級換代應(yīng)與硬件發(fā)展同步，一旦采用的硬件停產(chǎn)或無法采購，應(yīng)及時更新升級。三是，配套技術(shù)資料要齊全，特別是嵌入式系統(tǒng)原理、硬件電路、軟件實現(xiàn)、系統(tǒng)安裝、維修、操作使用等方面的圖紙資料；四是，配套的維修技術(shù)培訓要及時組織，針對嵌入式系統(tǒng)的培訓不能只停留在操作使用方面，要拓展培訓的深度。

【參考文獻】

[1]李廣軍.嵌入式系統(tǒng)與IP-CORE、M-CORE設(shè)計技術(shù)[J].半導體技術(shù)，2001，26（1）：4-8.

[2]宋真君.基于工業(yè)以太網(wǎng)的嵌入式控制系統(tǒng)的研究[D].上海：華東理工大學，2002.

[責任編輯：王楠]