嵌入式系統(tǒng)在印刷設(shè)備中的解決方案及應(yīng)用

一、什么是嵌入式系統(tǒng)呢？

在計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)和通信技術(shù)高速發(fā)展的同時(shí)，嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)技術(shù)也取得迅速發(fā)展。這不僅表現(xiàn)在嵌入式技術(shù)應(yīng)用范圍的急劇擴(kuò)大，也體現(xiàn)在嵌入式處理器和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的性能增強(qiáng)、日臻成熟和產(chǎn)品的升級(jí)換代。
　　目前，在嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域中，不少人對(duì)什么是嵌入式系統(tǒng)不甚了解。也有些人在解釋什么是嵌入式系統(tǒng)時(shí)，不是從定義出發(fā)，而是列舉了嵌入式系統(tǒng)的一些特點(diǎn)，往往不知所云。因此，有必要在此略加澄清。
　　嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，并且軟、硬件是可裁減的，適用于應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴(yán)格要求的嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它一般由嵌入式微處理器、外圍硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)以及用戶(hù)的應(yīng)用程序等四個(gè)部分組成，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的控制、監(jiān)視或管理等功能。
　　由于嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)要嵌入到應(yīng)用體系中，實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)的智能化控制，因此，它有著與通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)完全不同的技術(shù)要求與技術(shù)發(fā)展方向。通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的技術(shù)要求是高速、海量的數(shù)值計(jì)算；技術(shù)發(fā)展方向是總線速度的無(wú)限提升，存儲(chǔ)容量的無(wú)限擴(kuò)大。 而嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的技術(shù)要求則是應(yīng)用對(duì)象的智能化控制能力；技術(shù)發(fā)展方向是與應(yīng)用系統(tǒng)密切相關(guān)的嵌入性能、控制能力與控制的可靠性。因此，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的兩大分支的里程碑意義在于：它不僅形成了計(jì)算機(jī)發(fā)展的專(zhuān)業(yè)化分工，而且將發(fā)展計(jì)算機(jī)技術(shù)的任務(wù)擴(kuò)展到傳統(tǒng)的電子系統(tǒng)領(lǐng)域，使計(jì)算機(jī)成為進(jìn)入人類(lèi)社會(huì)全面智能化時(shí)代的有力工具。
　　今天，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)無(wú)處不在，從汽車(chē)、家用微波爐、PDA、電視機(jī)，到工控生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)、包裝、印刷、通訊、儀器、儀表、船舶、航空、航天、軍事裝備、消費(fèi)類(lèi)產(chǎn)品等方面，都能發(fā)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)的蹤影。
　　例如，F(xiàn)LY-2000嵌入式凹印機(jī)單電眼套色系統(tǒng)包含硬件和軟件兩部分：硬件架構(gòu)上以嵌入式微處理器為中心，配置存儲(chǔ)器、I/O設(shè)備、通信模塊等必要的外設(shè)；軟件部分以軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)為核心，向上提供應(yīng)用編程接口（API），向下屏蔽具體硬件特性的板級(jí)支持包BSP。嵌入式系統(tǒng)中，軟件和硬件緊密配合，協(xié)調(diào)工作，共同完成系統(tǒng)預(yù)定的功能。
　　
二、嵌入式系統(tǒng)的分類(lèi)與特點(diǎn)

　　1、嵌入式系統(tǒng)的分類(lèi)
　　有些人把單個(gè)嵌入式微處理器就當(dāng)作嵌入式系統(tǒng)，這是不對(duì)的。因?yàn)榍度胧较到y(tǒng)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，因此，只有將嵌入式微處理器構(gòu)成了一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，并作為嵌入式應(yīng)用時(shí)，這樣的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)才可稱(chēng)為嵌入式系統(tǒng)。
　　根據(jù)不同的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)嵌入式系統(tǒng)有不同的分類(lèi)方法，如按其形態(tài)的差異，一般可將嵌入式系統(tǒng)分為：芯片級(jí)（MCU、SoC）、板級(jí)（單片機(jī)、模塊）和設(shè)備級(jí)（工控機(jī)）三級(jí)。如按其復(fù)雜程度的不同，又可將嵌入式系統(tǒng)分為以下四類(lèi)：
　　（1）、主要由微處理器構(gòu)成的嵌入式系統(tǒng)，常常用于小型設(shè)備中（如溫度傳感器、煙霧和氣體探測(cè)器及斷路器）；（2）、不帶計(jì)時(shí)功能的微處理器裝置，可在過(guò)程控制、信號(hào)放大器、位置傳感器及閥門(mén)傳動(dòng)器等中找到；（3）、帶計(jì)時(shí)功能的組件，這類(lèi)系統(tǒng)多見(jiàn)于開(kāi)關(guān)裝置、控制器、電話交換機(jī)、包裝機(jī)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、醫(yī)藥監(jiān)視系統(tǒng)、診斷及實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)等等；（4）、在制造或過(guò)程控制中使用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，這也就是由工控機(jī)級(jí)組成的嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，是這四類(lèi)中最復(fù)雜的一種。也是現(xiàn)代印刷設(shè)備中經(jīng)常應(yīng)用一種。

　　2、嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)
　　（1）、.嵌入式系統(tǒng)是將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和電子技術(shù)與各個(gè)行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合后的產(chǎn)物。這一點(diǎn)就決定了它必然是一個(gè)技術(shù)密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識(shí)集成系統(tǒng)。嵌入式CPU能夠把通用CPU中許多由板卡完成的任務(wù)集成在芯片內(nèi)部，從而有利于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)趨于小型化，移動(dòng)能力大大增強(qiáng)，跟網(wǎng)絡(luò)的耦合也越來(lái)越緊密。
　　（2）、嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件都必須高效率地設(shè)計(jì)，量體裁衣、去除冗余，力爭(zhēng)在同樣的硅片面積上實(shí)現(xiàn)更高的性能，這樣才能在具體應(yīng)用中對(duì)微處理器的選擇更具有競(jìng)爭(zhēng)力。
　　（3）、嵌入式系統(tǒng)和具體應(yīng)用有機(jī)地結(jié)合在一起，它的升級(jí)換代也是和具體產(chǎn)品同步進(jìn)行，因此嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品一旦進(jìn)入市場(chǎng)，具有較長(zhǎng)的生命周期。
　　（4）、為了提高執(zhí)行速度和系統(tǒng)可靠性，嵌入式系統(tǒng)中的軟件一般都固化在存儲(chǔ)器芯片或單片機(jī)本身中，而不是存貯于磁盤(pán)等載體中。
　　（5）、嵌入式系統(tǒng)本身不具備自舉開(kāi)發(fā)能力，即使設(shè)計(jì)完成后用戶(hù)通常也不能對(duì)其中的程序、功能進(jìn)行修改。而且還必須有一套開(kāi)發(fā)工具和環(huán)境才能進(jìn)行開(kāi)發(fā)。
　　
三、嵌入式系統(tǒng)在印刷設(shè)備中的解決方案及應(yīng)用

　　目前，嵌入式系統(tǒng)在印刷設(shè)備中的應(yīng)用仍擁有巨大的市場(chǎng)空間，我們應(yīng)該抓住機(jī)遇，與時(shí)俱進(jìn)，奮起直追，使我國(guó)的中、高檔印刷設(shè)備盡快趕上世界先進(jìn)水平。下面我們將結(jié)合幾個(gè)具體實(shí)例對(duì)工控機(jī)級(jí)嵌入式系統(tǒng)在印刷設(shè)備中的解決方案和應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)闡述。
　　1、FLY-2005型嵌入式印刷圖像監(jiān)測(cè)系統(tǒng)( 即“靜止畫(huà)面” 監(jiān)測(cè)系統(tǒng) ) 是我公司為了滿(mǎn)足印刷行業(yè)的需要，最新研制開(kāi)發(fā)的新一代數(shù)字圖像監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。它運(yùn)用了計(jì)算機(jī)視頻圖像壓縮處理新技術(shù)，將高速運(yùn)動(dòng)的圖像變?yōu)槿搜廴菀捉邮盏摹办o止”圖像，同時(shí)可進(jìn)行局部放大，并能“自動(dòng)”或“手動(dòng)”左、右、上、下移動(dòng)畫(huà)面，供操作者仔細(xì)巡查，以便對(duì)細(xì)微的印刷圖像缺陷及時(shí)發(fā)現(xiàn)和修正，大大提高了印刷質(zhì)量。系統(tǒng)性能穩(wěn)定，圖像清晰，操色彩靚麗，作方便靈活，價(jià)格低廉，僅為同類(lèi)進(jìn)口產(chǎn)品的1/3。是目前國(guó)內(nèi)中、高檔凹印機(jī)必不可少的配套產(chǎn)品。
　　該系統(tǒng)主要由八部分組成：
（1）、 嵌入式工業(yè)控制計(jì)算機(jī)采用艾雷斯（I-LACS）ACS-2406E型，其中有主板ACS-6172VE，32位賽揚(yáng)CPU C2.8，硬盤(pán)HDD80GB（7200R），內(nèi)存條HY256M（DDR）等。
（2）、嵌入式中心軟件是以Window2000為平臺(tái)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的。Visual C++編程，方便高效。（3）高品質(zhì)彩色顯示器。
（4）、 數(shù)字?jǐn)z像頭M0814-NP。
（5）、 巡視小車(chē)及行走機(jī)構(gòu)。
（6）、 ±12V開(kāi)關(guān)電源HF55W-D。
（7）、 輸入輸出控制：西門(mén)子（SIEMENS）可編程控制器PLC 6ES7 211-OAA23-OXBO。
（8）、 通信及控制電纜等。

　　2、FLY-3000嵌入式凹印機(jī)雙電眼套色系統(tǒng)是我公司最新成功開(kāi)發(fā)的亮點(diǎn)之一。該系統(tǒng)主要由中央控制器、雙光電眼、日本編碼器、糾偏裝置及顯示器等五大部分構(gòu)成。中央控制器中裝有：
（1）、嵌入式工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（研祥 EVOC IPC-810A型），其中有主板 1613VN，32位賽揚(yáng)CPU C3 1.3G，硬盤(pán)SDR80G（7200R），內(nèi)存條 KVR133×64C3L 128M等；
（2）、FLY-3002嵌入式套色中心軟件是以WinNT為平臺(tái)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的。Visual C++編程，方便高效；
（3）、數(shù)據(jù)高速采集卡等。其中FLY-3002嵌入式套色中心軟件及數(shù)據(jù)高速采集卡為本公司最新開(kāi)發(fā)。
　　該系統(tǒng)具有集成度高、性能穩(wěn)定、響應(yīng)速度快、顏色識(shí)別范圍廣，版誤差低速修正好后升速不需要再修正等特點(diǎn)。另外，采用雙電眼進(jìn)行檢測(cè)，提高了整機(jī)檢測(cè)與調(diào)整的速度。因?yàn)殡p電眼和編碼器的配合使用可直接準(zhǔn)確捕捉套色偏差的大小和方向，減少了計(jì)算機(jī)運(yùn)算處理負(fù)荷，大大縮短了機(jī)器的自動(dòng)套準(zhǔn)時(shí)間，使控制過(guò)程更加穩(wěn)定和可靠。它具有全漢字化操作界面，全方位人機(jī)對(duì)話及各種提示指引功能，確保了高精度控制。本系統(tǒng)還具有縱向、橫向套色雙重功能（客戶(hù)可自行選擇）。另外還增加了印前自動(dòng)對(duì)版功能，無(wú)需人工進(jìn)行對(duì)版調(diào)節(jié)，顯著地減少了原材料浪費(fèi)。套色組合最大16色，套準(zhǔn)精度±0.1mm，套色速度0-300m/min。
　　
　　總之，由于工控機(jī)級(jí)嵌入式系統(tǒng)在印刷設(shè)備中成功的應(yīng)用，造就了凹印設(shè)備優(yōu)異的性能和卓越的品質(zhì)。專(zhuān)家們預(yù)計(jì)：面對(duì)我國(guó)廣闊的市場(chǎng)前景，她必定能產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。