（计算机应用技术专业论文）新型电子花样机嵌入式软件系统的研究与开发.pdf

西北工业大学硕士学位论文 摘 要 传统的工业缝制设备大多采用基于单片机的控制系统， 随着科学技术的进步 和应用的需求， 2 1 世纪的缝制设备已进入基于小型电子控制系统的智能化时代。 智能电子花样机将传统的机械/ 电子缝制技术与先进的信息技术相结合，实现灵 活、 高效的缝制过程。 据相关统计数据显示，目 前国际和国内市场对电 子花样机 的年总需求量约为 1 0 万台，并呈快速增长趋势，研发新一代智能电子花样机具 有广阔的市场前景。 本文以西安市科技局重大产业项目 “ 面向智能化电子花样机的嵌入式软件系 统” 为基础， 围绕构造面向智能化电子花样机嵌入式系统中的关键技术进行了研 究。 采用新一代嵌入式定制技术和嵌入式软构件技术， 研发具有自 主知识产权的 智能缝制设备控制系统和软件平台，具有重要的理论意义和实用价值。 文章对国内 外缝制设备的发展情况和采用的相关技术作了介绍， 对新一代电 子花样机的软、 硬件平台架构进行了探讨， 深入研究嵌入式操作系统l i n u x 可定 制技术和实时性， 针对电子花样机的实际需求完成了系统平台的搭建。 提出了以 嵌入式软构件思想设计面向智能缝制设备系列化需求的 应用控制软件的方法。 在 深入分析当前主流三款嵌入式图 形库的 基础上， 经过大量的研究与实践， 选用嵌 入式m i n i g u i 图形库作为电子花样机的嵌入式图 形库系统， 并完成了m i n i g u i 嵌入式图形库系统的剪裁。 最后， 介绍了电子花样机嵌入式控制软件的各功能模 块。 关键词:电 子花样机，可定制操作系统， 嵌入式软构件， 裁剪，实时性 嵌入式图形库 西北工业大学硕 f _ 学位论文 ab s t r a c t t r a d it i o n a l i n d u s t ry s a r to r i a l e q u i p m e n t u s e t h e c o n t r o l s y s t e m b a s e d o n s i n g l e p r o c e s s m a c h i n e m o s t l y . w i t h t h e a d v a n c e m e n t o f t e c h n o l o g y a n d d e v e l o p m e n t o f a p p l i c a t i o n r e q u i r e m e n t t h e s a r to r i a l e q u i p m e n t o f 2 1 c e n t u ry h a s a lr e a d y e n t e r e d t h e n e w g e n e r a t i o n o f in t e l l i g e n c e i n d u s t ry s a rt o r i a l e q u i p m e n t b ase d o n m i n i a t u r e e l e c t r o n c o n t r o l s y s t e m . i n t e l l i g e n c e e l e c t r o n i c d e s i g n m a c h i n e c o m b in e t h e m a c h i n e / e l e c t r o n i c s a r t o r i a l t e c h n o l o g y w i t h a d v a n c e d in f o r m a t i o n t e c h n o l o g y t o r e a l i z e a g i l i t y a n d h i g h p e r f o r m a n c e s a r t o r i a l p r o c e s s . a c c o r d i n g t o re l a t i v e s t a t i s t i c s t h e d e m a n d n u m b e r o f e l e c t r o n i c d e s i g n m a c h i n e i s b e y o n d 1 0 0 th o u s a n d a t i n t e rna t i o n a l m a r k e t a t p r e s e n t , m o r e o v e r t h i s n u m b e r h a s a s p e e d r i s e t r e n d , s o t o d e v e l o p i n t e l l i g e n c e e l e c t r o n i c d e s ig n m a c h i n e o f n e w g e n e r a t i o n h a s h e a l t h y m a r k e t f o r e g r o u n d . t h i s t h e s i s d i d r e s e a r c h a n d i n v e s t i g a t i o n o n t h e k e y p r o b l e m o f i n t e l l i g e n c e e l e c t r o n i c d e s i g n m a c h i n e b a s e d o n t h e i m p o r t a n t in d u s t ry p r o j e c t o f x i a n s c i e n c e a n d t e c h n o l o g y b u r e a u 一“ e m b e d d e d s o ft w a r e s y s t e m o r i e n t e d t o i n t e l l i g e n c e e l e c t r o n i c d e s i g n m a c h i n e . t o d e v e l o p t h e i n t e l li g e n c e in d u s t r y s a rt o r i a l e q u ip m e n t c o n t r o l s y s t e m a n d s o ft w a r e p la t f o r m w i t h p r i v a t e s c i e n c e p r o d u c t r i g h t b y u s in g e m b e d d e d c u s t o m i z e d t e c h n o l o g y a n d e m b e d d e d s o ft c o m p o n e n t . t h i s t h e s i s i n t r o d u c e d t h e d e v e lo p m e n t o f i n t e l l i g e n c e i n d u s t r y s a r t o r i a l e q u ip m e n t a n d r e l a t i v e t e c h n o l o g y n a t i o n a l a n d i n t e rn a t i o n a l . i t a l s o d i s c u s s e d t h e s o f t w a r e a n d h a r d w a r e p l a t f o rm a r c h i t e c t u r e a n d a n a ly z e d d e e p l y t h e c u s t o m i z e d t e c h n o l o g y a n d r e a l - t i m e q u a l i ty o f e m b e d d e d l i n u x o p e r a t i n g s y s t e m , a t t h e s a m e t im e c o n s t r u c t e d t h e s y s t e m p l a t f o r m b a s e d o n t h e a c t u a l r e q u i r e m e n t o f e l e c t r o n i c d e s i g n m a c h i n e . p r o p o s e d t h e m e t h o d o f d e s i g n s o ft w a r e o r i e n t e d t o i n t e l l i g e n c e i n d u s t r y s a r to r i a l e q u i p m e n t w i t h e m b e d d e d s o ft c o m p o n e n t . w e r e s e a r c h e d t h e t r e e t y p e s o f e m b e d d e d g r a p h l i b , t h a n c h o o s e t h e mi n i g u i g r a p h l i b a s t h e e m b e d d e d g r a p h l i b o f i n t e l l i g e n c e e l e c t r o n i c d e s i g n m a c h i n e a n d r e a l i z e d t h e c l i p p in g o f min i g u i g r a p h l i b s y s t e m . a t l a s t , t h e a u t h o r i n t r o d u c e d t h e s o ft w a r e m o d u l e s o f i n t e l l i g e n c e e l e c t r o n i c d e s i g n m a c h i n e . k e y w o r d s : e l e c t r o n ic d e s i g n m a c h in e , c u s t o m i z e d s y s t e m , e m b e d d e d c o m p o n e n t , c l i p p i n g , r e a l - t im e , e m b e d d e d g r a p h li b 西北工 业大学硕 卜 学位论文 第一章 绪论 第一章 绪论 1 . 1 研究背景与意义 自 缝纫机发明以来， 在缝制设备制造业发展的过程中， 提高缝制效率、 降低 劳动强度一直是人们追求的目 标。随着科学技术的进步和应用需求的不断提高， 2 1世纪的工业缝制设备已进入到基于小型电子控制系统的智能化工业缝纫机新 时代。这种智能化工业缝纫机采用小型电子控制系统及气动/ 电磁随动机构完成 复杂的动作和功能， 大幅度提高了生产效率、 降 低劳动强度， 而且缝制的线迹美 观， 大大提高了 缝制产品的质量和档次。 同时， 采用数字化控制系统的缝制设备 允许用户对特殊应用进行定制， 易于实现一机多用， 有效降低了企业的装备成本。 目 前， 智能化工业缝纫机已 成为国际缝制设备制造领域的主流发展方向， 而以嵌 入式 微处理器/ 控制器及其嵌入式软件为核心的 缝制设备智能控制系统成为 缝制 设备制造业国际竞争的主要部分。 我国是缝制设备等消费类产品的生产大国， 突破智能控制系统关键技术， 提 高 缝制设备的数字化与智能化水平，对于发展我国轻工产业起着举足轻重的作 用。 智能化电 子花样机是利用 信息技术改 造传统 机械/ 电 子缝纫机的新型 产品， 目 前在国内正处于 成长阶段， 其国际市场潜力巨大， 特别是基子机电 一体化的智 能缝纫机市场需求增长更快， 是缝纫设备行业技术与应用的发展方向。 电 子花样 机嵌入式软件系统是实现电 子花样机智能控制的关键部分。但是由于种种原因， 目 前代表缝制设备发展方向的各种智能化花样机的数字控制系统由日 本、韩国、 台 湾等几家大公司所垄断。 为了应对市场竞争， 增强国内企业的国际竞争力， 研 发针对智能化电子花样机的嵌入式软件系统己 经成为国内 缝制企业i待解决的 问 题。 电 子花样机嵌入式软件系统的 研发就是以 信息化带动工业化， 用信息技术 提升优势传统产业核心竞争力的具体体现。 现在， 智能化缝纫机己 被国 家列入轻 工业新世纪第一个五年规划( 2 0 0 1 年一 2 0 0 5年) 优先发展的产品. 研究和开发拥 有自 主产权的智能化花样机的嵌入式软件平台， 将是实现智能化、 网络化和系列 化缝纫机的关键举措，对于发展我国缝纫机工业意义重大。 1 .2 缝制设备智能化发展趋势 数字控制型工业缝纫机是在二十世纪七十年代末出现的。 受到技术发展水平 的限制， 当时的工业缝纫机产品 较少， 并且控制系统体积大、 控制动作单一、 功 能较少、 价格昂 贵. 随着科学技术的进步及服装业需求的不断提高， 服装厂商对 于缝制设备的要求也越来越高，工业缝制设备也向 着采用电 脑控制多针绣花机、 电 脑控制花样缝纫机等产品发展， 其控制动作也越来越复杂、 功能也日 趋完善。 德国、 韩国、 美国、日 本、 瑞士、 意大利等国家和台湾地区的缝制设备制造 西北工 业大学硕 卜 学位论文 第一章 绪论 第一章 绪论 1 . 1 研究背景与意义 自 缝纫机发明以来， 在缝制设备制造业发展的过程中， 提高缝制效率、 降低 劳动强度一直是人们追求的目 标。随着科学技术的进步和应用需求的不断提高， 2 1世纪的工业缝制设备已进入到基于小型电子控制系统的智能化工业缝纫机新 时代。这种智能化工业缝纫机采用小型电子控制系统及气动/ 电磁随动机构完成 复杂的动作和功能， 大幅度提高了生产效率、 降 低劳动强度， 而且缝制的线迹美 观， 大大提高了 缝制产品的质量和档次。 同时， 采用数字化控制系统的缝制设备 允许用户对特殊应用进行定制， 易于实现一机多用， 有效降低了企业的装备成本。 目 前， 智能化工业缝纫机已 成为国际缝制设备制造领域的主流发展方向， 而以嵌 入式 微处理器/ 控制器及其嵌入式软件为核心的 缝制设备智能控制系统成为 缝制 设备制造业国际竞争的主要部分。 我国是缝制设备等消费类产品的生产大国， 突破智能控制系统关键技术， 提 高 缝制设备的数字化与智能化水平，对于发展我国轻工产业起着举足轻重的作 用。 智能化电 子花样机是利用 信息技术改 造传统 机械/ 电 子缝纫机的新型 产品， 目 前在国内正处于 成长阶段， 其国际市场潜力巨大， 特别是基子机电 一体化的智 能缝纫机市场需求增长更快， 是缝纫设备行业技术与应用的发展方向。 电 子花样 机嵌入式软件系统是实现电 子花样机智能控制的关键部分。但是由于种种原因， 目 前代表缝制设备发展方向的各种智能化花样机的数字控制系统由日 本、韩国、 台 湾等几家大公司所垄断。 为了应对市场竞争， 增强国内企业的国际竞争力， 研 发针对智能化电子花样机的嵌入式软件系统己 经成为国内 缝制企业i待解决的 问 题。 电 子花样机嵌入式软件系统的 研发就是以 信息化带动工业化， 用信息技术 提升优势传统产业核心竞争力的具体体现。 现在， 智能化缝纫机己 被国 家列入轻 工业新世纪第一个五年规划( 2 0 0 1 年一 2 0 0 5年) 优先发展的产品. 研究和开发拥 有自 主产权的智能化花样机的嵌入式软件平台， 将是实现智能化、 网络化和系列 化缝纫机的关键举措，对于发展我国缝纫机工业意义重大。 1 .2 缝制设备智能化发展趋势 数字控制型工业缝纫机是在二十世纪七十年代末出现的。 受到技术发展水平 的限制， 当时的工业缝纫机产品 较少， 并且控制系统体积大、 控制动作单一、 功 能较少、 价格昂 贵. 随着科学技术的进步及服装业需求的不断提高， 服装厂商对 于缝制设备的要求也越来越高，工业缝制设备也向 着采用电 脑控制多针绣花机、 电 脑控制花样缝纫机等产品发展， 其控制动作也越来越复杂、 功能也日 趋完善。 德国、 韩国、 美国、日 本、 瑞士、 意大利等国家和台湾地区的缝制设备制造 西北工业大学硕 卜 学位论文 第一章 绪论 企业相继推出了一系列的智能型电子缝制设备。日 本重机公司 ( j u k i )推出的 l z - 2 2 9 o a - s r - 7 高 速电 子式自 动剪线曲 折线迹平缝机， 其控制系统采用了新型的 嵌入式软件及光机电控制技术， 可根据用户设定参数进行高速压缩缝、 连续缝以 及倒缝作业， 所采用的嵌 入式l c d图 形显示模式，可方便灵活 地显示定制缝纫 形状、横针距、基线位置等，大幅度提高了生产效率和产品质量。兄弟公司的 a c f - 1 7 2 6 - 1 7 9 0 型高速电子自 动锁眼机， 则是基于嵌入式控制系统， 结合高性能 的分度气机构， 最小送布步距 o . i m m ，可以实现精细缝制，该 机配备了i p - 2 0 0 大型彩色液晶操作面板并采用嵌入式通用软件平台，允许用户方便设定缝制参 数。这些新型缝制设备都己 成为当前国际市场电子化智能化缝制设备的典型代 表。 从这些缝制设备的特点可以看出， 缝制种类多样化、 控制参数精确化、 数据 加载网络化、 操作界面人性化的智能化工业缝纫机己经成为新一代缝制设备的主 流发展趋势。 随着以普适计算、 嵌入式技术为主要特征的后p c时代的到来， 嵌入式技术 也日 趋成熟， 并且已经被广泛应用到人们生活中的方方面面。 无论是在信息家电、 移动通信、 传感器网 络等新兴信息领域还是在基于信息技术所改造的 缝制设备、 工业加工等传统领域， 嵌入式系统都扮演着重要的角色。 同时， 新型的嵌入式技 术也使整个应用中的信息采集、 传输、 加工及使用的流程和模式发生了重大变化。 新一代的嵌入式应用除了具有传统嵌入式系统具有的领域性强、资源有限、软/ 硬件紧密融合、 多任务实时并发等特点之外， 还具有嵌入式软硬件构件化、 嵌入 式接口 多 样化、 外围设备专业化、 嵌入式系统网络化、 嵌入式应用智能化的新 特 点。 面向电子花样机的嵌入式软件控制系统是实现电子花样机智能缝制的核心 部分。 利用新一代嵌入式软件技术所设计与开发的智能化缝制设备将能够提供更 强大的、 网 络化的智能缝制功能以 及更为友好的人机交互操作界面， 满足服装企 业大规模、高精度、高效率的缝制需求。 1 .3 网络化嵌入式计算技术 1 . 3 . 1概述 综观嵌入式系统的发展， 大致经历了三个阶段。 第一阶段是以单芯片为核心 的可编程控制器形式的系统， 同时具有与 监测、 指示设备相配合的功能。 这种系 统大部分应用于工业控制系统中， 一般没有操作系统的支持。 第二阶段以 嵌入式 实时操作系统为标志嵌入式系统。 这一阶段系统的主要特点是: 嵌入式操作系统 能运行于各种不同类型的 微处理器上， 操作系统内 核小巧、 效率高， 并且具有高 度的 模块化和扩展性; 具备文件和目 录管理、 设备支持、 多 任务、 网 络支持、 图 形窗口以 及用户界面等功能;具有大量的 应用程序接口( a p i )， 嵌入式 应用软 件丰富，但与互联网无关。第三阶段是以基于i n te rn e t 为标志的嵌入式系统，目 西北工业大学硕 卜 学位论文 第一章 绪论 企业相继推出了一系列的智能型电子缝制设备。日 本重机公司 ( j u k i )推出的 l z - 2 2 9 o a - s r - 7 高 速电 子式自 动剪线曲 折线迹平缝机， 其控制系统采用了新型的 嵌入式软件及光机电控制技术， 可根据用户设定参数进行高速压缩缝、 连续缝以 及倒缝作业， 所采用的嵌 入式l c d图 形显示模式，可方便灵活 地显示定制缝纫 形状、横针距、基线位置等，大幅度提高了生产效率和产品质量。兄弟公司的 a c f - 1 7 2 6 - 1 7 9 0 型高速电子自 动锁眼机， 则是基于嵌入式控制系统， 结合高性能 的分度气机构， 最小送布步距 o . i m m ，可以实现精细缝制，该 机配备了i p - 2 0 0 大型彩色液晶操作面板并采用嵌入式通用软件平台，允许用户方便设定缝制参 数。这些新型缝制设备都己 成为当前国际市场电子化智能化缝制设备的典型代 表。 从这些缝制设备的特点可以看出， 缝制种类多样化、 控制参数精确化、 数据 加载网络化、 操作界面人性化的智能化工业缝纫机己经成为新一代缝制设备的主 流发展趋势。 随着以普适计算、 嵌入式技术为主要特征的后p c时代的到来， 嵌入式技术 也日 趋成熟， 并且已经被广泛应用到人们生活中的方方面面。 无论是在信息家电、 移动通信、 传感器网 络等新兴信息领域还是在基于信息技术所改造的 缝制设备、 工业加工等传统领域， 嵌入式系统都扮演着重要的角色。 同时， 新型的嵌入式技 术也使整个应用中的信息采集、 传输、 加工及使用的流程和模式发生了重大变化。 新一代的嵌入式应用除了具有传统嵌入式系统具有的领域性强、资源有限、软/ 硬件紧密融合、 多任务实时并发等特点之外， 还具有嵌入式软硬件构件化、 嵌入 式接口 多 样化、 外围设备专业化、 嵌入式系统网络化、 嵌入式应用智能化的新 特 点。 面向电子花样机的嵌入式软件控制系统是实现电子花样机智能缝制的核心 部分。 利用新一代嵌入式软件技术所设计与开发的智能化缝制设备将能够提供更 强大的、 网 络化的智能缝制功能以 及更为友好的人机交互操作界面， 满足服装企 业大规模、高精度、高效率的缝制需求。 1 .3 网络化嵌入式计算技术 1 . 3 . 1概述 综观嵌入式系统的发展， 大致经历了三个阶段。 第一阶段是以单芯片为核心 的可编程控制器形式的系统， 同时具有与 监测、 指示设备相配合的功能。 这种系 统大部分应用于工业控制系统中， 一般没有操作系统的支持。 第二阶段以 嵌入式 实时操作系统为标志嵌入式系统。 这一阶段系统的主要特点是: 嵌入式操作系统 能运行于各种不同类型的 微处理器上， 操作系统内 核小巧、 效率高， 并且具有高 度的 模块化和扩展性; 具备文件和目 录管理、 设备支持、 多 任务、 网 络支持、 图 形窗口以 及用户界面等功能;具有大量的 应用程序接口( a p i )， 嵌入式 应用软 件丰富，但与互联网无关。第三阶段是以基于i n te rn e t 为标志的嵌入式系统，目 西北工业大学硕 卜 学位论文 第一章 绪论 企业相继推出了一系列的智能型电子缝制设备。日 本重机公司 ( j u k i )推出的 l z - 2 2 9 o a - s r - 7 高 速电 子式自 动剪线曲 折线迹平缝机， 其控制系统采用了新型的 嵌入式软件及光机电控制技术， 可根据用户设定参数进行高速压缩缝、 连续缝以 及倒缝作业， 所采用的嵌 入式l c d图 形显示模式，可方便灵活 地显示定制缝纫 形状、横针距、基线位置等，大幅度提高了生产效率和产品质量。兄弟公司的 a c f - 1 7 2 6 - 1 7 9 0 型高速电子自 动锁眼机， 则是基于嵌入式控制系统， 结合高性能 的分度气机构， 最小送布步距 o . i m m ，可以实现精细缝制，该 机配备了i p - 2 0 0 大型彩色液晶操作面板并采用嵌入式通用软件平台，允许用户方便设定缝制参 数。这些新型缝制设备都己 成为当前国际市场电子化智能化缝制设备的典型代 表。 从这些缝制设备的特点可以看出， 缝制种类多样化、 控制参数精确化、 数据 加载网络化、 操作界面人性化的智能化工业缝纫机己经成为新一代缝制设备的主 流发展趋势。 随着以普适计算、 嵌入式技术为主要特征的后p c时代的到来， 嵌入式技术 也日 趋成熟， 并且已经被广泛应用到人们生活中的方方面面。 无论是在信息家电、 移动通信、 传感器网 络等新兴信息领域还是在基于信息技术所改造的 缝制设备、 工业加工等传统领域， 嵌入式系统都扮演着重要的角色。 同时， 新型的嵌入式技 术也使整个应用中的信息采集、 传输、 加工及使用的流程和模式发生了重大变化。 新一代的嵌入式应用除了具有传统嵌入式系统具有的领域性强、资源有限、软/ 硬件紧密融合、 多任务实时并发等特点之外， 还具有嵌入式软硬件构件化、 嵌入 式接口 多 样化、 外围设备专业化、 嵌入式系统网络化、 嵌入式应用智能化的新 特 点。 面向电子花样机的嵌入式软件控制系统是实现电子花样机智能缝制的核心 部分。 利用新一代嵌入式软件技术所设计与开发的智能化缝制设备将能够提供更 强大的、 网 络化的智能缝制功能以 及更为友好的人机交互操作界面， 满足服装企 业大规模、高精度、高效率的缝制需求。 1 .3 网络化嵌入式计算技术 1 . 3 . 1概述 综观嵌入式系统的发展， 大致经历了三个阶段。 第一阶段是以单芯片为核心 的可编程控制器形式的系统， 同时具有与 监测、 指示设备相配合的功能。 这种系 统大部分应用于工业控制系统中， 一般没有操作系统的支持。 第二阶段以 嵌入式 实时操作系统为标志嵌入式系统。 这一阶段系统的主要特点是: 嵌入式操作系统 能运行于各种不同类型的 微处理器上， 操作系统内 核小巧、 效率高， 并且具有高 度的 模块化和扩展性; 具备文件和目 录管理、 设备支持、 多 任务、 网 络支持、 图 形窗口以 及用户界面等功能;具有大量的 应用程序接口( a p i )， 嵌入式 应用软 件丰富，但与互联网无关。第三阶段是以基于i n te rn e t 为标志的嵌入式系统，目 西北工业大学硕 : 学位论文 第一章 绪论 前大多数嵌入式系统还是相互独立， 但是随着i n t e rn e t 的发展， i n t e rn e t 技术与信 息家电、工业控制技术等结合日 益密切， 嵌入式设备与i n t e rn e t 的结合将代表着 嵌入式技术的真正未来。 随着高性能处理器、软件技术、网络技术和通信技术 的快速发展， 使得嵌入式系统在2 1 世纪之初迎来崭新的一页，并具备一些时代 特征. 网络化嵌入系统通过大量的嵌入式计算设备， 使系统与人们的距离更近， 可 以做到随时、 随地、 随意的提供服务， 也就是建立一个无处不在的嵌入式网络计 算环境。 对于用户来说， 他是嵌入于其中的， 对于相关的物理环境来说， 其功能 是 “ 感知”与 “ 控制” 。除此之外，系统还保留了网络的性能， 对于嵌入式节点 来说，它能够访问网络资源，对于远程节点来说，能够进行远程控制与感知。 随着网络接入方式的不断更新与扩展，网络化嵌入式计算 ( n e t w o r k e d e m b e d d e d c o m p u t i n g ) 将众多 的 形式多 样的智能 化嵌 入式设备、 传感器 和传 动器 通过i n t e r n e t 或者无线网络等连接成大型的协作体，实现普及和便捷的网络服务 和信息处理， 为用户提供高效、 方便的服务质量。“ 无处不有的网络， 无所不在 的计算” 是未来网 络嵌入式发展的方向， 各种各样的网络化嵌入式设备将是未来 网络的基本计算节点。网 络化嵌入式计算正在成为p c和i n t e rn e t 之后一次新的 计算技术及其应用的革命。 1 .3 .2网络化嵌入式计算系统的特点 网络化嵌入式计算系统是现代科学多学科互相融合的以应用技术为核心， 以 计算机技术为基础， 以 通信技术为载体， 以嵌入式产品为对象， 引 入各类传感器， 利用i n t e r n e t 网络技术，而适应应用环境的系统。网络化嵌入式计算系统除了具 有嵌入式系统的一般特点以外， 如无多余软、 硬件， 软件一般以固化态出现， 硬 件则要求可靠性高、 成本低、 体积小、 功耗少及满足一定实时性要求， 它最大的 特点是增加了网络功能。 在嵌入式系统应用日 益普及的同时， 传统单机系统的缺陷也逐渐成为嵌入式 系统发展的瓶颈。 单机系统在大规模、 集群化应用中的 缺陷主要表现在数据量小， 数据来源单一， 系统之间的相互通信困 难。 同时， 电子技术的发展使许多 嵌入式 设备都以 拥有强大的计算能力和信息处理能力为目 标， 所有这些都要求嵌入式计 算系统有很强的网络化能力。 1 .3 . 3网 络化嵌入式计算系统关键技术 网络化嵌入式计算系统由嵌入式网络、嵌入式浏览器、嵌入式w e b s e r v e r , 嵌入式实时操作系统等部分组成， 图i - i 展示了网络化嵌入式计算系统的 体系结 构。 将嵌入式系统与网络结合在一起实现网络化嵌入式计算， 在嵌入式系统层有 几个关键技术需要解决: 1 )嵌入式系统定制技术 西北工业大学硕 : 学位论文 第一章 绪论 前大多数嵌入式系统还是相互独立， 但是随着i n t e rn e t 的发展， i n t e rn e t 技术与信 息家电、工业控制技术等结合日 益密切， 嵌入式设备与i n t e rn e t 的结合将代表着 嵌入式技术的真正未来。 随着高性能处理器、软件技术、网络技术和通信技术 的快速发展， 使得嵌入式系统在2 1 世纪之初迎来崭新的一页，并具备一些时代 特征. 网络化嵌入系统通过大量的嵌入式计算设备， 使系统与人们的距离更近， 可 以做到随时、 随地、 随意的提供服务， 也就是建立一个无处不在的嵌入式网络计 算环境。 对于用户来说， 他是嵌入于其中的， 对于相关的物理环境来说， 其功能 是 “ 感知”与 “ 控制” 。除此之外，系统还保留了网络的性能， 对于嵌入式节点 来说，它能够访问网络资源，对于远程节点来说，能够进行远程控制与感知。 随着网络接入方式的不断更新与扩展，网络化嵌入式计算 ( n e t w o r k e d e m b e d d e d c o m p u t i n g ) 将众多 的 形式多 样的智能 化嵌 入式设备、 传感器 和传 动器 通过i n t e r n e t 或者无线网络等连接成大型的协作体，实现普及和便捷的网络服务 和信息处理， 为用户提供高效、 方便的服务质量。“ 无处不有的网络， 无所不在 的计算” 是未来网 络嵌入式发展的方向， 各种各样的网络化嵌入式设备将是未来 网络的基本计算节点。网 络化嵌入式计算正在成为p c和i n t e rn e t 之后一次新的 计算技术及其应用的革命。 1 .3 .2网络化嵌入式计算系统的特点 网络化嵌入式计算系统是现代科学多学科互相融合的以应用技术为核心， 以 计算机技术为基础， 以 通信技术为载体， 以嵌入式产品为对象， 引 入各类传感器， 利用i n t e r n e t 网络技术，而适应应用环境的系统。网络化嵌入式计算系统除了具 有嵌入式系统的一般特点以外， 如无多余软、 硬件， 软件一般以固化态出现， 硬 件则要求可靠性高、 成本低、 体积小、 功耗少及满足一定实时性要求， 它最大的 特点是增加了网络功能。 在嵌入式系统应用日 益普及的同时， 传统单机系统的缺陷也逐渐成为嵌入式 系统发展的瓶颈。 单机系统在大规模、 集群化应用中的 缺陷主要表现在数据量小， 数据来源单一， 系统之间的相互通信困 难。 同时， 电子技术的发展使许多 嵌入式 设备都以 拥有强大的计算能力和信息处理能力为目 标， 所有这些都要求嵌入式计 算系统有很强的网络化能力。 1 .3 . 3网 络化嵌入式计算系统关键技术 网络化嵌入式计算系统由嵌入式网络、嵌入式浏览器、嵌入式w e b s e r v e r , 嵌入式实时操作系统等部分组成， 图i - i 展示了网络化嵌入式计算系统的 体系结 构。 将嵌入式系统与网络结合在一起实现网络化嵌入式计算， 在嵌入式系统层有 几个关键技术需要解决: 1 )嵌入式系统定制技术 西北工业大学硕 : 学位论文 第一章 绪论 前大多数嵌入式系统还是相互独立， 但是随着i n t e rn e t 的发展， i n t e rn e t 技术与信 息家电、工业控制技术等结合日 益密切， 嵌入式设备与i n t e rn e t 的结合将代表着 嵌入式技术的真正未来。 随着高性能处理器、软件技术、网络技术和通信技术 的快速发展， 使得嵌入式系统在2 1 世纪之初迎来崭新的一页，并具备一些时代 特征. 网络化嵌入系统通过大量的嵌入式计算设备， 使系统与人们的距离更近， 可 以做到随时、 随地、 随意的提供服务， 也就是建立一个无处不在的嵌入式网络计 算环境。 对于用户来说， 他是嵌入于其中的， 对于相关的物理环境来说， 其功能 是 “ 感知”与 “ 控制” 。除此之外，系统还保留了网络的性能， 对于嵌入式节点 来说，它能够访问网络资源，对于远程节点来说，能够进行远程控制与感知。 随着网络接入方式的不断更新与扩展，网络化嵌入式计算 ( n e t w o r k e d e m b e d d e d c o m p u t i n g ) 将众多 的 形式多 样的智能 化嵌 入式设备、 传感器 和传 动器 通过i n t e r n e t 或者无线网络等连接成大型的协作体，实现普及和便捷的网络服务 和信息处理， 为用户提供高效、 方便的服务质量。“ 无处不有的网络， 无所不在 的计算” 是未来网 络嵌入式发展的方向， 各种各样的网络化嵌入式设备将是未来 网络的基本计算节点。网 络化嵌入式计算正在成为p c和i n t e rn e t 之后一次新的 计算技术及其应用的革命。 1 .3 .2网络化嵌入式计算系统的特点 网络化嵌入式计算系统是现代科学多学科互相融合的以应用技术为核心， 以 计算机技术为基础， 以 通信技术为载体， 以嵌入式产品为对象， 引 入各类传感器， 利用i n t e r n e t 网络技术，而适应应用环境的系统。网络化嵌入式计算系统除了具 有嵌入式系统的一般特点以外， 如无多余软、 硬件， 软件一般以固化态出现， 硬 件则要求可靠性高、 成本低、 体积小、 功耗少及满足一定实时性要求， 它最大的 特点是增加了网络功能。 在嵌入式系统应用日 益普及的同时， 传统单机系统的缺陷也逐渐成为嵌入式 系统发展的瓶颈。 单机系统在大规模、 集群化应用中的 缺陷主要表现在数据量小， 数据来源单一， 系统之间的相互通信困 难。 同时， 电子技术的发展使许多 嵌入式 设备都以 拥有强大的计算能力和信息处理能力为目 标， 所有这些都要求嵌入式计 算系统有很强的网络化能力。 1 .3 . 3网 络化嵌入式计算系统关键技术 网络化嵌入式计算系统由嵌入式网络、嵌入式浏览器、嵌入式w e b s e r v e r , 嵌入式实时操作系统等部分组成， 图i - i 展示了网络化嵌入式计算系统的 体系结 构。 将嵌入式系统与网络结合在一起实现网络化嵌入式计算， 在嵌入式系统层有 几个关键技术需要解决: 1 )嵌入式系统定制技术 西北工业大学硕士学位论文 第一章 鳍论 由于嵌入式系统在功能、 处理器性能、 体积、 成本、 实时性等各个方而的要 求都不 一样， 因而必须有相应的定制手段来对系统进行定制， 使 其满足具体应用 的需要， 以 便系统达到最佳性能。 对于网 络化嵌入式计 算系统更是如 此 针对不 同的应用需求， 系统所提 供的网 络协 议栈也各不相同。 因 此从网 络协议栈的 设计 和实现就应该考虑到协议栈本身的定制能力， 以便根据具体的应用需求定制网络 协议，从而节省嵌入式系统宝贵的资源。 图1 - 1网 络化嵌入式计算系统 2 网络连接通信 当嵌入式i n t e rn e t 朝着小型化的方向 发展到一定的阶段， 其连接方式必然会 从有线网 络过渡到无 线网 络。 因为设备越小型化， 其连接线缆也就相对越沉重。 在嵌入式设备之间的无线连接可以允许无束缚的移动以 及在设备之间动态特殊 的连接。 3 )嵌入式网 络协 议 在嵌入式实时系统中经常使用8 位和1 6 位的微控制器m c u ， 它们的 运算能 力 有限，内 存较小:而i n t e r n e t 上面的各种协议对于计算机存储器、运算能力的 西北工业大学硕 卜 学位论文 第一章 绪论 要求相对较高，支持t c p / i p等 i n t e rn e t 协议将占 用大量的系统资源。这样在系 统资源要求与提升系统联网能力之间就存在着很大矛盾。 另一方面， 嵌入式实时 系统都具有一定的实时性要求， 而现有的网络协议的实时性能不高， 需要对其进 行改造。 1 . 4 论文研究内容 本论文是在研发新型智能化电子花样机原型系统的基础上完成的。 文章从智 能电子花样机嵌入式系统整体上研究了 整个原型系统， 其中包括嵌入式特定硬件 平台、 嵌入式操作系统、 上层的嵌入式图形库系统以及最后的应用软件。 作者根 据自己 所完成的工作， 重点研究了智能电子花样机的系统结构、 嵌入式l i n u x 操 作系统的定制以及嵌入式图形库 m i n i g u i 系统。同时，详细分析了 新一代嵌入 式技术的发展方向， 对可定制操作系统、 嵌入式软构件和嵌入式l i n u x 实时性问 题作了 详尽的阐述。 作者在实际的工作中， 参与了 整个原型系统的开发， 并根据 上述理论背景和用户需求在特定的嵌入式硬件平台上完成了嵌入式操作系统的 定制、 上层嵌入式图形库系统的搭建以 及最后应用程序的开发， 最终实现了智能 化电子花样机的原型嵌入式系统。 1 .5 论文结构安排 根据上述的研究及实践为基础，作者撰写了 本文，论文的各章节安排如下: 第一章 绪论 对本文所依托的项目 背景和实际意义作了简要介绍， 结合嵌入式网 络化技术 介绍了当前缝制设备呈现的智能化发展趋势，并分析了网络化嵌入式计算特点 等，最后对项目的研究内容和作者所作的工作进行了介绍。 第二章 电子花样机嵌入式系统体系结构的分析与研究 分析了新型智能化电子花样机的特点和需求， 并在此基础上阐述了面向领域 的 智能化电子花样机的系统结构与优点， 最后对电子 花样机的软、 硬件平台 架构 进行了分析与选型。 第三章 电子花样机嵌入式系统定制技术 深入研究当前嵌入式领域中的定制技术和可定制嵌入式操作系统， 并对嵌入 式l i n u x 的定制技术进行了分析， 依据电子花样机的实际特点设计实现了面向领 域的嵌入式l in u x 操作系统， 最后介绍了构件和嵌入式软构件， 并将其思想运用 在电 子花样机的应用软件的设计中。 第四章 电子花样机嵌入式l i n u x 实时性的改进与实现 研究了当前嵌入式l i n u x 的实时性问 题， 并根据电子花样机的实际特点和用 户需求， 从嵌入式l i n u x 的实施调度策略、 实时中断处理和内核占用机制三个方 面提出了解决方案。 西北工业大学硕 卜 学位论文 第一章 绪论 要求相对较高，支持t c p / i p等 i n t e rn e t 协议将占 用大量的系统资源。这样在系 统资源要求与提升系统联网能力之间就存在着很大矛盾。 另一方面， 嵌入式实时 系统都具有一定的实时性要求， 而现有的网络协议的实时性能不高， 需要对其进 行改造。 1 . 4 论文研究内容 本论文是在研发新型智能化电子花样机原型系统的基础上完成的。 文章从智 能电子花样机嵌入式系统整体上研究了 整个原型系统， 其中包括嵌入式特定硬件 平台、 嵌入式操作系统、 上层的嵌入式图形库系统以及最后的应用软件。 作者根 据自己 所完成的工作， 重点研究了智能电子花样机的系统结构、 嵌入式l i n u x 操 作系统的定制以及嵌入式图形库 m i n i g u i 系统。同时，详细分析了 新一代嵌入 式技术的发展方向， 对可定制操作系统、 嵌入式软构件和嵌入式l i n u x 实时性问 题作了 详尽的阐述。 作者在实际的工作中， 参与了 整个原型系统的开发， 并根据 上述理论背景和用户需求在特定的嵌入式硬件平台上完成了嵌入式操作系统的 定制、 上层嵌入式图形库系统的搭建以 及最后应用程序的开发， 最终实现了智能 化电子花样机的原型嵌入式系统。 1 .5 论文结构安排 根据上述的研究及实践为基础，作者撰写了 本文，论文的各章节安排如下: 第一章 绪论 对本文所依托的项目 背景和实际意义作了简要介绍， 结合嵌入式网 络化技术 介绍了当前缝制设备呈现的智能化发展趋势，并分析了网络化嵌入式计算特点 等，最后对项目的研究内容和作者所作的工作进行了介绍。 第二章 电子花样机嵌入式系统体系结构的分析与研究 分析了新型智能化电子花样机的特点和需求， 并在此基础上阐述了面向领域 的 智能化电子花样机的系统结构与优点， 最后对电子 花样机的软、 硬件平台 架构 进行了分析与选型。 第三章 电子花样机嵌入式系统定制技术 深入研究当前嵌入式领域中的定制技术和可定制嵌入式操作系统， 并对嵌入 式l i n u x 的定制技术进行了分析， 依据电子花样机的实际特点设计实现了面向领 域的嵌入式l in u x 操作系统， 最后介绍了构件和嵌入式软构件， 并将其思想运用 在电 子花样机的应用软件的设计中。 第四章 电子花样机嵌入式l i n u x 实时性的改进与实现 研究了当前嵌入式l i n u x 的实时性问 题， 并根据电子花样机的实际特点和用 户需求， 从嵌入式l i n u x 的实施调度策略、 实时中断处理和内核占用机制三个方 面提出了解决方案。 西北工业大学硕 卜 学位论文 第一章 绪论 要求相对较高，支持t c p / i p等 i n t e rn e t 协议将占 用大量的系统资源。这样在系 统资源要求与提升系统联网能力之间就存在着很大矛盾。 另一方面， 嵌入式实时 系统都具有一定的实时性要求， 而现有的网络协议的实时性能不高， 需要对其进 行改造。 1 . 4 论文研究内容 本论文是在研发新型智能化电子花样机原型系统的基础上完成的。 文章从智 能电子花样机嵌入式系统整体上研究了 整个原型系统， 其中包括嵌入式特定硬件 平台、 嵌入式操作系统、 上层的嵌入式图形库系统以及最后的应用软件。 作者根 据自己 所完成的工作， 重点研究了智能电子花样机的系统结构、 嵌入式l i