嵌入式数控系统介绍

第一章嵌入式数控系统介绍
随着嵌入式处理器的广泛使用，数控装置中也采用了嵌入式微处理器，这种数控系统在市场上被称为嵌入式数控系统。

采用了嵌入式处理器的数控装置和先前的数控装置在功能上相似，不过由于嵌入式处理器强大的计算能力和扩展能力，嵌入式数控系统的计算速度更快，与外界的接口也更丰富。

图1所示为嵌入式数控系统的结构框图
图1嵌入式数控系统结构框图
嵌入式处理器是整个系统运算和控制中心，种类很多，比较常用的有ARM、嵌入式X86、MCU等。

可编程计算部件是指现场可编程门阵列（FPGA）、数字信号处理器（DSP）等可编程计算资源。

嵌入式处理器中集成了LCD控制器，它提供与液晶显示器的接口，通过这个接口可以直接驱动液晶显示屏。

嵌入式处理器中还集成了USB
客户端控制器，方便实现USB客户端接口。

嵌入式处理器中的以太网模块还可以实现数控系统的联网功能。

1.2 嵌入式系统的特点
1.3 嵌入式系统的分类
当然，除了上述分类之外，还有许多其他分类方法，比如从应用方面分为工业应用和消费电子等，在这里就不一一累述了。

第二章嵌入式系统的历史
2.1 嵌入式系统的发展
虽然嵌入式系统是近几年才风靡起来的，但是这个概念并非新近才出现。

从20世纪七十年代单片机的出现到今天各式各样的嵌入式微处理器，微控制器的大规模应用，嵌入式系统已经有了近30年的发展历史。

作为一个系统，往往是在硬件和软件交替发展的双螺旋的支撑下逐渐趋于稳定和成熟，嵌入式系统也不例外。

嵌入式系统的出现最初是基于单片机的。

70年代单片机的出现，使得汽车、家电、工业机器、通信装置以及成千上万种产品可以通过内嵌电子装置来获得更佳的使用性能：更容易使用、更快、更便宜。

这些装置已经初步具备了嵌入式的应用特点，但是这时的应用只是使用８位的芯片，执行一些单线程的程序，还谈不上“系统”的概念。

从80年代早期开始，嵌入式系统的程序员开始用商业级的“操作系统”编写嵌入式应用软件，这使得可以获取更短的开发周期，更低的开发资金和更高的开发效率，“嵌入式系统”真正出现了。

确切点说，这个时候的操作系统是一个实时核，这个实时核包含了许多传统操作系统的特征，包括任务管理、任务间通讯、同步与相互排斥、中断支持、内存管理等功能。

其中比较著名的有Ready System公司的VRTX、Integrated System Incorporation (ISI)的PSOS和IMG的VxWorks、Q NX公司的QNX等。

这些嵌入式操作系统都具有嵌入式的典型特点：它们均采用占先式的调度，响应的时间很短，任务执行的时间可以确定；
系统内核很小，具有可裁剪，可扩充和可移植性，可以移植到各
种处理器上；较强的实时和可靠性，适合嵌入式应用。

这些嵌入
式实时多任务操作系统的出现，使得应用开发人员得以从小范围的开发解放出来，同时也促使嵌入式有了更为广阔的应用空间。

90年代以后，随着对实时性要求的提高，软件规模不断上升，实时核逐渐发展为实时多任务操作系统（RTOS），并作为一种软件平台逐步成为目前国际嵌入式系统的主流。

这时候更多的公司
看到了嵌入式系统的广阔发展前景，开始大力发展自己的嵌入式
操作系统。

除了上面的几家老牌公司以外，还出现了Palm
OS，W inCE，嵌入式Linux，L ynx，N ucleux，以及国内的
Hopen，D elta Os等嵌入式操作系统。

随着嵌入式技术的发展前景日益广阔，相信会有更多的嵌入式操作系统软件出现。

在中国嵌入式系统领域，比较认同的嵌入式系统概念是：嵌
入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可
裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严
格要求的专用计算机系统。

它一般由嵌入式微处理器、外围硬件
设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等四个部分组成，用
于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。

2.2 未来嵌入式系统的发展趋势
信息时代，数字时代使得嵌入式产品获得了巨大的发展契机，为嵌入式市场展现了美好的前景，同时也对嵌入式生产厂商提出
嵌入式设备能与用户亲密接触，最重要的因素就是它能提供非常友好的用户界面。

图像界面，灵活的控制方式，使得人们感觉嵌入式设备就象是一个熟悉的老朋友。

这方面的要求使得嵌入式软件设计者要在图形界面，多媒体技术上痛下苦功。

第三章嵌入式系统的应用领域
嵌入式系统技术具有非常广阔的应用前景，其应用领域可以包括：
1.工业控制
基于嵌入式芯片的工业自动化设备将获得长足的发展，目前已经有大量的 8、16、32 位嵌入式微控制器在应用中，网络化是提高生产效率和产品质量、减少人力资源主要途径，如工业过程控制、数字机床、电力系统、电网安全、电网设备监测、石油化工系统。

2.交通管理
在车辆导航、流量控制、信息监测与汽车服务方面，嵌入式系统技术已经获得了广泛的应用，内嵌GPS模块，GSM模块的移动定位终端已经在各种运输行业获得了成功的使用。

3.信息家电
这将称为嵌入式系统最大的应用领域，冰箱、空调等的网络化、智能化将引领人们的生活步入一个崭新的空间。

即使你不在家里，也可以通过电话线、网络进行远程控制。

第四章嵌入式就业前景分析
嵌入式是以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专
用计算机系统。

由于嵌入式系统通常具有低功耗、体积小、集成度高等特点，因此随着消费家电的智能化和廉价微处理器的出现，嵌入式系统将在日常生活里形成更大的应用领域。

嵌入式就业广泛，嵌入式人才社会需求量大。

1.嵌入式软件开发应用领域
嵌入式系统是当前最热门、最具发展前途的IT应用领域之一。

包括手机、电子字典、可视电话、数字相机、数字摄像机、
U－Disk、机顶盒、高清电视、游戏机、智能玩具、交换机、路由器、
数控设备或仪表、汽车电子、家电控制系统、医疗仪器、航天航空
设备等都是典型的嵌入式系统。

因此，通过嵌入式培训成为专业的
嵌入式技术人才，其职业发展空间较大。

2.嵌入式软件开发人才需求
目前国内嵌入式人才极度匮乏，权威部门统计，我国目前嵌入式软件人才缺口每年为40万人左右。

供不应求使得嵌入式人才身价上涨，而且，越有专业经验，就业竞争力就越大。

因此，IT专业人士通过培训掌握嵌入式技术，就能成为炙手可热的专业人才，其培训回报有保障。

3.嵌入式软件开发就业方向
由于3G持续升温，这方面的人才也保持了供不应求的势头。

据悉，
目前国内3G核心嵌入式人才不足万人，其中华为约5000-6000人，
中兴通讯、大唐各约2000人，以区区万人的阵容去争夺据称有上千
亿元的市场，3G嵌入式工程师的身价由此可见一斑。

在近期的人气
职位榜上，电信行业嵌入式工程师行市走高，嵌入式研发工程师、
嵌入式技术支持工程师都高居前五位。

4.嵌入式就业方向
硬件方向，对硬件比较了解，有一定的硬件功底，主要是搞硬
件设计，有时要开发一些与硬件关系最密切的最底层软件，如
BootLoader、 Board Support Package(像PC的BIOS一样，往下驱
动硬件，往上支持操作系统），最初级的硬件驱动程序等。

软件方向的开发，这占社会需求的主要方面，主要从事嵌入式
操作系统和应用软件的开发。

完成嵌入式培训后，可以从事消费电
子、安全安防、汽车电子、医疗电子、电信等行业的计算机应用设
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计开发岗位就业，担任嵌入式产品及应用系统的设计与开发工程师，从事嵌入式技术的应用项目设计开发、产品维护与技术服务等工作。

总结
数控系统作为现化制造业的核心技术，是衡量一个国家制造业水平的重要标志之一，受到各国的普遍重视，特别是发达国家。

自20 世纪80 年代以来，国际上的数控技术和市场基本上被日本、德国和美国等少数公司所垄断。

考虑到我国机床数控系统当前的具体情况，研制一款拥有自主知识产权的嵌入式机床控制系统，对于提高我国中高档数控系统的技术水平具有十分重要的意义。

本文从嵌入式数控系统硬件平台和软件平台的总体结构及其功能设计的角度对嵌入式数控系统进行了详细的设计研究，对于我国嵌入式数控系统的开发与应用，是一次有益的尝试与探索，是值得推广和借鉴的。

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