論DCS集散控制系統(tǒng)產(chǎn)品開發(fā)

1、淺談DCS集散操縱系統(tǒng)產(chǎn)品開發(fā)（三）2006-4-8 14:12:00 五、DCS向FCS系統(tǒng)的過渡及其進(jìn)展方向前面我們介紹了，今后DCS系統(tǒng)的進(jìn)展必將是以在DCS的基礎(chǔ)上進(jìn)展起來的FCS替代現(xiàn)在的DCS，因?yàn)镕CS順應(yīng)了自動(dòng)操縱系統(tǒng)的進(jìn)展潮流。為了今后的開發(fā)工作不迷失方向，我們有必要了解FCS的要緊構(gòu)成、現(xiàn)狀和以后的進(jìn)展方向，應(yīng)該講，今天我們討論的DCS應(yīng)該是今后的FCS：1七十年代往常，操縱系統(tǒng)中采納模擬量對(duì)傳輸及操縱信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換、傳遞，其精度差、受干擾信號(hào)阻礙大，因而整個(gè)操縱系統(tǒng)的操縱效果及系統(tǒng)穩(wěn)定性都專門差。七十年代末，隨著大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，微處理器技術(shù)得到專門大進(jìn)展。微處理器功能

2、強(qiáng)、體積小、可靠性高、通過適當(dāng)?shù)慕涌陔娐酚糜诓倏v系統(tǒng)，操縱效果得到提高；然而盡管如此，依舊屬于集中式操縱系統(tǒng)。隨著過程操縱技術(shù)、自動(dòng)化儀表技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的成熟和進(jìn)展，操縱領(lǐng)域又發(fā)生了一次技術(shù)變革。這次變革使傳統(tǒng)的操縱系統(tǒng)（如集散操縱系統(tǒng)）不管在結(jié)構(gòu)上依舊在性能上都發(fā)生了巨大的飛躍，這次變革的基礎(chǔ)確實(shí)是現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的產(chǎn)生。2現(xiàn)場(chǎng)總線是連接現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備和自動(dòng)化操縱設(shè)備的雙向串行、數(shù)字式、多節(jié)點(diǎn)通信網(wǎng)絡(luò)，它也被稱為現(xiàn)場(chǎng)底層設(shè)備操縱網(wǎng)絡(luò)（INFRANET）。80年代以來，各種現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)開始出現(xiàn)，人們要求對(duì)傳統(tǒng)的模擬儀表和操縱系統(tǒng)變革的呼聲也越來越高，從而使現(xiàn)場(chǎng)總線成為一次世界性的技術(shù)變革浪潮。

3、美國儀表協(xié)會(huì)(ISA)于1984年開始制訂現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，在歐洲有德國的PROFIBUS和法國的FIP等，各種現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)陸續(xù)形成。其中要緊的有：基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線FF（Foundation Fieldbus）、操縱局域網(wǎng)絡(luò)CAN（Controller Area Network）、局部操作網(wǎng)絡(luò)LonWorks（Local Operating Network）、過程現(xiàn)場(chǎng)總線PROFIBUS（Process Field Bus）和HART協(xié)議(Highway Addressable Remote Transducer)等。然而，總線標(biāo)準(zhǔn)的制定工作并非一帆風(fēng)順，由于行業(yè)與地域進(jìn)展等歷史緣故，加上各公司和企

4、業(yè)集團(tuán)受自身利益的驅(qū)使，致使現(xiàn)場(chǎng)總線的國際化標(biāo)準(zhǔn)工作進(jìn)展緩慢。然而不論如何，制定單一的開放國際現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)是進(jìn)展的必定。3當(dāng)前流行的幾類現(xiàn)場(chǎng)總線（1）基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線FF 基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線FF是在過程自動(dòng)化領(lǐng)域得到廣泛支持和具有良好進(jìn)展前景的一種技術(shù)。其前身是以美國Fisher Rosemount公司為首，聯(lián)合Foxboro、橫河、ABB、西門子等80家公司制定的ISP協(xié)議和以Honeywell公司為首，聯(lián)合歐洲等地150家公司制定的World FIP協(xié)議。這兩大集團(tuán)于1994年9月合并，成立了現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)，致力于開發(fā)出國際上統(tǒng)一的現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議。 基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線分為H1和高速H2兩種通信速率。H

5、1的傳輸速率為31.25Kbps，通信距離可達(dá)1.9km，可支持總線供電和本質(zhì)安全防暴環(huán)境。H2的傳輸速率可為1Mbps和2.5Mbps兩種，通信距離為750m和500m。物理傳輸介質(zhì)可為雙絞線、光纜和無線，其傳輸信號(hào)采納曼切斯特編碼?；饡?huì)現(xiàn)場(chǎng)總線以ISO/OSI開放系統(tǒng)互連模型為基礎(chǔ)，取其物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層為FF通信模型的相應(yīng)層次，并在應(yīng)用層上增加了用戶層。用戶層要緊針對(duì)自動(dòng)化測(cè)控應(yīng)用的需要，定義了信息存取的統(tǒng)一規(guī)則，采納設(shè)備描述語言規(guī)定了通用的功能塊集。FF總線包括FF通信協(xié)議、ISO模型中的27層通信協(xié)議的通棧、用于描述設(shè)備特性及操作接口的DDL設(shè)備描述語言、設(shè)備描述字典，用于

6、實(shí)現(xiàn)測(cè)量、操縱、工程量轉(zhuǎn)換的應(yīng)用功能塊，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)組態(tài)治理功能的系統(tǒng)軟件技術(shù)以及構(gòu)筑集成自動(dòng)化系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的系統(tǒng)集成技術(shù)。（2）CAN總線 CAN總線最早是由德國Bosch公司推出，用于汽車內(nèi)部測(cè)量與執(zhí)行部件之間的數(shù)據(jù)通信協(xié)議。其總線規(guī)范已被ISO國際標(biāo)準(zhǔn)組織制定為國際標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)廣泛應(yīng)用于離散操縱領(lǐng)域。它也是基于OSI模型，但進(jìn)行了優(yōu)化，采納了其中的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層，提高了實(shí)時(shí)性。其節(jié)點(diǎn)有優(yōu)先級(jí)設(shè)定，支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)、廣播模式通信。各節(jié)點(diǎn)可隨時(shí)發(fā)送消息。傳輸介質(zhì)為雙絞線，通信速率與總線長(zhǎng)度有關(guān)。CAN總線采納短消息報(bào)文，每一幀有效字節(jié)數(shù)為8個(gè)；當(dāng)節(jié)點(diǎn)出錯(cuò)時(shí)，可自動(dòng)關(guān)閉，抗干擾能

7、力強(qiáng)，可靠性高。（3）LonWorks總線 LonWorks技術(shù)是美國ECHELON公司開發(fā)，并與Motorola和東芝公司共同倡導(dǎo)的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)。它采納了OSI參考模型全部的七層協(xié)議結(jié)構(gòu)。LonWorks技術(shù)的核心是具備通信和操縱功能的Neuron芯片。Neuron芯片實(shí)現(xiàn)完整的LonWorks的LonTalk通信協(xié)議。其上集成有三個(gè)8位CPU。一個(gè)CPU完成OSI模型第一和第二層的功能，稱為介質(zhì)訪問處理器。一個(gè)CPU是應(yīng)用處理器，運(yùn)行操作系統(tǒng)與用戶代碼。還有一個(gè)CPU為網(wǎng)絡(luò)處理器，作為前兩者的中介，它進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)變量尋址、更新、路徑選擇、網(wǎng)絡(luò)通信治理等。由神經(jīng)芯片構(gòu)成的節(jié)點(diǎn)之間能夠進(jìn)行對(duì)等通信

8、。LonWorks支持多種物理介質(zhì)并支持多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，組網(wǎng)方式靈活，其IS-78本安物理通道使得它能夠應(yīng)用于危險(xiǎn)區(qū)域。LonWorks應(yīng)用范圍要緊包括樓宇自動(dòng)化、工業(yè)操縱等，在組建分布式監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)方面有較優(yōu)越的性能。（4）PROFIBUS總線PROFIBUS是符合德國國家標(biāo)準(zhǔn)DIN19245和歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50179的現(xiàn)場(chǎng)總線，包括 PROFIBUS-DP、PROFIBUS-FMS、PROFIBUS-PA三部分。它也只采納了OSI模型的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層。PROFIBUS支持主從方式、純主方式、多主多從通信方式。主站對(duì)總線具有操縱權(quán)，主站間通過傳遞令牌來傳遞對(duì)總線的操縱權(quán)。取得操縱權(quán)的主站

9、，可向從站發(fā)送、獵取信息。PROFIBUS-DP用于分散外設(shè)間的高速數(shù)據(jù)傳輸，適合于加工自動(dòng)化領(lǐng)域。FMS型適用于紡織、樓宇自動(dòng)化、可編程操縱器、低壓開關(guān)等。而PA型則是用于過程自動(dòng)化的總線類型。（5）HART總線 HART協(xié)議是由Rosemount公司于1986年提出的通信協(xié)議。它是用于現(xiàn)場(chǎng)智能儀表和操縱室設(shè)備間通信的一種協(xié)議。它包括ISO/OSI模型的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。HART通信能夠有點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或多點(diǎn)連接模式。這種協(xié)議是可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道的開放通信協(xié)議，其特點(diǎn)是在現(xiàn)有模擬信號(hào)傳輸線上實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)通信，屬于模擬系統(tǒng)向數(shù)字系統(tǒng)轉(zhuǎn)變過程中的過渡產(chǎn)品，因而在當(dāng)前的過渡時(shí)期具有較強(qiáng)市場(chǎng)

10、競(jìng)爭(zhēng)力，在智能儀表市場(chǎng)上占有專門大的份額。4現(xiàn)場(chǎng)總線操縱系統(tǒng)（FCS）的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)（1）結(jié)構(gòu)隨著現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的出現(xiàn)和成熟，促使了操縱系統(tǒng)由集散操縱系統(tǒng)（DCS）向現(xiàn)場(chǎng)總線操縱系統(tǒng)（FCS）的過渡。在一般的FCS系統(tǒng)中，遵循一定現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議的現(xiàn)場(chǎng)儀表能夠組成操縱回路，使操縱站的部分操縱功能下移分散到各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)儀表中。從而減輕了操縱站負(fù)擔(dān)，使得操縱站能夠?qū)Ｂ氂趫?zhí)行復(fù)雜的高層次的操縱算法。關(guān)于簡(jiǎn)單的操縱應(yīng)用，甚至能夠把操縱站取消，在操縱站的位置代之以起連接現(xiàn)場(chǎng)總線作用的網(wǎng)橋和集線器，操作站直接與現(xiàn)場(chǎng)儀表相連，構(gòu)成分布式操縱系統(tǒng)。（2）特點(diǎn) 分布式的FCS系統(tǒng)比DCS系統(tǒng)更好地體現(xiàn)了“信息集中，操縱分散

11、”的思想。與傳統(tǒng)的DCS 相比，F(xiàn)CS有其自身的特點(diǎn)。FCS系統(tǒng)具有高度的分散性，它能夠由現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備組成自治的操縱回路?，F(xiàn)場(chǎng)儀表或設(shè)備具有高度的智能化與功能自主性，可完成操縱的差不多功能，并能夠隨時(shí)診斷設(shè)備的運(yùn)行情況。另外，F(xiàn)CS的結(jié)構(gòu)比DCS簡(jiǎn)化。有的FCS系統(tǒng)省略了DCS中操縱站這一層，操作站直接與現(xiàn)場(chǎng)儀表相連。這些使FCS的可靠性得到提高。 現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)具有開放性。系統(tǒng)對(duì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)具有一致性、公開性，強(qiáng)調(diào)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的共識(shí)與遵從。通信協(xié)議一致公開，各不同廠家的設(shè)備之間可實(shí)現(xiàn)信息交換，通過現(xiàn)場(chǎng)總線可構(gòu)筑自動(dòng)化領(lǐng)域的開放互連系統(tǒng)。系統(tǒng)的開放性決定了它具有互操作性和互用性?；ゲ僮餍灾富ミB設(shè)備間、系統(tǒng)間信

12、息傳送與溝通；而互用則意味著不同生產(chǎn)廠家的性能類似的設(shè)備可實(shí)現(xiàn)相互替換。作為工廠網(wǎng)絡(luò)底層的現(xiàn)場(chǎng)總線還對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境有較強(qiáng)地適應(yīng)性。它支持雙絞線、同軸電纜、光纜、無線和電力線等，具有較強(qiáng)的抗干擾能力。 由于結(jié)構(gòu)上的改變，F(xiàn)CS比DCS更節(jié)約硬件設(shè)備。使用FCS能夠減少大量的隔離器、端子柜、I/O卡及I/O端口，如此就節(jié)約了I/O裝置及裝置室的空間；同時(shí)減少了大量電纜，能夠極大地節(jié)約安裝費(fèi)用。與此同時(shí)，F(xiàn)CS比DCS性能有所提高。由于免去了D/A與A/D變換，使儀表精度得到極大的提高；通過將PID功能植入到相應(yīng)的智能傳感器中去，使操縱周期大為縮短。目前FCS能夠從DCS的每秒調(diào)節(jié)25次增加到每秒調(diào)節(jié)1

13、020次，改善了調(diào)節(jié)性能。FCS操縱系統(tǒng)與DCS操縱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較見圖1。（3）現(xiàn)場(chǎng)總線的優(yōu)點(diǎn) 由于現(xiàn)場(chǎng)總線的以上特點(diǎn)，特不是其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化，使其從設(shè)計(jì)、安裝、投運(yùn)到正常生產(chǎn)運(yùn)行及檢修維護(hù)，都體現(xiàn)出優(yōu)越性。它不僅節(jié)約了硬件數(shù)量與投資，節(jié)約了安裝費(fèi)用，而且系統(tǒng)的維護(hù)開銷也大大地降低。現(xiàn)場(chǎng)總線操縱系統(tǒng)不僅精確度與可靠性高，在方便使用和維護(hù)性方面，F(xiàn)CS也比DCS有優(yōu)勢(shì)。FCS使用統(tǒng)一的組態(tài)方式，安裝、運(yùn)行、維修簡(jiǎn)便；利用智能化現(xiàn)場(chǎng)儀表，使維修預(yù)報(bào)（Predicted maintenance）成為可能；由于系統(tǒng)具有互操作性和互用性，用戶能夠自由選擇不同品牌的設(shè)備達(dá)到最佳的系統(tǒng)集成，在設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，

14、能夠自由選擇替換的設(shè)備，保障用戶的高度系統(tǒng)集成主動(dòng)權(quán)。此外，它還具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，易于重構(gòu)等特點(diǎn)。（4）進(jìn)展趨向 傳統(tǒng)的集散操縱系統(tǒng)（DCS系統(tǒng)）具有集中監(jiān)控、分散操縱、操作方便的特點(diǎn)。然而，在實(shí)際應(yīng)用中也發(fā)覺DCS的結(jié)構(gòu)存在一些不足之處，如操縱不能做到完全分散，危險(xiǎn)仍然相對(duì)集中；由于系統(tǒng)的不開放性，不同廠家的產(chǎn)品不能互換、互聯(lián)，限制了用戶的選擇范圍。利用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，開發(fā)FCS系統(tǒng)的目標(biāo)是針對(duì)現(xiàn)存的DCS的某些不足，改進(jìn)操縱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，提高其性能和通用性。 FCS想要在實(shí)際中取代DCS，既要具備DCS所具有的功能，又要能克服DCS的缺點(diǎn)。FCS由于采納了現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，在開放性、操縱分散等方面優(yōu)于

15、傳統(tǒng)DCS。然而由于它是一種新技術(shù)，目前連標(biāo)準(zhǔn)本身都還沒有制定統(tǒng)一，因此FCS與成熟的DCS相比，還存在下列的一些欠缺。1）由于現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)本身尚在進(jìn)展中，從而給產(chǎn)品的開發(fā)和測(cè)試帶來難度。這在一定程度上造成產(chǎn)品開發(fā)商、生產(chǎn)商少，產(chǎn)品品種單一而且價(jià)格昂貴。2）在某些場(chǎng)合中，F(xiàn)CS還無法提供DCS已有的操縱功能。由于軟硬件水平的限制，其功能塊的功能還不是專門強(qiáng)，品種也不夠齊全；用現(xiàn)場(chǎng)儀表還只能組成一般的操縱回路如單回路、串級(jí)、比例操縱等，關(guān)于復(fù)雜的、先進(jìn)的操縱算法還無法在儀表中實(shí)現(xiàn)，關(guān)于單回路內(nèi)有多輸入、多輸出的情況缺乏好的解決方案。3）目前FCS成功的應(yīng)用實(shí)例不多，難以評(píng)估實(shí)際應(yīng)用效果。 由于以

16、上這些緣故，F(xiàn)CS取代DCS將是一個(gè)逐漸的過程。在這一過程中，會(huì)出現(xiàn)一些過渡型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如在DCS中以FCS取代DCS中的某些子系統(tǒng)。用戶將現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備連接到獨(dú)立的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，服務(wù)器配有DCS中連接操作站的上層網(wǎng)絡(luò)接口，與操作站直接通信。在DCS的軟件系統(tǒng)中可增添相應(yīng)的通信與治理軟件。如此不需要對(duì)原有操縱系統(tǒng)作結(jié)構(gòu)上的重大變動(dòng)。4）當(dāng)前，各種形式的現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議并存于操縱領(lǐng)域。在樓宇自控領(lǐng)域，Lonworks和CAN網(wǎng)絡(luò)具有一定的優(yōu)勢(shì)；在過程自動(dòng)化領(lǐng)域，要緊有過渡型的HART協(xié)議、得到廣泛支持的FF現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議以及同樣較有競(jìng)爭(zhēng)力的PROFIBUS協(xié)議。HART協(xié)議將是目前幾年內(nèi)智能化儀

17、表的要緊通信協(xié)議；基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線是過程自動(dòng)化領(lǐng)域中較有前途的一種現(xiàn)場(chǎng)總線，得到許多自動(dòng)化儀表設(shè)備廠商的支持；由于Lonworks技術(shù)的開放性，國內(nèi)出現(xiàn)了利用它開發(fā)操縱系統(tǒng)的許多開發(fā)商?？紤]到統(tǒng)一的開放式現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)制定的長(zhǎng)期性和艱巨性，傳統(tǒng)DCS的退出將是一個(gè)漸進(jìn)過程。在一段時(shí)期內(nèi)，會(huì)出現(xiàn)幾種現(xiàn)場(chǎng)總線共存、同一生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)有幾種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互連通訊的局面。然而，進(jìn)展共同遵從的統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，真正形成開放式互連系統(tǒng)，是大勢(shì)所趨。六、DCS的硬件系統(tǒng)及其進(jìn)展方向 關(guān)于硬件系統(tǒng)，我們還沒有更深入的討論。只是，DCS或者是今后的FCS硬件確信會(huì)大量采納單片嵌入式軟硬件系統(tǒng)。這是因?yàn)椋?不管是DCS的智能模

18、件依舊今后FCS的現(xiàn)場(chǎng)模塊，必須具備自我診 斷、數(shù)據(jù)交換等功能；2由于DCS和今后的FCS都會(huì)將操縱、采集任務(wù)下達(dá)給遠(yuǎn)端絕大部分 的模件或模塊，以讓其分散系統(tǒng)任務(wù)，故該類模件或模塊必須具備狀態(tài)或數(shù)據(jù)采集、或者進(jìn)行PID操縱。因此，它不能缺少M(fèi)CU；3由于通訊功能的增強(qiáng)，有必要加強(qiáng)通訊協(xié)議的認(rèn)可、總線設(shè)備地址的 辨識(shí)、誤碼的智能推斷及相應(yīng)錯(cuò)誤的糾正等。 所謂單片嵌入式軟硬件系統(tǒng)是指具備可安裝與PCB（印制板）還儀器、儀表、專業(yè)模塊設(shè)備內(nèi)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它并不包括我們常講的PC計(jì)算機(jī)。（一）采納單片微處理器的嵌入式軟硬件系統(tǒng) 這種系統(tǒng)即是我們常講的單片計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它往往采納一片單片機(jī)加外圍芯片構(gòu)成。

19、要緊有AD、DA、DI、DO芯片作為與外部設(shè)備交換傳統(tǒng)的模擬量信號(hào)和開關(guān)量信號(hào)。并增加與外部的通訊接口電路、完成所謂的RS485物理接口并配合通訊協(xié)議在操縱總線或現(xiàn)場(chǎng)總線上與主計(jì)算機(jī)或其他設(shè)備交換數(shù)據(jù)。 由于傳統(tǒng)的單片機(jī)功能有限，往往還加入了大量的邏輯處理單元和大容量存儲(chǔ)器。例如：采納PAL、GAL、CPLD等。也有采納FPGA以完成邏輯、譯碼、存儲(chǔ)、通訊操縱和專門布爾計(jì)算。 必須指出，單片計(jì)算機(jī)計(jì)術(shù)仍然在不斷進(jìn)展。專門多單片機(jī)采納RISC精簡(jiǎn)指令集和CPLD、FPGA或者是DSP技術(shù)，能夠片內(nèi)帶FLASH MEMORY，并有JTAG接口，能夠在線完成程序擦除、下載、調(diào)試等工作。工業(yè)操縱領(lǐng)域以

20、16BIT單片機(jī)為主，逐步采納32BIT甚至64BIT單片機(jī)，而應(yīng)用于通訊領(lǐng)域中以8BIT單片機(jī)為多。據(jù)電子工程專輯報(bào)道：由于因特網(wǎng)的接入需求為8位MCU帶來新的活力。這表現(xiàn)在8位單片機(jī)供應(yīng)商紛紛采取措施推出增強(qiáng)因特網(wǎng)接入功能的新型8位MCU，這給本來由于常規(guī)8位單片機(jī)極高的市場(chǎng)需求又注入新的活力。市場(chǎng)可能從2000年的90億美元增加到2004年的160億美元。而16位、32位MCU加起來還不到8位MCU的一半。完全打破某些專家和公司可能的16位MCU將在短時(shí)刻內(nèi)替代8位MCU。他們的依據(jù)8位MCU是沒有能力實(shí)現(xiàn)與因特網(wǎng)連接。然而，這些預(yù)言是錯(cuò)誤的?；?位MCU的低價(jià)格性和軟件嵌入式操作系統(tǒng)

21、的支持，加上單片機(jī)上集成硬件的TCP/IP操縱協(xié)處理器。這比采納16位甚至32位MCU要可靠、經(jīng)濟(jì)。假如講世界各大廠商在采納8位MCU完成通訊功能、而你卻想用16位MCU，這除非是你的產(chǎn)品成本比不人低得多，否則無法與不人競(jìng)爭(zhēng)。 單片機(jī)系統(tǒng)配備TCP/IP通訊協(xié)議完成以太網(wǎng)接口是目前單片機(jī)的熱點(diǎn)。國外甚至推出能夠發(fā)E_mail、上Web掃瞄的單片機(jī)系統(tǒng)。因此，上網(wǎng)沖浪不再是PC 計(jì)算機(jī)的專利。只有充分享受網(wǎng)上資源的一切設(shè)備才是人們所追求的目標(biāo)。這種技術(shù)的大量使用，無疑給以后的工業(yè)以太網(wǎng)探明道路。（二）采納DSP數(shù)字處理器的嵌入式軟硬件系統(tǒng) DSP數(shù)字處理器是近來進(jìn)展起來的新技術(shù)。它實(shí)際上也是單片

22、計(jì)算機(jī)。一般的單片機(jī)內(nèi)部總線采納程序區(qū)和存儲(chǔ)器區(qū)共用的馮-諾依曼結(jié)構(gòu)。程序按步進(jìn)行，必須完成取指、運(yùn)算、執(zhí)行才能完成一個(gè)指令。而DSP采納哈佛結(jié)構(gòu)，程序區(qū)和存儲(chǔ)器區(qū)完全分開，取指、運(yùn)算能夠完全分開，即在運(yùn)算時(shí)期時(shí)能夠進(jìn)行取下一條指令操作。故能夠高速、并行工作。由于集成大量的存儲(chǔ)器和布爾處理器、復(fù)雜邏輯陣列及專門算法功能塊，能夠高速處理大量數(shù)據(jù)甚至輕而易舉地完成模糊操縱或自適應(yīng)操縱等，是以后嵌入式系統(tǒng)的進(jìn)展方向。 TMS320系列DSP是美國德州公司的產(chǎn)品。因其內(nèi)部能夠并行運(yùn)行多個(gè)程序故能夠處理更復(fù)雜的問題，相應(yīng)程序執(zhí)行速度得以大大提高。由于硬件回路功能較強(qiáng)，甚至AD、DA轉(zhuǎn)換器也能夠直接選擇D

23、SP某些接口來構(gòu)成。關(guān)于需要更快的處理速度（與純硬件執(zhí)行速度相當(dāng)）某些設(shè)計(jì)完全能夠由FPGA組成硬件，而采納VHDL設(shè)計(jì)語言來滿足系統(tǒng)要求。則其執(zhí)行方式完全并行工作，執(zhí)行指令也完全與常規(guī)的us/步不同，因?yàn)樗皇前疵總€(gè)功能需要多少個(gè)執(zhí)行周期來完成，而是每個(gè)功能由多少個(gè)“硬件”構(gòu)成，它總共延時(shí)多少ns。那個(gè)“硬件”是由軟件來描述，而完成功能確實(shí)內(nèi)部的硬件進(jìn)行。能夠講，它如同一個(gè)半導(dǎo)體廠定制的ASIC電路。內(nèi)部功能由專用硬件構(gòu)成（只是是看不見硬件），而生成的硬件卻是由軟件進(jìn)行描述而生成的。以后的DSP最終會(huì)向FPGA過渡。（三）DCS模件向FCS模塊的演變常規(guī)的DCS是由若干個(gè)機(jī)柜中安裝各種模件或者是板卡所構(gòu)成。它們相對(duì)集中同時(shí)通過內(nèi)部的通訊、操縱總線與各個(gè)模件相連接。由于DCS差不多進(jìn)展專門久，但其總體結(jié)構(gòu)變化不大。只是，這種結(jié)