一种多核网络型嵌入式系统架构的实现方法技术方案

一种多核网络型嵌入式系统架构的实现方法，系统全部由模块构成，其中包括一个主机模块和若干个从机模块。主机及从机模块都各自配备CPU，主机模块通过串口UART与从机模块连接并可与每个从机模块独立进行通讯。从机模块是主机模块的周边设备，提供诸如数据采集、数据存储、设备控制、远程通信、人机交互等功能，协助主机实现应用功能。主机及从机模块共同构成一个多核的、主从网络型的嵌入式系统。这种系统架构具有软硬件解耦、多任务解耦、模块可复用、可扩展性强等优点，简化了应用开发，可有效降低电子产品的总拥有成本，可快速开发电子产品原型机。品原型机。品原型机。

【技术实现步骤摘要】
一种多核网络型嵌入式系统架构的实现方法


[0001]本专利技术涉及嵌入式系统设计领域，尤其涉及微控制器（MCU）应用系统的设计。

技术介绍

[0002]随着物联网的兴起、工业4.0时代的到来，嵌入式系统（尤其是MCU）的应用出现了快速增长。但同时物联网应用的碎片化问题也显得日益突出，其主要表现在：行业和领域多样性、终端设备众多、类型和功能千差万别、性能差别非常大等等。碎片化问题不仅造成开发难，而且还造成“少量多样”(即产品种类多而每种产品用量少，单品生产成本高)的商业短板，影响了企业投入的积极性。碎片化问题已经成为制约物联网发展的主要原因。
[0003]传统的嵌入式系统架构采用以CPU为中心、周边设备一体化集中管理的方式。四十多年来都是如此，没有什么改变。周边设备基本不配备CPU，系统CPU与周边设备的连接方式是多样化的。这种集中计算方式具有结构紧凑、节省资源的优点，但同时也存在软硬件耦合、多任务耦合且竞争抢占共享资源等问题。这对开发人员提出了更高的要求，往往要求开发人员既要精通硬件也要精通软件，产品研发与维护成本居高不下。这种架构对于解决物联网应用碎片化难题显得无能为力。
[0004]因此，对传统嵌入式系统架构进行改革，以克服开发效率低、生产及维护成本高的缺点，达到降本增效的目的，促进物联网发展，是时代发展提出的要求。
[0005]有鉴于此，本专利技术提出了一种新型的嵌入式系统架构方法，可以很好地解决上述问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术提出一种多核的、主从网络型的嵌入式系统架构的实现方法，以实现降低电子产品总拥有成本、快速开发电子产品原型机的目的。
[0007]本专利技术的技术方案如下：1.一种多核网络型嵌入式系统架构的实现方法，系统全部由模块构成，其中包括一个主机模块和若干个从机模块；2.主机模块负责运行应用程序。主机模块配备CPU以及足够数量的串口UART；3.从机模块是主机模块的周边设备，协助主机模块实现系统应用功能。周边设备是指为主机模块提供诸如数据采集、数据存储、设备控制、远程通信、人机交互等功能的设备总称。从机模块配备CPU以及 串口UART；4.主机模块与从机模块通过串口UART连接，主机模块可与每个从机模块通过串口UART独立进行通讯。本专利技术所指的串口UART，是指采用UART通讯协议的异步串行通讯口。UART即通用异步收发器，全称为Universal Asynchronous Receiver/Transmitter。采用UART通讯协议的物理（电气）接口有TTL电平接口、RS
‑
232、RS
‑
485、RS
‑
422等；由此，主机模块和所有从机模块共同构成一个多核的、主从网络型的嵌入式系统。
[0008] 本专利技术的有益效果：
1、平台解耦从机模块提供的硬件抽象层（简写为HAL）代码，只是一些互相交换数据的通讯函数，与主机模块采用的软件平台（如RTOS）无关。主、从机模块之间连接仅为同一类接口。因此，无论是软件还是硬件，从机模块实现了平台解耦。也就是说，从机模块可以独立于主机模块而进行独立设计及生产。这使得从机模块具有可复用性，做到“一次开发，到处使用”，成为一种可大批量生产的产品，从而降低了生产成本。这为物联网“少量多样”问题提供了一种可行的解决方案；2、多任务解耦每个从机模块的CPU承担了其作为周边设备的程序任务，这不但分担了主机模块CPU的部分工作，而且还避免了系统多个任务之间抢占主机模块内核资源的复杂局面出现，简化了主机模块CPU的任务调度管理，从而实现了系统多任务之间的软件解耦；3、软硬件解耦本专利技术的实质就是把传统一体化集中管理式系统架构中的周边设备，分拆成许多不同功能的、被赋予智能化的“小模块”，进行独立设计、制造并加以标准化接口封装。这与芯片行业的chiplet技术类似。应用开发者通过选用现成的模块进行组装（就像PC机DIY一样），无须自己开发硬件，无须了解硬件底层的实现细节，只须通过调用从机模块的HAL代码编写用户程序就可以了，这就实现了软硬件解耦（分离），极大简化了应用开发工作，使不懂硬件的工程师也可轻松上手做应用。这体现了社会化分工，专业的人做专业的事，使整体效率获得了极大的提升；4、可扩展性强每添加一个从机模块，整个系统的事务处理能力（因为增加了CPU）和程序存储空间、内存容量都同步增加，因此系统的可扩展性非常强大。不仅如此，由于实现多任务解耦，应用程序的复杂性并没有显著增加；5、降低总拥有成本本专利技术能够实用化的一个重要因素是得益于大量物美价廉的微控制器（MCU）的出现。绝大部分的从机模块采用价格2~5元的MCU就够用了，因此不会造成材料成本的大幅增加；一个电子产品在其生命周期内的总拥有成本主要由材料成本、开发成本、制造成本、维护成本组成。前面说到，本专利技术使从机模块变成了一种可独立制造、可复用的大批量生产的产品，其原材料的批量采购将显著降低材料成本。不仅如此，单品分摊的开发费、制作费、维护费也将显著降低；实际上，本专利技术的策略就是牺牲小部分材料成本换取开发、调试、生产、维护等成本的全面降低，从而大幅降低产品的总拥有成本；6、提供了一个优秀的创客硬件教育及电子原型机开发平台本专利技术可大大降低电子产品原型机的开发成本、缩短开发时间，这有益于企业降低开发新产品的试错成本、缩短新品上市周期以抢占市场先机。
[0009]同时，本专利技术还可提供一个优秀的创客硬件教育平台。作为创客硬件教育平台，即插即用、软硬件设计的便捷性是基本要求，本专利技术具备了这些特点。
[0010]与国际知名的创客硬件教育与原型机开发平台Arduino相比，本专利技术具有4个优
势：
①
硬件接口单一。本专利技术统一采用串口UART。而Arduino接口类型繁多，而且常常需要跳线，显得杂乱；
②
软件复杂性更小。软件的复杂性主要来源有两个，即代码的含义模糊和互相依赖。首先，本专利技术采用网络式设计，对话式的代码风格更易于表达和理解，且仅对数据操作，与硬件操作技术细节无关。其次，由于实现多任务解耦，消减了各个任务（模块）之间的相互依赖。而基于传统一体化集中管理式系统架构的Arduino并不具备这些特点。
③
可扩展性强。参见上文第5点。
④
与企业应用无缝对接。本专利技术虽专为企业应用设计，但因具备上手简单快速的特点，非常适合初学者学习。学员经过前期学习后便可将本专利技术直接用于企业应用设计。而Arduino设计初衷是专门为硬件教育设计，学员若要转向企业应用或专业级设计，需要进一步的学习。
附图说明
[0011]图1传统的一体化集中管理式嵌入式系统架构示意图。
[0012]图2传统的一体化集中管理式嵌入式系统架构软硬件分层示意图。
[0013]图3本专利技术的多核网络型嵌入式系统架构示意图（注：本图为摘要附图）。
[0014]图4本专利技术的多核网络型嵌入式系统架构软硬件分层示意图。
[0015]图5本专利技术的总线型链路多核网络型嵌入式系统架本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多核网络型嵌入式系统架构的实现方法，其特征在于：系统全部由模块构成，其中包括一个主机模块和若干个从机模块；主机模块负责应用程序运行，主机模块配备CPU以及足够数量的串口UART；从机模块是主机模块的周边设备，协助主机模块实现系统应用功能；从机模块配备CPU以及串口UART；主机模块与从机模块通过串口UART连接，主机模块可与每个从机模块通过串口UART独立进行通讯。2....

【专利技术属性】
技术研发人员：林雨翔，林添孝，
申请(专利权)人：林添孝，
类型：发明
国别省市：