隨著縫制設備生產(chǎn)企業(yè)的技術升級，綜合使用嵌入式系統(tǒng)技術、運動控制技術以及機電一體化技術的智能縫制設備已成為發(fā)展重點。該類設備均采用了以嵌入式軟硬件技術為主、集光機電氣控制技術為一體的智能控制系統(tǒng)，具有操作簡單的特點，能高效、精密地完成復雜的縫制任務。由于嵌入式系統(tǒng)是知識產(chǎn)權的核心，也是傳統(tǒng)縫制設備信息化的改造關鍵。故對基于WINDOWS CE(簡稱為WINCE)的智能縫制設備嵌入實時操作系統(tǒng)的定制與實現(xiàn)進行研究。

1 縫制設備嵌入式系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

該類控制系統(tǒng)主要面向花樣機、開袋機等需要圖形操作界面的中高端縫制設備，能根據(jù)用戶預先編制好的縫制數(shù)據(jù)自動控制機電部件完成縫制任務。與低端設備的單CPU控制模式相比，該類系統(tǒng)采用多CPU并存的主從分布式結(jié)構(gòu)。嵌入式系統(tǒng)采用主控系統(tǒng)+運動控制子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，如圖1。

基于功能的系統(tǒng)層次劃分使各子系統(tǒng)可分別采用滿足其自身需求的專用軟硬件，既簡化設計又保證性能。例如主控系統(tǒng)用于處理圖像顯示、文件管理、任務調(diào)度等，可采用較為通用的嵌入式軟硬件；而運動控制子系統(tǒng)主要是接收數(shù)據(jù)并實時控制機電部件，因此需要采用專業(yè)化運動控制件及相關軟硬件技術。基于該體系結(jié)構(gòu)的縫制設備嵌入式系統(tǒng)主要具有4個特點：1)主系統(tǒng)可采用X86、ARM等高性能嵌入處理器，運動控制子系統(tǒng)采用專用控制芯片，如FPGA、CPLD等；2)主、從系統(tǒng)通過通信接口實時通信，協(xié)同完成縫制任務；3)主系統(tǒng)采用嵌入實時操作系統(tǒng)作為基礎軟件平臺；4)主系統(tǒng)支持網(wǎng)絡化、圖形化數(shù)據(jù)加載與縫制任務管理等。

由于運動控制系統(tǒng)主要解決基于專業(yè)硬件的多維高速插補運動及相關控制問題，與主控系統(tǒng)松散耦合。因此，主要研究主控系統(tǒng)嵌入實時軟件平臺的定制、擴展及其優(yōu)化技術等。

2 串縫制設備嵌入式系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

智能縫制設備的嵌入式系統(tǒng)除了體積小、資源受限等特點外，還需要滿足快速啟動、圖形界面、實時控制、特殊設備驅(qū)動等要求。綜合考慮系統(tǒng)的功能、研發(fā)成本及自主技術等因素，系統(tǒng)基礎軟件選擇WINCE操作系統(tǒng)。

2.1 WINCE定制與優(yōu)化

1)內(nèi)核裁減。WINCE的內(nèi)核定制可以通過Platform Builder(以下簡稱PB)工具來完成。PB具有成熟的集成開發(fā)環(huán)境，包括一系列開發(fā)工具、上下文菜單、工具欄和快捷鍵。通過PB可以根據(jù)不同的硬件配置、不同的應用場合來定制、剪裁WINCE.net操作系統(tǒng)，最終生成操作系統(tǒng)內(nèi)核鏡像文件。因此，內(nèi)核裁減的主要工作在于確定應用需求，并完成應用需求與內(nèi)核選項的映射。根據(jù)縫制設備嵌入式系統(tǒng)的圖形化啟動、模塊實時加載、網(wǎng)絡化支持、串口通信、文件存儲與管理等功能，在裁減過程中需要支持核心運行庫支持，C Librariesand Runtimes；顯示驅(qū)動支持，Geode／MediaGX；標準輸入設備(鼠標鍵盤等)支持，Input Devices；USB總線支持，USB Host；文件系統(tǒng)支持，F(xiàn)at filesystem；串行通信支持，Serial等選項，并對其相關子項進行細化。在裁減內(nèi)核的基礎上，通過對相關庫文件的裁減也可以減少系統(tǒng)所需存儲空間。另外，通過精簡、優(yōu)化系統(tǒng)，定制后系統(tǒng)的啟動時間也從通用WINCE系統(tǒng)的90多秒縮短到20秒左右(硬件平臺為500MHzCPU、128MB內(nèi)存的PC104板時，約需30s)。

2)功能擴展?？p制設備集光機電氣等多種技術于一體，外圍I／O設備種類豐富，因此擴展操作系統(tǒng)內(nèi)核實現(xiàn)對非通用硬件的驅(qū)動非常重要。目前，主要采用內(nèi)核模式和模塊模式方式來擴展操作系統(tǒng)。為提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，采用內(nèi)核方式支持擴展設備。在內(nèi)核模式下，每次添加新的軟件功能時均要求開發(fā)人員修改操作系統(tǒng)源碼并重新編譯、生成新的內(nèi)核。在核心態(tài)模塊中，依照WINCE系統(tǒng)的驅(qū)動模型，開發(fā)人員通過編程可以完成對特定設備I／O、中斷、時鐘等的驅(qū)動。實際應用證明，基于該方式的WINCE內(nèi)核功能擴展非常有效。

2.2 圖形化應用平臺開發(fā)

圖形化應用平臺基于eMbedded Visual C++4.0開發(fā)，為滿足輕量級、高可靠、可配置等要求，采用WIN32API組件開發(fā)，可在占用最少資源的情況下達到最大效率。在開發(fā)中運用動態(tài)鏈接庫的方式，預留對擴展功能的支持，實現(xiàn)了直觀、友好、易操作的圖形應用界面。

2.3 基于CF卡的嵌入式系統(tǒng)平臺構(gòu)建

在完成操作系統(tǒng)定制及優(yōu)化的基礎上，需要對嵌入式軟硬件進行整合。通過以下步驟完成所定制嵌入式軟件系統(tǒng)在目標嵌入式硬件平臺的部署：1)創(chuàng)建文件系統(tǒng)；2)部署定制的嵌入實時操作系統(tǒng)；3)安裝啟動裝載程序；4)修改啟動配置文件。完成后的CF卡文件目錄如圖2。

3 結(jié)束語

所形成的嵌入式軟件平臺現(xiàn)已在新型智能縫制設備嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品SKS-A20801中得到應用，證明該方法的技術路線可行。下一步，將結(jié)合嵌入式軟構(gòu)件等技術，開展可定制嵌入式軟件技術研究，形成滿足特定領域系列化產(chǎn)品需求的可定制嵌入式軟件平臺。