嵌入式系統在印刷設備中的解決方案及應用
一、什么是嵌入式系統呢？
在計算機、互聯網和通信技術高速發展的同時，嵌入式系統開發技術也取得迅速發展。這不僅表現在嵌入式技術應用范圍的急劇擴大，也體現在嵌入式處理器和實時操作系統的性能增強、日臻成熟和產品的升級換代。
目前，在嵌入式系統應用領域中，不少人對什么是嵌入式系統不甚了解。也有些人在解釋什么是嵌入式系統時，不是從定義出發，而是列舉了嵌入式系統的一些特點，往往不知所云。因此，有必要在此略加澄清。
嵌入式系統是以應用為中心，以計算機技術為基礎，并且軟、硬件是可裁減的，適用于應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的嵌入式計算機系統。它一般由嵌入式微處理器、外圍硬件設備、嵌入式操作系統以及用戶的應用程序等四個部分組成，用于實現對設備的控制、監視或管理等功能。
由于嵌入式計算機系統要嵌入到應用體系中，實現對應用系統的智能化控制，因此，它有著與通用計算機系統完全不同的技術要求與技術發展方向。通用計算機系統的技術要求是高速、海量的數值計算；技術發展方向是總線速度的無限提升，存儲容量的無限擴大。 而嵌入式計算機系統的技術要求則是應用對象的智能化控制能力；技術發展方向是與應用系統密切相關的嵌入性能、控制能力與控制的可靠性。因此，現代計算機技術發展的兩大分支的里程碑意義在于：它不僅形成了計算機發展的專業化分工，而且將發展計算機技術的任務擴展到傳統的電子系統領域，使計算機成為進入人類社會全面智能化時代的有力工具。
今天，嵌入式系統已經無處不在，從汽車、家用微波爐、PDA、電視機，到工控生產現場、包裝、印刷、通訊、儀器、儀表、船舶、航空、航天、軍事裝備、消費類產品等方面，都能發現嵌入式系統的蹤影。
例如，FLY-2000嵌入式凹印機單電眼套色系統包含硬件和軟件兩部分：硬件架構上以嵌入式微處理器為中心，配置存儲器、I/O設備、通信模塊等必要的外設；軟件部分以軟件開發平臺為核心，向上提供應用編程接口（API），向下屏蔽具體硬件特性的板級支持包BSP。嵌入式系統中，軟件和硬件緊密配合，協調工作，共同完成系統預定的功能。
二、嵌入式系統的分類與特點
1、嵌入式系統的分類
有些人把單個嵌入式微處理器就當作嵌入式系統，這是不對的。因為嵌入式系統實質上是一個嵌入式計算機系統，因此，只有將嵌入式微處理器構成了一個計算機系統，并作為嵌入式應用時，這樣的計算機系統才可稱為嵌入式系統。
根據不同的分類標準嵌入式系統有不同的分類方法，如按其形態的差異，一般可將嵌入式系統分為：芯片級（MCU、SoC）、板級（單片機、模塊）和設備級（工控機）三級。如按其復雜程度的不同，又可將嵌入式系統分為以下四類：
（1）、主要由微處理器構成的嵌入式系統，常常用于小型設備中（如溫度傳感器、煙霧和氣體探測器及斷路器）；（2）、不帶計時功能的微處理器裝置，可在過程控制、信號放大器、位置傳感器及閥門傳動器等中找到；（3）、帶計時功能的組件，這類系統多見于開關裝置、控制器、電話交換機、包裝機、數據采集系統、醫藥監視系統、診斷及實時控制系統等等；（4）、在制造或過程控制中使用的計算機系統，這也就是由工控機級組成的嵌入式計算機系統，是這四類中最復雜的一種。也是現代印刷設備中經常應用一種。
2、嵌入式系統的特點
（1）、.嵌入式系統是將先進的計算機技術、半導體技術和電子技術與各個行業的具體應用相結合后的產物。這一點就決定了它必然是一個技術密集、資金密集、高度分散、不斷創新的知識集成系統。嵌入式CPU能夠把通用CPU中許多由板卡完成的任務集成在芯片內部，從而有利于嵌入式系統設計趨于小型化，移動能力大大增強，跟網絡的耦合也越來越緊密。
（2）、嵌入式系統的硬件和軟件都必須高效率地設計，量體裁衣、去除冗余，力爭在同樣的硅片面積上實現更高的性能，這樣才能在具體應用中對微處理器的選擇更具有競爭力。
（3）、嵌入式系統和具體應用有機地結合在一起，它的升級換代也是和具體產品同步進行，因此嵌入式系統產品一旦進入市場，具有較長的生命周期。
（4）、為了提高執行速度和系統可靠性，嵌入式系統中的軟件一般都固化在存儲器芯片或單片機本身中，而不是存貯于磁盤等載體中。
（5）、嵌入式系統本身不具備自舉開發能力，即使設計完成后用戶通常也不能對其中的程序、功能進行修改。而且還必須有一套開發工具和環境才能進行開發。
三、嵌入式系統在印刷設備中的解決方案及應用
目前，嵌入式系統在印刷設備中的應用仍擁有巨大的市場空間，我們應該抓住機遇，與時俱進，奮起直追，使我國的中、高檔印刷設備盡快趕上世界先進水平。下面我們將結合幾個具體實例對工控機級嵌入式系統在印刷設備中的解決方案和應用進行詳細闡述。
1、FLY-2005型嵌入式印刷圖像監測系統( 即“靜止畫面” 監測系統 ) 是我公司為了滿足印刷行業的需要，最新研制開發的新一代數字圖像監測系統。它運用了計算機視頻圖像壓縮處理新技術，將高速運動的圖像變為人眼容易接收的“靜止”圖像，同時可進行局部放大，并能“自動”或“手動”左、右、上、下移動畫面，供操作者仔細巡查，以便對細微的印刷圖像缺陷及時發現和修正，大大提高了印刷質量。系統性能穩定，圖像清晰，操色彩靚麗，作方便靈活，價格低廉，僅為同類進口產品的1/3。是目前國內中、高檔凹印機必不可少的配套產品。
該系統主要由八部分組成： （1）、 嵌入式工業控制計算機采用艾雷斯（I-LACS）ACS-2406E型，其中有主板ACS-6172VE，32位賽揚CPU C2.8，硬盤HDD80GB（7200R），內存條HY256M（DDR）等， （2）、嵌入式中心軟件是以Window2000為平臺開發設計的。Visual C++編程，方便高效。（3）高品質彩色顯示器，（4）、 數字攝像頭M0814-NP，（5）、 巡視小車及行走機構，（6）、 ±12V開關電源HF55W-D、（7）、 輸入輸出控制：西門子（SIEMENS）可編程控制器PLC 6ES7 211-OAA23-OXBO，（8）、 通信及控制電纜等。
2、FLY-3000嵌入式凹印機雙電眼套色系統是我公司最新成功開發的亮點之一。該系統主要由中央控制器、雙光電眼、日本編碼器、糾偏裝置及顯示器等五大部分構成。中央控制器中裝有：（1）、嵌入式工業控制計算機（研祥 EVOC IPC-810A型），其中有主板 1613VN，32位賽揚CPU C3 1.3G，硬盤SDR80G（7200R），內存條 KVR133×64C3L 128M等；（2）、FLY-3002嵌入式套色中心軟件是以WinNT為平臺開發設計的。Visual C++編程，方便高效；（3）、數據高速采集卡等。其中FLY-3002嵌入式套色中心軟件及數據高速采集卡為本公司最新開發。
該系統具有集成度高、性能穩定、響應速度快、顏色識別范圍廣，版誤差低速修正好后升速不需要再修正等特點。另外，采用雙電眼進行檢測，提高了整機檢測與調整的速度。因為雙電眼和編碼器的配合使用可直接準確捕捉套色偏差的大小和方向，減少了計算機運算處理負荷，大大縮短了機器的自動套準時間，使控制過程更加穩定和可靠。它具有全漢字化操作界面，全方位人機對話及各種提示指引功能，確保了高精度控制。本系統還具有縱向、橫向套色雙重功能（客戶可自行選擇）。另外還增加了印前自動對版功能，無需人工進行對版調節，顯著地減少了原材料浪費。套色組合最大16色，套準精度±0.1mm，套色速度0-300m/min。
總之，由于工控機級嵌入式系統在印刷設備中成功的應用，造就了凹印設備優異的性能和卓越的品質。專家們預計：面對我國廣闊的市場前景，她必定能產生巨大的經濟效益和社會效益。
在計算機、互聯網和通信技術高速發展的同時，嵌入式系統開發技術也取得迅速發展。這不僅表現在嵌入式技術應用范圍的急劇擴大，也體現在嵌入式處理器和實時操作系統的性能增強、日臻成熟和產品的升級換代。
目前，在嵌入式系統應用領域中，不少人對什么是嵌入式系統不甚了解。也有些人在解釋什么是嵌入式系統時，不是從定義出發，而是列舉了嵌入式系統的一些特點，往往不知所云。因此，有必要在此略加澄清。
嵌入式系統是以應用為中心，以計算機技術為基礎，并且軟、硬件是可裁減的，適用于應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的嵌入式計算機系統。它一般由嵌入式微處理器、外圍硬件設備、嵌入式操作系統以及用戶的應用程序等四個部分組成，用于實現對設備的控制、監視或管理等功能。
由于嵌入式計算機系統要嵌入到應用體系中，實現對應用系統的智能化控制，因此，它有著與通用計算機系統完全不同的技術要求與技術發展方向。通用計算機系統的技術要求是高速、海量的數值計算；技術發展方向是總線速度的無限提升，存儲容量的無限擴大。 而嵌入式計算機系統的技術要求則是應用對象的智能化控制能力；技術發展方向是與應用系統密切相關的嵌入性能、控制能力與控制的可靠性。因此，現代計算機技術發展的兩大分支的里程碑意義在于：它不僅形成了計算機發展的專業化分工，而且將發展計算機技術的任務擴展到傳統的電子系統領域，使計算機成為進入人類社會全面智能化時代的有力工具。
今天，嵌入式系統已經無處不在，從汽車、家用微波爐、PDA、電視機，到工控生產現場、包裝、印刷、通訊、儀器、儀表、船舶、航空、航天、軍事裝備、消費類產品等方面，都能發現嵌入式系統的蹤影。
例如，FLY-2000嵌入式凹印機單電眼套色系統包含硬件和軟件兩部分：硬件架構上以嵌入式微處理器為中心，配置存儲器、I/O設備、通信模塊等必要的外設；軟件部分以軟件開發平臺為核心，向上提供應用編程接口（API），向下屏蔽具體硬件特性的板級支持包BSP。嵌入式系統中，軟件和硬件緊密配合，協調工作，共同完成系統預定的功能。
二、嵌入式系統的分類與特點
1、嵌入式系統的分類
有些人把單個嵌入式微處理器就當作嵌入式系統，這是不對的。因為嵌入式系統實質上是一個嵌入式計算機系統，因此，只有將嵌入式微處理器構成了一個計算機系統，并作為嵌入式應用時，這樣的計算機系統才可稱為嵌入式系統。
根據不同的分類標準嵌入式系統有不同的分類方法，如按其形態的差異，一般可將嵌入式系統分為：芯片級（MCU、SoC）、板級（單片機、模塊）和設備級（工控機）三級。如按其復雜程度的不同，又可將嵌入式系統分為以下四類：
（1）、主要由微處理器構成的嵌入式系統，常常用于小型設備中（如溫度傳感器、煙霧和氣體探測器及斷路器）；（2）、不帶計時功能的微處理器裝置，可在過程控制、信號放大器、位置傳感器及閥門傳動器等中找到；（3）、帶計時功能的組件，這類系統多見于開關裝置、控制器、電話交換機、包裝機、數據采集系統、醫藥監視系統、診斷及實時控制系統等等；（4）、在制造或過程控制中使用的計算機系統，這也就是由工控機級組成的嵌入式計算機系統，是這四類中最復雜的一種。也是現代印刷設備中經常應用一種。
2、嵌入式系統的特點
（1）、.嵌入式系統是將先進的計算機技術、半導體技術和電子技術與各個行業的具體應用相結合后的產物。這一點就決定了它必然是一個技術密集、資金密集、高度分散、不斷創新的知識集成系統。嵌入式CPU能夠把通用CPU中許多由板卡完成的任務集成在芯片內部，從而有利于嵌入式系統設計趨于小型化，移動能力大大增強，跟網絡的耦合也越來越緊密。
（2）、嵌入式系統的硬件和軟件都必須高效率地設計，量體裁衣、去除冗余，力爭在同樣的硅片面積上實現更高的性能，這樣才能在具體應用中對微處理器的選擇更具有競爭力。
（3）、嵌入式系統和具體應用有機地結合在一起，它的升級換代也是和具體產品同步進行，因此嵌入式系統產品一旦進入市場，具有較長的生命周期。
（4）、為了提高執行速度和系統可靠性，嵌入式系統中的軟件一般都固化在存儲器芯片或單片機本身中，而不是存貯于磁盤等載體中。
（5）、嵌入式系統本身不具備自舉開發能力，即使設計完成后用戶通常也不能對其中的程序、功能進行修改。而且還必須有一套開發工具和環境才能進行開發。
三、嵌入式系統在印刷設備中的解決方案及應用
目前，嵌入式系統在印刷設備中的應用仍擁有巨大的市場空間，我們應該抓住機遇，與時俱進，奮起直追，使我國的中、高檔印刷設備盡快趕上世界先進水平。下面我們將結合幾個具體實例對工控機級嵌入式系統在印刷設備中的解決方案和應用進行詳細闡述。
1、FLY-2005型嵌入式印刷圖像監測系統( 即“靜止畫面” 監測系統 ) 是我公司為了滿足印刷行業的需要，最新研制開發的新一代數字圖像監測系統。它運用了計算機視頻圖像壓縮處理新技術，將高速運動的圖像變為人眼容易接收的“靜止”圖像，同時可進行局部放大，并能“自動”或“手動”左、右、上、下移動畫面，供操作者仔細巡查，以便對細微的印刷圖像缺陷及時發現和修正，大大提高了印刷質量。系統性能穩定，圖像清晰，操色彩靚麗，作方便靈活，價格低廉，僅為同類進口產品的1/3。是目前國內中、高檔凹印機必不可少的配套產品。
該系統主要由八部分組成： （1）、 嵌入式工業控制計算機采用艾雷斯（I-LACS）ACS-2406E型，其中有主板ACS-6172VE，32位賽揚CPU C2.8，硬盤HDD80GB（7200R），內存條HY256M（DDR）等， （2）、嵌入式中心軟件是以Window2000為平臺開發設計的。Visual C++編程，方便高效。（3）高品質彩色顯示器，（4）、 數字攝像頭M0814-NP，（5）、 巡視小車及行走機構，（6）、 ±12V開關電源HF55W-D、（7）、 輸入輸出控制：西門子（SIEMENS）可編程控制器PLC 6ES7 211-OAA23-OXBO，（8）、 通信及控制電纜等。
2、FLY-3000嵌入式凹印機雙電眼套色系統是我公司最新成功開發的亮點之一。該系統主要由中央控制器、雙光電眼、日本編碼器、糾偏裝置及顯示器等五大部分構成。中央控制器中裝有：（1）、嵌入式工業控制計算機（研祥 EVOC IPC-810A型），其中有主板 1613VN，32位賽揚CPU C3 1.3G，硬盤SDR80G（7200R），內存條 KVR133×64C3L 128M等；（2）、FLY-3002嵌入式套色中心軟件是以WinNT為平臺開發設計的。Visual C++編程，方便高效；（3）、數據高速采集卡等。其中FLY-3002嵌入式套色中心軟件及數據高速采集卡為本公司最新開發。
該系統具有集成度高、性能穩定、響應速度快、顏色識別范圍廣，版誤差低速修正好后升速不需要再修正等特點。另外，采用雙電眼進行檢測，提高了整機檢測與調整的速度。因為雙電眼和編碼器的配合使用可直接準確捕捉套色偏差的大小和方向，減少了計算機運算處理負荷，大大縮短了機器的自動套準時間，使控制過程更加穩定和可靠。它具有全漢字化操作界面，全方位人機對話及各種提示指引功能，確保了高精度控制。本系統還具有縱向、橫向套色雙重功能（客戶可自行選擇）。另外還增加了印前自動對版功能，無需人工進行對版調節，顯著地減少了原材料浪費。套色組合最大16色，套準精度±0.1mm，套色速度0-300m/min。
總之，由于工控機級嵌入式系統在印刷設備中成功的應用，造就了凹印設備優異的性能和卓越的品質。專家們預計：面對我國廣闊的市場前景，她必定能產生巨大的經濟效益和社會效益。
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