2022年信息與通信工程專(zhuān)業(yè)英語(yǔ)課文翻譯

第一課當(dāng)代數(shù)字設(shè)計(jì)及數(shù)字信號(hào)解決課文A:數(shù)字信號(hào)解決簡(jiǎn)介什么是數(shù)字信號(hào)解決?數(shù)字信號(hào)解決,或DSP,如其名稱所示,是采用數(shù)字方式對(duì)信號(hào)進(jìn)行解決。在這種狀況下一種信號(hào)可以代表各種不同東西。從歷史角度來(lái)講,信號(hào)解決來(lái)源于電子工程,信號(hào)在這里意味著在電纜或電話線或者也有也許是在無(wú)線電波中傳播電子信號(hào)。然而,更通用地說(shuō),一種信號(hào)是一種可代表任何東西--從股票價(jià)格到來(lái)自于遠(yuǎn)程傳感衛(wèi)星數(shù)據(jù)信息流。術(shù)語(yǔ)“digital”來(lái)源于“digit”,意思是數(shù)字(代可以用你手指計(jì)數(shù)),因而“digital”字面意思是“數(shù)字,用數(shù)字表達(dá)”,其法語(yǔ)是“numerique”。一種數(shù)字信號(hào)由一串?dāng)?shù)字流構(gòu)成,普通(但并非一定)是二進(jìn)制形式。對(duì)數(shù)字信號(hào)解決通過(guò)數(shù)字運(yùn)算來(lái)完畢。數(shù)字信號(hào)解決是一種非常有用技術(shù),將會(huì)形成21世紀(jì)新科學(xué)技術(shù)。數(shù)字信號(hào)解決已在通信、醫(yī)學(xué)圖像、雷達(dá)和聲納、高保真音樂(lè)產(chǎn)生、石油開(kāi)采等很廣泛領(lǐng)域內(nèi)引起了革命性變革。這些領(lǐng)域中每一種都使得DSP技術(shù)得到進(jìn)一步發(fā)展,有該領(lǐng)域自己算法、數(shù)學(xué)基本,以及特殊技術(shù)。DSP發(fā)展廣度和深度結(jié)合使得任何個(gè)人都不也許掌握已發(fā)展出所有DSP技術(shù)。DSP教育涉及兩個(gè)任務(wù):學(xué)習(xí)應(yīng)用數(shù)字信號(hào)解決通用原則及學(xué)習(xí)你所感興趣特定領(lǐng)域數(shù)字信號(hào)解決技術(shù)。模擬和數(shù)字信號(hào)在諸多狀況下,所感興趣信號(hào)初始形式是模擬電壓或電流,例如由麥克風(fēng)或其他轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生信號(hào)。在有些狀況下,例如從一種CD播放機(jī)可讀系統(tǒng)中輸出信號(hào),信號(hào)自身就是數(shù)字。在應(yīng)用DSP技術(shù)之前,一種模擬信號(hào)必要轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。例如,一種模擬電壓信號(hào),可被一種稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換器或ADC電路變換成數(shù)字信號(hào)。該轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生一系列二進(jìn)制數(shù)字作為數(shù)字輸出,其值代表每個(gè)采樣時(shí)刻輸入模數(shù)轉(zhuǎn)換設(shè)備電壓值。信號(hào)解決普通信號(hào)需要以各種方式解決。例如,來(lái)自于傳感器信號(hào)也許被某些沒(méi)用電子“噪聲”污染。測(cè)心電圖時(shí)放在病人胸部電極能測(cè)量到當(dāng)心臟及其他肌肉活動(dòng)時(shí)微小電壓變化。信號(hào)也常會(huì)被來(lái)自于電源電磁干擾所影響。采用濾波電路解決信號(hào)至少可以去掉不需要信號(hào)某些。如今,對(duì)信號(hào)濾波以增長(zhǎng)信號(hào)質(zhì)量或抽取重要信息任務(wù)越來(lái)越多地由DSP技術(shù)完畢而不是采用模擬電路完畢。DSP發(fā)展和應(yīng)用數(shù)字信號(hào)解決發(fā)展來(lái)源于60年代大型數(shù)字計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)字解決應(yīng)用,如使用迅速傅立葉變換(FFT)可以迅速計(jì)算信號(hào)頻譜。這些技術(shù)在當(dāng)時(shí)并沒(méi)有被廣泛應(yīng)用,由于普通只有在大學(xué)或者其他科研機(jī)構(gòu)才有適當(dāng)計(jì)算機(jī)。由于當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)很貴,DSP僅僅局限于少量非常重要應(yīng)用。先驅(qū)們摸索工作重要集中在4個(gè)核心領(lǐng)域:雷達(dá)和聲納,用于保衛(wèi)國(guó)家安全;石油開(kāi)采,可以賺大量錢(qián);空間摸索,其中數(shù)據(jù)是不能重復(fù)產(chǎn)生;及醫(yī)學(xué)圖像,可以救治生命。20世紀(jì)80年代到90年代個(gè)人電腦普及使得DSP產(chǎn)生了諸多新應(yīng)用。與以往由軍方或政府需求驅(qū)動(dòng)不同,DSP突然間由商業(yè)市場(chǎng)需求驅(qū)動(dòng)了。任何以為自己能在這個(gè)飛速發(fā)展領(lǐng)域賺錢(qián)人都會(huì)及時(shí)成為DSP供應(yīng)商。DSP通過(guò)在移動(dòng)電話、CD播放器及語(yǔ)音郵件等產(chǎn)品中應(yīng)用進(jìn)入了公共應(yīng)用領(lǐng)域。這些技術(shù)革命是自上而下發(fā)生。在20世紀(jì)80年代初期,DSP是電子工程專(zhuān)業(yè)研究生課程,后,DSP成為了本科生課表中一某些。今天,DSP是諸多領(lǐng)域科學(xué)家及工程師需要掌握原則技能。DSP可以與此前電子技術(shù)發(fā)展相類(lèi)比。在電子工程領(lǐng)域,幾乎每個(gè)科學(xué)家和工程師都具備基本電路設(shè)計(jì)背景。否則,她們將在技術(shù)界落伍。DSP將來(lái)也會(huì)如此。DSP已在科學(xué)及工程許多領(lǐng)域掀起了變革。其中某些擴(kuò)展應(yīng)用如圖1所示。數(shù)字信號(hào)解決器(DSPs)20世紀(jì)70年代后期及80年代前期微解決器浮現(xiàn)使得DSP技術(shù)在更廣泛范疇內(nèi)應(yīng)用成為也許。然而,通用微解決芯片,如IntelX86系列用于對(duì)數(shù)字敏感DSP應(yīng)用并不抱負(fù),在20世紀(jì)80年代,DSP變得越來(lái)越重要,這導(dǎo)致了諸多重要電子元件制造商(如德州儀器,ADI及摩托羅拉等)開(kāi)始注重開(kāi)發(fā)數(shù)字信號(hào)解決器芯片—一種專(zhuān)用微解決器,具備專(zhuān)為數(shù)字信號(hào)解決需求操作而設(shè)計(jì)系統(tǒng)構(gòu)造。(這里要注意是,DSP縮寫(xiě)可指數(shù)字信號(hào)解決,這個(gè)術(shù)語(yǔ)表達(dá)廣泛應(yīng)用用于數(shù)字化地解決信號(hào)技術(shù),或者數(shù)字信號(hào)解決器,一種特殊微解決芯片)。與通用微解決芯片同樣,一種DSP是一種可編程設(shè)備,具備私有指令碼。DSP芯片每秒可以執(zhí)行上百萬(wàn)次浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算,像其他更廣為人知通用微解決器同樣,更快更強(qiáng)大DSP在不斷地浮現(xiàn)。DSPs可以被嵌入到其他普通涉及模擬和數(shù)字電路復(fù)雜片上系統(tǒng)設(shè)備中?？臻g:空間圖像增強(qiáng);數(shù)據(jù)壓縮;通過(guò)空間摸索進(jìn)行智能傳感分析醫(yī)學(xué):診斷圖像(CT,MRI,超聲波及其他);心電圖分析;醫(yī)學(xué)圖像存儲(chǔ)/恢復(fù)商業(yè):多媒體展示圖像和聲音壓縮;電影特效;視頻會(huì)議DSP電話:語(yǔ)音及數(shù)據(jù)壓縮;去回聲;信號(hào)復(fù)用濾波軍事:雷達(dá);聲納;軍火指揮;安全通信工業(yè):石油和采礦預(yù)測(cè);過(guò)程監(jiān)視/控制;非破壞性測(cè)試;CAD設(shè)計(jì)工具科學(xué):地震記錄及分析;數(shù)據(jù)采集;頻譜分析;仿真和建模雖然DSP技術(shù)所依賴某些數(shù)學(xué)理論,如傅立葉變換及希爾伯特變換、數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)及信號(hào)壓縮等,也許相稱復(fù)雜,而實(shí)際中實(shí)現(xiàn)這些數(shù)字運(yùn)算技術(shù)卻非常簡(jiǎn)樸,其涉及重要運(yùn)算可由一種便宜具備加減乘除功能四則運(yùn)算器實(shí)現(xiàn)。DSP芯片構(gòu)造設(shè)計(jì)使得這些運(yùn)算速度快得不可思議,每秒鐘可解決上億次采樣值,從而具備實(shí)時(shí)性:也就是說(shuō),當(dāng)其解決一種信號(hào)時(shí),使之像剛剛采樣并輸出同樣具備實(shí)時(shí)性。如一種揚(yáng)聲器或一種視頻顯示。此前所提到所有DSP應(yīng)用實(shí)例,如硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器和移動(dòng)電話,都需要實(shí)時(shí)操作。重要電子元件制造商都在DSP技術(shù)領(lǐng)域大量投資。由于她們發(fā)當(dāng)前具備大規(guī)模市場(chǎng)應(yīng)用產(chǎn)品中,DSP芯片在全世界電子設(shè)備中占了很大比例。當(dāng)前每年銷(xiāo)售額在10億美元左右,并且看來(lái)會(huì)持續(xù)迅速增長(zhǎng)。DSP深度猶如你從每個(gè)應(yīng)用中所注意到同樣,DSP是非常交叉學(xué)科,依賴于許多相鄰領(lǐng)域技術(shù)工作。如圖2所示。DSP與其他技術(shù)學(xué)科之間邊界不是非常精準(zhǔn)或明擬定義,而是非常模糊或互相重疊。如果你想精通DSP,就需要同步學(xué)習(xí)有關(guān)科學(xué)、工程及數(shù)學(xué)領(lǐng)域知識(shí)。DSP影響領(lǐng)域1)電信DSP在諸多領(lǐng)域?qū)﹄娦殴I(yè)具備革命性影響:信號(hào)音調(diào)產(chǎn)生和檢測(cè)、頻帶搬移、濾波以去除電源噪聲等。這里將要討論來(lái)自電話網(wǎng)三個(gè)特例:復(fù)用、壓縮及回聲控制。復(fù)用世界上大概有10億部電話。只要按下很少某些按鈕,互換網(wǎng)容許其中一部與任何別電話在幾秒之內(nèi)連接。這項(xiàng)工作復(fù)雜性是人腦所不能想象。直到20世紀(jì)60年代,兩個(gè)電話之間連接還需要將模擬話音信號(hào)通過(guò)機(jī)械開(kāi)關(guān)及放大器進(jìn)行傳送。一種連接需要一對(duì)線。相比較而言,DSP將音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成一串?dāng)?shù)字信號(hào)流。由于比特流可以很容易地被混放在一起并且事后可以分開(kāi),因而,許多路話音可以在一條信道上傳播。該技術(shù)稱為復(fù)用。壓縮當(dāng)以8000個(gè)采樣值/秒速度對(duì)一種話音信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化時(shí),大多數(shù)數(shù)字信息是冗余。也就是說(shuō),由一種采樣攜帶信息與其相鄰采樣在很大限度上是重復(fù)。諸多DSP算法用于將數(shù)字化語(yǔ)音轉(zhuǎn)換成需要較少bits/sec數(shù)據(jù)流,這稱為數(shù)據(jù)壓縮算法。相應(yīng)解壓縮算法用于將信息恢復(fù)成其原始形式。這些算法依照壓縮比及最后話音質(zhì)量來(lái)區(qū)別優(yōu)劣。普通來(lái)說(shuō),這些算法可以使數(shù)據(jù)率從64kb/sec減少到32kb/s而不會(huì)導(dǎo)致話音質(zhì)量損失?；芈暱刂苹芈暿情L(zhǎng)距離電話連接中一種嚴(yán)重問(wèn)題。當(dāng)你對(duì)一種電話發(fā)言時(shí),一種代表你聲音信號(hào)會(huì)被傳播到所連接接受端,而其中一某些會(huì)以回聲形式返回。如果連接只有幾百米,收到回音時(shí)間間隔僅有幾毫秒。人耳朵習(xí)慣于收到這樣短時(shí)間延遲回聲,連接聽(tīng)起來(lái)相稱正常。當(dāng)距離增大時(shí),回聲會(huì)變得非常惹人注意并且讓人無(wú)法忍受。洲際通信回聲間隔可達(dá)幾百毫秒,這是相稱讓人討厭。數(shù)字信號(hào)解決技術(shù)通過(guò)測(cè)量返回信號(hào),并產(chǎn)生一種相應(yīng)相反信號(hào)以抵消這些令人討厭回聲來(lái)解決此類(lèi)問(wèn)題。同樣技術(shù)還用于令使用話筒人能邊聽(tīng)邊說(shuō)而不會(huì)覺(jué)得有回音。這也可用于通過(guò)產(chǎn)生數(shù)字相反噪音來(lái)減少環(huán)境噪音。語(yǔ)音解決人類(lèi)兩個(gè)最基本感觀是視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)。相應(yīng)地,許多DSP是與圖像及聲音解決關(guān)于。人們可以聽(tīng)到音樂(lè)和話音。DSP在這兩個(gè)領(lǐng)域都曾帶來(lái)革命性變化。音樂(lè)從音樂(lè)家麥克風(fēng)到高保真音響之間距離是相稱長(zhǎng)。用數(shù)字信號(hào)代表數(shù)據(jù)是很重要,目是防止模擬話音存儲(chǔ)及解決中常有話音衰退現(xiàn)象。這與任何一種人將磁帶聲音質(zhì)量與CD聲音質(zhì)量進(jìn)行對(duì)比成果是同樣。一種典型場(chǎng)景是,一段音樂(lè)在錄音棚中是通過(guò)不同聲道進(jìn)行錄制。有些狀況下,這甚至涉及分別錄制各個(gè)樂(lè)器及歌唱者聲音。這樣做目是給聲音工程師以極大靈活性去制作最后產(chǎn)品。將單獨(dú)聲道音樂(lè)合成為最后音樂(lè)過(guò)程被稱為合成。DSP在音樂(lè)合成中可以提供各種重要功能,涉及:濾波、信號(hào)附加及截?cái)?、信?hào)編輯等。在音樂(lè)合成中DSP最有趣一種應(yīng)用是人工回放。如果各個(gè)信道僅僅是簡(jiǎn)樸地疊加在一起,最后聽(tīng)到音樂(lè)是脆弱無(wú)力,就猶如音樂(lè)家在門(mén)外演奏同樣。這就是為什么聽(tīng)眾被音樂(lè)回聲或回音深深影響著,而這些常在演播室中被最小化了。DSP使得人工回聲在混合過(guò)程中被加到音樂(lè)中以仿真不同聽(tīng)覺(jué)環(huán)境。具備幾百毫秒延遲回聲會(huì)讓人覺(jué)得像是大教堂同樣環(huán)境,而加上10-20毫秒延遲回聲可以產(chǎn)生更加當(dāng)代聽(tīng)覺(jué)感受。話音產(chǎn)生話音產(chǎn)生和辨認(rèn)用于人和機(jī)器之間通信。不是用手和眼睛,而是用嘴和耳朵。當(dāng)你手和眼睛需要做別如開(kāi)車(chē),進(jìn)行外科手術(shù)或?qū)橙碎_(kāi)槍等事情時(shí),這項(xiàng)技術(shù)將給你帶來(lái)極大以便。有兩種計(jì)算機(jī)產(chǎn)生話音方式:數(shù)字錄音或聲道仿真。語(yǔ)音辨認(rèn)對(duì)人類(lèi)聲音自動(dòng)辨認(rèn)要比話音產(chǎn)生難得多。數(shù)字信號(hào)解決普通通過(guò)兩步解決話音辨認(rèn)問(wèn)題:特性抽取及特性匹配。來(lái)自于音頻信號(hào)每個(gè)單詞都被隔離開(kāi)并與先前所輸單詞相比較以確認(rèn)與那個(gè)最接近。普通,這種系統(tǒng)僅限于很少幾百個(gè)單詞;僅能接受在單詞間具備明顯停頓話音;對(duì)每個(gè)說(shuō)話人都需要重新學(xué)習(xí)。圖像解決圖像是具備特殊特點(diǎn)信號(hào)。一方面,是在空間對(duì)參數(shù)測(cè)量,而大多數(shù)信號(hào)是在時(shí)間上對(duì)參數(shù)測(cè)量。另一方面,圖像包括了大量信息。例如,存儲(chǔ)一秒鐘電視圖像需要10M空間。這要比同樣長(zhǎng)度話音信號(hào)大1000倍。第三,最后對(duì)于圖像質(zhì)量判斷常通過(guò)人類(lèi)主觀評(píng)估而非客觀原則來(lái)判斷。這些特殊特點(diǎn)使得圖像解決成為DSP中非常獨(dú)特一種子集。第二課嵌入式系統(tǒng)及應(yīng)用課文A:嵌入式系統(tǒng)特點(diǎn)什么是嵌入式系統(tǒng)?嵌入式系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)工程一種全新分支。它是對(duì)老式不可顧客編程專(zhuān)用計(jì)算機(jī)設(shè)備一種發(fā)展,僅應(yīng)用于某一專(zhuān)用領(lǐng)域(例如醫(yī)療設(shè)備),將計(jì)算機(jī)技術(shù)與機(jī)械工程設(shè)計(jì)結(jié)合了起來(lái)。嵌入式系統(tǒng)是一種有專(zhuān)用用途計(jì)算機(jī),嵌入在設(shè)備內(nèi)部。例如,微波爐中就具有一種嵌入式系統(tǒng),它接受來(lái)自面板輸入,進(jìn)而控制液晶顯示屏進(jìn)行顯示,控制加熱元件開(kāi)關(guān)以煮熟食物。嵌入式系統(tǒng)普通采用微控制器,這種微控制器是一種單一器件,但具備電腦許多功能。摩托羅拉公司和英特爾公司生產(chǎn)微控制器最受專(zhuān)業(yè)人士歡迎。嵌入式系統(tǒng)市場(chǎng)正在逐漸擴(kuò)大,由于工程師們結(jié)識(shí)到許多其她工程項(xiàng)目也可受益于嵌入式系統(tǒng)技術(shù)。當(dāng)前,處處均有嵌入式系統(tǒng)身影,從食品加工到汽車(chē)生產(chǎn)以及更多領(lǐng)域。生活在計(jì)算機(jī)時(shí)代意味著,在這十年內(nèi),在任何狀況下,我們都將很難再找到一種機(jī)械設(shè)備沒(méi)有或多或少以某種形式涉及到嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)分不同級(jí)別。電腦玩具和廚房用品只是嵌入式系統(tǒng)非常簡(jiǎn)樸體現(xiàn)形式。許多更復(fù)雜醫(yī)療設(shè)備具備更強(qiáng)大功能,事實(shí)上其受益于使用了不止一種嵌入式系統(tǒng)。雖然這意味著我們?cè)趯こＩ钪须S手拿來(lái)用某些設(shè)備普通會(huì)變得更便捷、更好用,但這也意味著這些嵌入式設(shè)備維修將會(huì)是更困難、更昂貴。但同步這還意味著我們?cè)S多時(shí)間被嵌入式設(shè)備解放出來(lái),我們有更多時(shí)間做我們所喜歡做。例如,我們都使用帶有嵌入式系統(tǒng)洗衣機(jī)。我們買(mǎi)汽車(chē)也越來(lái)越多擁有嵌入式系統(tǒng)。甚至是我們使用制造工具也和嵌入式系統(tǒng)息息有關(guān)。顯而易見(jiàn),非常多公司致力于嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā),或獨(dú)立進(jìn)行,或按需要聯(lián)合機(jī)械制造廠家共同開(kāi)發(fā)。越來(lái)越多工程公司申請(qǐng)使用嵌入式技術(shù),從能設(shè)想到所有方向來(lái)升級(jí)自己產(chǎn)品。如果沒(méi)有嵌入式系統(tǒng)……你走進(jìn)你車(chē)并用鑰匙發(fā)動(dòng)。你需要用到貯物箱一種3.5英寸軟盤(pán),把它插到儀表盤(pán)上插槽里,拍打方向盤(pán),直到操作系統(tǒng)不久在液晶儀表板顯示出來(lái)。用中心控制臺(tái)光標(biāo)鍵選取電子點(diǎn)火程序,然后轉(zhuǎn)動(dòng)鑰匙啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。在上班路上你想聽(tīng)某些音樂(lè),那你就往播放機(jī)里輸入CD程序,等待表白播放器數(shù)字信號(hào)解決器已經(jīng)準(zhǔn)備就緒綠燈閃爍,然后放入擁有嵌入式系統(tǒng)......你不需要老式顧客界面來(lái)決定運(yùn)營(yíng)哪些程序,汽車(chē)電子點(diǎn)火裝置會(huì)隨著車(chē)鑰匙做出響應(yīng)。你不需要加載程序進(jìn)你設(shè)備,那些需要協(xié)助運(yùn)轉(zhuǎn)工作應(yīng)當(dāng)已經(jīng)被加載完畢了(盡管某些新型移動(dòng)電話可如下載其她程序)你不必?fù)]霍時(shí)間等待O/S加載-如果需要加載,那么它也不會(huì)由于綁定而使加載緩慢。你不需要從一種緩慢磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器來(lái)加載程序或數(shù)據(jù)–絕大某些需要信息都在FastROM里。嵌入式系統(tǒng)大體可定義為“一種不一定是計(jì)算機(jī),但包括一種解決器系統(tǒng)”。但是不要只集中一種定義上,去思考絕大某些嵌入式系統(tǒng)這些共同特點(diǎn),至少?gòu)哪撤N限度上看,那是十分有益。嵌入式系統(tǒng),往往在價(jià)格和尺寸上差別較大。許多嵌入式系統(tǒng),如PDA或手機(jī),都是高容量,低成本和低利潤(rùn)。這需要用到盡量便宜部件,而這普通意味著簡(jiǎn)樸解決器和小內(nèi)存(RAM和NVRAM/flash)使用。這將導(dǎo)致嵌入式系統(tǒng)軟件犧牲可維護(hù)性(如可移植性、透明度、模塊化)來(lái)?yè)Q取性能最優(yōu)化(如一種小引導(dǎo)鏡像區(qū)、一塊小RAM空間、小周期循環(huán)需求)。日益增長(zhǎng)前期軟件開(kāi)發(fā)成本和定期保養(yǎng)費(fèi)用攤銷(xiāo)在大批量銷(xiāo)售上,并被日新月異較便宜組件構(gòu)成硬件優(yōu)化,節(jié)約了成本。許多其他嵌入式系統(tǒng)價(jià)格方面雖然不是重要考慮因素,但要考慮到外形限制或重量等因素,需要用最小器件來(lái)滿足規(guī)定。需要再提是,這些性能優(yōu)化是以犧牲系統(tǒng)可維護(hù)性為代價(jià)。除了在可移植性、透明度、模塊化方面權(quán)衡外,嵌入式系統(tǒng)還需要使用一種低層次語(yǔ)言優(yōu)化,這種語(yǔ)言不是C語(yǔ)言,也不是從一種UML模型自動(dòng)生成C語(yǔ)言代碼。(例如說(shuō)用匯編語(yǔ)言而不用C語(yǔ)言,或者是用C語(yǔ)言而不是從UML模型自動(dòng)生成代碼)但是,這種手工調(diào)節(jié)普通只合用于在“90/10”準(zhǔn)則擬定下小某些軟件,這是重要性能瓶頸。

2)嵌入式系統(tǒng)普通有電源限制。許多嵌入式系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)依托電池,無(wú)論是持續(xù)供電還是在緊急狀況下。因而,功耗性能在復(fù)雜性和可維護(hù)性成本方面是被許多嵌入式系統(tǒng)青睞。(許多嵌入式系統(tǒng)低功耗性能往往是犧牲了復(fù)雜性和可維護(hù)性為代價(jià))嵌入式系統(tǒng)往往是實(shí)時(shí)。從本質(zhì)上看,大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)在往數(shù)據(jù)流反映(對(duì)流向和通過(guò)系統(tǒng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)做出反映)方向建設(shè)。實(shí)時(shí)限制又偏向可維護(hù)性方面性能方向(使得系統(tǒng)偏向于性能體現(xiàn)而不是可維護(hù)性方面)(特別是循環(huán)使用)。嵌入式系統(tǒng)普通涉及硬件實(shí)時(shí)約束和軟件實(shí)時(shí)約束。硬件實(shí)時(shí)約束規(guī)定事件在給定期間內(nèi)得到解決;軟件實(shí)時(shí)約束用于限制事件平均響應(yīng)時(shí)間。實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)使用先發(fā)制人優(yōu)先(優(yōu)先級(jí)式)調(diào)度,以保證達(dá)到實(shí)時(shí)規(guī)定,但需要仔細(xì)考慮到執(zhí)行上下文(線程)來(lái)劃分解決,設(shè)立執(zhí)行上下文相對(duì)優(yōu)先順序,并在上下文中管理控制/數(shù)據(jù)流之間。(執(zhí)行文本劃分,執(zhí)行文本優(yōu)先級(jí)設(shè)立以及執(zhí)行文本之間數(shù)據(jù)流管理和控制。)嵌入式系統(tǒng)經(jīng)常使用自定義硬件。嵌入式系統(tǒng),往往由現(xiàn)成解決器和現(xiàn)成外圍設(shè)備相結(jié)合而成。雖然組件也許是原則,但是自定義混合和匹配需要硬件和軟件高度凝聚–大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)軟件都是設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序操作系統(tǒng)軟件(操作系統(tǒng)和設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序普通會(huì)占嵌入式系統(tǒng)軟件非常大比例)。雖然這種低層次軟件經(jīng)常是可購(gòu)買(mǎi),受允許,或者可免費(fèi)使用,但是嵌入式系統(tǒng)中很大一某些操作系統(tǒng)是內(nèi)部自定義開(kāi)發(fā),要么是精準(zhǔn)匹配使用中硬件系統(tǒng),要么是在自定義配備中粘合現(xiàn)成軟件。普通,嵌入式系統(tǒng)功能是分布在各種同類(lèi)解決器和/或一種分層次主/從解決器。這就需要在解決器解決任務(wù)分派以及解決器之間限度、方式和溝通時(shí)間上多加考慮。此外,許多嵌入式系統(tǒng)運(yùn)用專(zhuān)門(mén)可編程器件或特定用途集成電路技術(shù),因而需要低層次軟件與自定義硬件進(jìn)行交互。嵌入式系統(tǒng)重要會(huì)從視圖中隱藏(普通是不可視或?qū)︻櫩屯该?從本質(zhì)上看,嵌入式系統(tǒng)普通與她們“顧客”有一種有限界面(實(shí)際顧客或另一種超級(jí)系統(tǒng)組件)。因而,大多數(shù)這種系統(tǒng)開(kāi)發(fā)是為了滿足在建筑規(guī)格和高層次設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)各種軟件功能規(guī)格發(fā)展需要,而不是適應(yīng)顧客需求。嵌入式系統(tǒng)普通具備單片功能。大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)是為了一種初始(重要)目而建。它們可以被分解成幾種某些,并且這些構(gòu)成某些很也允許以有低跨凝聚力和交叉耦合。也就是說(shuō),每個(gè)某些都可以成為一種單獨(dú)目(獨(dú)立服務(wù)于不同目),并且組件之間互相作用也許只限于少數(shù)明確界定問(wèn)題。然而,除非大某些或整體都正常工作,否則整個(gè)系統(tǒng)將無(wú)法運(yùn)作。一種系統(tǒng)需要所有組件運(yùn)作正常來(lái)使得整個(gè)系統(tǒng)實(shí)既有用功能性,這就是“單片系統(tǒng)”。這作為部件功能作用一種功能在系統(tǒng)功能非線性方面與其她種類(lèi)軟件相反,那些系統(tǒng)也許當(dāng)軟件完畢50%時(shí)候系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)50%或更多功能。例如,建立一種太空探測(cè)器進(jìn)行空間旅行或去其她行星將它們信息發(fā)送回來(lái)。盡管有許多低檔別空間探測(cè)器組件用于定位,登陸,自展傳感和太陽(yáng)能電池板以及通信。每個(gè)低層次響應(yīng)(功能)都是涵蓋范疇廣泛而功能(整體功能實(shí)現(xiàn))不可缺少構(gòu)成某些。如果有任何一種重要組件缺失,雖然所有其她組件都完全正常工作,空間探測(cè)器還是會(huì)出故障。手機(jī)是此外一種例子,手機(jī)所有子功能,如顧客界面,蜂窩基站選取,聲碼器,通信合同等都是實(shí)現(xiàn)顧客和特定遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)間雙向音頻信息傳遞這一整體目的實(shí)現(xiàn)(雙向音頻信息涵蓋范疇廣泛目的轉(zhuǎn)移中都是)十分重要方面。這與其她軟件制度不同,如Web服務(wù)或桌面工具里,這種低層次響應(yīng),也許更獨(dú)立服務(wù)總系統(tǒng)功能,而不是作為一種單片整體不可缺少某些。雖然一種嵌入式系統(tǒng)軟件組件組合成一種單片功能體,那些組件自身往往差別很大。嵌入式系統(tǒng)經(jīng)常聯(lián)合起軟件組件進(jìn)行信號(hào)解決、運(yùn)營(yíng)低檔別設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、實(shí)現(xiàn)I/O通信合同、引導(dǎo)和控制,以及建立顧客接口等活動(dòng)。這些專(zhuān)門(mén)組件都需要一種不同開(kāi)發(fā)技能器。嵌入式系統(tǒng)往往是有限開(kāi)發(fā)工具。(和某些有著一整套輔助開(kāi)發(fā)工具軟件制度不同)雖然有某些軟件制度有一大堆工具來(lái)協(xié)助軟件開(kāi)發(fā),但是嵌入式系統(tǒng)軟件發(fā)展更有限(開(kāi)發(fā)具備更多局限性),并且經(jīng)常只使用基本編譯工具。這一某些是由于嵌入式系統(tǒng)普通使用自定義硬件,這也許沒(méi)有工具支持,且嵌入式系統(tǒng)往往是實(shí)時(shí)并且性能受限制,難以在調(diào)試器控制下凍結(jié)整個(gè)執(zhí)行鏈,也難以在嵌入目的和一種基于主機(jī)工作工具之間進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,以及捕獲廣泛執(zhí)行跟蹤數(shù)據(jù)記錄。由于合用于嵌入式系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)商業(yè)工具選取很有限,許多嵌入式系統(tǒng)項(xiàng)目建設(shè)自己工具,用于調(diào)試和測(cè)試,至少是增長(zhǎng)與內(nèi)部工具商業(yè)工具(或者至少會(huì)在商業(yè)工具基本上變化其內(nèi)部構(gòu)造以滿足自己規(guī)定)。嵌入式系統(tǒng)普通有嚴(yán)格強(qiáng)度(可靠性、穩(wěn)定性、魯棒性)規(guī)定。嵌入式系統(tǒng)通慣用在惡劣環(huán)境中和核心任務(wù)里使用,或用于醫(yī)療用途。因而,嵌入式系統(tǒng)在可靠性上規(guī)定,對(duì)的解決異常能力,平均無(wú)端障工作時(shí)間上嚴(yán)格限度遠(yuǎn)甚于許多其她類(lèi)型軟件。這些又轉(zhuǎn)化到嚴(yán)格開(kāi)發(fā)流程和測(cè)試規(guī)定。反過(guò)來(lái)說(shuō),這也大大增長(zhǎng)了發(fā)行一種軟件版本所需開(kāi)銷(xiāo)。有些類(lèi)型嵌入式系統(tǒng)受到某些監(jiān)管規(guī)定影響,而這些規(guī)定旨在通過(guò)強(qiáng)制軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程來(lái)減少故障率,或者至少指明哪些文獻(xiàn)必要附有嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品。此外,個(gè)別嵌入式系統(tǒng)很難甚至不也許升級(jí)固件,因而這種系統(tǒng)初始上市時(shí)候必要要有對(duì)的設(shè)計(jì)。嵌入式系統(tǒng)往往壽命很長(zhǎng)。嵌入式系統(tǒng)普通可使用近年。普通狀況下,嵌入式系統(tǒng)支持時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了本來(lái)軟件開(kāi)發(fā)人員流失率。這使得它具備完善理由來(lái)闡述嵌入式系統(tǒng)軟件,(這使得保存完善關(guān)于解釋嵌入式系統(tǒng)軟件記錄變得至關(guān)重要,特別是由于源代碼自身也許由于性能權(quán)衡使自身文獻(xiàn)質(zhì)量受到影響。第三課虛擬儀器課文A:關(guān)于虛擬儀器美國(guó)國(guó)家儀器有限公司(NI)在虛擬儀器領(lǐng)域已處在世界領(lǐng)先地位,僅去年就銷(xiāo)售了600多萬(wàn)臺(tái)新測(cè)量?jī)x器。工程師使用虛擬儀器時(shí)間已經(jīng)超過(guò)25年,她們將靈活軟件和PC技術(shù)應(yīng)用于測(cè)試、控制和設(shè)計(jì)領(lǐng)域,從而使精準(zhǔn)模擬和數(shù)字測(cè)量從直流發(fā)展到2.7GHz交流。這篇文章較好地簡(jiǎn)介了虛擬儀器,并為后續(xù)研究提供資料。什么是虛擬儀器?通過(guò)虛擬儀器,基于顧客需求軟件定義了通用測(cè)量和控制硬件功能。虛擬儀器將主流商業(yè)技術(shù),例如PC機(jī),與靈活軟件和各種測(cè)量控制硬件相結(jié)合,使得工程師和科學(xué)家能依照顧客確切應(yīng)用需求構(gòu)成顧客自定義系統(tǒng)(見(jiàn)圖1)。虛擬儀器能使工程師和科學(xué)家減少開(kāi)發(fā)時(shí)間,設(shè)計(jì)更優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品,并減少產(chǎn)品設(shè)計(jì)成本。模塊化I/0NI公司在25年前引進(jìn)了虛擬儀器,變化了工程師和科學(xué)家們測(cè)量以及實(shí)現(xiàn)周邊世界自動(dòng)化方式。,NI公司在90個(gè)國(guó)家售出了600模塊化I/0為什么我們需要虛擬儀器?虛擬儀器之因此必要,是由于它提供了與今天理念、產(chǎn)品規(guī)定相適應(yīng)迅速檢測(cè)儀器和過(guò)程設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和交付。只有采用虛擬儀器,工程師和科學(xué)家們才干適應(yīng)不斷變化需求,構(gòu)成由顧客定義設(shè)備。為了滿足不斷增長(zhǎng)需求,更快地創(chuàng)新理念和交付產(chǎn)品,科學(xué)家和工程師們求助于先進(jìn)電子設(shè)備、解決器和軟件。想想大多數(shù)當(dāng)代手機(jī)都包括上一代最新特性,涉及錄音、電話薄和文本消息功能。新一代版本則包括了相機(jī)、MP3播放器、藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)和英特網(wǎng)瀏覽功能。由于軟件在這些設(shè)備中起到了越來(lái)越重要作用,使得先進(jìn)電子設(shè)備功能不斷增長(zhǎng)成為也許。工程師和科學(xué)家不用變化硬件就能在設(shè)備中增長(zhǎng)新功能,因而無(wú)需進(jìn)行大成本硬件重開(kāi)發(fā)便可改進(jìn)理念和產(chǎn)品,并延長(zhǎng)了產(chǎn)品壽命和使用,縮短了產(chǎn)品交付時(shí)間。工程師和科學(xué)家們可通過(guò)軟件改進(jìn)設(shè)備功能,而不用為詳細(xì)工作進(jìn)一步開(kāi)發(fā)專(zhuān)門(mén)電子設(shè)備。然而,功能增長(zhǎng)也帶來(lái)了價(jià)格提高。功能升級(jí)也許會(huì)引入了不可預(yù)見(jiàn)交互和錯(cuò)誤。設(shè)備級(jí)軟件能迅速開(kāi)發(fā)、擴(kuò)展系統(tǒng)功能,而設(shè)計(jì)與測(cè)試設(shè)備必要為這些功能提供驗(yàn)證工具。滿足上述需要唯一辦法是仍采用以軟件為中心測(cè)試和控制系統(tǒng)。虛擬儀器使用高效軟件、模塊化I/O和商業(yè)平臺(tái),因此對(duì)保持與新概念和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)速度同步有獨(dú)特定位。NI公司開(kāi)發(fā)軟件平臺(tái)LabVIEW是最初虛擬儀器圖形化開(kāi)發(fā)環(huán)境,它使用標(biāo)志或者圖標(biāo)加速開(kāi)發(fā),該軟件形象地反映了功能,可以通過(guò)迅速調(diào)用圖塊實(shí)現(xiàn)功能強(qiáng)化。另一方面,虛擬儀器單元是模塊化I/O,設(shè)計(jì)成能以任何順序和數(shù)量迅速地進(jìn)行合并來(lái)保證虛擬儀器可以監(jiān)視控制開(kāi)發(fā)中任何問(wèn)題。工程師和科學(xué)家使用先進(jìn)軟件來(lái)驅(qū)動(dòng)模塊化I/O,能在并行操作中迅速存取功能塊。再者,使用商業(yè)平臺(tái)虛擬儀器單元普通能加強(qiáng)精準(zhǔn)同步,保證虛擬儀器運(yùn)用近來(lái)計(jì)算機(jī)能力和數(shù)據(jù)傳播技術(shù)。這些因素使得虛擬儀器成為一種影響解決器、總線等產(chǎn)業(yè)技術(shù)投資力度長(zhǎng)線技術(shù)。總之,技術(shù)創(chuàng)新規(guī)定軟件加速新概念和產(chǎn)品開(kāi)發(fā),同步需要儀器迅速適應(yīng)新功能。由于虛擬儀器使用了關(guān)于軟件、模塊化I/O和商業(yè)平臺(tái),使得它具備與當(dāng)前概念和產(chǎn)品研發(fā)保持同步獨(dú)一無(wú)二性能。為什么虛擬儀器如此成功?虛擬儀器為建立測(cè)量和自動(dòng)化系統(tǒng)提供了一種新模型,因而被廣泛采用。成功核心涉及個(gè)人電腦迅速發(fā)展;激增低成本、高性能數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器(半導(dǎo)體)開(kāi)發(fā)以及系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件浮現(xiàn)。這些因素使得虛擬儀器系統(tǒng)可以具備非常廣泛顧客基本。特別地,PC機(jī)性能在過(guò)去間提高了10000x以上(見(jiàn)圖2)。虛擬儀器運(yùn)用PC性能提高來(lái)進(jìn)行分析測(cè)量,并解決了新一代PC解決器、硬驅(qū)動(dòng)、顯示和I/O總線應(yīng)用時(shí)浮現(xiàn)新問(wèn)題?；陔娔X虛擬儀器可以被成功采納就得益于這些迅速進(jìn)步,以及在學(xué)校及早開(kāi)設(shè)電腦技術(shù)課程總體趨勢(shì)。虛擬儀器另一種動(dòng)力是高性能、低成本模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)增多。例如無(wú)線通訊和高清視頻等應(yīng)用持續(xù)不斷地影響著這些技術(shù)。而老式專(zhuān)利轉(zhuǎn)換技術(shù)似乎邁進(jìn)得很慢,商用半導(dǎo)體技術(shù)趨于遵循摩爾氏定律,即每18個(gè)月性能翻番。虛擬儀器硬件使用這些廣泛可行半導(dǎo)體,從而遞送到高性能測(cè)量前端。系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件增進(jìn)了虛擬儀器發(fā)展,這些軟件為設(shè)計(jì)特定儀器系統(tǒng)提供了直觀接口。LabVIEW就是這種軟件一種例子。LabVIEW圖形開(kāi)發(fā)環(huán)境提供了靈活、有效編程語(yǔ)言,同步也提供了用于測(cè)量和自動(dòng)化應(yīng)用高檔功能模塊和配備工具程序。什么使得NI公司成為虛擬儀器領(lǐng)導(dǎo)者?一言以蔽之,答案是軟件。軟件使得工程師和科學(xué)家創(chuàng)造顧客定義儀器成為也許。處在任何虛擬儀器中心位置都是靈活軟件,NI公司創(chuàng)造了世界最佳虛擬儀器軟件平臺(tái)之一LabVIEW。LabVIEW對(duì)信號(hào)采集、測(cè)量分析和數(shù)據(jù)表達(dá)來(lái)說(shuō)是有力圖形開(kāi)發(fā)環(huán)境,它予以編程語(yǔ)言靈活性,而不是老式開(kāi)發(fā)工具復(fù)雜性。自從1986年,當(dāng)時(shí)NI公司為蘋(píng)果公司引入LabVIEW,不久并不斷地吸引工程師和科學(xué)家謀求高效、強(qiáng)健編程語(yǔ)言以便在測(cè)試、控制和設(shè)計(jì)應(yīng)用中使用。LabVIEW是被數(shù)千工程師和科學(xué)家鐘愛(ài)圖形開(kāi)發(fā)環(huán)境(見(jiàn)圖3)。為滿足愛(ài)慕基于文本編程工程師,NI也提供了LabWindows/CVI,這是一種ANSIC應(yīng)用開(kāi)發(fā)環(huán)境,同步為使用VisualStudio.NET進(jìn)行虛擬儀器開(kāi)發(fā)提供了工具M(jìn)easurementStudio。雖然軟件是每個(gè)虛擬儀器心臟,但是幾乎每個(gè)虛擬儀器都需要對(duì)硬件進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量。虛擬儀器軟件獨(dú)立于所選編程環(huán)境,因此它必要為系統(tǒng)測(cè)量硬件提供出眾綜合能力,涉及LabVIEW在內(nèi)NI軟件為來(lái)自于第三方硬件提供商千萬(wàn)傳感器、相機(jī)、傳動(dòng)裝置、老式儀器和插入式器件(USB,PCI等等)提供開(kāi)放式連接。,NI測(cè)量硬件為客戶提供了超過(guò)6,000,000虛擬儀器測(cè)量信道。從低成本USB數(shù)據(jù)采集,圖像采集和過(guò)程控制可視系統(tǒng)到2.7GHzRF測(cè)量,再到GPIB總線通訊,NI為測(cè)量硬件和完善虛擬儀器需要可擴(kuò)展硬件平臺(tái)提供測(cè)量硬件,并將它展示給25000多家公司。為什么NI區(qū)別于其她虛擬儀器公司?在過(guò)去25年里,NI公司始終是虛擬儀器領(lǐng)導(dǎo)者。這種領(lǐng)先地位在持續(xù)革新中得以加強(qiáng)和鞏固。由于NI公司創(chuàng)造和創(chuàng)造了最初虛擬儀器圖形化開(kāi)發(fā)環(huán)境LabVIEW,它吸引了數(shù)千萬(wàn)工程師和科學(xué)家構(gòu)建虛擬設(shè)備。NI通過(guò)理解客戶項(xiàng)目開(kāi)發(fā)需求,持續(xù)地進(jìn)行重要軟件革新,涉及Express技術(shù),LabVIEW實(shí)時(shí)模塊和LabVIEWPDA模塊以及SignalExpress軟件。Express技術(shù)NI公司在為L(zhǎng)abVIEW,LabWindows/CVI和MeasurementStudio創(chuàng)造了Express技術(shù),以此減少保存動(dòng)力和功能時(shí)編碼復(fù)雜性。當(dāng)前已有超過(guò)50%數(shù)據(jù)采集顧客使用DAQ助手簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)采集任務(wù)。LabVIEW實(shí)時(shí)模塊和LabVIEWPDA模塊NI公司為使用LabVIEW實(shí)時(shí)模塊時(shí)擬定性執(zhí)行拓展了LabVIEW功能,并開(kāi)發(fā)了配套硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái),以使嵌入式應(yīng)用程序布置成為現(xiàn)實(shí)。LabVIEWPDA模塊將虛擬儀器和LabVIEW平臺(tái)拓展到手持式設(shè)備。NISignalExpress軟件設(shè)計(jì)和測(cè)試工程師規(guī)定NI提供能進(jìn)行交互性測(cè)量和數(shù)據(jù)分析虛擬儀器軟件。作為回應(yīng),NI公司創(chuàng)造了SignalExpress,這是可進(jìn)行探測(cè)性測(cè)量拖放式、無(wú)編程規(guī)定抱負(fù)環(huán)境。NI公司除了提供強(qiáng)大軟件微分器外,還提供在虛擬儀器公司中最廣和最革新Ｉ／Ｏ選取。為了滿足工程師和科學(xué)家們不斷增長(zhǎng)需求,NI不斷延伸產(chǎn)品范疇。某些NI硬件革新近來(lái)例子,涉及USBDAQ設(shè)備,M系列DAQ設(shè)備和NICompactRIO:USBDAQ設(shè)備在近來(lái)調(diào)查中,70％NI數(shù)據(jù)采集(DAQ)客戶說(shuō)她們不久將會(huì)購(gòu)買(mǎi)多功能USBDAQ。那一月,NI推出了USB－6008,售價(jià)145美元,這是多功能DAQ最低價(jià)。M系列DAQ設(shè)備在底,NI發(fā)行M系列DAQ產(chǎn)品,這協(xié)助它確立了在插入式數(shù)據(jù)采集中領(lǐng)導(dǎo)地位。這些產(chǎn)品有諸多區(qū)別于其她產(chǎn)品特性,其中一小某些特性涉及第一批18位PCI設(shè)備,第一批有最大吞吐量6個(gè)DMA信道PCI數(shù)據(jù)采集設(shè)備和申請(qǐng)專(zhuān)利設(shè)備原則籌劃。CompactRIO可重構(gòu)控制和I/ONI最具革命性另某些I/O產(chǎn)品是CompactRIO。在這些I/O平臺(tái)中心有了FPGA芯片,工程師就能創(chuàng)立自定義硬件并可重復(fù)使用LabVIEWFPGA對(duì)其進(jìn)行重定義。誰(shuí)在使用NI虛擬儀器?NI客戶涉及工程師,科學(xué)家和廣泛工業(yè)領(lǐng)域中專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員。從測(cè)試DVD錄像機(jī)到研究先進(jìn)醫(yī)學(xué),她們使用NI軟硬件開(kāi)發(fā)顧客定義儀器,更快更低成本地交付各種各樣產(chǎn)品和服務(wù)。這是某些客戶如何使用NI虛擬儀器產(chǎn)品實(shí)例:美聯(lián)社賽車(chē)——打造F1剎車(chē)鉗和制動(dòng)實(shí)驗(yàn)測(cè)力機(jī)在30近年時(shí)間里,美聯(lián)社賽車(chē)在剎車(chē)鉗、比賽離合器技術(shù)和制造方面始終居于世界領(lǐng)先水平。美聯(lián)社賽車(chē)提出一款獨(dú)特新型測(cè)力器有明顯優(yōu)勢(shì),而使用NIDAQ設(shè)備和LabVIEW虛擬儀器將在這個(gè)創(chuàng)新市場(chǎng)中提供必須靈活性。利盟墨盒電實(shí)驗(yàn)利盟國(guó)際愛(ài)德科曼說(shuō):“在基于PC模型儀器和行業(yè)原則軟件輔助下,我們繼續(xù)使用既有測(cè)試系統(tǒng)來(lái)滿足最新需求,這種方式所需開(kāi)發(fā)時(shí)間是最短。將軟件升級(jí)到NI5122,NI6552和LabVIEW7Express后,產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量得到提高,我們用最小研發(fā)代價(jià)提高了測(cè)試系統(tǒng)性能。”德州儀器——射頻和無(wú)線元件表征德州儀器(TI)是最重要無(wú)線IC提供商之一,有接近40億美元稅收。為了使表征過(guò)程呈流線型,TI運(yùn)用NITestStand和LabVIEW開(kāi)發(fā)了測(cè)試、管理和自動(dòng)化軟件。使用NI產(chǎn)品后,TI公司在沒(méi)有減少質(zhì)量和資源同步擴(kuò)展了業(yè)務(wù)。Drivven——機(jī)車(chē)引擎控制單元(ECU)原型在過(guò)去項(xiàng)目中,Drivven耗費(fèi)了至少2年時(shí)間和50萬(wàn)美元在自定義硬件上開(kāi)發(fā)ECU制模系統(tǒng)。這個(gè)項(xiàng)目設(shè)備成本(涉及摩托和CompactRIO)總計(jì)1,5000美元,開(kāi)發(fā)時(shí)間大概3個(gè)月?；贔PGA可重構(gòu)硬件、CompactRIO和LabVIEW實(shí)時(shí)模型提供了可靠性和精準(zhǔn)定期資源,保證系統(tǒng)足夠健壯,能支持在高溫強(qiáng)震環(huán)境下作業(yè)。課文A:數(shù)字圖像解決入門(mén)1.簡(jiǎn)介數(shù)字圖像解決技術(shù)仍是程序設(shè)計(jì)中一種極具挑戰(zhàn)性領(lǐng)域,有如下幾種因素。一方面,數(shù)字圖像解決在計(jì)算機(jī)發(fā)展史上浮現(xiàn)得相對(duì)較晚,直到第一種圖形操作系統(tǒng)浮現(xiàn)后,它才真正得以應(yīng)用。另一方面,數(shù)字圖像解決特別是實(shí)時(shí)解決時(shí)需要最細(xì)致優(yōu)化。將圖像解決與音頻解決相比較是提供思路好辦法。我們考慮按每秒30次速度檢測(cè)一副320×24032位位圖上所有像素點(diǎn)所必須內(nèi)存帶寬:10Mo/sec。要達(dá)到相似質(zhì)量原則,立體聲音頻波實(shí)時(shí)解決需要44100(采樣每秒)×2(字節(jié)每采樣每信道)×2(信道)=176Ko/sec,這要比圖像解決少50倍。顯然,我們不能使用相似技術(shù)來(lái)解決音頻和圖像。最后,由于數(shù)字圖像解決是一種二維域,因此要精心制作一種數(shù)字濾波器還是有些復(fù)雜。我們將從顏色表達(dá)這一基本辦法開(kāi)始,探討某些用于圖像解決現(xiàn)行辦法。然后是更為先進(jìn)卷積矩陣和數(shù)字濾波器。最后,我們概述圖像解決應(yīng)用。這篇文章目是讓讀者對(duì)當(dāng)前數(shù)字圖像解決技術(shù)有所理解。我們既不會(huì)進(jìn)一步研究理論,也不會(huì)研究編碼;我們更關(guān)注是算法自身,也就是辦法?？傊?這篇文章應(yīng)當(dāng)僅僅用做思想源泉而不是代碼之源。2.一種簡(jiǎn)樸圖像解決辦法2.1顏色數(shù)據(jù):矢量表達(dá)a.位圖在計(jì)算機(jī)內(nèi)存中,位圖是表達(dá)數(shù)字彩色圖像最原始也是最基本方式。位圖由一行行像素構(gòu)成,像素是“圖像元素”縮寫(xiě)。每個(gè)像素所呈現(xiàn)顏色都由一種特定值來(lái)決定。由三個(gè)數(shù)字定義該值,而這些數(shù)字是將顏色分解為三原色紅、綠、藍(lán)后得到。任何一種人眼可見(jiàn)顏色都由這三種顏色合成。三原色由0~255之間值來(lái)量化。例如,白色值為R=255,G=255,B=255;黑色可表達(dá)為(R,G,B)=(0,0,0);粉紅色:(255,0,255)。這就是說(shuō),一幅圖像是一種巨大二維顏色陣列。而每個(gè)像素都被編碼成3個(gè)字節(jié),代表三原色。這容許圖像包括256×256×256=16800000個(gè)不同顏色。這一技術(shù)就是RGB編碼,特別合用于人類(lèi)視覺(jué)。有了照相機(jī)和其她測(cè)量?jī)x器,我們能看到數(shù)以千計(jì)顏色,但在這種狀況下,RGB編碼就顯得不合用。選取0-255作為量化范疇有兩個(gè)較好理由:第一,人眼不夠敏感,難以辨認(rèn)超過(guò)256個(gè)亮度級(jí)別(1/256=0.39%)顏色。也就是說(shuō),對(duì)于人類(lèi)觀測(cè)者而言,采用超過(guò)256個(gè)灰度級(jí)別(黑白之間256個(gè)灰度級(jí))并不能提高圖像質(zhì)量。因而256個(gè)灰度級(jí)足夠了。第二,255這個(gè)值便于計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)。事實(shí)上,作為計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)單元,一種字節(jié)最多可以有256個(gè)編碼值。不同于音頻信號(hào)在時(shí)間域中進(jìn)行編碼,圖像信號(hào)編碼是在二維空間域中進(jìn)行。原始圖像數(shù)據(jù)要比音頻信號(hào)時(shí)域數(shù)據(jù)更容易理解。這就是我們能對(duì)圖像進(jìn)行大量填充、濾波解決而無(wú)需變換原始數(shù)據(jù)因素,而對(duì)于音頻信號(hào)來(lái)說(shuō),這是不也許。這一某些只需分析原始圖像信號(hào),做些簡(jiǎn)樸效果和濾波解決而無(wú)需變化原始數(shù)據(jù)。原則維度也叫辨別率。一種位圖大概有500行,500列。這一辨別率用于模擬式電視機(jī)和計(jì)算機(jī)應(yīng)用。你可以很容易地計(jì)算出這種尺寸位圖所需內(nèi)存空間。我們有500×500個(gè)像素,每一種像素由三個(gè)字節(jié)進(jìn)行編碼,構(gòu)成750Ko。同硬盤(pán)大小相比,這并不算很大,但是當(dāng)你要實(shí)時(shí)解決一幅圖像時(shí),事情就顯得很困難。事實(shí)上,流暢地渲染圖像需要每秒至少傳播30幅圖像,所需10Mo/sec帶寬是巨大。我們將注意到,RAM中數(shù)據(jù)訪問(wèn)與傳播能力限制對(duì)圖像解決影響巨大,有時(shí)它影響甚至超過(guò)了由于CPU解決能力限制而帶來(lái)影響,這與我們習(xí)慣優(yōu)化思路大不相似。值得注意是,使用JPEG這樣當(dāng)代壓縮技術(shù)可以很容易地將圖像大小縮小50倍而不會(huì)引起太嚴(yán)重失真,但這是另一課題。b.顏色矢量表達(dá)正如我們所見(jiàn),在位圖中,顏色由3字節(jié)進(jìn)行編碼來(lái)代表其三原色構(gòu)成。很明顯,一種數(shù)學(xué)家會(huì)立即將顏色定義為三維空間矢量,三維空間每條坐標(biāo)軸代表一種基色。因而,我們可運(yùn)用大某些幾何數(shù)學(xué)概念來(lái)表達(dá)顏色,例如定量,內(nèi)積,投影,循環(huán)或間距。我們將在某些濾波器中看到這個(gè)極其有趣想法。圖1闡明了這一新解釋方式:2.2濾波器應(yīng)用a.邊沿檢測(cè)之前我們說(shuō)過(guò),通過(guò)計(jì)算兩個(gè)顏色矢量之間幾何距離就能辨別出這兩種不同顏色。若給定兩種顏色C1=(R1,G1,B1)和C2=(R2,G2,B2),它們之間距離可由如下公式得到:D(C1,C2)=第一種濾波器:邊沿檢測(cè)。邊沿檢測(cè)目是擬定圖片中不同形狀邊沿位置,并將成果繪制成位圖,例如可以在黑色背景上用白色表達(dá)邊沿。這種辦法非常簡(jiǎn)樸;我們依次檢測(cè)圖像中每個(gè)像素,并與其右鄰、底鄰比較顏色。如果其中一種成果差別很大,那么所研究像素就是邊沿一某些,則變?yōu)榘咨?反之則是黑色。我們把每個(gè)像素和它右鄰、底鄰相比較是由于圖像是二維。事實(shí)上,如果你想象一幅圖像只有可選紅色和藍(lán)色橫向條紋,若只將某像素點(diǎn)和它右鄰相比較,就不也許測(cè)得這些條紋邊沿。因而,必要對(duì)每個(gè)像素點(diǎn)進(jìn)行右鄰、底鄰比較。這種算法已經(jīng)在不同類(lèi)型源圖像中做了測(cè)試,得到了較好成果。但頻繁內(nèi)存訪問(wèn)使得該算法運(yùn)算速度十分有限。兩個(gè)平方根可以很容易地通過(guò)平方比較成果去掉;然而,顏色提取質(zhì)量不容易提高。如果我們假設(shè)最長(zhǎng)運(yùn)算是獲得像素函數(shù)和放置像素函數(shù),得到多項(xiàng)式復(fù)雜度為4*N*M,這里N代表行值,M代表列值。 在實(shí)時(shí)計(jì)算中這是不夠快。對(duì)于一種300×300×32圖像,在AthlonXP1600+解決器上,每秒只能完畢大概26次轉(zhuǎn)換,確很慢。下圖是應(yīng)用該算法解決一種實(shí)例圖像成果:圖2邊沿檢測(cè)成果對(duì)該算法所得成果解釋是:成果質(zhì)量取決于源圖像銳度。如果源圖像邊沿銳度大,則成果很完美。但如果原始圖很模糊,你就得先用銳度濾波器解決一下,稍后我們會(huì)對(duì)此做詳細(xì)簡(jiǎn)介。另一種要說(shuō)是,你可以把每個(gè)像素和它右側(cè)、底部第二個(gè)或第三個(gè)近來(lái)像素相比較而不是近來(lái)像素比較。根據(jù)源圖像銳度,邊沿將變得更粗且更精準(zhǔn)。最后我們將看到另一種使用矩陣卷積進(jìn)行邊沿檢測(cè)辦法。b.顏色提取像素比較另一種直接應(yīng)用是顏色提取。我們打算將每個(gè)像素和一種給定顏色C1相比較而不是和它相鄰某些比較。該算法將嘗試檢測(cè)出圖像里所有含C1顏色對(duì)象。例如,這一算法在機(jī)器人技術(shù)中相稱有用。它能讓你從圖像流中搜索出一種特定顏色。然后,打個(gè)比喻,你可以讓機(jī)器人過(guò)去拿到一種紅球。我們將調(diào)用這種參照色C0=(R0,G0,B0),在圖像中進(jìn)行搜尋。再一次,雖然可以很容易地去掉平方根,也不能有效提高算法運(yùn)算速度。真正減少循環(huán)速度是N×M次訪問(wèn)內(nèi)存以獲得像素,并放置像素。這決定了算法復(fù)雜度:2×N×M,N和M各自代表位圖中行值和列值。在我計(jì)算機(jī)上針對(duì)300×300×32原始位圖測(cè)得有效速度大概是每秒40次轉(zhuǎn)換。c.顏色與灰度轉(zhuǎn)換對(duì)于3D彩色空間,灰度值由(1,1,1)向量來(lái)直接表達(dá)。事實(shí)上,灰色陰影紅、綠、藍(lán)三個(gè)分量值是相等,因而它們構(gòu)成必要是(n,n,n),n是0到255之間整數(shù)(例如:(0,0,0)黑色,(32,32,32)黑灰,(128,128,128)中灰,(192,192,192)亮灰,(255,255,255)白色等)。當(dāng)前該算法思想是找到一種顏色在(1,1,1)向量中重要性。我們使用標(biāo)量投影達(dá)到此目。一種顏色向量C=(R,G,B)在向量(1,1,1)上投影計(jì)算如下:然而,投影值可以達(dá)到441.67,即白色(255,255,255)原則。為防止數(shù)值超過(guò)255,我們將投影值乘以一種因子255/441.67=1/sqrt(3)。因而,公式可事實(shí)上,將顏色轉(zhuǎn)化為灰度值就相稱于對(duì)該像素紅、綠、藍(lán)三個(gè)分量取平均值。你也可以將(R3)公式用于其她顏色度轉(zhuǎn)換中。例如你可以選取紅度圖像,紅度(C)=R,或是黃度圖像,黃度(C)=(G+B)/sqrt(6)等等。我們不也許通過(guò)優(yōu)化該算法來(lái)減少算法復(fù)雜度,但是我們可以從研究像素?cái)?shù)目N×M來(lái)獲得計(jì)算復(fù)雜度,其中(N,M)表達(dá)位圖辨別率。它在我計(jì)算機(jī)上執(zhí)行時(shí)間和此前算法相似,大概每秒35次轉(zhuǎn)換。3.結(jié)論數(shù)字圖像解決并不是簡(jiǎn)樸地將音頻信號(hào)解決規(guī)則轉(zhuǎn)換到二維空間中。圖像信號(hào)有其特有屬性,因而我們必要用特殊辦法來(lái)解決。例如,迅速傅里葉變換合用于音頻解決,但對(duì)圖像解決沒(méi)有用。相反地,在圖像解決中,能很容易地直接設(shè)計(jì)出數(shù)字濾波器,而不需要任何信號(hào)轉(zhuǎn)換。數(shù)字圖像解決已經(jīng)成為了當(dāng)代信號(hào)技術(shù)熱點(diǎn)領(lǐng)域。它應(yīng)用已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)簡(jiǎn)樸美學(xué)考慮,涵蓋了醫(yī)學(xué)影像、電視和多媒體信號(hào)、安全、便攜式數(shù)字設(shè)備、視頻壓縮,甚至數(shù)字電影等領(lǐng)域。我們已經(jīng)掌握了圖像解決中某些基本概念,但尚有諸多內(nèi)容有待進(jìn)一步挖掘。如果你剛開(kāi)始研究這個(gè)課題,我但愿本文能使你對(duì)其有所理解,并賦予你繼續(xù)研究下去動(dòng)力。第六課當(dāng)代通信技術(shù)課文A:藍(lán)牙藍(lán)牙無(wú)線技術(shù)是一種小范疇無(wú)線通信技術(shù),旨在保持高安全級(jí)基本上,在便攜式設(shè)備與固定設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)無(wú)線連接。藍(lán)牙技術(shù)核心特性是健壯、低功耗、低成本。藍(lán)牙規(guī)范定義了各種設(shè)備進(jìn)行互連通信統(tǒng)一構(gòu)造。藍(lán)牙技術(shù)已在全世界使用,因而在世界各地,任何一臺(tái)支持藍(lán)牙功能設(shè)備都可以和鄰近使用藍(lán)牙設(shè)備連接。支持藍(lán)牙電子設(shè)備通過(guò)小范疇對(duì)等網(wǎng)絡(luò),即所謂微微網(wǎng)實(shí)現(xiàn)無(wú)線連接與通信,在一種微微網(wǎng)中,每個(gè)設(shè)備能同步與其她7個(gè)設(shè)備實(shí)現(xiàn)通信。當(dāng)藍(lán)牙設(shè)備進(jìn)入或離開(kāi)無(wú)線鄰近范疇時(shí),微微網(wǎng)就自動(dòng)地動(dòng)態(tài)建立?；舅{(lán)牙無(wú)線技術(shù)具備同步進(jìn)行數(shù)據(jù)和聲音傳播能力。這使得顧客可以享有諸如免提語(yǔ)音通話、打印和傳真功能、同步掌上電腦、筆記本電腦和移動(dòng)電話等各種創(chuàng)新型應(yīng)用。核心系統(tǒng)藍(lán)牙規(guī)范將藍(lán)牙核心系統(tǒng)定義為一種普通服務(wù)層合同,這個(gè)服務(wù)層覆蓋了七層合同下四層。通用訪問(wèn)應(yīng)用(GAP)定義了服務(wù)發(fā)現(xiàn)層合同(SDP)和所需要通用合同子集。完整藍(lán)牙應(yīng)用需要藍(lán)牙規(guī)范中定義諸多附加服務(wù)和高層合同。最低三層有時(shí)構(gòu)成一種子系統(tǒng),即藍(lán)牙控制器。這是一種常用實(shí)行方式,涉及在藍(lán)牙控制器和涉及邏輯信道控制和適配合同、設(shè)備層和高層(所謂藍(lán)牙主機(jī))在內(nèi)其她藍(lán)牙系統(tǒng)之間原則物理接口通信。雖然該接口是可選,但構(gòu)造設(shè)計(jì)考慮了它意義及特性。藍(lán)牙規(guī)范通過(guò)定義對(duì)等層合同信息互換,保證獨(dú)立藍(lán)牙系統(tǒng)之間互通性,并通過(guò)定義藍(lán)牙控制器和藍(lán)牙主機(jī)間通用接口保證了獨(dú)立藍(lán)牙子系統(tǒng)互通性。這里列出了大量功能塊和功能塊間服務(wù)及數(shù)據(jù)途徑。圖表里顯示功能塊提供了大量信息,總體上藍(lán)牙規(guī)范除了在需要實(shí)現(xiàn)互通性地方外并沒(méi)有定義詳細(xì)實(shí)現(xiàn)。人們定義了設(shè)備間操作原則交互,用于設(shè)備間操作藍(lán)牙設(shè)備依照藍(lán)牙規(guī)范互換合同信令。藍(lán)牙核心系統(tǒng)合同涉及射頻(RF)合同、鏈路控制(LC)合同、連接管理(LM)合同、邏輯鏈路控制和適配合同(L2CAP),所有這些合同都是由藍(lán)牙規(guī)范定義。此外,SDP合同是所有藍(lán)牙應(yīng)用必備服務(wù)層合同。藍(lán)牙核心系統(tǒng)通過(guò)許多服務(wù)接入點(diǎn)提供服務(wù),如圖表中橢圓所示。這些服務(wù)由控制藍(lán)牙核心系統(tǒng)基本服務(wù)原語(yǔ)構(gòu)成。它們可分為三種類(lèi)型:其中設(shè)備控制服務(wù)用于改進(jìn)藍(lán)牙設(shè)備性能和模式;傳播控制設(shè)備則創(chuàng)立、修改和釋放(信道和鏈路上)承載業(yè)務(wù);數(shù)據(jù)服務(wù)則為基于承載業(yè)務(wù)傳播提供數(shù)據(jù)。普通以為前兩者屬于控制平面類(lèi),最后一項(xiàng)屬于顧客平面類(lèi)。藍(lán)牙控制器子系統(tǒng)服務(wù)接口定義為藍(lán)牙控制器原則構(gòu)成某些。在這種配備中,藍(lán)牙控制器對(duì)底下三層以及主系統(tǒng)中別的藍(lán)牙應(yīng)用L2CAP層進(jìn)行操作。此原則接口稱為主機(jī)到控制器接口(HCI),它實(shí)行與否是可選取。由于藍(lán)牙架構(gòu)是在獨(dú)立主機(jī)和