嵌入式系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中的常用算法

前言

　　嵌入式系統(tǒng)在各行各業(yè)的應(yīng)用越來越廣，我國(guó)從事嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的人員也越來越多，從國(guó)內(nèi)主要的幾種電子雜志上可以看出，有關(guān)嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的文章也越來越多。　　在開發(fā)一種嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品時(shí)，主要是做兩方面的設(shè)計(jì)：硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。在硬件設(shè)計(jì)方面，各個(gè)半導(dǎo)體公司競(jìng)相推出各種高性能、低功耗、低成本的CPU和外圍芯片，這使我們?cè)谶M(jìn)行硬件設(shè)計(jì)時(shí)可以很快地得到最先進(jìn)的芯片。在這種情況下，硬件設(shè)計(jì)的外部條件越來越好，集成度越來越高，在實(shí)現(xiàn)相同功能的情況下線路越來越簡(jiǎn)化。在軟件設(shè)計(jì)方面，雖然開發(fā)工具和程序設(shè)計(jì)語言也在不斷提高，但技術(shù)人員本身的軟件素質(zhì)無疑起決定作用。因此，軟件設(shè)計(jì)水平在嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品開發(fā)的過程中占有重要的地位，直接影響到產(chǎn)品的功能和競(jìng)爭(zhēng)能力?！　∥覈?guó)目前絕大多數(shù)從事嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的技術(shù)人員基本上不是計(jì)算機(jī)專業(yè)畢業(yè)的，有的可能還沒有上過大學(xué)，他們未接受過系統(tǒng)的軟件基礎(chǔ)理論教育，軟件設(shè)計(jì)水平仍不太高。在軟件開發(fā)過程中，他們只是不自覺地采用了一些規(guī)律性的設(shè)計(jì)方法，或者模仿別人的程序設(shè)計(jì)方法，而有更多成熟的基本方法沒有掌握，開發(fā)出來的軟件水平不高，致使產(chǎn)品的功能和可靠性受到一定的制約?！　≤浖O(shè)計(jì)是一門科學(xué)，有其自身的規(guī)律，也有很多成熟的理論和算法。要學(xué)習(xí)就要選教材，而目前所能選到的都是專為計(jì)算機(jī)專業(yè)編寫的教材。這些教材起點(diǎn)較高，偏重理論敘述，不考慮嵌入式系統(tǒng)的硬件特點(diǎn)，對(duì)于廣大嵌入式系統(tǒng)開發(fā)人員來說不是十分適合，學(xué)起來會(huì)感到比較抽象和吃力?！　〕鲇谔岣呶覈?guó)廣大嵌入式系統(tǒng)開發(fā)人員軟件素質(zhì)的愿望，我們決定編寫一本適合自學(xué)的關(guān)于常用算法的書。該書起點(diǎn)要求不高，只要掌握了C語言、學(xué)習(xí)了“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”有關(guān)知識(shí)并從事過嵌入式系統(tǒng)開發(fā)工作的人員就可以看懂。學(xué)完本書后，對(duì)軟件設(shè)計(jì)中常用的算法就能初步掌握。在進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)時(shí)，可以減少很多盲目性，并為更系統(tǒng)、更深入地學(xué)習(xí)其他計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)理論打下良好基礎(chǔ)。

內(nèi)容概要

本書根據(jù)嵌入式系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)需要的常用算法知識(shí)編寫而成?；緝?nèi)容有：線性方程組求解、代數(shù)插值和曲線擬合、數(shù)值積分、能譜處理、數(shù)字濾波、數(shù)理統(tǒng)計(jì)、自動(dòng)控制、數(shù)據(jù)排序、數(shù)據(jù)壓縮和檢錯(cuò)糾錯(cuò)等常用算法。從嵌入式系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，用通俗易懂的語言代替枯燥難懂的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，使讀者能在比較輕松的條件下學(xué)到最基本的常用算法，并為繼續(xù)學(xué)習(xí)其他算法打下基礎(chǔ)。    本書可作為電子技術(shù)人員自學(xué)常用算法的教材，也可作為高等院校電子技術(shù)類專業(yè)本科生、研究生的教學(xué)參考書。

書籍目錄

第1章　常用線性方程組求解算法　1.1　主元消去法　　1.1.1　無回代過程的主元消去法　　1.1.2　有回代過程的主元消去法　1.2　行列式法　　1.2.1　行列式法概述　　1.2.2　三元線性方程組的行列式法　1.3　應(yīng)用實(shí)例　　1.3.1　數(shù)學(xué)模型分析　　1.3.2　算法設(shè)計(jì)　　1.3.3　程序設(shè)計(jì)第2章　常用代數(shù)插值和曲線擬合算法　2.1　線性插值　　2.1.1　算法原理　　2.1.2　應(yīng)用實(shí)例　2.2　拋物線插值　　2.2.1　算法原理　　2.2.2　應(yīng)用實(shí)例　2.3　曲線擬合　　2.3.1　線性擬合算法及其應(yīng)用實(shí)例　　2.3.2　拋物線擬合算法及其應(yīng)用實(shí)例第3章　常用數(shù)值積分算法　3.1　算法原理　3.2　應(yīng)用實(shí)例第4章　常用能譜處理算法　4.1　譜曲線平滑　　4.1.1　算法原理　　4.1.2　算法程序　4.2　譜峰定位　　4.2.1　算法原理　　4.2.2　算法程序　4.3　能量刻度　　4.3.1　算法原理　　4.3.2　算法程序　4.4　峰面積計(jì)算　　4.4.1　算法原理　　4.4.2　算法程序　4.5　含量計(jì)算第5章　常用數(shù)字濾波算法　5.1　程序判斷濾波　5.2　中值濾波　5.3　算術(shù)平均濾波　5.4　去極值平均濾波　5.5　滑動(dòng)平均濾波　5.6　滑動(dòng)加權(quán)濾波　5.7　一階滯后濾波　5.8　數(shù)字濾波算法小結(jié)第6章 常用數(shù)理統(tǒng)計(jì)算法第7章 常用自動(dòng)控制算法第8章 常用數(shù)據(jù)排序算法第9章 常用數(shù)據(jù)壓縮算法第10章 常用檢錯(cuò)與糾錯(cuò)算法參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　1.3 應(yīng)用實(shí)例　　智能儀器都有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，能夠?qū)鞲衅鳈z測(cè)到的大量原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從各種干擾背景中提取有用信息，并通過進(jìn)一步的計(jì)算，按規(guī)定的格式直接輸出人們需要的結(jié)果。在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)，輸出結(jié)果和輸入的原始數(shù)據(jù)之間是一種函數(shù)關(guān)系，其中有若干個(gè)稱為儀器系數(shù)的常量。由于儀器硬件性能的老化（主要是傳感器性能的老化）和環(huán)境參數(shù)的變化，使得輸出結(jié)果的精度也會(huì)發(fā)生變化，為了保持原有的精度，必須對(duì)儀器進(jìn)行校正。校正的方法是對(duì)一個(gè)或若干個(gè)“標(biāo)準(zhǔn)樣品”進(jìn)行檢測(cè)，看看輸出結(jié)果的精度是否符合要求，如果誤差超標(biāo)就調(diào)整儀器系數(shù)，使之達(dá)到規(guī)定要求，這種通過對(duì)標(biāo)樣進(jìn)行檢測(cè)來校正儀器的過程稱為“儀器的標(biāo)定”。在過去的模擬電子儀器時(shí)代，儀器系數(shù)的校正一般是通過調(diào)節(jié)電位器（改變放大器的增益）來實(shí)現(xiàn)。在帶單片機(jī)的智能儀器中，儀器系數(shù)已經(jīng)數(shù)字化，可以通過鍵盤來修改。在這里，介紹一臺(tái)便攜式256道微機(jī)能譜儀的儀器系數(shù)自動(dòng)標(biāo)定算法，作為一個(gè)求解線性方程組的應(yīng)用實(shí)例。這種算法在檢測(cè)完已知的標(biāo)樣后能自動(dòng)將儀器系數(shù)校正好，不需要人工介入。

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