摘 要：从高级嵌入式系统在仪器仪表中的应用角度，介绍了软硬件协同设计的设计思想，以及各种嵌入式处理器；讨论了嵌入式internet接入技术、实时操作系统对于自动化仪表发展的影响；指出基于嵌入式的智能化网络化仪表是自动化仪表的发展趋势。并且介绍了设计开发的一种基于嵌入式pc104的智能化网络化仪表。
关键词：嵌入式系统；软硬件协同设计；嵌入式internet接入；实时操作系统
intelligence－networked automatic instrumentation based on an embedded
han dong，zhang hong－jian
（automation＆instrumentation instituteof zhejiang university，zhejing hangzhou310027，china）
abstract：based on the application of high performance embedded system，this paper presents a newde－sign conception forthe co－design and main embedded cpus on the market，and discusses theinfluence of em－bedded microinternetaccessingtechnology and the application of rtosonintelligentinstruments．the trend of intelligentizing and networking ofinstrumentsis pointed outalong with an introduction about an untelligentizedand networked instrument based on pc104．
key words：embedded system；co－design；emit；rtos
0 嵌入式系统和自动化仪表
嵌入式系统是以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。目前基于嵌入式的系统大致可分为3类：
①基于单片机的mcu系统。一般是8位或16位的处理器，集成度较高，控制功能比较丰富。但是存储器容量比较小，系统资源有限，功能不够强大。
②以pc104为代表的工业化的单板机。在保留其强大功能的同时，实现了小型化、模块化、低功耗、较高的可靠性。但是硬件的剪裁只能从板卡级进行一些选择，灵活性不够。
③以32位嵌入式处理器为核心（mpu或dsp），按照应用的要求对硬件实现完全剪裁，有嵌入式操作系统支持的强大软件平台，具有最低冗余度和最大专用性的高级专用计算机系统。
针对特定的自动化仪表的要求，合理剪裁软硬件，实现高集成度、低冗余、小型化，使得自动化仪表不仅具有传感测量、补偿计算、显示的功能，还具有更加强大的信息处理、比较推理、故障自诊断自测试、自学习自适应等智能化功能。应用嵌入式的网络接入技术，还能使仪表完成远程维护、远程控制、故障预报、信息发布与共享等以前无法实现的功能。嵌入式系统的应用，为仪器仪表行业的发展带来了广阔的前景。
1 自动化仪表设计的新模式———软硬件协同设计
传统的仪器仪表设计顺序是先进行系统的硬件设计，后进行软件设计，再进行系统的集成测试。这时，如果发现系统硬件的错误或者系统结构的缺陷，要修正相当困难。可能导致系统的重新设计，这不仅延长了开发周期，增加了开发成本，而且难以满足快速变化的市场要求。
在嵌入式系统的研究开发中，人们认识到软件与硬件的开发不应是独立的、分离的，而应是协同的、一致的。即在软件与硬件实现之前，对软硬析所实现的功能进行划分，产生一个最佳的分解方案，同时在硬件开发之前，应对包含软件、硬件的嵌入式系统所实现的功能进行验证，以确保系统的实现与最初的功能规格说明相一致［1］。
这就是一种新的设计模式———软硬件协同设计。该思想对于自动化仪表的设计是很有借鉴意义的。软硬件协同设计可分为4个阶段：系统功能描述和划分阶段、软硬件设计阶段、协同模拟阶段、软硬件综合阶段［2、3］。如图1所示。
①系统功能描述和划分：在设计的初期就对系统的功能和性能进行验证，采用和实现无关的语言描述系统的功能，可以采用vhdl作为算法级的描述语言，也可以通过对c语言进行必要的修改与扩充作为行为级的描述语言，以便对系统功能进行模拟验证。
②软硬件功能分解：在系统功能描述的基础上，根据设计目标和约束条件进一步对系统进行分解，划分软硬件部分，使系统设计能够并行进行，且系统方案接近最优。
③系统协同模拟：软硬件设计完毕，通过通信和同步机制对整个系统综合模拟验证，及时发现并修正系统设计偏差。
④软硬件综合：模拟通过后进行软硬件综合，最后完成整个系统的设计。硬件构件的综合可由硬件高层综合、逻辑综合、版图综合等几个不同阶段构成。软件构件的综合包括软件高级综合、编译、汇编等几个阶段。
采用这种新的设计思想，不仅能够降低设计成本，缩短设计周期，而且避免了重复设计
