第三章(软件部分).docVIP

第一章 绪 论 §1.1 引言 自主机器人研究领域最主要的两个研究方向是嵌入式系统与机器视觉。六十年代末机器人视觉研究才出现，七十年代的研究领域才开始采用视觉信息专门的图像处理硬件技术的飞速发展与提高，八十年代后期，机器人视觉控制到了九十年代的时候，快速 CCD 摄像机和图像处理硬件的迅速发展，更重要的是伴随着微电子技术的进步与发展，快速普及和更新换代高性能、大容量、高速的计算机，机器人视觉技术才能够高速的发展和进步。当前，软硬件环境的要求高、成本比较昂贵、体积比较大，机器视觉基本都建立在 PC-BASED 或 PLC-BASED 这俩个系统之上，因此应用的范围将有一定局限随着IC制造技术的快速发展，无论在价格、体积、还是性能上基于32位单片机的嵌入式系统都能非常好的满足的要求。机器人技术的发展从来都是与嵌入式系统的发展息息相关的当今由于随着高度发展的嵌入式处理器，机器人从硬件到软件也展现出新的发展趋势，当前控制系统的结构和机器人的智能程度都将在迅猛的提高与发展 §1.2嵌入式系统概述 计算机技术为基础和应用作为中心，而且软硬件可被裁剪，这就是嵌入式计算机系统。这个系统有着十分严格要求的专用计算机系统，它适用于对应用系统功能、可靠性、成本、体积、功耗都有着相对苛刻的条件。计算机硬件系统被集成了操作系统和应用软件，也就是系统的应用软件与系统的硬件进行了一体化。嵌入式系统非常适应于要求实时和多任务处理下的具体情况来运用，它具有诸多特点例如软件代码特别少、自动化高度、响应速度非常快。它与通用型计算机系统相比较而言，嵌入式系统功耗低、可靠性高、性能价格比高、功能强大、面向特定应用。这个系统主要由这几部分组成：嵌入式操作系统、嵌入式处理器、相关支撑硬件及应用软件系统等，嵌入式系统是被内部计算机控制的设备或者系统，它只执行执行专用功能。一般不能使用通用型计算机，它运行的是固化的软件，即是固件(firmware)，终端用户不能改变固件， §1.2.1 嵌入式系统特点与应用领域 与桌面计算机系统设计有很大的不同，嵌入式计算机系统设计的一个方面在于:嵌入式系统555功能和具体的应用环境非常受到限制，例如对外部事件必须确保在规定时间内进应，有体积重量的要求，散热必须符合环境要求，安全性、可靠性，系统本身的成本需求等，其特点具体来说: 1) 产品生产成本的敏感度。嵌入式计算机系统的需求非常迫切，但成本依然是十分重要需要考虑的因素。大家同样对成本非常关心，无论系统的大小，但是他们对变化的反应却有着极大的差别。 2) 体积和重量。因为一部分嵌入式系统是安装在飞机或一些手提式便携设备上因此我们需要考虑体积和重量因素的影响。 3) 安全性和可靠性。人为操作失误、设备的受损都会导致嵌入式计算机系统不能正常工作。双机冗余备份或分布式交互协议能够保证某设备出错后整个系统继续工作，最小冗余的低成本系统的可靠性是个挑战。 4) 复杂的应用环境。光、电源抖动、水腐蚀、热、振动、冲击、火等都会对嵌入式系统有影响，因为很多嵌入式系统工作环境是不可控的。 单片机和基于单片机的嵌入式系统的应用发展是非迅猛，从科研、农业、工业、国防、到教育以及日常生活用品（家电、玩具）等各个领域自从20世纪80年代到现在。嵌入式计算机在应用在数量上超过了各种通用计算机应用，一台通用计算机的外部设备中由嵌入式处理器控制就包含了 5-10 个嵌入式微处理器，显示卡、显示器、键盘、鼠标、硬盘、显示卡、显示器、、声卡、打印机、扫描仪、数字相机等许多设备和电子器件，嵌入式系统应用领域发展快速，下面是应用嵌入式系统的一些主要领域： 1) 导航控制方面 智能武器装置、导弹控制、航天导航系统、电子干扰系统等。 2) 工业方面 电机控制、物理量的检测与处理、工业机器人、智能传感器等。6) 数据处理方面 3) 民用方面 电子玩具、记事薄、高级电子游戏机、录像机、洗衣机、 抽湿机、消毒柜、空调机、电风扇、防盗控制等。 4) 电讯方面 调制解调器、智能线路运行控制、程控电话交换机等。 5) 仪器仪表方面 智能仪器仪表、医疗器械、色谱仪、示波器等。 6) 数据处理方面 图形终端、复印机、硬盘驱动器、打印机、打字机等。 7) 汽车方面 点火控制、变速控制、防滑刹车、节能控制、保安控制、冷气控制、汽车报警控制、测试设备等。 §1.2.2 嵌入式系统发展历程与趋势 以下 3 个阶段是嵌入式技术的发展大致经历的 第 1 阶段：在嵌入式技术的初期阶段，主要是功能简单的专用计算机和单片机为核心的可编程控制器的形式发展存在，此时它具有监测、伺服、设备指示等一些基本功能功能。在工业控制和飞机、导弹等武器装备中应用这种系统，早期系统中没有操作系统的支持，我们使用汇编语言编程对系统进行直接控制，运行结束后清空内存即可。这一阶段系统的主要