第一篇：嵌入式系統(tǒng)在車(chē)輛導(dǎo)航監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

2017屆結(jié)課論文

《嵌入式系統(tǒng)原理及應(yīng)用》

學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 所屬學(xué)院 專 業(yè) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù) 班 級(jí)

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目錄

摘要.........................................................1 1.嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展領(lǐng)域.......................................2 2.嵌入式系統(tǒng)在車(chē)輛導(dǎo)航監(jiān)控系統(tǒng)中的發(fā)展........................3 3.系統(tǒng)的總體方案.............................................4

3.1相關(guān)技術(shù)介紹.........................................4 3.2系統(tǒng)的組成...........................................7 3.3車(chē)載監(jiān)控終端.........................................9

3.3.1硬件部分功能...................................9 3.3.2軟件部分功能...................................9

4.系統(tǒng)軟件組成..............................................10

4.1 Windows CE開(kāi)發(fā)環(huán)境的建立...........................10 4.2 Windows CE平臺(tái)的定制移植...........................11

4.2.1平臺(tái)配置......................................12 4.2.2 修改平臺(tái).....................................13 4.2.3 生成操作系統(tǒng)鏡像.............................14 4.2.4 輸出平臺(tái)SDK..................................14 4.3 Windows CE平臺(tái)應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)工具選擇.................15 5.系統(tǒng)硬件組成..............................................15

5.1硬件系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)....................................15 5.2核心板..............................................16 5.3主板各主要模塊設(shè)計(jì)...................................18 6.小結(jié)......................................................22 7.心得體會(huì)..................................................22 參考文獻(xiàn)....................................................23

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嵌入式系統(tǒng)在車(chē)輛導(dǎo)航監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘 要嵌入式系統(tǒng)(Embedded System)是一種包括硬件和軟件的完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它的定義是：“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)，并且軟硬件可剪裁，適用于應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積和功耗有嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)?！鼻度胧较到y(tǒng)所用的計(jì)算機(jī)是嵌入到被控對(duì)象中的專用微處理器，但是功能比通用計(jì)算機(jī)專門(mén)化，具有通用計(jì)算機(jī)所不能具備的針對(duì)某個(gè)方面特別設(shè)計(jì)的、合適的運(yùn)算速度、高可靠性和較低比較成本的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

嵌入式GIS系統(tǒng)是目前GPS定位系統(tǒng)應(yīng)用的一個(gè)熱點(diǎn)，發(fā)展十分迅速。盡管它的發(fā)展歷史不長(zhǎng)，但是己經(jīng)引起各方面的廣泛關(guān)注，有著巨大的市場(chǎng)潛力。以嵌入式GIS系統(tǒng)為核心的智能交通系統(tǒng)(ITS)可以廣泛應(yīng)用于交通調(diào)度管理，車(chē)輛防盜，物流運(yùn)輸?shù)确矫妫梢源蟠筇岣呓煌ㄊ褂寐?，緩解道路交通擁擠的難題，為國(guó)家節(jié)約資源，為企業(yè)降低成本。

關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng) 微處理器 計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 嵌入式GIS系統(tǒng)

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1.嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展領(lǐng)域

1．工業(yè)控制：基于嵌入式芯片的工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備將獲得長(zhǎng)足的發(fā)展，目前已經(jīng)有大量的8、16、32 位嵌入式微控制器在應(yīng)用中，網(wǎng)絡(luò)化是提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量、減少人力資源主要途徑，如工業(yè)過(guò)程控制、電力系統(tǒng)、電網(wǎng)安全、石油化工系統(tǒng)。

2．交通管理：在車(chē)輛導(dǎo)航、流量控制、信息監(jiān)測(cè)與汽車(chē)服務(wù)方面，嵌入式系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)獲得了廣泛的應(yīng)用，內(nèi)嵌GPS模塊，GSM模塊的移動(dòng)定位終端已經(jīng)在各種運(yùn)輸行業(yè)獲得了成功的使用。目前GPS設(shè)備已經(jīng)從尖端產(chǎn)品進(jìn)入了普通百姓的家庭，只需要幾千元，就可以隨時(shí)隨地找到你的位置。

3．信息家電：這將稱為嵌入式系統(tǒng)最大的應(yīng)用領(lǐng)域，冰箱、空調(diào)等的網(wǎng)絡(luò)化、智能化將引領(lǐng)人們的生活步入一個(gè)嶄新的空間。即使你不在家里，也可以通過(guò)電話線、網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。在這些設(shè)備中，嵌入式系統(tǒng)將大有用武之地。

4．家庭智能管理系統(tǒng)：水、電、煤氣表的遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表，安全防火、防盜系統(tǒng)，其中嵌有的專用控制芯片將代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工檢查，并實(shí)現(xiàn)更高，更準(zhǔn)確和更安全的性能。目前在服務(wù)領(lǐng)域，如遠(yuǎn)程點(diǎn)菜器等已經(jīng)體現(xiàn)了嵌入式系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。

5．POS網(wǎng)絡(luò)及電子商務(wù)：公共交通無(wú)接觸智能卡發(fā)行系統(tǒng)，公共電話卡發(fā)行系統(tǒng)，自動(dòng)售貨機(jī)，各種智能ATM終端將全面走入人們的生活。

6.環(huán)境工程與自然：水文資料實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，防洪體系及水土質(zhì)量監(jiān)測(cè)、堤壩安全，地震監(jiān)測(cè)網(wǎng)，實(shí)時(shí)氣象信息網(wǎng)，水源和空氣污染監(jiān)測(cè)。在很多環(huán)境惡劣，地況復(fù)雜的地區(qū)，嵌入式系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)無(wú)人監(jiān)測(cè)。

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這些應(yīng)用中，可以著重于在控制方面的應(yīng)用。就遠(yuǎn)程家電控制而言，除了開(kāi)發(fā)出支持TCP/IP的嵌入式系統(tǒng)之外，家電產(chǎn)品控制協(xié)議也需要制訂和統(tǒng)一，這需要家電生產(chǎn)廠家來(lái)做。同樣的道理，所有基于網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程控制器件都需要與嵌入式系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)接口，然后再由嵌入式系統(tǒng)來(lái)控制并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)控制。所以，開(kāi)發(fā)和探討嵌入式系統(tǒng)有著十分重要的意義。

2.嵌入式系統(tǒng)在車(chē)輛導(dǎo)航監(jiān)控系統(tǒng)中的發(fā)展

現(xiàn)在我國(guó)的車(chē)輛導(dǎo)航監(jiān)控系統(tǒng)主要是建立在GPS/GSM/GPR/CDMA技術(shù)整合與運(yùn)用的基礎(chǔ)上，這種科學(xué)的管理手段必然會(huì)在將來(lái)在各個(gè)地方各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛的運(yùn)用。近年來(lái)GPS的行業(yè)應(yīng)用快速發(fā)展，呈現(xiàn)出與業(yè)務(wù)結(jié)合、多樣化發(fā)展的特征。車(chē)輛導(dǎo)航監(jiān)控系統(tǒng)方面的研發(fā)，為提高各運(yùn)輸企業(yè)運(yùn)營(yíng)管理效率提供了強(qiáng)有力的保障。主要對(duì)車(chē)輛導(dǎo)航監(jiān)控系統(tǒng)中車(chē)載終端硬件平臺(tái)搭建，軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境搭建，車(chē)載終端與監(jiān)控中心通信，車(chē)載終端客戶端與監(jiān)控中心服務(wù)器應(yīng)用程序等進(jìn)行了設(shè)計(jì)和闡述，實(shí)現(xiàn)了車(chē)輛導(dǎo)航監(jiān)控系統(tǒng)的基本功能。

車(chē)輛導(dǎo)航監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)由基于嵌入式車(chē)載導(dǎo)航終端設(shè)計(jì)和監(jiān)控中心上位機(jī)平臺(tái)設(shè)計(jì)兩大部分組成。嵌入式車(chē)載導(dǎo)航終端完成的主要功能包括:通過(guò)GPS模塊接收衛(wèi)星信號(hào);對(duì)接收到的衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行處理實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的實(shí)時(shí)定位;通過(guò)運(yùn)行相應(yīng)的地圖軟件對(duì)車(chē)輛進(jìn)行導(dǎo)航;通過(guò)GPRS無(wú)線通訊模塊向監(jiān)控中心上位機(jī)發(fā)送車(chē)輛實(shí)時(shí)信息;接收上位機(jī)下傳的管理信息，實(shí)現(xiàn)接打電話收發(fā)短信的功能。監(jiān)控中心上位機(jī)平臺(tái)主要功能包括:接收嵌入式車(chē)載導(dǎo)航終端上傳的車(chē)輛信息;對(duì)相關(guān)車(chē)輛的位置信息實(shí)時(shí)顯示;對(duì)相關(guān)車(chē)輛進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和管理;通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)重要信息進(jìn)行存儲(chǔ)。

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3.系統(tǒng)的總體方案

3.1相關(guān)技術(shù)介紹

(1)GPS技術(shù)

GPS即全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System)是美國(guó)

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抗干擾性好、保密性強(qiáng)。由于GPS系統(tǒng)采用了偽隨機(jī)噪聲碼技術(shù)，因而GPS衛(wèi)星所發(fā)送的信號(hào)具有良好的抗干擾性和保密性。功能多，精度高。GPS可為各類用戶連續(xù)地提供動(dòng)態(tài)目標(biāo)的三維位置、三維速度和時(shí)間信息。

圖1 GPS接收機(jī)的基本構(gòu)成

②GPS定位原理

GPS定位的基本原理是根據(jù)高速運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星瞬間位置作為己知的起算數(shù)據(jù)，采用空間距離后方交會(huì)的方法，確定待測(cè)點(diǎn)的位置。

(2)GIS技術(shù)

地理信息系統(tǒng)(Geographical Information System，簡(jiǎn)稱GIS)，是20世紀(jì)60年代開(kāi)始迅速發(fā)展起來(lái)的地理學(xué)研究技術(shù)，是隨著地理科學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、遙感技術(shù)和信息科學(xué)的發(fā)展而發(fā)展起來(lái)多種學(xué)科交叉的產(chǎn)物。地理信息系統(tǒng)(GIS)就是一種利用計(jì)算機(jī)對(duì)有關(guān)地理、空間位置的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行存儲(chǔ)、處理、查詢和顯示的計(jì)算機(jī)支持系統(tǒng)。

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以地理研究和地理決策為目的，以地理模型方法為手段，具有空間分析、多要素綜合分析和動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)的能力，并能產(chǎn)生高層次的地理信息;由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)支持進(jìn)行空間地理數(shù)據(jù)管理，并由計(jì)算機(jī)程序模擬常規(guī)的或?qū)ｉT(mén)的地理分析方法，作用于空間數(shù)據(jù)，產(chǎn)生有用信息，完成人類難以完成的任務(wù)。

(3)GPRS技術(shù)

因?yàn)檐?chē)載終端不可能利用有線方式與外界進(jìn)行通信，必須要使用一種便捷的方式，而GPRS是目前階段解決移動(dòng)通信信息服務(wù)的一種較完美方案。

①GPRS簡(jiǎn)介

GPRS(General Packet Radio Service)為通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)的簡(jiǎn)稱，是歐洲電信協(xié)會(huì)GSM系統(tǒng)中有關(guān)分組數(shù)據(jù)所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。是一種基于GSM系統(tǒng)的無(wú)線分組交換技術(shù)，提供端到端的、廣域的無(wú)線IP連接。GPRS充分利用共享無(wú)線信道，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)終端的高速、遠(yuǎn)程接入。作為現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)向

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圖2 GPRS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

GGSN是外部分組數(shù)據(jù)網(wǎng)或分組交換數(shù)據(jù)網(wǎng)與GPRS核心網(wǎng)之間的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，如果外部網(wǎng)絡(luò)IP網(wǎng)，GPRS可以看成一個(gè)普通的IP路由器，它服務(wù)于移動(dòng)臺(tái)的所有IP地址，該節(jié)點(diǎn)可以包括防火墻和分組過(guò)濾機(jī)制，另外，GGSN根據(jù)移動(dòng)臺(tái)的位置，為其指定一個(gè)SGSN的接口。

3.2系統(tǒng)的組成

可視化實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)由車(chē)載監(jiān)控終端、無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)控中心三部分組成。系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如圖3所示。

(1)車(chē)載監(jiān)控終端

車(chē)載監(jiān)控終端是整個(gè)系統(tǒng)的核心，主要分布在各個(gè)執(zhí)法車(chē)輛上，提供給用戶一個(gè)簡(jiǎn)單的操作界面，以便進(jìn)行電子地圖顯示、地理信息查詢、實(shí)時(shí)位置顯示、最優(yōu)路徑選擇等。同時(shí)負(fù)責(zé)接收GPS衛(wèi)星定位信息并解算出車(chē)輛的位置、速度等信息;采集有關(guān)車(chē)輛狀態(tài)信息、報(bào)警信息的數(shù)據(jù)，并把這些數(shù)據(jù)通過(guò)GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，按照通信協(xié)議，傳送到監(jiān)控中心;接收并執(zhí)行來(lái)自監(jiān)控中心的命令等;同時(shí)還應(yīng)具有防盜、報(bào)警、遠(yuǎn)程控制等功能。

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圖3系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

(2)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)

無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)是連接車(chē)載終端與監(jiān)控中心的紐帶，是組成整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵。為了能保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確和通信系統(tǒng)覆蓋范圍的廣泛，并考慮到城市電磁環(huán)境的影響，本系統(tǒng)采用了GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)。

(3)監(jiān)控中心

監(jiān)控中心由監(jiān)控計(jì)算機(jī)和監(jiān)控軟件組成。監(jiān)控中心平臺(tái)是以電子地圖為基礎(chǔ)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的監(jiān)視和控制的操作平臺(tái)，具有很方便的信息數(shù)據(jù)庫(kù)和電子地圖操作功能。監(jiān)控計(jì)算機(jī)是一臺(tái)具有固定IP地址的主機(jī)，可接入Internet等外部數(shù)據(jù)網(wǎng)。監(jiān)控中心接收車(chē)載終端上傳的車(chē)輛位置、狀態(tài)等信息，進(jìn)行相應(yīng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理后，與監(jiān)控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上的GIS電子地圖進(jìn)行匹配，并根據(jù)需要在電子地圖上實(shí)時(shí)顯示車(chē)輛位置、狀態(tài)等信息。

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3.3車(chē)載監(jiān)控終端

車(chē)載終端主要分為硬件與軟件兩大部分，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4車(chē)載終端結(jié)構(gòu)

3.3.1硬件部分功能

(1)車(chē)載計(jì)算機(jī):是車(chē)載終端的核心部件，主要負(fù)責(zé)與GPS模塊、GPRS模塊的通信，提供人機(jī)交互的接口LCD顯示屏及觸摸屏，同時(shí)支撐嵌入式操作系統(tǒng)所需的底層硬件資源和相關(guān)的硬件部件。

(2)GPS模塊:主要接收GPS定位導(dǎo)航信息，提供車(chē)輛的位置、速度、時(shí)間等信息。(3)GPRS模塊:主要負(fù)責(zé)與監(jiān)控中心的通信。

(4)LCD顯示屏及觸摸屏:主要是提供人機(jī)交互的平臺(tái)，通過(guò)LCD顯示屏提供給用戶一個(gè)簡(jiǎn)單的友好的界面，觸摸屏負(fù)責(zé)給計(jì)算機(jī)提供用戶的輸入命令等。3.3.2軟件部分功能

(1)嵌入式操作系統(tǒng):主要用于對(duì)終端的硬件資源進(jìn)行統(tǒng)一管理及調(diào)度，為系統(tǒng)的應(yīng)用軟件提供一個(gè)良好的開(kāi)發(fā)環(huán)境;為嵌入式地理信息系統(tǒng)(Embedded GIS)提供一個(gè)軟件平臺(tái):提高系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)效率。

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(2)地理信息系統(tǒng):包含以規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)化格式存儲(chǔ)的電子地圖以及與地圖有關(guān)的信息數(shù)據(jù)，能夠提供地圖與信息數(shù)據(jù)的查詢、顯示、瀏覽等服務(wù)，支持應(yīng)用程序的調(diào)用。

(3)操作界面:是用戶與終端的人機(jī)交互接口，用于接受用戶的操作指令，把電子地圖、定位信息、行駛路線等以直觀的顯示給用戶，并能在電子地圖上實(shí)時(shí)提供車(chē)輛的位置。

(4)路徑規(guī)劃:即按一定的條件(如最短行車(chē)距離或時(shí)間)快速生成從出發(fā)點(diǎn)到目的地的最佳行車(chē)路線供駕駛員參考。如果能獲取實(shí)時(shí)的交通信息，還能對(duì)行駛的路線作及時(shí)調(diào)整以適應(yīng)當(dāng)前交通狀況。

(5)定位導(dǎo)航:利用電子地圖中的道路信息數(shù)據(jù)對(duì)GPS原始的定位數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)修正，將車(chē)輛位置匹配到合適的道路上，同時(shí)將匹配的結(jié)果顯示到電子地圖。

(6)信息查詢:對(duì)用戶感興趣的目標(biāo)查詢，并將查詢的結(jié)果以醒目的方式顯示出來(lái)。

4.系統(tǒng)軟件組成

4.1 Windows CE開(kāi)發(fā)環(huán)境的建立

(1)宿主機(jī)硬件平臺(tái)

嵌入式系統(tǒng)是先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、電子技術(shù)以及各種具體應(yīng)用相結(jié)合的產(chǎn)物，是不斷創(chuàng)新的新型集成知識(shí)系統(tǒng)。由于嵌入式系統(tǒng)資源受限，嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)一般采用宿主機(jī)/目標(biāo)機(jī)模式，經(jīng)交叉編譯生成目標(biāo)平臺(tái)上可運(yùn)行的二進(jìn)制文件，最后下載到目標(biāo)平臺(tái)運(yùn)行。在進(jìn)行嵌入式開(kāi)發(fā)前，首先應(yīng)建立和配置好交叉開(kāi)發(fā)環(huán)境。配置和調(diào)試Windows CE需要一臺(tái)高性能開(kāi)發(fā)工作站和一臺(tái)目標(biāo)調(diào)試設(shè)備。

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(2)Microsoft Platform Builder簡(jiǎn)介

Microsoft Platform Builder(以下簡(jiǎn)稱PB)是微軟的一個(gè)定制基于Windows CE.net操作系統(tǒng)的嵌入式平臺(tái)的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，如圖4.2所示。它提供了供開(kāi)發(fā)人員快速建立基于Windows CE.net的嵌入式系統(tǒng)所需的各種工具。它運(yùn)行在桌面Windows下，開(kāi)發(fā)人員可以通過(guò)交互式的環(huán)境來(lái)設(shè)計(jì)和定制內(nèi)核、選擇系統(tǒng)特性，然后進(jìn)行編譯和調(diào)試。同時(shí)，開(kāi)發(fā)人員可以利用PB來(lái)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)和應(yīng)用程序項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)等。

與其他微軟開(kāi)發(fā)工具相似，它包含工作空間(Workspace)，特性目錄區(qū)(Catalog)，調(diào)試窗口價(jià)ebug Window)和程序編輯窗口(Edit Window)。在工作空間可以查看所定制Windows CE操作系統(tǒng)所包含的組件，在這里可以為項(xiàng)目添加所需的組件;在編輯窗口可以修改或者編寫(xiě)相應(yīng)的程序，調(diào)試窗口可以反饋調(diào)試過(guò)程或編譯過(guò)程中的信息。

4.2 Windows CE平臺(tái)的定制移植

Windows CE操作系統(tǒng)是基于組件模型的，它由一些基本的操作系統(tǒng)函數(shù)和可選函數(shù)組成。基本函數(shù)應(yīng)該適合每一個(gè)使用Windows CE操作系統(tǒng)的硬件，可選函數(shù)則可以依據(jù)硬件條件進(jìn)行選擇搭建基于Windows CE操作系統(tǒng)的平臺(tái)需要完成以下主要工作: 導(dǎo)入和硬件平臺(tái)相關(guān)的.cec文件;利用標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)發(fā)向?qū)В鶕?jù)Windows CE的架構(gòu)創(chuàng)建一個(gè)平臺(tái);為特定的目標(biāo)設(shè)備創(chuàng)建一個(gè)自引導(dǎo)程序和板級(jí)支持包(Board Suport Package);加入BSP文件編譯操作系統(tǒng)鏡像文件，通過(guò)以太網(wǎng)將鏡像文件下載到目標(biāo)設(shè)備，并調(diào)試平臺(tái);平臺(tái)搭建并調(diào)試成功，為平臺(tái)應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)者導(dǎo)出軟件開(kāi)發(fā)工具包((SD殉。使用PB集成開(kāi)發(fā)環(huán)境搭建Windows CE操作系統(tǒng)的平臺(tái)的過(guò)程如圖6所示。

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圖6定制Windows CE操作系統(tǒng)的過(guò)程

4.2.1平臺(tái)配置

包括兩部分:系統(tǒng)配置和平臺(tái)BSP配置，即選擇操作系統(tǒng)的基本配置。并為特定的平臺(tái)選擇相應(yīng)的微處理器和板級(jí)支持包BSP(Board Support Packet)，導(dǎo)入和硬件平臺(tái)相關(guān)的.cec文件。

Windows CE.net操作系統(tǒng)核心代碼。sdk下按照平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)存放各種開(kāi)發(fā)工具，例如編譯器等。others的內(nèi)容包括MFC, ATL的共享代碼、庫(kù)文件及.net的共享庫(kù)等。

這一步如果要深入，還有很多細(xì)節(jié)工作要做。大體上需要在public目錄生成自己的操作系統(tǒng)配置包、platform目錄中生成自己的平臺(tái)硬件目錄，當(dāng)然可以先拷貝Microsoft提供的樣板，然后進(jìn)行修改。

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4.2.2 修改平臺(tái)

這一步充分體現(xiàn)了Windows CE的模塊化特征。如圖4.3所示，該步的工作主要包括開(kāi)發(fā)驅(qū)動(dòng)程序、創(chuàng)建或添加用戶特性以及修改配置文件。

在PB中，定制平臺(tái)系統(tǒng)的構(gòu)成以模塊的方式進(jìn)行管理，包括驅(qū)動(dòng)程序，用戶可以從開(kāi)發(fā)機(jī)已安裝的模塊集中添加所需的模塊，模塊集以CEC文件的形式存在。PB集成開(kāi)發(fā)環(huán)境的兩個(gè)工作區(qū):workspace和catalog，分別以直觀的方式顯示開(kāi)發(fā)人員已經(jīng)選定的特性列表和操作系統(tǒng)可選特性的一個(gè)集合。

該步驟需要修改的配置文件包括:bib文件、reg文件、dat文件、db文件，它們都可以用文本編輯器訪問(wèn)。若主文件名為Common，表示是通用配置文件，若主文件名為Platform，表示是某一個(gè)BSP的配置文件，若主文件名是Project，表示是所定制平臺(tái)的配置文件。修改配置文件可裁減優(yōu)化WinCE，用戶根據(jù)需要?jiǎng)?chuàng)建自己的配置文件。

bib文件定義了包含在內(nèi)核鏡像中的文件和模塊的名稱、加載位置，主要的bib文件有Common.bib, Config.bib, , Platform.bib等。reg注冊(cè)表文件建立操作系統(tǒng)映象的注冊(cè)表入口，注冊(cè)表存儲(chǔ)了包括應(yīng)用程序信息、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的配置、系統(tǒng)配置信息和用戶參數(shù)等。Platform.reg配置與平臺(tái)有關(guān)的注冊(cè)表信息，如設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序入口，Project.reg設(shè)置與工程有關(guān)的注冊(cè)表項(xiàng)。db文件是WinCE提供內(nèi)置的輕量級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)管理文件，其屬性數(shù)據(jù)庫(kù)由一張記錄表組成，每個(gè)記錄包含不同的屬性信息:標(biāo)志屬性的ID號(hào)、類型和值。使用ADOCE可以容易的訪問(wèn)屬性數(shù)據(jù)庫(kù)，還可使用SQL語(yǔ)句查詢信息。dat文件中安排了最終操作系統(tǒng)中文件系統(tǒng)的目錄結(jié)構(gòu)，它定義了目錄和指定文件位置，當(dāng)冷啟動(dòng)CE時(shí)，filesys.exe用這些數(shù)據(jù)創(chuàng)建目錄、快捷方式。

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4.2.3 生成操作系統(tǒng)鏡像

當(dāng)前兩步準(zhǔn)備就緒后，就可以生成操作系統(tǒng)鏡像文件，然后下載到目標(biāo)機(jī)。下載可以通過(guò)串口、并口或網(wǎng)線，具體可以設(shè)置PB開(kāi)發(fā)環(huán)境和目標(biāo)機(jī)。當(dāng)開(kāi)發(fā)機(jī)PB環(huán)境中己準(zhǔn)備下載操作系統(tǒng)鏡像，目標(biāo)機(jī)啟動(dòng)程序就可以將該鏡像下載到目標(biāo)機(jī)。本文采用網(wǎng)線進(jìn)行下載。下載完畢，如果正常的話，PB中設(shè)置的遠(yuǎn)程服務(wù)也會(huì)啟動(dòng)起來(lái)，如:TargetControl(CES均、Target Messages(CETerm), Debugger和Data Visualization Tools等。

此時(shí)，PB中就可以控制目標(biāo)機(jī)中運(yùn)行的系統(tǒng)，查看、啟動(dòng)或關(guān)閉進(jìn)程等等。同時(shí)，PB還提供一系列遠(yuǎn)程控制工具對(duì)目標(biāo)機(jī)中運(yùn)行的系統(tǒng)進(jìn)行配置，遠(yuǎn)程調(diào)試器可以很方便對(duì)目標(biāo)機(jī)中運(yùn)行的程序進(jìn)行調(diào)試。由于根據(jù)開(kāi)發(fā)的需要，目標(biāo)機(jī)可能要不斷更換，而且目標(biāo)設(shè)備和開(kāi)發(fā)用的目乒機(jī)硬件配置肯定不一樣。在這樣的情況下，如果新的目標(biāo)機(jī)采用不同的硬件體系結(jié)構(gòu)，可能會(huì)需要開(kāi)發(fā)OEM適配層(OAL), BSP或BootLoader以支持目標(biāo)機(jī)的啟動(dòng)下載。不過(guò)，一般的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)往往都是以開(kāi)發(fā)基于Windows CE的軟件為重點(diǎn)，因此，在選擇目標(biāo)設(shè)備時(shí)盡量采用PB直接支持的硬件體系結(jié)構(gòu)，如果不能避免，OEM廠商往往會(huì)提供Windows CE的這些硬件支持包。

4.2.4 輸出平臺(tái)SDK 前面的工作主要是為了定制能在目標(biāo)機(jī)上正確運(yùn)行的Windows CE操作系統(tǒng)，這是個(gè)不斷修改、調(diào)試、再修改調(diào)試的反反復(fù)復(fù)的過(guò)程。如果最終的Windows CE操作系統(tǒng)符合要求，用戶準(zhǔn)備在此操作系統(tǒng)之上開(kāi)發(fā)應(yīng)用的話，就可以輸出適合該平臺(tái)的SDKo這樣做的目的是為了方便編寫(xiě)應(yīng)用程序。生成的SDK很容易安裝到其他的編輯器上面。

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例如，可以把自己生成的SDK安裝到EVC下面，這樣當(dāng)需要新建一個(gè)工程時(shí)，定制的SDK就會(huì)出現(xiàn)在選擇畫(huà)面中。

4.3 Windows CE平臺(tái)應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)工具選擇

在.NET技術(shù)出現(xiàn)之前，微軟為Windows CE.net提供了兩個(gè)開(kāi)發(fā)工具，分別是Embedded Visual C++和Embedded Visual Basic，使用的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言分別為C++和BASIC。在.NET出現(xiàn)之后，微軟又推出了Visual Studio.NET(簡(jiǎn)稱VS.NET)開(kāi)發(fā)工具集，還在其中新加入了C#語(yǔ)言。雖然可供選擇的開(kāi)發(fā)工具更多了，并且VS.NET使WindowsCE.net下軟件開(kāi)發(fā)變得更容易，但是EVC仍然是廣大軟件開(kāi)發(fā)者的首選。

5.系統(tǒng)硬件組成 5.1硬件系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

一般嵌入式設(shè)備的硬件架構(gòu)都是以嵌入式微處理器為核心，通過(guò)處理器接口擴(kuò)展以及平臺(tái)硬件的支持，把眾多的外設(shè)單元集成進(jìn)整個(gè)系統(tǒng)中，并通過(guò)CPLD等邏輯轉(zhuǎn)換器件和其它硬件電路完成對(duì)外設(shè)模塊進(jìn)行讀寫(xiě)和控制操作的支持，圖7是硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。本系統(tǒng)采用核心板和底板的設(shè)計(jì)方案，核心板和底板采用兩個(gè)160PIN連接器連接。在核心板上主要資源有基于Intel XScale架構(gòu)內(nèi)核的嵌入式處理器PXA270} 64MB SDRAM, 32MB Nor Flash及電源管理模塊。底板上集成了車(chē)載終端所需的各接口部件，包括lOM/100M以太網(wǎng)接口、LCD接口、觸摸屏、RS232標(biāo)準(zhǔn)串口、AC97音頻接口、PCMCIA接口，同時(shí)為了以后升級(jí)擴(kuò)展的方便，還有SD卡接口、USB接口等。

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圖7硬件系統(tǒng)框圖

同時(shí)，在系統(tǒng)中通過(guò)RS-232擴(kuò)展了GPS模塊，主要用于接收GPS導(dǎo)航信息。通過(guò)PCMCIA接口擴(kuò)展一GPRS無(wú)線上網(wǎng)模塊，用于同監(jiān)控中心的信息交互。通過(guò)網(wǎng)卡接口擴(kuò)展的RJ-45接口用于實(shí)現(xiàn)同宿主機(jī)的數(shù)據(jù)交換，下載內(nèi)核等。在人機(jī)交互方面，主要通過(guò)LCD顯示屏與觸摸屏提供，LCD顯示器提供給用戶友好的界面，并通過(guò)觸摸屏來(lái)響應(yīng)用戶的各種請(qǐng)求。

5.2核心板

(1)PXA27x微處理器簡(jiǎn)介

PXA27x系列處理器是Intel公司2004年新推出的，它在性能上有了很大改進(jìn)。它同時(shí)集成了Intel的多項(xiàng)專利技術(shù)，其中包括集成Intel無(wú)線MMX指令集、無(wú)線動(dòng)態(tài)(Wireless Speed Step)技術(shù)和快速拍攝(Quick Capture)技術(shù)，大大提升了PXA27x多媒體、3D圖像處理、視頻處理方面的能力。在本核心板上微處理器采用PXA系列處理器中的PXA270處理器。它采用了XScale微架構(gòu)，并在此架構(gòu)的基礎(chǔ)上提高了處理媒體的效率，優(yōu)化了處理器的功耗，同時(shí)添加了眾多針對(duì)移動(dòng)終端設(shè)備設(shè)計(jì)的新功能。

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(2)存儲(chǔ)器接口設(shè)計(jì)

PXA27x系列處理器的存儲(chǔ)器接口支持各種存儲(chǔ)器芯片，包括SDRAM, Flash,SMROM, ROM, SRAM及與SRAM類似的可變延遲1/O等。PXA270處理器的存儲(chǔ)器接口將其支持的存儲(chǔ)器分為動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器和靜態(tài)存儲(chǔ)器兩類。

①Nor Flash接口設(shè)計(jì)

圖8是Nor Flash接口原理圖，采用兩片Intel的RC28F128K18C115芯片，構(gòu)成了32MB的Flash存儲(chǔ)器。這里的Flash芯片是16位的，故采用兩塊并聯(lián)的方法進(jìn)行位擴(kuò)展，為處理器32位的數(shù)據(jù)總線支持。處理器啟動(dòng)時(shí)，從0x00000000地址開(kāi)始執(zhí)行代碼，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)為從Flash引導(dǎo)系統(tǒng)，因此它必須接到靜態(tài)存儲(chǔ)器的塊0(BankO)，使用處理器的nCSO作為片選信號(hào)。Flash的其他控制引腳由處理器內(nèi)部集成的Static Memory控制器進(jìn)行控制。Flash主要作為Boot ROM，用來(lái)存儲(chǔ)EBoot程序和Windows CE的系統(tǒng)鏡像。

②SDRAM接口設(shè)計(jì)

圖9是SDRAM接口原理圖，采用Infineon公司的HYB25L256160AC-7.5芯片，本系統(tǒng)采用兩塊并聯(lián)位擴(kuò)展方式構(gòu)成64MB的SDRAM存儲(chǔ)器，提供32位的總線支持。它連接到處理器動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器的

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(3)其他模塊設(shè)計(jì)

CPLD(Complex Programmable Logic Device)采用Xilinx公司的XC2C256系列產(chǎn)品，根據(jù)功能要求選用XC2C256-7TQ 144型號(hào)。

圖8 Nor Flash接口 圖9 SDRAM接口

5.3主板各主要模塊設(shè)計(jì)

主板上主要是滿足系統(tǒng)所需的各種接口，提供外設(shè)到核心板的連接。在主板上主要集成TLCD顯示器、觸摸屏、3個(gè)RS232接口、網(wǎng)絡(luò)接口、JTAG調(diào)試接口、PCMCIA接口、聲卡接口，同時(shí)為了以后系統(tǒng)升級(jí)的擴(kuò)展方便還設(shè)計(jì)了SD卡接口、USB接口等。下面就主要部分作一介紹。

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(1)網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)計(jì)

網(wǎng)絡(luò)接口芯片采用SMSC公司為嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)推出的

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(2)音頻及觸摸屏接口設(shè)計(jì)

音頻及觸摸屏接口原理圖如11所示。UCB 1400是由飛利浦公司推出的一款具有集音頻解碼/編碼功能、觸摸屏控制器和功率管理接口于一體的多功能芯片。在音頻處理方面，它合整合了20位立體聲譯碼/編碼器，并支持可編程抽樣率、輸入/輸出增益和數(shù)字音響處理，如音量、靜音、低音和高音控制等。它與Intel音頻解碼/編碼97(AC'97Audio Codec'97)完全相容，因此可與Intel PXA270處理器的AC-Link控制器連接。其音頻輸出信號(hào)由經(jīng)由LM4881芯片，放大后輸出至耳機(jī)或揚(yáng)聲器。本系統(tǒng)觸摸屏采用4線電阻式觸摸屏，其四根引線分別與UCB 1400的TSPX, TSMX, TSPY和TSMY相連，而PXA270通過(guò) AC-Link控制器與觸摸屏通信，來(lái)得到位置信息。

圖11 音頻及觸摸屏接口

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(3)串行接口設(shè)計(jì)

PXA270處理器共提供三個(gè)UART接口，其中一個(gè)全功能串口，一個(gè)藍(lán)牙串口和一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)串口，它們都為3.3V TTL電平，為了能與標(biāo)準(zhǔn)RS232C串行設(shè)備通信，必須要對(duì)它們進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。本系統(tǒng)中分別采用一片MAX3243和兩片SP3223對(duì)它們進(jìn)行電平的轉(zhuǎn)換。其接口原理如圖12所示。藍(lán)牙串口用作調(diào)試串口，其它兩個(gè)串口可以擴(kuò)展GPS模塊等。

圖12 RS232接口

(4)其它接口

主板上還包括LCD顯示器接口、JTAG調(diào)試接口、USB接口、SD卡接口、PC卡接口等，因?yàn)檫@些在PXA270內(nèi)部都集成了相應(yīng)的控制器，其設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，就不再詳細(xì)說(shuō)明。

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6.小結(jié)

本文所闡述的車(chē)載監(jiān)控終端實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)航監(jiān)控的基本功能，達(dá)到了系統(tǒng)的基本要求，同時(shí)本系統(tǒng)還可作為一般的自主式車(chē)載導(dǎo)航設(shè)備使用。首先以Intel XScale架構(gòu)內(nèi)核嵌入式處理器PXA270為中心的硬件平臺(tái)，然后針對(duì)設(shè)計(jì)的硬件平臺(tái)進(jìn)行了Windows CE嵌入式操作系統(tǒng)的定制移植，最后在設(shè)計(jì)的平臺(tái)上進(jìn)行了系統(tǒng)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)。

本文的車(chē)載監(jiān)控系統(tǒng)終端是基于全球定位系統(tǒng)，配合電子地圖實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)車(chē)輛的實(shí)時(shí)定位與導(dǎo)航并利用地圖匹配算法，提高了定位的可靠性。車(chē)載終端的一個(gè)重要功能就是利用地理信息系統(tǒng)的空間優(yōu)勢(shì)快速生成通往目的地的最優(yōu)路徑。本文根據(jù)已有的電子地圖，采用一種較為簡(jiǎn)便方法生成道路網(wǎng)的拓?fù)潢P(guān)系，實(shí)現(xiàn)了快速生成出發(fā)地至目的地的最短路徑，為行車(chē)提供了方便。

本文還講述了其它基本功能，如電子地圖操作、地圖查詢、無(wú)線通信等。本文采用GPS單點(diǎn)定位方法，但它易受外界環(huán)境的干擾，尤其是在高樓林立的，或者車(chē)輛通過(guò)隧道、立交橋、涵洞等特殊地段時(shí)，GPS信號(hào)將很差甚至中斷而無(wú)法定位。要得到連續(xù)可靠的定位信息，可加入航位推算(DR-Dead Reckoning)裝置，如陀螺儀和里程儀等，利用GPS/DR組合定位方法來(lái)解決GPS盲區(qū)定位問(wèn)題。

7.心得體會(huì)

通過(guò)這次的課程學(xué)習(xí)讓我受益匪淺，使我對(duì)嵌入式的基本知識(shí)有了進(jìn)一步的提高，從開(kāi)始看到書(shū)時(shí)的相當(dāng)茫然，毫無(wú)了解，根本不知道該如何學(xué)習(xí)，經(jīng)過(guò)一個(gè)學(xué)期的學(xué)習(xí)，終于對(duì)嵌入式技術(shù)在生活中應(yīng)用有了認(rèn)識(shí)。

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在課程學(xué)習(xí)的過(guò)程中，我們花了大量的時(shí)間在開(kāi)發(fā)板上動(dòng)手實(shí)踐，根據(jù)書(shū)本上的內(nèi)容，結(jié)合老師的指導(dǎo)和同學(xué)的幫助，讓我對(duì)嵌入式不再那么生疏，有了新的認(rèn)識(shí)，后面的實(shí)驗(yàn)也能自己去完成。在這次的學(xué)習(xí)過(guò)程中，令我感受最深的就是對(duì)所學(xué)的知識(shí)綜合運(yùn)用與理解，同時(shí)也讓我明白了過(guò)程的艱辛和困難。

參考文獻(xiàn)

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第二篇：嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)SQLite在遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用,嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù).

嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)SQLite在遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用,嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù),SQLite,遠(yuǎn)程

監(jiān)控系統(tǒng),arm-μ

隨著后PC時(shí)代的到來(lái)，各種各樣的新型嵌入式系統(tǒng)設(shè)備在應(yīng)用數(shù)量上已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)通用計(jì)算機(jī)。嵌入式開(kāi)發(fā)已成為當(dāng)前IT行業(yè)的熱點(diǎn)。同時(shí)，越來(lái)越多的用戶希望能對(duì)嵌入式環(huán)境下的數(shù)據(jù)進(jìn)行更有效的管理，構(gòu)建嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)便是一個(gè)有效的方法，使用戶能在嵌入式設(shè)備中方便地存儲(chǔ)、檢索或修改數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)大部分傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的功能。嵌人式系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的緊密結(jié)合已經(jīng)成為嵌入式開(kāi)發(fā)的一個(gè)重要方向。1嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)SQLite與傳統(tǒng)C/s結(jié)構(gòu)的各種

隨著后PC時(shí)代的到來(lái)，各種各樣的新型嵌入式系統(tǒng)設(shè)備在應(yīng)用數(shù)量上已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)通用計(jì)算機(jī)。嵌入式開(kāi)發(fā)已成為當(dāng)前IT行業(yè)的熱點(diǎn)。同時(shí)，越來(lái)越多的用戶希望能對(duì)嵌入式環(huán)境下的數(shù)據(jù)進(jìn)行更有效的管理，構(gòu)建嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)便是一個(gè)有效的方法，使用戶能在嵌入式設(shè)備中方便地存儲(chǔ)、檢索或修改數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)大部分傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的功能。嵌人式系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的緊密結(jié)合已經(jīng)成為嵌入式開(kāi)發(fā)的一個(gè)重要方向。

1嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)SQLite

與傳統(tǒng)C/s結(jié)構(gòu)的各種大型關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)如Oracle，SQL Server，MySQL等相比，在嵌入式系統(tǒng)中由于軟硬件資源有限，不可能安裝龐大的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，而且在很多時(shí)候，用戶只需要使用這些數(shù)據(jù)庫(kù)產(chǎn)品的一些基本特性而已。嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)環(huán)境決定了其數(shù)據(jù)庫(kù)的特點(diǎn)：無(wú)需獨(dú)立運(yùn)行的數(shù)據(jù)庫(kù)引擎，而是由程序直接調(diào)用相應(yīng)的API實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的存取操作。嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)與其他數(shù)據(jù)庫(kù)產(chǎn)品的區(qū)別是，前者是程序驅(qū)動(dòng)式，而后者是引擎響應(yīng)式。

SQLite是D．Richard Hipp在2000年開(kāi)發(fā)的一個(gè)小型嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)。他是完全獨(dú)立的，不具有外部依賴性，可以較為方便地應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)中。其源代碼完全開(kāi)放，可以免費(fèi)用于任何用途，包括商業(yè)目的。SQLite雖然是個(gè)極端輕量級(jí)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，卻保留了數(shù)據(jù)庫(kù)的大部分特征，他提供了對(duì)SQL92標(biāo)準(zhǔn)的大多數(shù)支持：支持多表和索引、事務(wù)、視圖、觸發(fā)和一系列的用戶接口及驅(qū)動(dòng)。其主要特征如下：

(1)支持原子的、一致的、獨(dú)立的和持久的(ACID)事務(wù)特性，即使系統(tǒng)崩潰和掉電。

(2)零配置(Zero-configuration)，無(wú)需安裝和管理。(3)一個(gè)完整的數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)在單一磁盤(pán)文件中。(4)數(shù)據(jù)庫(kù)文件可以在不同字節(jié)順序的機(jī)器間自由共享。(5)支持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)大小至2 TB(2＾41 B)。

(6)字符串和二進(jìn)制大對(duì)象(BLOBs)的大小僅被有效內(nèi)存限制。(7)源碼體積小，編譯后低于250kB。(8)大部分的操作比關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)引擎要快。(9)簡(jiǎn)單易用的API。

SQLite由于小、快、簡(jiǎn)單、可靠，而且作者完全放棄版權(quán)，從他一發(fā)布出來(lái)，便深受歡迎。對(duì)于嵌人式環(huán)境，管理、執(zhí)行、維護(hù)的簡(jiǎn)單化比企業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)引擎提供的許多復(fù)雜應(yīng)用更重要，因此SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)是一個(gè)很好的選擇。2 SQLite內(nèi)部結(jié)構(gòu)及開(kāi)發(fā)技術(shù) 2．1 SQLite內(nèi)部結(jié)構(gòu)

SQLite采用模塊化的設(shè)計(jì)，主要由4個(gè)部分組成：內(nèi)核（Core）、SQL編程器（SQL Compiler）、后短（Backend）以及附件（Accessories）。內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。

第三篇：淺談基于嵌入式系統(tǒng)在教學(xué)中的應(yīng)用論文

論文關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng) Proteus ARM 應(yīng)用

論文摘要：本文指出在嵌入式系統(tǒng)課程的各教學(xué)環(huán)節(jié)引入Proteus、ARM（重點(diǎn)介紹Proteus軟件）軟件，通過(guò)動(dòng)態(tài)仿真模型的設(shè)計(jì)，能用到畢業(yè)設(shè)計(jì)以及創(chuàng)新設(shè)計(jì)當(dāng)中。

1、嵌入式系統(tǒng)的概述

（1）從技術(shù)的角度定義：嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，基礎(chǔ)是計(jì)算機(jī)，能夠適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、及功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)。

（2）從系統(tǒng)的角度定義：嵌入式系統(tǒng)是能夠完成復(fù)雜功能的軟件和硬件的組合，并使其緊密粘合在一起的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。“嵌入式”反映出的這些系統(tǒng)是更大系統(tǒng)中的一個(gè)完整部分，稱為嵌入式系統(tǒng)。

2、Proteus、ARM軟件介紹

Proteus是由英國(guó)Labcenter公司開(kāi)發(fā)的嵌入式系統(tǒng)仿真及開(kāi)發(fā)平臺(tái)，該軟件具有以下特點(diǎn)：

（1）能進(jìn)行智能原理布圖；進(jìn)行單片機(jī)軟件調(diào)試和單片機(jī)與外圍電路的協(xié)同仿真；滿足單片機(jī)軟件仿真系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)。

（2）支持常見(jiàn)的單片機(jī)類型和飛利浦公司ARM7（LPC系列）處理器及常見(jiàn)的外圍器件如8255，ADC0809。

（3）可以與Keil Version3，ADS1兩個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境結(jié)合，把用匯編和C語(yǔ)言編寫(xiě)的程序編譯后，進(jìn)行軟、硬件結(jié)合的系統(tǒng)仿真。

3、Proteus軟件的應(yīng)用

3.1 Proteus軟件在教學(xué)中的應(yīng)用

在教學(xué)的過(guò)程中，老師可以將Proteus和Keil 建立的虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搬到課堂上，能夠?qū)?shí)踐教學(xué)和理論教學(xué)融為一體，從而讓教學(xué)的效果得到提高。下面筆者引進(jìn)一個(gè)實(shí)際的課堂教學(xué)實(shí)例。在講到外部中斷處理過(guò)程這一章節(jié)時(shí)，我們可以將Proteus和Keil進(jìn)行聯(lián)調(diào)，然后通過(guò)仿真處理的步驟，可將單片機(jī)處理中斷的軟件執(zhí)行過(guò)程以及單片機(jī)內(nèi)部資源變化的情況以一種直觀地感受呈現(xiàn)給學(xué)生，從而能夠達(dá)到單純的理論教學(xué)難以達(dá)到的效果。

在運(yùn)行Protues軟件的狀態(tài)下，按住Proteus中的電路閉合鍵，P3.2引腳會(huì)有一個(gè)下跳沿，PC= 0x0003H，指向AJMP INT0的轉(zhuǎn)移命令，堆棧的指針SP= 0.9H，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的0.8H和0.9H單元存放著0.1H和0.5H，即該處存放著下一條指令的地址。因此，學(xué)生能夠迅速的知道，當(dāng)外部有中斷地請(qǐng)求時(shí)，程序的自動(dòng)存儲(chǔ)功能可以保存斷點(diǎn)的地址，同時(shí)程序?qū)?huì)轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)程序的入口地址，因?yàn)橹袛嗾?qǐng)求是由外部中斷0產(chǎn)生的，因此程序就會(huì)轉(zhuǎn)到外部中斷0的入口地址0003H。通過(guò)外部中斷執(zhí)行的例子我們可以看出，在課堂教學(xué)上使用Protues和Keil 聯(lián)調(diào)建立的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，我們可以將許多抽象概念直觀的介紹給學(xué)生，使學(xué)生不僅能觀察到軟件執(zhí)行時(shí)單片機(jī)內(nèi)部的I/ O口和存儲(chǔ)器的變化，還可以觀察到軟件程序和外圍電路之間的互動(dòng)過(guò)程。

3.2 Proteus軟件的應(yīng)用

目前所擁有的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)包括兩個(gè)關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，即課內(nèi)的實(shí)驗(yàn)以及課程的設(shè)計(jì)。所有的實(shí)驗(yàn)操作步驟基本上都是在實(shí)驗(yàn)箱上完成的。由于受硬件實(shí)驗(yàn)箱結(jié)構(gòu)以及資源的限制，學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候不能將所學(xué)的知識(shí)和軟件充分的融會(huì)貫通。所以當(dāng)我們的學(xué)生進(jìn)行自主設(shè)計(jì)的時(shí)候，很多的學(xué)生幾乎無(wú)法完成綜合性的實(shí)驗(yàn)。假設(shè)采用了Proteus軟件的仿真實(shí)驗(yàn)，就可以彌補(bǔ)硬件實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ牟蛔??；赑roteus軟件的實(shí)驗(yàn)可以分為以下3個(gè)階段。

（1）驗(yàn)證階段。此階段的主要任務(wù)是讓學(xué)生熟悉Proteus與Keil軟件的運(yùn)行環(huán)境，使學(xué)生對(duì)單片機(jī)虛擬系統(tǒng)的仿真有自身的認(rèn)識(shí)。實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)方面的教材只需要列出實(shí)驗(yàn)的任務(wù)和要求、Proteus軟件的實(shí)驗(yàn)原理圖、操作的步驟、流程以及和程序相關(guān)的源代碼等。學(xué)生就可可自行根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟或?qū)嶒?yàn)操作得到錄像進(jìn)行操作、調(diào)試，以及觀察程序的運(yùn)行結(jié)果。

（2）程序設(shè)計(jì)階段。這個(gè)階段主要是培養(yǎng)學(xué)生用Proteus繪制系統(tǒng)原理圖，以及使用Keil軟件進(jìn)行源程序設(shè)計(jì)的能力，學(xué)生可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)的原理圖用Proteus繪制硬件電路圖，按照實(shí)驗(yàn)的要求完成程序的設(shè)計(jì)，在Keil的環(huán)境下編寫(xiě)出源代碼，調(diào)試成功后，加載程序到Proteus硬件圖仿真。

（3）綜合學(xué)習(xí)階段。此階段的主要目的是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的主觀能動(dòng)性、以及培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。學(xué)生自主的根據(jù)實(shí)驗(yàn)的任務(wù)和要求設(shè)計(jì)出硬件額電路（包括CPU型號(hào)、元器件及參數(shù)的設(shè)置等）并繪制出Proteus的硬件原理圖；根據(jù)硬件的功能模塊對(duì)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)。完成對(duì)軟硬件設(shè)計(jì)之后，需對(duì)兩者進(jìn)行聯(lián)調(diào)，充分利用Proteus與Keil軟件間的聯(lián)合仿真的功能，及時(shí)的發(fā)現(xiàn)并改正硬件電路以及程序源代碼的錯(cuò)誤。系統(tǒng)仿真成功后，再進(jìn)行實(shí)物的制作。在對(duì)課程的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，需要學(xué)生在Proteus環(huán)境下繪制出硬件的電路圖，在Keil軟件中編寫(xiě)出設(shè)計(jì)程序的源代碼，并且在設(shè)計(jì)硬件電路時(shí)后盡可能的考慮到實(shí)驗(yàn)箱的有限資源，便于在Keil中編寫(xiě)的程序能夠更好的被移植到實(shí)驗(yàn)箱上。學(xué)生可以針對(duì)不同的應(yīng)用類型，選擇最適合的單片機(jī)，而不是僅僅局限于課堂上常講解到的單片機(jī)。學(xué)生也可在聯(lián)合仿真成功之后，再去進(jìn)行電路的焊接、軟件系統(tǒng)的調(diào)試以及程序的固化等，可以避免因設(shè)計(jì)方案的不正確所造成的不必要的浪費(fèi)。

4、結(jié)語(yǔ)

Proteus和ARM的嵌入式軟件在教學(xué)中的運(yùn)用，能充分的利用機(jī)房的現(xiàn)有設(shè)備，減少了實(shí)驗(yàn)設(shè)備的硬件維護(hù)又與實(shí)際的工程系統(tǒng)接近，拉近學(xué)習(xí)和就業(yè)之間的距離。實(shí)踐證明，這種嵌入式的教學(xué)方法不但能降低成本，經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)明顯，而且還具有較高的推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

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第四篇：多媒體在礦山監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用

多媒體在礦山監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用

中國(guó)礦業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 羅雪

【摘要】本文章主要介紹多媒體在礦山監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用。主題詞 多媒體

礦山

監(jiān)測(cè)

監(jiān)控

The use of multimedia in the mine monitoring &supervision [Abstract]The paper briefly introduce The use of multimedia in the mine monitoring &supervision。

Key words multimedia mine monitoring supervision 1 引言

眾所周知，安全是煤礦山產(chǎn)中的頭等大事；高效是一切生產(chǎn)活動(dòng)所追求的重要目標(biāo)。及時(shí)準(zhǔn)確無(wú)誤的監(jiān)測(cè)監(jiān)控井下井上生產(chǎn)環(huán)境和設(shè)備工況，工人的安全，所在位置，生產(chǎn)情況，確保安全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理是煤礦檢測(cè)系統(tǒng)必備的條件。基于這種要求，采用多媒體進(jìn)行監(jiān)控監(jiān)測(cè)日益普及，今天就來(lái)談?wù)劧嗝襟w在礦山監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用。正文

一般所說(shuō)的多媒體技術(shù)是指,即將文本、圖形、圖像、音頻、視頻、動(dòng)畫(huà)等單媒體通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行綜合處理后形成復(fù)合信息傳播媒體。對(duì)于礦山礦井的特殊環(huán)境來(lái)說(shuō)，對(duì)多媒體的技術(shù)要求相對(duì)來(lái)說(shuō)比一般的要高。具體要求如下： 1）實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性，如防弧，防濕度過(guò)大，由于礦井深度帶來(lái)的信號(hào)減弱，信號(hào)不穩(wěn)定等。礦山監(jiān)測(cè)監(jiān)控對(duì)多媒體的要求； 多媒體系統(tǒng)應(yīng)始終堅(jiān)持面向應(yīng)用，堅(jiān)持使用經(jīng)濟(jì)原則。

2）先進(jìn)性和成熟性 應(yīng)采用先進(jìn)的技術(shù)方法，又要注意結(jié)構(gòu)設(shè)備的相對(duì)成熟，抑郁應(yīng)用到實(shí)際操作中，可操作性要強(qiáng)

3）開(kāi)放性和標(biāo)準(zhǔn)性 為了滿足形同選不用的多媒體設(shè)備同時(shí)協(xié)調(diào)運(yùn)行，在長(zhǎng)期的使用中可方面便維新更好換，遵循統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)備來(lái)源更加豐富。4）可靠性和穩(wěn)定性 必須保證實(shí)時(shí)的不間斷的監(jiān)測(cè)監(jiān)控活動(dòng)的進(jìn)行，必須擁有較高的的穩(wěn)定性和可靠性，以取得最佳的使用效果。5）可操作性要強(qiáng) 易于普通工人的監(jiān)測(cè)報(bào)告 多媒體的應(yīng)用可分為四個(gè)部分組成；

采集端：負(fù)責(zé)所需金控監(jiān)測(cè)對(duì)象的數(shù)據(jù)的采集。如使用GPS定位礦井下工作人員所處的工作面工作位置，濕度傳感器采集礦井中濕度的數(shù)量值，瓦斯傳感器監(jiān)測(cè)井道中瓦斯的含量，氧氣的含量，傳輸段：將采集的數(shù)據(jù)通過(guò)一定的形式傳送到下一階段。比如將瓦斯傳感器采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)系統(tǒng)中。

中繼處理段：如果傳輸段的距離太遠(yuǎn)，此時(shí)信號(hào)已經(jīng)十分微弱，此時(shí)可使用中繼處理段來(lái)接受數(shù)據(jù)，放大后傳送給下一個(gè)端口。比如無(wú)線視頻的傳送距離是很有限的，為了加大傳輸?shù)木嚯x，因此，家中繼段很有必要。

接收端處理段：接受傳送段和中繼段傳送的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行處理，如輸出此時(shí)瓦斯的濃度值，是否在安全得范圍內(nèi)。

薛萬(wàn)強(qiáng);曾波;全球定位系統(tǒng)(GPS)在礦山滑坡監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用 三晉測(cè)繪

第五篇：嵌入式系統(tǒng)的主要應(yīng)用

嵌入式系統(tǒng)的主要應(yīng)用

嵌入式系統(tǒng)是一種包括硬件和軟件的完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它的定義是：“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)，并且軟硬件可剪裁，適用于應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積和功耗有嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)?！鼻度胧较到y(tǒng)所用的計(jì)算機(jī)是嵌入到被控對(duì)象中的專用微處理器，但是功能比通用計(jì)算機(jī)專門(mén)化，具有通用計(jì)算機(jī)所不能具備的針對(duì)某個(gè)方面特別設(shè)計(jì)的、合適的運(yùn)算速度、高可靠性和較低比較成本的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用前景是非常廣泛的，人們將會(huì)無(wú)時(shí)無(wú)處不接觸到嵌入式產(chǎn)品，從家里的洗衣機(jī)、電冰箱，到作為交通工具的自行車(chē)、小汽車(chē)，到辦公室里的遠(yuǎn)程會(huì)議系統(tǒng)等等。在家中、辦公室、公共場(chǎng)所，人們可能會(huì)使用數(shù)十片甚至更多這樣的嵌入式無(wú)線電芯片，將一些電子信息設(shè)備甚至電氣設(shè)備構(gòu)成無(wú)線網(wǎng)絡(luò)；在車(chē)上、旅途中，人們利用這樣的嵌入式無(wú)線電芯片可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程辦公、遠(yuǎn)程遙控，真正實(shí)現(xiàn)把網(wǎng)絡(luò)隨身攜帶。其應(yīng)用領(lǐng)域可以包括：

1．交通管理：在車(chē)輛導(dǎo)航、流量控制、信息監(jiān)測(cè)與汽車(chē)服務(wù)方面，嵌入式系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)獲得了廣泛的應(yīng)用，內(nèi)嵌GPS模塊，GSM模塊的移動(dòng)定位終端已經(jīng)在各種運(yùn)輸行業(yè)獲得了成功的使用。目前GPS設(shè)備已經(jīng)從尖端產(chǎn)品進(jìn)入了普通百姓的家庭，只需要幾千元，就可以隨時(shí)隨地找到你的位置。2．家庭智能管理系統(tǒng)：水、電、煤氣表的遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表，安全防火、防盜系統(tǒng)，其中嵌有的專用控制芯片將代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工檢查，并實(shí)現(xiàn)更高，更準(zhǔn)確和更安全的性能。

3.POS網(wǎng)絡(luò)及電子商務(wù)：公共交通無(wú)接觸智能卡發(fā)行系統(tǒng)，公共電話卡發(fā)行系統(tǒng)，自動(dòng)售貨機(jī)，各種智能ATM終端將全面走入人們的生活。

4.環(huán)境工程與自然：水文資料實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，防洪體系及水土質(zhì)量監(jiān)測(cè)、堤壩安全，地震監(jiān)測(cè)網(wǎng)，實(shí)時(shí)氣象信息網(wǎng)，水源和空氣污染監(jiān)測(cè)。在很多環(huán)境惡劣，地況復(fù)雜的地區(qū)，嵌入式系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)無(wú)人監(jiān)測(cè)。

5.機(jī)器人：嵌入式芯片的發(fā)展將使機(jī)器人在微型化，高智能方面優(yōu)勢(shì)更加明顯，同時(shí)會(huì)大幅度降低機(jī)器人的價(jià)格，使其在工業(yè)領(lǐng)域和服務(wù)領(lǐng)域獲得更廣泛的應(yīng)用。

6.工業(yè)控制：相對(duì)于其他的領(lǐng)域，機(jī)電產(chǎn)品可以說(shuō)是嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用最典型最廣泛的領(lǐng)域之一。從最初的單片機(jī)到現(xiàn)在的工控機(jī)、SOC在各種機(jī)電產(chǎn)品中均有著巨大的市場(chǎng)。工業(yè)設(shè)備是機(jī)電產(chǎn)品中最大的一類，在目前的工業(yè)控制設(shè)備中，工控機(jī)的使用非常廣泛，這些工控機(jī)一般采用的是工業(yè)級(jí)的處理器和各種設(shè)備，其中以X86的MPU最多。工控的要求往往較高，需要各種各樣的設(shè)備接口，除了進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，還須將設(shè)備狀態(tài)，傳感器的信息等在顯示屏上實(shí)時(shí)顯示。這些要求8位的單片機(jī)是無(wú)法滿足的，以前多數(shù)使用16位的處理器，隨著處理器快速的發(fā)展，目前32位、64位的處理器逐漸替代了16位處理器，進(jìn)一步提升了系統(tǒng)性能。采用PC104總線的系統(tǒng)，體積小，穩(wěn)定可靠，受到了很多用戶的青睞。不過(guò)這些工控機(jī)采用的往往是DOS或者Windows系統(tǒng)，雖然具有嵌入式的特點(diǎn)，卻不能稱作純粹的嵌入式系統(tǒng)。另外在工業(yè)控制器和設(shè)備控制器方面，則是各種嵌入式處理器的天下。這些控制器往往采用16位以上的處理器，各種MCU，Arm、Mips、68K系列的處理器在控制器中占據(jù)核心地位。這些處理器上提供了豐富的接口總線資源，可以通過(guò)它們實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)處理，通訊以及顯示（顯示一般是連接LED或者LCD）。最近飛利浦和ARM共同推出32位RISC嵌入式控制器，適用于工業(yè)控制，采用最先進(jìn)的0.18微米CMOS嵌入式閃存處理技術(shù)，操作電壓可以低至1.2伏，它還能降低25%到30%的制造成本，在工業(yè)領(lǐng)域中對(duì)最終用戶而言是一套極具成本效益的解決方案。美國(guó)TERN工業(yè)控制器基于Am188/186ES、i386EX、NEC V25、Am586(Elan SC520)，采用了SUPERTASK實(shí)時(shí)多任務(wù)內(nèi)核，可應(yīng)用于便攜設(shè)備、無(wú)線控制設(shè)備、數(shù)據(jù)采集設(shè)備、工業(yè)控制與工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備以及其它需要控制處理的設(shè)備。

7.家電行業(yè)是嵌入式應(yīng)用的另一大行業(yè)。現(xiàn)在只有按鈕、開(kāi)關(guān)的電器顯然已經(jīng)不能滿足人們的日常需求，具有用戶界面，能遠(yuǎn)程控制，智能管理的電器是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。據(jù)IDG發(fā)布的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，未來(lái)信息家電將會(huì)成長(zhǎng)五至十倍。中國(guó)的傳統(tǒng)家電廠商向信息家電過(guò)渡時(shí)，首先面臨的挑戰(zhàn)是核心操作系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)工作。硬件方面，進(jìn)行智能信息控制并不是很高的要求，目前絕大多數(shù)嵌入式處理器都可以滿足硬件要求，真正的難點(diǎn)是如何使軟件操作系統(tǒng)容量小、穩(wěn)定性高且易于開(kāi)發(fā)。Linux核心可以起到很好的橋梁作用，作為一個(gè)跨平臺(tái)的操作系統(tǒng)，它可以支持二三十種CPU，而目前已有眾多家電業(yè)的芯片都開(kāi)始做Linux的平臺(tái)移植工作。1999年就登錄中國(guó)的微軟“維納斯”計(jì)劃給了國(guó)人一個(gè)數(shù)字家庭的概念，引導(dǎo)各大家電廠商紛紛投入到這場(chǎng)革命中來(lái)，雖然最終未能獲得成功，卻使信息家電深入人心。如今各大廠商仍然在努力推出適用于新一代家電應(yīng)用的芯片，英特爾公司已專為信息家電業(yè)研發(fā)了名為StrongARM的ARM CPU系列，這一系列CPU本身不象X86CPU需要整合不同的芯片組，它在一顆芯片中可以包括你所需要的各項(xiàng)功能，即硬件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了SOC的概念。美商網(wǎng)虎公司已將全球最小的嵌入式操作系統(tǒng)——QUARK成功移植到StrongARM系列芯片上，這是第一次把Linux、圖形界面和一些程序進(jìn)行完整移植（QUARK的內(nèi)核只有143K），它將為信息家電提供功能強(qiáng)大的核心操作系統(tǒng)。相信在不久的將來(lái)，數(shù)字智能家庭必將來(lái)到我們身邊。

這些應(yīng)用中，可以著重于在控制方面的應(yīng)用。就遠(yuǎn)程家電控制而言，除了開(kāi)發(fā)出支持TCP/IP的嵌入式系統(tǒng)之外，家電產(chǎn)品控制協(xié)議也需要制訂和統(tǒng)一，這需要家電生產(chǎn)廠家來(lái)做。同樣的道理，所有基于網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程控制器件都需要與嵌入式系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)接口，然后再由嵌入式系統(tǒng)來(lái)控制并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)控制。所以，開(kāi)發(fā)和探討嵌入式系統(tǒng)有著十分重要的意義。