基於GRAFCET虛擬機器的嵌入式系統快速雛型化平台

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姓名

郭明聰(Ming-Cong Guo) 查詢紙本館藏

畢業系所

軟體工程研究所

論文名稱

基於GRAFCET虛擬機器的嵌入式系統快速雛型化平台
(A Rapid Prototyping Platform of Embedded System based on GRAFCET Virtual Machine)

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摘要(中)

嵌入式系統的開發者通常需要掌握多個領域的知識和技能，才足以去建構一個整合所需之平台(如各類感測器、與致動器的驅動、以及控制和通訊協定的應用系統)，因此，若要開發出完整的雛型系統，常常必須耗費大量的開發時間和成本。本論文以GRAFCET虛擬機器(GRAFCET Virtual Machine;GVM)為基礎，建立一個嵌入式系統快速雛型化平台，提供使用者一個快速開發和佈署的開發環境。
我們設計了四類嵌入式系統周邊模組的中介軟體:顯示、通訊、感測和致動，並整合於GVM，可大幅減少使用者冗長的軟硬體整合的開發-除錯-佈署的開發週期。此外，為了讓開發者能夠在各種平台下能夠輕易地進行系統設計/實作/佈署/更新的動作，本論文設計了三種類型的GPP(GRAFCET Application)設計工具，讓開發者能夠不需透過程式語言和專用的編輯器，而採用GRAFCET離散事件語言描述系統的高階行為，再藉由任意一種設計工具，無論是遠端的行動裝置或近端的電腦，進行應用系統的開發和佈署。
最後我們以「電子標籤網路」和「IoT電子看板」兩個嵌入式系統開發實例來驗證此一快速雛型化平台的可用性。實驗結果展示本平台可實現所謂的「無所不在」的嵌入式系統開發。

摘要(英)

In developing the embedded system products, we usually need a number of domain knowledge such as various types of sensors, actuator and communication protocol to construct an integrated platform that costs a lot both in time and man-power. In this thesis, we create a rapid prototyping platform based on GRAFCET Virtual Machine (GVM) which provides users a rapid development and deployment environment of embedded systems. We designed four embedded middleware modules: display, communications, sensing and actuation for reducing significantly the develop-debug-deploy cycle.
Besides, we proposed three develop/deploy mode for rapid generating an embedded system application. The developer use GRAFCET discrete event language to describe the high-level behavior of application without dedicated compiler or programming language. Finally, we use two tested applications: the electronic label network and IOT-based digital Signage to demonstrate the practicability and rapidity of system development by using the proposed rapid prototyping platform. The experimental results reveal that our platform can help the developer to achieve the “ubiquitous” and “on-the-fly” embedded system development.

關鍵字(中)

★ 嵌入式系統
★ GRAFCET虛擬機器
★ 快速雛型化

關鍵字(英)

★ Embedded System
★ Rapid prototyping
★ GRAFCET Virtual Machine

論文目次

摘要 I
ABSTRACT II
圖目錄 VI
表目錄 VIII
第一章、緒論 1
1.1 研究背景與動機 1
1.2 研發方法和內容 2
1.3 論文架構 3
第二章、嵌入式系統開發與快速雛型化 4
2.1 嵌入式軟體開發 4
2.2 快速雛型化 5
2.3 現有快速雛型化開發平台 7
2.4 一個新的快速雛型化開發平台 9
第三章、嵌入式中介軟體開發 12
3.1 GVM中介軟體介面 12
3.2 顯示模組中介軟體設計 13
3.2.1 OLED 13
3.2.2 LCD 14
3.3 通訊模組中介軟體設計 15
3.3.1 Ethernet 15
3.3.2 RF 15
3.3.3 Bluetooth 16
3.3.4 Zigbee 16
3.3.5 GPRS 17
3.4 感測模組中介軟體設計 17
3.4.1 溫溼度感測器 17
3.4.2 加速度/電子羅盤 18
3.4.3 陀螺儀 19
3.4.4 亮度計 19
3.5 致動模組中介軟體設計 19
3.5.1 LED照明 20
3.5.2 直流伺服馬達 20
3.5.3 步進馬達 21
第四章、 GRAFCET虛擬機器 22
4.1 GRAFCET 23
4.2 GPP 25
4.3 GPP之編碼表 29
4.4 GVM 34
第五章、 GVM快速雛型化平台與實作 36
5.1 硬體架構 36
5.1.1 SIOC 36
5.1.2 顯示模組 37
5.1.3 通訊模組 38
5.1.4 感測模組 43
5.1.5 致動模組 47
5.2 遠端開發 50
5.2.1 GPP 50
5.2.2 WebServer 50
5.3 實作 51
5.3.1 電子標籤網路 51
5.3.2 IoT電子看板 56
第六章、結論與未來方向 59
6.1 結論 59
6.2 未來方向 59
參考文獻 60

參考文獻

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[4]謝欣蓓,”整合GRAFCET虛擬機器的智慧型控制器開發平台”,國立中央大學資訊工程所碩士論文,2011
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[24] ROHM,“BH1750 Digital 16bit Serial Output Type Ambient Light Sensor IC”,2011.

指導教授

陳慶瀚(Qing-Han Chen)

審核日期

2012-7-23

推文