一种嵌入式大量数据处理技术的研究.pdf

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1、屋应用技术一种嵌入式大量数据处理技术的研究钟震宇卢杏坚曹永军(广东省科学院自动化工程研制中心)摘要：在检测、监控过程中常会遇到嵌入式系统采集和处理大量数据的问题，本文以复合光路膜厚监控仪为例，从系统结构组成、运算量的优化等方面对上述问题进行了探讨。关键词：大量数据处理；双嵌入式；区域平均值现基于宽光谱扫描法的实时宽光谱膜厚监控系统和1引言基于单波长极值法的光学膜厚监控系统的兼容使用，随着自动化技术的发展，嵌入式系统广泛应用于采用宽光谱扫描、评价函数、单波长极值等多种方法监控等方面，如对电场致聚合物的响应特性测试、石综合监控光学膜厚，实时监控镀膜过

2、程，有利于提高材切割装备的自动控制、光学镀膜过程监控。对于这镀膜质量，提高膜厚监控的准确性。些应用，往往会存在大容量数据采集与运算的问题，图1是复合光路膜厚监控仪系统结构示意图，其如复合光路膜厚监控系统中的宽光谱扫描波长范围中MKG．5光学膜厚控制仪进行单波长极值法膜厚监为400nm-800nrn，波长分辨率为lnm，采集扫描速控，USB2000光纤光谱仪进行光谱采集。由于光谱采度为12次／秒(积分时间为70ms)，测量扫描速度为集处理周期约为83ms，系统担负的任务繁重，可能2次／秒，透射率测量精度为0．1％，主波长控制精度会影响系统的实时性。

3、因此，系统考虑双嵌入式系统为1％【l】。考虑到抗噪的要求，需要采用平均值滤波的构架，从芯片专门负责光谱采集和处理的事宜；主法，系统除了每秒数干次的加减运算外，还有近千次芯片主要负责对单波长极值法膜厚监控采集的数据的乘除运算，这对系统而言资源开销太大。考虑到运(采集处理周期为0．5s)和从芯片处理后的数据进行算速度等因素，以往通常采用PC-BASED的构架方评价判断、显示和控制。式，但随着MCU的性能越来越强大，已具有能够完成这些运算的能力，加上其在工业应用上更具良好的功能层膜厚控制实时监控系统显示界面实时性和稳定性，嵌入式系统有逐步取代PC。BA

4、SED软件层嵌入式Linux操作系统构架方式的趋势【2J。本文以复合光路膜厚监控仪为例，中间层硬件抽象层／板级支持包探讨嵌入式大量数据采集与处理技术。ROM卜l从A2系统组成SDRAML．MCUMCUD／光学镀膜制备中控制膜层厚度的主要方法有目f接口电路1-视法、石英晶体振荡法、单波长极值法、宽光谱扫描硬件层上T上T上TJ-TJ．数据流交互法。几种方法各有利弊，在不同的场合下各有所长。而：随着对光学薄膜复杂性和精度要求的不断提高，单一lIM光仪纤光谱l冈外设lI学膜厚控II制仪l的控制方法已经无法满足需要。目前国产镀膜设备普I．．．．．．．．．_

5、_J．．．．．．．．-_J遍用单波长极值法监控膜层厚度，光学镀膜工艺操作图1复合光路膜厚监控仪系统结构图仍然依靠经验，难以满足监控镀制高性能复杂膜系光学薄膜的要求。开发嵌入式复合光路膜厚监控仪，实这种构架优点在于：①系统判别与控制的实时基金项目：广东省自然科学基金项目(8151007010000001)：2o11年第4期自动化与信息工程27广东省科技计划项目(2009B060200004)：广东省中国科学院全面战略合作项目(2010B090300055)：越秀区科技计划项目(2010．PT-005)性和可靠性能够得到保障；②结构清晰，程序简单；，

6、：(4))③系统源丰富，便于扩展功能。③通过比较分析重构后的理论光谱曲线与实测3信号采集与处理光谱曲线各点的值来实现宽光谱膜厚的监控，重构后的理论光谱曲线计算好后存储在从芯片中，可通过查实现膜厚监控的自动化，首先应将被测信号或反表法查询比较。映被测信号的信息量输入计算机，由计算机对采集的信号实施相应的处理，并根据条件做出适当的反馈。4应用实例3．1平均值滤波嘲在国产LDSX．800低压反应离子镀膜机上做测宽光谱扫描法就是通过将各层的实测光谱曲线试，表l是取波长范围为400nm到439nm的4O个点与各层的理论光谱曲线进行对比分析，通过调整镀膜的平

7、均值。表2是分辨率为5nm的实测数据与重构实过程让实测光谱曲线逐步逼近理论光谱曲线。宽光谱测数据的对比。从数据可以看出：重构后的实测光谱扫描波长范围为400nm-800nm，波长分辨率为lnm，曲线较5nm的实测数据更能反映lnm的曲线的变化。这就意味着在83ms内要求400次计算。而镀膜过程证明了重构后的实测光谱曲线不是简单的降低了分中，信号变化比较缓慢，采样频率相对而言比较高，辨精度，实质上是将每5nm区域内的数据变化趋势集这样信号在某个时间段内的变化值可以看作是一个中反应出来，这样既保证了细节的真实性，同时也减静态的过程，考虑到测量周期是1

8、秒2次，也就是说少了运算量，为嵌入式系统处理大数据提供了有效的理想状态下有6组数据做平均值，对于第t个波长分解决方案。辨率而言，有：表l