日前，国家发改委就宏观经济运行情况举行新闻发布会，国家发改委政策研究室主任兼新闻发言人严鹏程在会上介绍，今年，发改委将在集成电路、先进计算、生物育种等关系数字经济、生物经济、绿色经济发展的战略性领域，组建若干国家产业创新中心，促进现有创新资源的联合，打造系统解决方案的产业创新大平台、大团队，支撑世界级新兴产业集群的发展。 国家支持集成电路等产业的创新发展，为行业发展带来市场机遇。中国已经形成了三大产业聚集区(以芯片研发为中心的环渤海区域、以芯片制造与封测为重心的长三角地区、侧重芯片设计的珠三角地区)，成为世界上最具成长活力的地区之一。集成电路产业迎来成长发展期，可以持续关注产业链各环节的投资机会。 中国已成为全球芯片需求量最大的市场，伴随着汽车智能化、物联网、人工智能三大领域的发展，芯片用量仍会继续增长。中国同时也是全球最大的芯片进口国，提高国产比例成为国家战略。根据SEMI发布的报告，2018-2021年国内已规划产能投资约1000亿美元，其中设备约占总投资的60-80%，设备产业或最先受益。 同时，国家集成电路大基金二期已经启动，规模有望达到人民币2000亿元。大基金总经理丁文武透露，下一步，大基金将提高对设计业的投资比例(目前仅占17%)，并将围绕国家战略和新兴行业进行投资规划，比如智能汽车、智能电网、人工智能、物联网、5G等，并尽量对装备材料业给予支持，推动其加快发展。 在政策的大力支持下，行业中的龙头企业将持续受益。A股市场相关上市公司中长电科技、晶盛机电、士兰微以及三安光电等值得关注。 （来源：第一财经）

嵌入式设计是个庞大的工程，今天就说说硬件电路设计方面的几个注意事项，首先，咱们了解下嵌入式的硬件构架。 我们知道，CPU是这个系统的灵魂，所有的外围配置都与其相关联，这也突出了嵌入式设计的一个特点硬件可剪裁。在做嵌入式硬件设计中，以下几点需要关注。 第一、电源确定 电源对于嵌入式系统中的作用可以看做是空气对人体的作用，甚至更重要：人呼吸的空气中有氧气、二氧化碳和氮气等但是含量稳定，这就相当于电源系统中各种杂波，我们希望得到纯净和稳定符合要求的电源，但由于各种因素制约，只是我们的梦想。这个要关注两个方面： a、电压 嵌入式系统需要各种量级的电源比如常见的5v、3．3v、1．8v等，为尽量减小电源的纹波，在嵌入式系统中使用LDO器件。如果采用DCDC不仅个头大，其纹波也是一个很头疼的问题。 b、电流 嵌入式系统的正常运行不但需要稳定足够的电源，还要有足够的电流，因此在选择电源器件的时候需要考虑其负载，我设计时一般留有30％的余量。 如果是多层板，电源部分在layout的时候需电源分割，这时需要注意分割路径，尽量将一定量的电源放置在一起。如果是双面板，则走线宽度需要注意，在板子允许的情况下尽量加宽。合适的退耦电容尽量靠近电源管脚。 第二、晶振确定 晶振相当于嵌入式系统的心脏，其稳定与否直接关系其运行状态和通讯性能。常见的振有无源晶振，有源晶振，首先要确定其振荡频率，其次要确定晶振类型。 a、无源晶振 其匹配电容和匹配电阻的选择，这部分一般依据参考手册。在单片机设计中，经常使用插件晶振配合瓷片电容。在ARM中，为了减少空间和便于布线，经常使用四角无源晶振配合贴片电容。虽然我们对于固定晶振的匹配电路比较熟悉，但是为了达到万无一失，还是要看参考手册确定电容大小，是否需要匹配电阻等细节。 b、有源晶振 具有更好的更准确的时钟信号，但是相比之下，比无缘晶振价格高，因此这也是在硬件电路设计中需要关注的成本。 在做电路板设计时需要注意晶振走线尽量靠近芯片，关键信号远离时钟走线。在条件允许的情况下增加接地保护环。如果是多层板，也要讲关键信号远离晶振的走线。 第三、预留测试IO口 在嵌入式调试阶段，在管脚资源丰富的情况下，我通常预留一个IO口连接led或者喇叭，为下一步软件的编写做铺垫。在嵌入式系统运行过程中适当控制该IO接口，从而判断系统是否正常运行。 第四、外扩存储设备 一个嵌入式系统如果有电源、晶振和CPU，那么这就是我们熟悉的最小系统。如果该嵌入式系统需要运行大点的操作系统，那么不但需要CPU具有MMU，CPU还需要外接SDRAM和NANDFLASH。如果该cpu具有SDRAM和NANDFLASH控制器，那么在硬件设计上不用过多的考虑地址线的使用。如果没有相关的控制器，那么需要注意地址线的使用。 这部分在LAYOUT的时候是一个重点，究其原因就是要使相关信号线等长以确保信号的延时相等，时钟和DQS的差分信号线走线。在布线的时候各种布线技巧需要综合使用，例如与cpu对称分布，菊花链布线、T型布线，这都需要依据内存的个数多少来进行选择，一般来说个数越多，布线越复杂，但是知道其关键点，一切迎刃而解。 第五、功能接口 一个嵌入式系统最重要的就是通过各种接口来控制外围模块，达到设计者预设的目的。常用的接口有串口（可用来连接蓝牙，wifi和3G等模块），USB接口、网络接口、JTAG接口、音视频接口、HDMI接口等等。由于这些接口与外部模块连接，做好电磁兼容设计是重要的一项工作。除此之外，在LAYOUT的时候注意差分线的使用。 第六、屏幕 这个功能之所以单独列出来，是由于其可有可无。如果一个嵌入式系统只是作为一个连接器连接外围设备模块，通过相关接口连接到电脑主机或者直接挂在网络上，那么屏幕就不需要了。但是如果做出来的是一个消费类产品，与用户交互频繁，这就不得不唠叨几句。 电容屏幕是嵌入式屏幕的主要部件，在电路设计中需要注意触屏连接线和显示屏连接线的布局。在走线的过程中尽量短的靠近主控cpu，同时注意配对信号走差分线，RGB控制信号走等长。各种信号走线间距遵循3W规则，避免相互干扰。在屏幕的设计中，一定要确保功率和防止干扰，以防屏幕闪屏和花屏现象的出现。

据北京日报报道，今天，在108周年校庆之际，清华大学打造的全球首支中国风机器人乐队对外亮相，它的名字叫“墨甲”，含三位机器人乐手，排鼓“开阳”、竹笛“玉衡”和箜篌“瑶光”。今天上午，衣袂飘飘的三位机器人带来首演，在清华园演奏舞台音乐剧《墨甲幻音》。 “墨甲”乐队含3位乐手 早在三千多年前，《列子汤问》就曾记载了一个关于歌舞人偶的科学幻想寓言“偃师献技”：一位善于制造能歌善舞的人偶的工匠偃师，为周王献上了他制作的人偶。“领其颅，则歌合律；捧其手，则舞应节。千变万化，惟意所适。”对于机器人载歌载舞的憧憬，古已有之。 如今，世界多个国家争相探索机器人制造，将本国文化艺术与科技结合，带动了表演机器人市场的蓬勃发展。然而绝大部分机器人乐队仅仅停留在娱乐层面，外形设计仍然停留在工业化的背景中，对于科技哲学、文化传承和人机交互方面的思考比较粗浅。 与此同时，国内也进行了种种机器人相关项目的尝试，不过，当前中国的表演机器人仍然存在产品同质化、表演乏味、中国文化内涵缺失等问题。并且，这些表演机器人往往演奏的是西洋乐器，走交响或摇滚风格。 在墨甲机器人乐队之前，还没有代表中国风的表演机器人。 本次亮相的“墨甲”，含三款负责不同乐器的机器人，这是因为单台或多个机器人组合拥有丰富的肢体动作和民族音乐演奏能力，可通过多种交互方式实现与观众的现场互动，与表演者的协作演出。 其中，排鼓“开阳”为打击乐器类，掌控节奏，竹笛“玉衡”为吹奏乐器类，负责主旋律，箜篌“瑶光”为弹拨乐器类，承担和声功能。三位机器人乐手的名字则是来源于北斗七星中的三颗星。 首演乐曲均为定制音乐 今天一早，首次亮相的机器人乐队特地带来舞台音乐剧《墨甲幻音》。 演出中，三位乐手各有特色，箜篌机器人“瑶光”悠扬美妙的乐声令人神往，竹笛机器人“玉衡”以清雅的笛声传递着如诗的中国山水和悠悠的古韵情怀，排鼓机器人“开阳”展现了中国人的豪迈气魄和大国风范。 这些机器人分别采用了吹奏、拨弦、打击三种截然不同的演奏技法。机器人演奏的乐曲全部是原创音乐，也都是由作曲家根据机器人演奏的特点为乐队量身打造的。 “机器人有很多可能性，能够完成很多以前我们难以想象的事情。” 项目总负责人、清华大学美术学院副教授米海鹏表示，在本场演出中，团队希望让观众真正欣赏音乐和情感，不止于机器人技术本身，而是在造型、音乐、表演艺术和文化表现等方面共情，探讨“什么样的艺术传达可以真正打动人”。 清华师生历时半年研制 墨甲机器人乐队的“墨甲”取自诸子百家的墨家，源于墨家是古代崇尚工程技术的重要流派。乐队由清华大学美术学院、清华大学未来实验室，以及希格斯木甲文化（北京）有限公司联合打造的，主创团队组建于2018年9月，主要由清华大学师生，以及毕业生创业团队组成。 团队中有机器人控制与交互领域专家，雕塑艺术家，新媒体艺术家，音乐家等，是一个横跨多个不同学科的创新团队。在短短半年的时间内，主创团队攻克了许多技术难题，完成了从一张白纸到一台精美的机器人舞台音乐剧的技术研发和艺术创作工作。 未来，这三位有温度的机器人乐手还可能会走出国门，用科技传递中国文化，用音乐讲述中国故事。

在芯片架构设计领域中，可重构计算技术并非一项新的存在。20世纪60年代末，加利福尼亚大学的Geraid Estrin首次提出重构计算，后过去二十余年，Xilinx才基于这一原型系统推出该技术的重要分支——FPGA架构，正式开启现代重构计算技术。 即便如此，由于此前芯片发展一直走在摩尔定律预设的方向上，FPGA始终无法进入公众的视野中，而在学术研究领域，它也一直只是芯片技术研究中少有人关注的冷门项目。不曾想，在这一波AI浪潮的推动下，可重构计算技术迅速从学术边缘走向了主流。 AI浪潮与芯片架构创新 任何技术的兴起都是市场需求、技术迭代与产业发展合力推动的结果，AI不例外，芯片的变革更是如此。 在算力需求持续增长的背景下，AI算法对芯片运算能力的要求上升到传统芯片的百倍以上，想像一下，采用了人工智能算法的AlphaGo需要用到上千块传统处理器（CPU）和上百块图形处理器（GPU）。类似，传统处理器根本无力支持智能家居、自动驾驶和智能终端等应用场景的巨大算力需求，因此基于传统CPU搭建出新的架构就显得迫在眉睫，AI芯片也就此诞生。 对于这一新兴的芯片市场，摩根大通的分析师Harlan Sur曾公开表示，到2022年为止，AI芯片市场将以每年59％的成长速度增长，届时市场规模有望达到330亿美元。 用迅猛之势来形容AI芯片产业的发展毫不为过，这一新兴事物也打破了整个市场既有的产业形态。在新兴芯片市场占据龙头地位的英伟达，其CEO黄仁勋就多次在公开场合中表示：“摩尔定律时代已经终结。”这也并非一家之言，作为摩尔定律的提出者，Intel也多次公开承认这一点。 没有摩尔定律的约束，在接下来很长一段时间内，芯片产业势必将进入自由生长状态，AI芯片产业呈现了前所未有的百花齐放。但其实深入去看，它却也被有章法的推进着。事实上，最为明显的就是，伴随着整个市场对功能的需求变化和终端的发展，GPU、ASIC等主流芯片架构技术正逐步有序得的迭代和扩大自己的市场占比。 目前，因市场对智能的实现尚处于初期，AI中关键的应用需求更偏向于训练端，因而，在训练市场中独大的GPU成为芯片市场的主流架构也就毫不奇怪。但真正的智能一定离不开逻辑推理部分。自然，作为这一功能实现的主力军，ASIC和FPGA备受业内关注，其中，热度蹭蹭上涨的FPGA可以说是格外引入注目。 FPGA热潮启示录 在AI并不火热的时间段，FPGA常年来被用作专用芯片（ASIC）的小批量替代品。因传统计算机冯·诺依曼结构的约束，比CPU甚至GPU能效更高的FPGA一直未有用武之地，直到神经网络算法的出现。 不得不说，从初入商用市场到独立成产品，FPGA架构技术似乎从未和AI算法分离开过，硬件上的节点与算法的神经元结构形成天然的呼应，颇有天造地设的意味。 如所料，FPGA最早一出现就伴随着神经网络算法研究，2011年，Altera推出OpenCL，其中的CNN算法研究就是基于FPGA的，这让FPGA重回了人们的视野中；后时隔三年，微软推出Catapult项目，开发了高吞吐CNN FPGA加速器，将这种架构更紧密的与神经网络算法实现绑在了一起；2015年，陷入转型焦虑的Intel直接选择收购Altera，这一举动后来甚至带起了一波CPU＋FPGA热，但这一刻FPGA的魅力还没有真正被展现出来。直到一年后，Intel终利用BP算法在FPGA上实现了5GOPS处理能力，这一架构的优势终锋芒初现。 一步一步，伴随着深度学习的应用和渗透，FPGA架构技术也越来越受各芯片厂商关注，在多次大会的行业交流中，多位芯片研发人员都指出：综合考虑成本、可行性等因素，在可见的未来里，架构创新是唯一算力提升解决方案。而FPGA无疑为整个行业带来架构设计上的新思路。 第一次，FPGA被用于产品端是在iPhone 7上，苹果集成了Lattice iCE40 FPGA，将其作为超低功耗的逻辑处理兼传感器部件。从技术到产品端，这一技术架构只用了短短七年，而苹果的成功尝试也为这一技术架构加分不少。现在，业内人士也普遍将它列为旧有半导体甚至终端架构的关键颠覆者，也因此，FPGA这七年的持续热度给出了整个行业的风向标：半导体架构进入了新的征程，尤其为AI芯片的设计提供了关键思路。 站在FPGA的肩膀上，可重构芯片诞生 对于AI芯片的优势，寒武纪陈天石曾这样形象的描述道：“如果把深度学习看作切肉，传统的处理器就是瑞士军刀，我们的专用神经网络处理器则相当于菜刀。瑞士军刀通用性很好，什么都可以干，但干得不快，菜刀是专门用来做饭的，在切肉这件事情上，效率当然更高。” 按理，效率越高，算力越高，芯片产业发展应当重回到此前活跃增长的阶段，但在近两年整个产业却出现了一种怪象：芯片产业进入了一种低效的繁荣状态，现有的AI产品的数量只有两位数，而单价几乎不变，尤其是AI终端产品，产业利润几乎在个位数。在产业链端，产品开发费用、产品难度都在持续上升，在市场空间有限的条件下，产品的盈利空间直线下降。 事实上，仅仅融合FPGA架构设计的高效对整个产业的发展来说是依然不够的，菜刀终究还是菜刀，AI芯片的应用场景和变现能力实在十分有限。对此，清华大学微电子所所长魏少军就直接点出：“要想让AI芯片能够在使用中变得更‘聪明’，架构创新就是它不可回避的课题。” 产业端，为了打破这一现状，地平线、寒武纪、Arm等众多新老玩家纷纷给出了各自的平台性商用解决方案，但终不是长久之计。对此，业内的共同认知是：若想釜底抽薪，设计出一款动态可重构的并行计算芯片，以实现一块芯片可以跑多种算法，节省资源，大大提高通用性，极大程度上促进整个产业的发展。 所幸，在国内，目前尚有两款芯片代表：一款是清华大学的Thinker可重构AI芯片，它获得了2017年国际低功耗电子与设计会议设计竞赛奖，这是一款由65nm工艺制成的芯片，不过其峰值性能能够达到410GOPS，能效达5TOPS／W。第二款是南京大学RAPS可重构芯片，它由40nm工艺制成，可以实现25种与信号处理有关的算法，峰值性能69GFLOPS，能效达到32GFOPS／W。与TMS320C6672多核DSP比较，性能能够提高一个数量级。 值得一提的是，两款芯片制程一般，工艺泛泛，却收获如此高效的性能，架构创新的四两拨千斤功效可见一斑。 最后 纵观第三波AI浪潮下的半导体产业，有两个现象级事件奠定了当下芯片产业的基调：曾经逃离半导体行业的风投又纷纷重新回到了半导体行业；历来观潮的中国，现在成了弄潮儿。 不言而喻，这两大趋势撞在一起发生的化学效应率先打破了整个半导体行业既有的产业形态。但不可忽视的是，作为工业的粮食，芯片架构创新带动的产业活力才将成为推动第三波AI浪潮持久发展的动力。 如许衍居院士所言：未来10年，整个半导体产业将会从cSoC时代走向rSoC时代。但是可重构芯片发展还需要突破众多难关，如基于可重构计算搭建的硬件平台是需要搭建一个统一的标准平台还是仅仅只开发一个通用的编程模型？采用双编程如何划分软硬件任务并处理好之间的通信问题？这些问题依旧是缠绕在可重构芯片发展之路上的藤蔓，披荆斩棘，路且漫长。

随着Internet的飞速发展，网络应用越来越广泛，对各种工业控制设备的网络功能要求也越来越高。当前的要求是希望工业控制设备能够支持TCP/IP以及其它Internet协议，从而能够通过用户熟悉的浏览器查看设备状态、设置设备参数，或者将设备采集到的数据通过网络传送到Windows或Unix/Linux服务器上的数据库中。 本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/148964.htm 这就要求工控系统必须具备两方面的功能： 一是要在现场完成复杂的测控任务，因为通常一些任务都具有一定的实时性要求; 二是要求测控系统能够与某一类型的控制网相连，以实现远程监控。在目前应用的大多数测控系统中，嵌入式系统的硬件采用的是8/16位单片机;软件多采用汇编语言编程，由于这些程序仅包含一些简单的循环处理控制流程。 因此，单片机与单片机或上位机之间的通信通常通过RS232、RS485来组网。这些网络存在通信速度慢、联网功能差、开发困难等问题。工业以太网已逐步完善，在工业控制领域获得越来越多的应用。工业以太网使用的是TCP/IP协议，因而便于联网，并具有高速控制网络的优点。 　　　　嵌入式Linux技术 　　嵌入式Linux是按照嵌入式操作系统的要求而设计的一种小型操作系统，它由一个Kernel(内核)及一些根据需要进行定制的系统模块组成。Kernel一般只有几百kB左右，即使加上其它必须的模块和应用程序，所需的存储空间也很小。它具有多任务、多进程的系统特征，有些还具有实时性。一个小型的嵌入式Linux系统只需要引导程序、Linux微内核、初始化进程3个基本元素。运行嵌入式Linux的CPU可以是X86、Alpha、Sparc、MIPS、PPC等。与这些芯片搭配的主板都很小，通常只有一张PCI卡大小，有的甚至更小。嵌入式Linux所需的存储器不是软磁盘、硬盘、Zip盘、CD-ROM、DVD这些众所周知的常规存储器，它主要使用Rom、CompactFlash、M-Systems的Disk On Chip、Sony的Memory Stick、IBM的MicroDrive等体积极小(与主板上的BIOS大小相近)，且存储容量不太大的存储器。它的内存可以使用普通的内存，也可以使用专用的RAM。 　　与其它嵌入式操作系统相比，Linux的源代码是开放的，不存在黑箱技术。Linux作为一种可裁剪的软件平台系统，很可能发展成为未来嵌入式设备产品的绝佳资源。Linux与生俱来的优秀网络血统更为今后的发展铺平了一条宽广平坦的大路。因此，在保持Linux内核系统更小、更稳定、更具价格竞争力等优势的同时，对系统内核进行实时性优化，更加使之能够适应对工业控制领域高实时性的要求。这也正是嵌入式Linux操作系统在嵌入式工控系统中的发展所在。同时也使Linux成为嵌入式操作系统中的新贵。 　　标准的Linux内核通常驻留在内存中，每一个应用程序都是从磁盘运到内存上执行。当程序结束后，它所占用的内存就被释放，程序就被下载了。而在一个嵌入式系统里，可能没有磁盘。有两种途径可以消除对磁盘的依赖，一是在一个简单的系统里，当系统启动后，内核和所有的应用程序都存在内存里。这是大多数传统的嵌入式系统的工作模式，同样Linux。第二种就是Linux所特有的功能，因为Linux已经有能力“加载”和“卸载”程序，因此，一个嵌入式系统就可以利用它来节省内存。一个比较典型的系统有大约8MB到16MB的闪存和8MB RAM，而闪存可以被用作文件系统。用闪存驱动程序作为从闪存到文件系统的界面就是一种选择。当然，也可以用一个闪存磁盘。用闪存来摆脱系统对一个磁盘的需求(依赖)具有Disk On Chip技术以及CompactFlash卡等方式。 　　用来连接Flash Memory和文件系统的程序都以文件形式存储在Flash文件中，需要时可以装入内存，这种动态的、根据需要加载的能力是支持其它一系列功能的重要特征。它能使初始化代码在系统引导后被释放。实际上，Linux同样还有很多内核外运行的公用程序，这些程序通常在初始化时运行一次，以后就不再运行。而且，这些公用程序可以用它们相互共有的方式一个接一个地按顺序运行。这样，相同内存空间可以被反复使用以“召入”每一个程序，就象系统引导一样。这样可以节省内存，特别是那些配置一次以后就不再更改的网络堆栈。如果将Linux可加载模块的功能包括在内核里，驱动程序和应用程序就都可以被加载。由于它可以检查硬件环境并且为硬件装上相应的软件，从而消除了用一个程序占用许多Flash Memory来处理多种硬件的复杂性。另外，软件的升级更加模块化，可以在系统运行时在Flashh上升级应用程序和加载驱动程序，其配置信息和运行时间参数可以作为数据文件储存在Flash中。 　　嵌入式工业控制网络的实现方案 　　基于嵌入式Linux的工控系统以嵌入式微处理器为核心来运行嵌入式Linux操作系统。应用程序可通过网络进行更新，并可通过键盘进行人机对话，数据可通过LCD现场显示，重要数据可用文件形式保存在Flash等闪存存储器中;数据和报警信息可通过串口向上位机传输，也可以通过以太网向工业以太网或Internet发布，用户还可通过网络实现远程监控和远程维护。更为关键的是，可充分利用Internet上已有的软件和协议(如：ftp，http以及Apache PHP MySQL等应用程序)迅速搭建前台数据采集系统，以实现测控系统和后台管理系统的通讯。这种方式的优点有： 　　(1)不需专用的通信线路即可用现成的Inter-net网络将数据传送到任何地方。 　　(2)不仅能够传递数据信号，也可以传递音频和图像信号。 　　(3) 由于目前的Internet协议是现成和公开的，因此，利用大到几十兆的 Microsoft IE浏览器，或小到只有600 KB的Mosaic浏览器都可以对网络数据进行读取。 　　系统设计 　　1 硬件设计 　　嵌入式系统的硬件运行平台是开发应用程序的基础，整个开发板可基于IntelRSA-1110 微处理器架构。 　　嵌入式系统的硬件结构框图。该硬件针对网络服务的应用选择了Intel系列中的Strong ARM MCU。Strong ARM SA-1110是一款高性能、低价位、高集成度微处理器。SA-1110芯片内部集成有能以206MHz运行的32-bit Intel Stron-ggARM RISC处理器，以及速度可达100MHz的存储器总线和灵活的存储器控制器，可支持SDRAM、SMROM以及variable-latency I/O 设备，并可为系统设计提供较高的存储带宽。由于SA-1110可以适应较大流量的网络应用，因而可为运行Linux提供硬件上的支持。此外，SA-1110还在开发板上集成有32MB的SDRAM、8MB的Flash、10 base T以太网接口、RS232/RS485串口、I/O接口以及扩展Flash卡存储器等。有关SA-1110更详细的资料可参考有关资料。 　　2 软件设计 　　嵌入式操作系统是整个嵌入式系统的核心。如前面所述，嵌入式系统在内存容量和存储容量不足的情况下，必须对Linux进行裁减设计。在裁剪过程中，所涉及的主要技术有下面几种。 　　(1)内核的精简 　　标准Linux是面向PC的，它集成了许多PC所需要而嵌入式系统并不需要的功能。因此，对一些可独立加上或卸下的功能块，可在编译内核时，仅保留嵌入式系统所需的功能模块，而删除不需要的功能块。这样，重新编译过的内核就会显著减小。 　　(2)虚拟内存机制的屏蔽 　　经过分析发现，虚拟内存是导致Linux实时性不强的原因之一。在工业控制中，一些任务要满足一定的实时性要求，屏蔽内核的虚拟内存管理机制可以增强Linux的实时性。当要更改内核的某项机制时，一般不必大规模地写代码，可采用条件编译的方法。同时由于Linux系统对应用进程采用的是公平的时间分配调度算法，但这一算法也不能保证系统的实时性要求，因此要求对其进行更改。更改途径有两种：一是通过POSIX，二是通过底层编程。笔者是通过Linux的实时有名管道(FIFO)的特殊队列来处理实时任务的先后顺序。实际上，实时有名管道就象实时任务一样从不换页，因而可以大大减少由于内存翻页而造成的不确定延时。 　　(3)设备驱动程序的编写 　　确定了内核的基本功能后，就要为特定的设备编写驱动程序，可按照在Linux下编写驱动程序的规则进行编写。编写的设备驱动程序应当具有以下功能： 　　●对设备进行初始化和释放; 　　●完成数据从内核到硬件设备的传送和从硬件读取数据两项功能; 　　●读取应用程序传递给设备文件的数据以及回送应用程序请求的数据; 　　●检测和处理设备出现的错误。 　　(4)开发基于闪存的文件系统JFFS 　　应用程序和重要数据通常以文件的形式被存放在闪存文件系统中。JFFS2 文件系统是日志结构化的，这意味着它基本上是一长列节点。每个节点包含着有关文件的部分信息。JFFS2是专门为象闪存芯片那样的嵌入式设备创建的，所以它的整个设计提供了更好的闪存管理，因而具有其它文件系统不可比拟的优点。具体如下： 　　●JFFS2 在扇区级别上执行闪存擦除/写/读操作要比 Ext2文件系统好。 　　●JFFS2 提供了比 Ext2fs 更好的崩溃/掉电安全保护。当需要更改少量数据时，Ext2文件系统会将整个扇区复制到内存(DRAM)中，并在内存中合并成新数据再写回整个扇区。而JFFS2 则可以随时更改需要的(不是重写)整个扇区，同时还具有崩溃/掉电安全保护功能。 　　实现上述几个步骤后，一个小型的Linux操作系统就构造完成了。构造后的Linux包括进程管理、内存管理和文件管理等三部分。它支持多任务并行，有完整的TCP/IP协议，同时Linux内建有对以太网控制器的支持，可以通过以太网口连到以太网上，以实现远程配置与监控。 　　将裁剪好的内核移植到所用的目标板上时，首先应将内核编译成针对该处理器的目标代码。由于不同硬件体系的移植启动代码会有所不同，因此，一些内核程序可能要改写。涉及到编写Linux的引导代码和修改与体系结构相关部分代码主要是启动引导、内存管理和中断处理部分。将M-System公司的DOC 2000作为系统的启动设备时，引导代码可以放在DOC上。这样3系统加电后，引导代码即可进行基本的硬件初始化，然后把内核映象装入内存并运行,最后，再将调试好的内核和应用程序烧录到闪存中。由于此时裁剪后的Linux已成功移植到目标平台上,因此,在启动可运行的开发系统时,就可以根据具体的应用来开发应用程序。如数据采集模块、数据处理模块、通信和数据发布模块等等。 　　结束语 　　如今，互联网应用正在转到以嵌入式设备为中心，因此,用工控系统与Internet相结合来实现网络化已是一种必然的趋势。而把嵌入式Linux微处理器内核嵌入到基于StrongARM SA1110 的32位MCU系统中，然后通过构造TCP/IP多种网络协议和基本网络通信协议，再利用嵌入式操作系统对底层硬件和网络协议的支持，以及对工控系统实时性要求的Linux内核和虚拟内存机制进行改造，即可保证测控任务完成的实时性和可靠性。可以预见，这种方案在工业控制领域具有很好的应用前景，而且具有开发周期短、系统性能稳定可靠、适应性强等特点。 linux操作系统文章专题:linux操作系统详解（linux不再难懂）

　　在台湾自动化相关产业的发展历程中，工具机产业扮演着相当重要的角色，在2005年时，台湾就是全球第五大工具机生产国，年产值超过3000亿台币。而目前急于自我提升以摆脱受限于劳动力问题的台湾电子业，其实将会是台湾自动化产业中，数量庞大的潜在客户群，相信在鸿海的带头下，应该会有越来越多大厂回台设立无人工厂。而在需求增加的情况下，各种自动化生产设备的价格将有机会降低，进而使其更为普及，形成良性循环。 本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/141780.htm 　　自动化产业的核心技术在于工业控制器，然而，目前台湾所需的高阶控制器产品大多由国外厂商所垄断;国内产品在精度等级及稳定性等各方面，较国外先进大厂仍有若干差距。 　　自动化控制系统是整合电机、电子、感测、资讯、控制等各项专业领域的知识与技术所构建组成的系统设备，虽然台湾在上述个别领域并不缺乏优秀人才，但在跨学科教育则相对弱势，这也是为何核心技术多半掌握在国外厂商手中的塬因。因此，如何发展自主的控制器技术，将会是健全机、电跨产业体系，填补产业技术缺口，并使相关产业根留台湾的重要因素之一。 　　可喜的是相关单位，像是工研院多年来透过许多科技专案之研发而累积的产业技术能量与人才扩散，发挥了带头的作用，使得台湾自动化设备的控制器与工具机业者得以在台湾形成一个重要的聚落。同时，亦协助业者提升产品附加价值，强化整体产业之竞争力。 　　而在学术界，台湾大学的智慧型机器人与自动化研究中心，则带头整合跨五个学院系所，协同20多位系所专任教授来从事智慧型机器人及自动化领域的研究。这一切的努力，将成为自动化产业强而有力的发展基础。 　　除此之外，就未来无人工厂的人力需求 (此领域的人力需求不再是低阶的劳力操作工，而是必须能够看守这些自动化设备，写指令修改或控制整体系统的高阶人才) 而言，目前台湾的大学教育实际操作训练课程太少，使得未来可能会产生无人工厂欠缺设备控制的专业人才，而这也是在人才培育上必须未雨绸缪之处。

确定性是工业连接设计中的一个重要考量因素。工业控制和自动化应用需要以特定的时间间隔发送和接收数据，另外还需要以非常低的延迟提供有保证的数据。数据丢失（例如在关键的喷气推进系统中）会导致非常危险的后果。IEEE 802.1 Ethernet是一种广泛部署的企业网络标准，其设计初衷并非为了满足工业应用的这种确定性要求。为实现确定性，工业连接器、电缆和控制器中仍然使用以太网的专属增强标准，如EtherCAT、PROFINET或SERCOS III，其结果是导致工业网络的标准混乱，各个部分无法互相通信。由于缺乏安全性和互操作性，这种四分五裂的网络在工业控制网络与工业物联网（IIoT）和工业4.0应用集成的过程中就成为了瓶颈。随着IEEE 802.1 Ethernet标准的发展，时效性网络（TSN – Time-Sensitive Networking）的出现终于解决了这个问题。除了具有标准以太网的优点外，TSN还可以通过非常低的延迟和抖动来实现确定性。这就为聚合企业与工厂连接提供了可能性，也是工业企业接受IIoT的一个重要原因。时效性网络标准在过去的几年间，IEEE的TSN任务组为现有802.1标准增加了一系列扩展，以在传输数据包时严格遵守企业互联网上时间敏感流量的延迟和吞吐量要求，将其配置为适合特定的使用情况。这些标准规定了时间敏感型流量（time-sensitive traffic）和最大传输流量（best-effort traffic）的优先级准则，为各种流量类型定义了八个VLAN优先级。系统会为每个端到端数据包流分配这八个VLAN优先级中的一个。最高VLAN优先级通常分配给时间敏感型流量。例如，汽车的安全数据（如车道偏离警告）和发动机定时相关数据需要有保证的低延迟。而对于导航和信息娱乐流量，这个要求就宽松得多。在这种情况下，TSN很有用，因为它可以在不违反时效要求的情况下，用一根以太网电缆传输所有数据流，减少在车上为各种流量类型安装多条电缆的成本、重量和人力。下图显示了针对TSN增强的标准套件。图中列出了TSN的时间同步、按计划交付和软件定义配置等功能的关键能力标准。  针对时效性网络增强的IEEE802.1标准套件（资料来源：Practical Industrial Internet of Things Security）时间同步IEEE 802.1AS规定了TSN中的时间同步，这有助于建立通信设备之间通用的时间概念。IEEE 1588精确时间同步协议（PTP – Precision Time Protocol）标准用于在网络中的设备和交换机之间分配精确的基准时间。IEEE 1588ASrev为TSN提供IEEE 1588配置文件。此标准还允许使用外部参考（如GPS）来同步时间。TSN的先导测试（Pilot test）报告其时间同步精度低于100纳秒。

工业控制设备之间的通信未受到充分保护。因此，这类通信往往容易受到恶意篡改和意外系统更改等威胁，而这类威胁会导致生产中断甚至员工受伤。罗克韦尔自动化推出的全新解决方案具备内置信息安全功能，符合全球认可的安全标准，能够保护控制级通信和整体系统完整性。 　　“作为一家专注于将工业自动化与数字技术相结合的世界领先企业，我们在帮助提高互联运营的信息安全领域占据着独特地位，”罗克韦尔自动化产品安全总监 Megan Samford 表示，“我们的新产品具有内置信息安全功能，能够为控制级通信提供业界一流的保护。由此，客户可以确信，他们系统的完整性和设备之间的通信从一开始就受到保护。” 　　Allen-Bradley ControlLogix EtherNet/IP通信模块是首批采用ODVA的CIP Security协议的工业设备之一。该协议有助于确保工业运营中仅连接授权设备，同时还有助于防止设备之间的通信遭到篡改或受到干扰。传输层安全（TLS）是当前极为成熟的信息安全标准，而CIP Security是支持该标准的首个工业自动化协议。 此外，全新增强型Allen-Bradley ControlLogix 5580控制器是世界上首款通过IEC 62443-4-2标准的控制器。该标准是当今极为可靠的控制系统信息安全标准，定义了工业自动化和控制系统组件的信息安全技术要求。罗克韦尔自动化安全开发生命周期（SDL）已于2018年通过IEC 62443-4-1标准认证，为全新增强型控制器通过次认证奠定了基础。

工业控制主要分两个方向，一个是运动控制，通常用于机械领域；另一个就是过程控制，通常使用于化工领域。而运动控制指的是一种起源于早期的伺服系统，基于电动机的控制，以实现物体对角位移、转矩、转速等等物理量改变的控制。 　　从关注点来说，电机控制（这里指伺服电机）主要关注的是控制单个电机的转距、速度、位置中的一个或多个参数达到给定值。而运动控制主要关注点在于协调多个电机，完成指定的运动（合成轨迹、合成速度），比较着重轨迹规划、速度规划、运动学转换；比如数控机床里面要协调XYZ轴电机，完成插补动作。 　　电机控制常常作为运动控制系统的一个环节（通常是电流环，工作在力矩模式下），更着重于对电机的控制，一般包括位置控制、速度控制、转矩控制三个控制环，一般没有规划的能力（有部分驱动器有简单的位置和速度规划能力）。 　　运动控制往往是针对产品而言的，包含机械、软件、电气等模块，例如机器人、无人机、运动平台等等，是对机械运动部件的位置、速度等进行实时的控制管理，使其按照预期的运动轨迹和规定的运动参数进行运动的一种控制。 　　两者有部分内容是重合的：位置环/速度环/转距环可以在电机的驱动器中实现，也可以在运动控制器中实现，因此两个属于容易混淆。一个运动控制系统的基本架构组成包括：运动控制器：用以生成轨迹点（期望输出）和闭合位置反馈环。许多控制器也可以在内部闭合一个速度环。 　　运动控制器主要分为三类，分别是PC-based、专用控制器、PLC。其中PC-based运动控制器在电子、EMS等行业被广泛应用；专用控制器的代表行业是风电、光伏、机器人、成型机械等等；PLC则在橡胶、汽车、冶金等行业备受青睐。 　　驱动或放大器：用以将来自运动控制器的控制信号（通常是速度或扭矩信号）转换为更高功率的电流或电压信号。更为先进的智能化驱动可以自身闭合位置环和速度环，以获得更精确的控制。 　　执行器：如液压泵、气缸、线性执行机或电机，用以输出运动。反馈传感器：如光电编码器、旋转变压器或霍尔效应设备等，用以反馈执行器的位置到位置控制器，以实现和位置控制环的闭合。众多机械部件用以将执行器的运动形式转换为期望的运动形式，它包括齿轮箱、轴、滚珠丝杠、齿形带、联轴器以及线性和旋转轴承。 　　运动控制的出现更加促进机电控制的解决方案，比如以前凸轮和齿轮都需要机械结构实现，现在可以使用电子凸轮、电子齿轮来实现，消除了机械实现过程的回程、摩擦和磨损等。 　　成熟的运动控制产品不仅仅需要提供路径规划、前瞻控制、运动协调、插补、运动学正逆解和驱动电机的指令输出等，还需要具备工程配置软件（如SIMOTION的SCOUT）、语法解释器（不仅是指自己的语言，而且包括IEC-61131-3的PLC语言支持）、简单的PLC功能、PID控制算法实现、HMI交互接口、故障诊断接口，高级的运动控制器还能够实现安全控制等。

1. 引言 单片机在工业控制领域应用时不同于民用、商用领域中的应用，工业控制所处的环境相对比较恶劣，干扰源多，其常见干扰源来自现场工业电气在投入、运行、切断等工况下产生的静电感应、尖峰电压、浪涌电流等干扰。实践表明，在工作室中按用户要求设计的小型工业采暖控制系统，尽管各项逻辑功能及技术指标的测试都正常，但该系统拿到现场上却不能使用，检测失灵，操作失控，显示花屏等现象接踵而来。经分析，其干扰是从现场不同路径传入单片机控制系统的。切断干扰源，提高单片机抗干扰能力是解决控制系统正常工作的前提。 2 抗干扰措施 2.1 测温信号的抗干扰 测温电路采用的是单总线芯片DS18B20，该芯片具有测温精度高，连接线路简单等优点，其测温范围为-55℃到+125℃。适合于采暖系统测温，在实际应用中当温度在 60℃以下时可正常工作，随着温度的升高，当温度大于 60℃以上时，测温数据开始跳动，且温度越高跳动越剧烈，甚至无法观测。电源加了滤波退偶电路效果不明显，在数据线上并接小电容进行高频旁路时，电容小不起作用，电容大了则数字信号消失。最后经试验在数字电路上加如图 1所示标称值的 RC阻容滤波电路达到了预期效果。 2.2 限位开关信号的抗干扰 由于限位开关及馈线与 220V交流负载比较靠近，因此，负载产生的交流强磁场直接对限位开关及馈线产生干扰。解决的办法采用光电隔离方式，通过光耦组件 PC827将单片机控制回路与被控回路负载（如电机）隔离开来。从而大大减小了来自负载回路对单片机产生的干扰。 2.3 电源回路的抗干扰 电源干扰中的尖峰干扰是一种频繁出现的叠加于电网正弦波上的高能脉冲，其幅度可达几千伏，宽度只有几个毫微秒或几个微秒，抑制办法可从多方面入手。如图 2所示，T1为电源变压器，在其交流电源的输入端并联压敏电阻 RV用来吸收电网瞬间产生的尖峰电压；C1为高频旁路电容，抑制高频差模干扰，C2和 C3用来抑制高频共模干扰。电感 L1中两个线圈绕向相同，流过的电流大小相等，但每一瞬变间的电流方向相反使感生的电磁场方向也相反，故生成的反电势干扰可以相互抵消。可有效抑制电源端较低频率的干扰。 2.4 输出驱动电路的抗干扰 输出驱动采用电磁继电器方式，通过电接点带动交流电机或直流电磁铁，尽管继电器具有一定的电磁隔离作用，但交流电机或电磁铁激磁线圈断开时会产生高压反电势产生串扰。解决的办法如图3（a）所示，在交流负载如电机两端并接一个高压电容C2，当驱动电路使继电器接点 K断开电机时产生的高压反电势可由并接在电机负载上的电容 C2来吸收掉。该电容大小应适当，一般取所带电机中分相电容 C1的十分之一即可。太小作用不明显，太大则影响分相电容的工作，以致启动力矩太小电机堵转。 另外继电器内部的交流 220V接点离继电器线圈很近，很容易产生静电干扰，严重时会使液晶显示器乱码。实践证明继电器结构不同其抗静电干扰能力也不同。应尽量选择继电器线圈与接点距离较远的为好，如图3（b）中的 J2结构的继电器（JQX14F系列）等。 2.5 液晶显示器的抗干扰 显示电路采用 LCD汉字液晶显示。LCD液晶显示与 LED数码管显示相比具有信息量大，省电，且连接线路简单等优点。但液晶显示的一个致命弱点是抗静电干扰能力差，在使用中一旦有较强的干扰信号出现，显示器就会出现乱码或花屏。尤其是有汉字的液晶显示器花屏出现的机率更高。解决的方法是一方面尽量切断产生静电干扰的途径，另方面是减少液晶显示器本身产生静电干扰的条件。其中，后者更为重要。一般液晶显示器在结构上都有固定液晶显示器面板的金属框。如果在安装时该金属框直接接触外边的固定表盘，形成接触面，使液晶面板会通过金属框及外面固定的金属表盘之间产生电容效应，因而静电干扰不可避免。如图 4所示，要减少静电干扰就必须减少电容效应。具体解决的措施是：将开孔尺寸拓展到图中虚线位置。使得显示器的金属框远离仪表机壳，实测结果电容效应几乎为零。从而乱码和花屏现象不再出现。 2.6外部看门狗与外部时钟 看门狗也称程序监视定时器。尽管 AVR单片机系统内也有该功能的设置，但在应用实践中发现当干扰严重时该功能会失效，即系统死机后单片机内部的看门狗也无法复位。故有必要在单片机外部单独设计看门狗电路。如图 5所示，由 MC4060芯片及外围电路构成一个看门狗电路。MC4060是一个带外接振荡的 14分频定时计数器，R18和 C2时间常数决定振荡频率。采用如图 5所示的参数时，该振荡频率经过 2秒左右时间后 14分频计数器将被记满，Q14由低电平变高电平经三极管 Q3构成的反相器使输出变为低电平，M16单片机被复位。程序正常运行时，会在规定的时间以内（2S左右）由程序向看门狗 MC4060芯片及时发清零（喂狗）信号，使定时计数器还没有记满就被清除，故不会产生复位信号；当程序“跑飞”时，看门狗便不能在规定的时间内得到清除（喂狗）信号，则看门狗将使 M16单片机复位使程序重新开始工作。 为配合看门狗在控制器死机后的复位工作，如图 5所示控制器的系统时钟由外部的时钟专用集成电路DS1307提供，AVR单片机内部时钟资源仅对程序中的延时变量提供相对时间。这样的好处是当看门狗一旦使系统复位，AVR内部时钟必然要清零，而外部系统时钟不会被清零，不影响控制器定时启动或定时停止等项功能的实施。另外，外部时钟 DS1307芯片耗电极省仅需 0.5微安，而内部时钟即使在省电模式下也需要几毫安以上。若用小型 20mAh容量锂电作电源后备，掉电后外部专用时钟可在几年内信息不丢，而内部时钟不到一天就没电了。 3.结束语 在设计开发 AVR单片机在工业控制系统中的应用中，抗干扰是一个不能绕过去的现实课题。要解决该课题，熟悉常用的抗干扰措施是一个重要前提。但由于干扰因素多，控制对象及所要求的控制功能不尽相同，所以抗干扰措施并没有固定模式，只能在实践中通过不断摸索来筛选更合理更有效的方案。本文所述的抗干扰措施是一点实践经验的总结，供参考。