关于嵌入式系统以及其在印刷设备中的解决方案及应用浅析

一、什么是嵌入式系统呢？

在计算机、互联网和通信技术高速发展的同时，嵌入式系统开发技术也取得迅速发展。这不仅表现在嵌入式技术应用范围的急剧扩大，也体现在嵌入式处理器和实时操作系统的性能增强、日臻成熟和产品的升级换代。

目前，在嵌入式系统应用领域中，不少人对什么是嵌入式系统不甚了解。也有些人在解释什么是嵌入式系统时，不是从定义出发，而是列举了嵌入式系统的一些特点，往往不知所云。因此，有必要在此略加澄清。

嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软、硬件是可裁减的，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的嵌入式计算机系统。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，用于实现对设备的控制、监视或管理等功能。

由于嵌入式计算机系统要嵌入到应用体系中，实现对应用系统的智能化控制，因此，它有着与通用计算机系统完全不同的技术要求与技术发展方向。通用计算机系统的技术要求是高速、海量的数值计算；技术发展方向是总线速度的无限提升，存储容量的无限扩大。而嵌入式计算机系统的技术要求则是应用对象的智能化控制能力；技术发展方向是与应用系统密切相关的嵌入性能、控制能力与控制的可靠性。因此，现代计算机技术发展的两大分支的里程碑意义在于：它不仅形成了计算机发展的专业化分工，而且将发展计算机技术的任务扩展到传统的电子系统领域，使计算机成为进入人类社会全面智能化时代的有力工具。

今天，嵌入式系统已经无处不在，从汽车、家用微波炉、PDA、电视机，到工控生产现场、包装、印刷、通讯、仪器、仪表、船舶、航空、航天、军事装备、消费类产品等方面，都能发现嵌入式系统的踪影。

例如，FLY-2000嵌入式凹印机单电眼套色系统包含硬件和软件两部分：硬件架构上以嵌入式微处理器为中心，配置存储器、I/O设备、通信模块等必要的外设；软件部分以软件开发平台为核心，向上提供应用编程接口（API），向下屏蔽具体硬件特性的板级支持包BSP。嵌入式系统中，软件和硬件紧密配合，协调工作，共同完成系统预定的功能。

二、嵌入式系统的分类与特点

1、嵌入式系统的分类

有些人把单个嵌入式微处理器就当作嵌入式系统，这是不对的。因为嵌入式系统实质上是一个嵌入式计算机系统，因此，只有将嵌入式微处理器构成了一个计算机系统，并作为嵌入式应用时，这样的计算机系统才可称为嵌入式系统。

根据不同的分类标准嵌入式系统有不同的分类方法，如按其形态的差异，一般可将嵌入式系统分为：芯片级（MCU、SoC）、板级（单片机、模块）和设备级（工控机）三级。如按其复杂程度的不同，又可将嵌入式系统分为以下四类：

（1）、主要由微处理器构成的嵌入式系统，常常用于小型设备中（如温度传感器、烟雾和气体探测器及断路器）；（2）、不带计时功能的微处理器装置，可在过程控制、信号放大器、位置传感器及阀门传动器等中找到；（3）、带计时功能的组件，这类系统多见于开关装置、控制器、电话交换机、包装机、数据采集系统、医药监视系统、诊断及实时控制系统等等；（4）、在制造或过程控制中使用的计算机系统，这也就是由工控机级组成的嵌入式计算机系统，是这四类中最复杂的一种。也是现代印刷设备中经常应用一种。

2、嵌入式系统的特点

（1）、嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合后的产物。这一点就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。嵌入式CPU能够把通用CPU中许多由板卡完成的任务集成在芯片内部，从而有利于嵌入式系统设计趋于小型化，移动能力大大增强，跟网络的耦合也越来越紧密。

（2）、嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计，量体裁衣、去除冗余，力争在同样的硅片面积上实现更高的性能，这样才能在具体应用中对微处理器的选择更具有竞争力。

（3）、嵌入式系统和具体应用有机地结合在一起，它的升级换代也是和具体产品同步进行，因此嵌入式系统产品一旦进入市场，具有较长的生命周期。

（4）、为了提高执行速度和系统可靠性，嵌入式系统中的软件一般都固化在存储器芯片或单片机本身中，而不是存贮于磁盘等载体中。

（5）、嵌入式系统本身不具备自举开发能力，即使设计完成后用户通常也不能对其中的程序、功能进行修改。而且还必须有一套开发工具和环境才能进行开发。

三、嵌入式系统在印刷设备中的解决方案及应用

目前，嵌入式系统在印刷设备中的应用仍拥有巨大的市场空间，我们应该抓住机遇，与时俱进，奋起直追，使我国的中、高档印刷设备尽快赶上世界先进水平。下面我们将结合几个具体实例对工控机级嵌入式系统在印刷设备中的解决方案和应用进行详细阐述。

1、FLY-2005型嵌入式印刷图像监测系统（即“静止画面”监测系统）是我公司为了满足印刷行业的需要，最新研制开发的新一代数字图像监测系统。它运用了计算机视频图像压缩处理新技术，将高速运动的图像变为人眼容易接收的“静止”图像，同时可进行局部放大，并能“自动”或“手动”左、右、上、下移动画面，供操作者仔细巡查，以便对细微的印刷图像缺陷及时发现和修正，大大提高了印刷质量。系统性能稳定，图像清晰，操色彩靓丽，作方便灵活，价格低廉，仅为同类进口产品的1/3。是目前国内中、高档凹印机必不可少的配套产品。

该系统主要由八部分组成：（1）、嵌入式工业控制计算机采用艾雷斯（I-LACS）ACS-2406E型，其中有主板ACS-6172VE，32位赛扬CPUC2.8，硬盘HDD80GB（7200R），内存条HY256M（DDR）等，（2）、嵌入式中心软件是以Window2000为平台开发设计的。VisualC++编程，方便高效。（3）高品质彩色显示器，（4）、数字摄像头M0814-NP，（5）、巡视小车及行走机构，（6）、±12V开关电源HF55W-D、（7）、输入输出控制：西门子（SIEMENS）可编程控制器PLC6ES7211-OAA23-OXBO，（8）、通信及控制电缆等。

2、FLY-3000嵌入式凹印机双电眼套色系统是我公司最新成功开发的亮点之一。该系统主要由中央控制器、双光电眼、日本编码器、纠偏装置及显示器等五大部分构成。中央控制器中装有：（1）、嵌入式工业控制计算机（研祥EVOCIPC-810A型），其中有主板1613VN，32位赛扬CPUC31.3G，硬盘SDR80G（7200R），内存条KVR133×64C3L128M等；（2）、FLY-3002嵌入式套色中心软件是以WinNT为平台开发设计的。VisualC++编程，方便高效；（3）、数据高速采集卡等。其中FLY-3002嵌入式套色中心软件及数据高速采集卡为本公司最新开发。

该系统具有集成度高、性能稳定、响应速度快、颜色识别范围广，版误差低速修正好后升速不需要再修正等特点。另外，采用双电眼进行检测，提高了整机检测与调整的速度。因为双电眼和编码器的配合使用可直接准确捕捉套色偏差的大小和方向，减少了计算机运算处理负荷，大大缩短了机器的自动套准时间，使控制过程更加稳定和可靠。它具有全汉字化操作界面，全方位人机对话及各种提示指引功能，确保了高精度控制。本系统还具有纵向、横向套色双重功能（客户可自行选择）。另外还增加了印前自动对版功能，无需人工进行对版调节，显著地减少了原材料浪费。套色组合最大16色，套准精度±0.1mm，套色速度0-300m/min。

总之，由于工控机级嵌入式系统在印刷设备中成功的应用，造就了凹印设备优异的性能和卓越的品质。专家们预计：面对我国广阔的市场前景，她必定能产生巨大的经济效益和社会效益。