嵌入式PC工程应用一例

    摘要：本文介绍了以嵌入式PC作为应用平台的一个工程实例。
    关键词：嵌入式系统  PC104总线

1. 引言

    嵌入的概念由来已久，但将其于计算机相结合则是在PC时代来临以后的事情。Smart PC、嵌入式PC等概念也应运而生，随之而来的则是各种系统设计概念的更新，将Smart PC、嵌入式PC应用于现代的各种电子设备中代替各种过去由许多逻辑芯片或分离电路才能完成的控制任务，不仅可以大大简化电子电路的设计，节省仪器占用空间，减少设备体积，而且也可以大大缩短研制开发周期，节省研制经费的开支。

2. 问题的提出

    某套数据测试系统由于研制时间距今已久，整套测试系统不仅组成台件较多（图1）而且采用的数字记录设备为字符轮式打印机，在进行测试数据的打印输出过程中，会产生很大的机械噪声，而且控制电路也比较复杂，仅能打印有限的一些数字符号。用它作为数据测试记录装置，在对测试对象进行状态分析时会给操作人员带来许多的不便，如数据判读不易、操作控制繁琐，且操作环境噪声过大不利于操作人员的身体健康，同时打印输出的测试数据存储分档不十分方便，因而考虑对该套测试系统进行技术改造。由于对整套测试系统进行技术改造涉及的任务量较大，研制周期较长，经费投入也较大，因而考虑仅对数据记录设备进行技术改造，采用通用打印机（如针打、喷墨或激光打印机）对测试数据进行分类归档，汇集成汉字报表的形式打印输出，同时要求对原操作规程及测试现象不能作大的改动。

    由图1可见，数据记录装置的改变必然需要对打印控制装置进行相应的技术改进，使其满足数据采集及报表打印的功能，并能够将测试数据进行分类储存，以备以后装备维修及进行可靠性分析时使用。

3. 技术方案

    为了实现对外部专用测试设备测试数据的采集，在进行方案设计时考虑设计一专用的数据采集电路实现同外部测试设备的数据接口；时序逻辑的实现则既可以通过搭建硬件电路实现，也可以通过软件编程再通过简单的处理电路“软实现”；数据记录装置考虑采用通用打印机（如针打、喷墨或激光打印机，具体型号可根据实际情况而定）《同时设备测试数据根据建档的需要，考虑进行分类存储于一大的硬盘上，以备后用；该装置的控制核心，在进行方案设计时即可以考虑采用单片机从而构成一个单片机的数据处理系统，也可以考虑采用通用计算机。如果选用单片机构成的数据处理系统，对于数据记录设备（硬盘、打印机）则需设计相应的接口电路及时序电路，并编写相应的软件驱动程序才能完成这些硬记录装置的控制，开发周期及投入的研制经费必然相应增加；采用微型计算机系统，由于在此系统中已经内嵌有对硬记录装置（硬盘、通用打印机）的接口电路，对这些装置的控制则可以通过开发商提供的相应驱动程序实现，从而免去上述的种种不利因素。考虑到实际应用的要求，本方案选用嵌入式PC作为打印控制装置的控制核心。该方案结构见图2。

4. 技术实现

    由图2可见，该技术方案主要以数据采集器、时序逻辑发生器、嵌入式PC及激光打印机四部分组成，实现对该测试系统数据记录装置的技术改造。其中数据采集电路主要完成对外部测试设备（数字电压表、时间测量装置、高度测量装置）测试数据的采集，时序逻辑产生电路生成外部各测试设备所需的各种逻辑时序（图3），而硬盘则作为测试数据建档存贮用，测试数据的汉字报表输出采用激光打印机实现。

    嵌入式PC以PC104总线为系统架构，在90×96mm大小的模板上集成了微型计算机最基本的功能，去掉了PC底板及ISA（PCI）总线等的卡槽式结构，节省空间；同时因减少了元器件的数量，整个模板的电源消耗很小，每块模板的典型值约为1～2W。PC104总线实际上是IEEE996（PC及PC/AT）总线的简化版本，但它是专为嵌入式系统应用而设计的总线规范。系统设计以功能模板为基本组件，通过PC104总线完成PC104功能模块之间任意搭接，实现系统功能的扩充。本装置为了实现同嵌入式PC的信号接口，在数据采集模块及嵌入式PC之间设计了一个专用的PC104总线数据缓冲模板搭建在嵌入式PC板上。

    从图2可以看出，对打印控制装置的技术改造并没有考虑采用键盘及显示器部分，这也是采用嵌入式PC作为控制核心的优点之一。对于键盘及显示器来说，它们仅在对系统进行调试时才起作用，因而为节约成本，打印控制装置样机同样没有键盘及显示器，其外观同原设备基本一致，操作方式不变。嵌入式PC可以提供一个良好的操作平台，可以使用DOS或Windows作为操作系统，以高级语言实现对系统的软件编程调试。系统流程参见图4，工作过程如下：需要对被测对象进行测试检查时，由时序逻辑产生电路产生规定的逻辑时序（图3示），外部测试设备在此时序逻辑的控制下开始对被测对象进行参数测试；同时该时序产生电路将产生相应的中断请求信号，请求PC系统对外部测试设备送出的测试数据进行采集；PC系统对采集到的测试数据进行分类汇总，存储于相应的测试数据库中（在硬盘中建立），并将测试结果以规范的汉字报表形式通过激光打印机打印输出。

5. 结语

    本装置采用嵌入式PC的技术方案，从方案论证到样机试制完成所需时间不到两个月，由此可见，采用嵌入式PC开发仪器设备管理系统的便利之处，它不仅大大地降低了工程设计人员的劳动强度，也节省了技术开发的重复投入，从而也大大地节约了研制经费。