模塊化思想在嵌入式系統設計中的應用

金子程

摘要：文章主要分析了模塊化設計特點及理念，結合嵌入式系統技術需求及特點，研究模塊化思想在嵌入式系統設計中的應用。

關鍵詞：模塊化；嵌入式；系統設計

模塊化設計理念是新的思維方式及工作模式，在分析產品構成的時候，能夠優化結構，重組、分解系統，可以一定程度上解決復雜的設計問題，明確條理，簡化問題，在建筑、電子、機械等領域已經開始廣泛應用模塊化設計理念。

1 模塊化嵌入式系統設計的優勢

1.1 提高了系統設計可靠性

設計嵌入式系統的時候合理應用模塊化理念，可以明確劃分模塊功能，分析系統中整合模塊的方式，在剛開始設計的時候，需要切實了解產品性能，防止設計中出現錯誤。

1.2 縮短了設計周期

在設計嵌入式系統的過程中，開發基礎是硬件和軟件模塊化，以達到提高整體效率的目的，保證可以更加合理地完善和改進性能，開發過程中避免重新設計不同產品，降低操作人員重復勞動的可能性。

1.3 降低了制造成本

設計模塊化系統的時候，存在通用性功能部件，設計嵌入式系統的時候，在不同系統中設計不同功能的模塊化電路，達到降低成本的目的。

1.4 便于設備的調試和維修

在維修、調試定位模塊的時候，需要提高調試速度。在設計冗余產品的時候，需要相對獨立的模塊，出現個別故障不會在一定程度上影響整體性能，提高產品可靠性。

1.5 提高了抗干擾性

嵌入式系統的應用工業產品中，存在相對比較差的工作環境，對電磁波十分敏感，由于在不同電平情況下應用內部功能器件，隔離設計單獨模塊電磁屏蔽，可以達到提高系統抗干擾能力的目的。

2 系統模塊劃分原則

2.1 特殊模塊

設計獨立模塊的時候，可以十分方便地進行換代或者升級產品，特殊性促使在不同系統中很難移植應用。

2.2 通用模塊

設計嵌入式系統的時候，一般都需要硬件和軟件集成模塊。藍牙模塊不僅可以進行無線獨立通訊，還可以經過少量更改功能和結構就能夠應用在不同系統中，如PDA、手機等

2.3 接口模塊

設計傳統機械系統的時候，需要利用硬件物理配合來達到連接模塊的目的，嵌入式系統的應用，可以利用電氣接口來達到連接硬件的目的，通訊功能利用軟件來實現。

3 模塊化設計思想在打標機中的應用

氣動打標機系統主要包括很多領域的知識，如軟件、電氣、機械等，大部分都是應用在工業產品標識中，由二維運動平臺及打標頭構成打標機系統。氣壓方向通過電磁閥來控制，促使打標頭具備縮針和出針運動，利用步進電機分別控制X，Y方向的工作平臺。工作過程中，打標頭利用工作平臺移動到符合情況的打標處，工件表面被打標頭沖擊，存在一定的打標效果。通過2種不同的方式來設計構造系統，模塊化設計和整體化設計。模塊化設計打標機系統基本方案為：

第一，對整個過程進行整體分析。打標機最重要的作用就是依據字庫運動軌跡，打標頭可以形成字形點，然后利用電磁閥控制出針，從而出現字形。所以，系統可以分為通訊連接部分、電機控制部分、打標頭部分。

第二，依據設計模塊的性能指標和特點，對立開發系統。通過電磁閥上下位機接口和信號口，上下位中合理應用RS232連接通訊，片間數據共享和傳遞指令應用12C或SPI實現。

設計電機控制模塊的時候，應該單獨設計控制CPU的電機。主控機CPU發出的數據目標位置通過片間接口模塊來進行點對點控制。也就是模塊CPU可以完成加減運動、脈沖指令等控制，在制定主控機CPU位置的時候需要利用電機控制。所以，控制電機模塊屬于黑匣子，具備完整的功能和公開的連接口，不需要分析內部實際情況，就可以點對點方式合理控制不同的系統，具備一定的通用性。總之，應用模塊化設計理念時，需要明確單元工作，整體增加可行性的設計方式。依據兩方向中相似的控制需求，集成電機模塊可以降低負擔，從而提高控制性能，并且，應用模塊化設計理念，可以為進一步開發、升級產品提供平臺。

4 模塊化嵌入式設計的發展趨勢

現階段，制造行業發展的基本趨勢就是模塊化設計。依據目前機電一體化設計的實際需求及設計嵌入式系統的根本特點，在以后設計產品的過程中，開始越來越多地應用具備硬件和軟件判斷、分析、控制功能的智能化模塊。主要體現在：（1）緊密結合模塊化制造和模塊化設計。（2）軟件、機械、電子等分立模塊逐漸被機電一體集成模塊取代。（3）改變制造方式。為了提高質量，降低庫存，模塊化制造和設計方式逐漸取締傳統大批量生產方式，依據實際情況合理設計多規格、多配置的模塊。（4）結合創新設計和1/4設計方式，設計新產品的時候，模塊化制造和設計能提供良好的環境，為進一步研究模塊化設計提供依據和保障。

5 結語

綜上所述，嵌入式系統中應用模塊化設計理念，為嵌入式系統提供現代、全新的設計方式，是個性設計和快速設計的根本形式。模塊化設計方式是一種系統模塊組合和劃分的基本過程，能夠符合設計的根本需求。