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摘要：随着社会的发展以及技术水平的提高，嵌入式计算机作为一种新兴的计算机系统，已被社会人士得到广泛的关注。目前，该系统已被广泛应用在工业控制系统、计算机设备以及智能化家电当中。本文主要分析了嵌入式计算机系统在自动化仪器仪表中的应用，以期促进仪器仪表行业得到更快更好的发展。
关键词：计算机；仪器；仪表
在新时代信息发展的今天，信息化、智能化、数字化得到了较快的发展，这极大的推动了我国科技与经济的发展。在计算机领域，自动化仪器仪表的主要功能是为了对社会中各个物质进行测量，它是信息发展的源头，是整个社会发展的重要手段。在自动化仪器仪表中，嵌入式计算机作为一种新兴的高级系统，已逐渐被业界人士广泛关注，通过相关研究，已将其运用在日常生活中，并为自动化仪器仪表提供了良好的条件，促使仪器仪表行业向更好的方向发展。
一、高级嵌入式计算机系统的应用为仪器仪表行业发展提供了广阔的前景
（一）嵌入式计算机系统分类。
嵌入式计算机系统主要是通过计算机技术为主要内容，适应硬件软件系统，并且需要该系统的功能、体积、能耗、成本等各个方面都达到一定的要求，该系统是一款专用性很强的计算机系统。近年来，嵌入式计算机系统越来越发达，通过分析，我们可将其分为以下几种类型：1）基于单片机的MCU系统。这种系统中主要是采用8位或者16位的处理器进行的，该系统的优点是具有高集成度，并且具有良好的控制功能；缺点是容量小，存储空间有效，功能不能够达到理想的效果。2）工业化单板机（PC104）。该系统的优点是：功能极为强大，并且机器小、能耗低、安全可靠；其缺点是：不够灵活，只能够选择一些板卡级硬件进行裁剪。3）MPU或者DSP系统。这种系统主要是采用32位的处理器进行运作，它能够根据规定或要求对硬件进行裁剪，不会受到其他因素的限制，这种嵌入式计算机系统拥有一个巨大的软件平台，专用性极强。
（二）嵌入式计算机系统前景广阔。
在实际工作中，我们可以根据自动化仪器仪表的特殊要求，将硬件进行合理的裁剪，使系统微型化，并能够有效的实现高集成度，此时的自动化仪器仪表就能够越来越智能化，它可以对外界物质的空间特性进行科学的测量，能够有效的对电路补偿，有利于对获取的信息进行科学的处理，能够自我诊断故障并维修，还能够自我学习，适应能力极强。在利用嵌入式计算机系统的过程中，有利于帮助自动化仪器仪表完成远程控制、探测、维护、处理等功能，这些都是过去仪器仪表中不能够完成的。总而言之，嵌入式计算机系统的诞生与应用，为自动化仪器仪表的发展提供了有利的依据。
二、软硬件协同设计是自动化仪表设计的新模式
（一）传统仪器仪表设计的弊端难以满足市场发展需要。
过去，我们在对仪器仪表进行设计的过程中，工序极为复杂，其主要流程是：首先需要对计算机系统的硬件进行设计；其次应该对系统的软件进行设计；最后还需要对整个系统的集成度进行全面的测试。在设计过程中，设计师如果发现计算机的硬件出现错误或者整个系统出现各种缺陷问题，要想在此基础上更正是不大实际的，往往需要设计人员对整个系统进行重新设计，这样也就不仅延长了系统开发的周期，增加了经济成本，还不能够满足社会发展的需求，不能为市场提供良好的产品。
（二）嵌入式系统的开发复合自动化仪器仪表的设计发展。
在嵌入式系统的研究开发中，人们认识到软件与硬件的开发不应是独立的、分离的，而应是协同的、一致的。即在软件和硬件实现之前，对软硬件所实现的功能进行划分，以便产生一个最佳的分解方案，同时在硬件开发之前，应对包含软件、硬件的嵌入式系统所实现的功能进行验证，以确保系统的实现与最初的功能规格说明相一致。这就是一种新的设计模式—软硬件协同设计（CoDesign）。这种思想对于自动化仪表的设计是很有借鉴意义的。软硬件协同设计可分为四个阶段：系统功能描述和划分阶段，软硬件设计阶段，协同模拟阶段，软硬件综合阶段。
1.软硬件综合。
模拟通过后进行软硬件综合，最后完成整个系统的设计。硬件构件的综合可由硬件高层综合、逻辑综合、版图综合等几个不同阶段构成。软件构件的综合包括软件高级综合、编译、汇编等几个阶段。采用这种新的设计思想，不仅能够降低设计成本，缩短设计周期，而且避免了重复设计，提高了设计的合理性和成功率。
2.软硬件功能分解。
在系统功能描述的基础上，根据设计目标和约束条件进一步对系统进行分解，划分软硬件部分，使系统设计能够并行进行，使系统方案接近最优。
3.系统协同模拟。
软硬件设计完毕，通过通信和同步机制对整个系统综合模拟验证，及时发现并修正系统设计偏差。
4.系统功能描述和划分。
在设计的初期就对系统的功能和性能进行验证，采用和实现无关的语言描述系统的功能，可以采用VHDL作为算法级的描述语言，也可以通过对C语言进行必要的修改与扩充作为行为级的描述语言，以便对系统功能进行模拟验证。
三、高性能嵌入式处理器是新型自动化仪表的核心
（一）高性能嵌入式系统使新型仪器高性能成为可能。
目前的自动化仪表大多采用8位或者16位的微控制器（单片机），虽然在一定程度上做到了智能化，但是随着需要实现的功能越来越多，越来越复杂，已经有些力不从心。同时，微电子技术、芯片技术、集成电路工艺的飞速发展，使得高性能的嵌入式处理器的价格、体积、功耗都不断降低，新型仪器中使用高性能的嵌入处理器已成为可能。嵌入式DSP处理器系统结构和指令进行了特殊设计，适合于执行DSP算法，编译效率较高，指令执行速度也较快。在数字滤波、FFT、谱分析等方面具有突出的优势，比较有代表性的产品是TI的TMS320系列和Motorola的DSP56000系列。为了满足各种不同应用的需求，CPU生产商还提供了专用的集成化处理器。以32位处理器为内核，处理器中还集成了许多外围的功能。如Motorola68360是一个32位内核（CPU32+）的集成通信用CPU，它最大的特点是集成了一个通信系统，内含4路同步协议的协议通道，可以支持HDLC、T1/E1、ISDN等通信协议。ARM系列的微处理器种类更多，有专用于网络的，专用于通信的，集成DSP协处理器的，还有支持Java的等等。
（二）嵌入式实时操作系统RTOS使自动化仪表产生质的飞跃。
自动化仪表不一定需要实时操作系统，而且在以往的仪器仪表中由于处理器功能、存储器容量等限制，实时操作系统也难以实现应用。随着仪器仪表硬件功能的增强，成本的降低，功能要求的增加和复杂化，需要实时操作系统对多个任务进行合理协调调度，管理系统资源的要求越来越迫切。
四、结束语
由上可知，嵌入式计算机系统是当前社会中应用最为广泛的一种设备，它的诞生与发展促进了仪器仪表行业的快速发展，并且在国际上掀起了一股研究嵌入式计算机系统的热潮。在利用嵌入式计算机系统的过程中，我们需要运用先进的设计模式，并选用一种高性价比处理器系统，然后在现代化发展的驱使下，使仪器仪表行业走向智能化、信息化、网络化，有利于该行业更快更好的发展。
关键词：计算机；仪器；仪表
在新时代信息发展的今天，信息化、智能化、数字化得到了较快的发展，这极大的推动了我国科技与经济的发展。在计算机领域，自动化仪器仪表的主要功能是为了对社会中各个物质进行测量，它是信息发展的源头，是整个社会发展的重要手段。在自动化仪器仪表中，嵌入式计算机作为一种新兴的高级系统，已逐渐被业界人士广泛关注，通过相关研究，已将其运用在日常生活中，并为自动化仪器仪表提供了良好的条件，促使仪器仪表行业向更好的方向发展。
一、高级嵌入式计算机系统的应用为仪器仪表行业发展提供了广阔的前景
（一）嵌入式计算机系统分类。
嵌入式计算机系统主要是通过计算机技术为主要内容，适应硬件软件系统，并且需要该系统的功能、体积、能耗、成本等各个方面都达到一定的要求，该系统是一款专用性很强的计算机系统。近年来，嵌入式计算机系统越来越发达，通过分析，我们可将其分为以下几种类型：1）基于单片机的MCU系统。这种系统中主要是采用8位或者16位的处理器进行的，该系统的优点是具有高集成度，并且具有良好的控制功能；缺点是容量小，存储空间有效，功能不能够达到理想的效果。2）工业化单板机（PC104）。该系统的优点是：功能极为强大，并且机器小、能耗低、安全可靠；其缺点是：不够灵活，只能够选择一些板卡级硬件进行裁剪。3）MPU或者DSP系统。这种系统主要是采用32位的处理器进行运作，它能够根据规定或要求对硬件进行裁剪，不会受到其他因素的限制，这种嵌入式计算机系统拥有一个巨大的软件平台，专用性极强。
（二）嵌入式计算机系统前景广阔。
在实际工作中，我们可以根据自动化仪器仪表的特殊要求，将硬件进行合理的裁剪，使系统微型化，并能够有效的实现高集成度，此时的自动化仪器仪表就能够越来越智能化，它可以对外界物质的空间特性进行科学的测量，能够有效的对电路补偿，有利于对获取的信息进行科学的处理，能够自我诊断故障并维修，还能够自我学习，适应能力极强。在利用嵌入式计算机系统的过程中，有利于帮助自动化仪器仪表完成远程控制、探测、维护、处理等功能，这些都是过去仪器仪表中不能够完成的。总而言之，嵌入式计算机系统的诞生与应用，为自动化仪器仪表的发展提供了有利的依据。
二、软硬件协同设计是自动化仪表设计的新模式
（一）传统仪器仪表设计的弊端难以满足市场发展需要。
过去，我们在对仪器仪表进行设计的过程中，工序极为复杂，其主要流程是：首先需要对计算机系统的硬件进行设计；其次应该对系统的软件进行设计；最后还需要对整个系统的集成度进行全面的测试。在设计过程中，设计师如果发现计算机的硬件出现错误或者整个系统出现各种缺陷问题，要想在此基础上更正是不大实际的，往往需要设计人员对整个系统进行重新设计，这样也就不仅延长了系统开发的周期，增加了经济成本，还不能够满足社会发展的需求，不能为市场提供良好的产品。
（二）嵌入式系统的开发复合自动化仪器仪表的设计发展。
在嵌入式系统的研究开发中，人们认识到软件与硬件的开发不应是独立的、分离的，而应是协同的、一致的。即在软件和硬件实现之前，对软硬件所实现的功能进行划分，以便产生一个最佳的分解方案，同时在硬件开发之前，应对包含软件、硬件的嵌入式系统所实现的功能进行验证，以确保系统的实现与最初的功能规格说明相一致。这就是一种新的设计模式—软硬件协同设计（CoDesign）。这种思想对于自动化仪表的设计是很有借鉴意义的。软硬件协同设计可分为四个阶段：系统功能描述和划分阶段，软硬件设计阶段，协同模拟阶段，软硬件综合阶段。
1.软硬件综合。
模拟通过后进行软硬件综合，最后完成整个系统的设计。硬件构件的综合可由硬件高层综合、逻辑综合、版图综合等几个不同阶段构成。软件构件的综合包括软件高级综合、编译、汇编等几个阶段。采用这种新的设计思想，不仅能够降低设计成本，缩短设计周期，而且避免了重复设计，提高了设计的合理性和成功率。
2.软硬件功能分解。
在系统功能描述的基础上，根据设计目标和约束条件进一步对系统进行分解，划分软硬件部分，使系统设计能够并行进行，使系统方案接近最优。
3.系统协同模拟。
软硬件设计完毕，通过通信和同步机制对整个系统综合模拟验证，及时发现并修正系统设计偏差。
4.系统功能描述和划分。
在设计的初期就对系统的功能和性能进行验证，采用和实现无关的语言描述系统的功能，可以采用VHDL作为算法级的描述语言，也可以通过对C语言进行必要的修改与扩充作为行为级的描述语言，以便对系统功能进行模拟验证。
三、高性能嵌入式处理器是新型自动化仪表的核心
（一）高性能嵌入式系统使新型仪器高性能成为可能。
目前的自动化仪表大多采用8位或者16位的微控制器（单片机），虽然在一定程度上做到了智能化，但是随着需要实现的功能越来越多，越来越复杂，已经有些力不从心。同时，微电子技术、芯片技术、集成电路工艺的飞速发展，使得高性能的嵌入式处理器的价格、体积、功耗都不断降低，新型仪器中使用高性能的嵌入处理器已成为可能。嵌入式DSP处理器系统结构和指令进行了特殊设计，适合于执行DSP算法，编译效率较高，指令执行速度也较快。在数字滤波、FFT、谱分析等方面具有突出的优势，比较有代表性的产品是TI的TMS320系列和Motorola的DSP56000系列。为了满足各种不同应用的需求，CPU生产商还提供了专用的集成化处理器。以32位处理器为内核，处理器中还集成了许多外围的功能。如Motorola68360是一个32位内核（CPU32+）的集成通信用CPU，它最大的特点是集成了一个通信系统，内含4路同步协议的协议通道，可以支持HDLC、T1/E1、ISDN等通信协议。ARM系列的微处理器种类更多，有专用于网络的，专用于通信的，集成DSP协处理器的，还有支持Java的等等。
（二）嵌入式实时操作系统RTOS使自动化仪表产生质的飞跃。
自动化仪表不一定需要实时操作系统，而且在以往的仪器仪表中由于处理器功能、存储器容量等限制，实时操作系统也难以实现应用。随着仪器仪表硬件功能的增强，成本的降低，功能要求的增加和复杂化，需要实时操作系统对多个任务进行合理协调调度，管理系统资源的要求越来越迫切。
四、结束语
由上可知，嵌入式计算机系统是当前社会中应用最为广泛的一种设备，它的诞生与发展促进了仪器仪表行业的快速发展，并且在国际上掀起了一股研究嵌入式计算机系统的热潮。在利用嵌入式计算机系统的过程中，我们需要运用先进的设计模式，并选用一种高性价比处理器系统，然后在现代化发展的驱使下，使仪器仪表行业走向智能化、信息化、网络化，有利于该行业更快更好的发展。