航天航空的区别范文

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关键词： 线程；互斥锁；条件变量

Key words： thread；mutex；conditions variable

中图分类号：TP39 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）30-0221-02

1 线程基本概念

1.1 进程和线程 可执行文件由指令和数据组成。进程就是在计算机上运行的可执行文件针对特定的输入数据的一个实例，同一个可执行程序文件如果操作不同的输入数据就是两个不同的进程。

线程是进程的一条执行路径，它包含独立的堆栈和CPU寄存器状态，每个线程共享其所附属的进程的所有的资源，包括打开的文件、页表（因此也就共享整个用户态地址空间）、信号标识及动态分配的内存等等。

Linux中线程调度是由内核调度程序完成的，每个线程有自己的ID号。与进程相比，它们消耗的系统资源较少、创建较快、相互间的通信也比较容易。存在于同一进程中的线程会共享一些信息。同时作为一个独立的线程，它们又拥有一些区别于其他线程的信息，包括线程ID、寄存器集合（如程序计数器和堆栈指针）、堆栈、错误号、信号掩码以及线程优先权。

线程和进程的关系是：线程是属于进程的，线程运行在进程空间内，同一进程所产生的线程共享同一物理内存空间，当进程退出时该进程所产生的线程都会被强制退出并清除。

1.2 线程优点

①它是一种非常“节俭”的多任务操作方式。运行于一个进程中的多个线程，使用的是同一个地址空间，共享大部分数据，不需要太多的空间启动一个线程，而且，线程间彼此切换所需的时间也比较短。②线程间方便的通信机制。由于同一进程下的线程之间共享数据空间，所以一个线程的数据可以直接为其它线程所用，这不仅快捷，而且方便。③使多CPU系统更加有效。操作系统会保证当线程数不大于CPU数目时，不同的线程运行于不同的CPU 上。④改善程序结构。一个既长又复杂的进程可以考虑分为多个线程，成为几个独立或半独立的运行部分，便于理解和修改。

2 生产者-消费者问题

2.1 问题概述 生产/消费者在有界缓冲上操作，它利用N个字节的共享内存作为有界循环缓冲区，生产者线程不断顺序地将0到1000的数字写入共享的循环缓冲区，同时消费者线程不断地从共享的循环缓冲区读取数据。利用写一个数据模拟放一个产品，利用读一个数据模拟消费一个产品。当缓冲区空时消费者应阻塞睡眠，而当缓冲区满时生产者应当阻塞睡眠。一旦缓冲区中有空单元，生产者线程就向空单元中写入数据。一旦缓冲区中有未读过的数据，消费者线程就从该单元中读出数据。

2.2 算法分析 生产者线程向循环缓冲区中写入数据，消费者线程从缓冲区中读取数据，生产者线程向缓冲区中写入数据时消费者线程不能访问缓冲区，消费者线程从缓冲区中读取数据时生产者线程也不能访问缓冲区，既读的时候不能写，写的时候不能读，得保证缓冲区这一临界资源同一时间只能被一个线程访问；缓冲区满的时候不能生产，空的时候不能消费。

2.2.1 主程序：初始化结构体prodcons中的各个参数；建立生产者、消费者线程；等待线程结束。

2.2.2 生产者线程：①设初始写入的数据N为0；判断N小于1000是否成立；如果不成立，循环缓冲区插入 OVER；如果成立，向循环缓冲区生产既写入N并打印；重复该过程直到N=1000为止。②生产产品的函数put：获得互斥锁；判断循环缓冲池是否满，如果满将生产者线程阻塞到满的条件变量b->notfull上，并将互斥锁释放，让消费者线程读取数据。如果不满，向缓冲中写入数据；如果有线程阻塞到环境变量b->empty，将该线程唤醒，同时释放互斥锁。如果没有线程阻塞到条件变量b->empty上，就直接释放互斥锁。

2.2.3 消费者线程：①从循环缓冲区中消费既读取数据并打印；判断读取的数据是否是结束标志over，如果是退出。如果不是，重复该过程，直到读到的数据是结束标志over。②消费产品的函数get：获得互斥锁；判断循环缓冲池是否空，如果空将生产者线程阻塞到空的条件变量b->empty上，并将互斥锁释放，让生产者线程写数据。如果不空，从缓冲中读取数据；如果有线程阻塞到环境变量b->notfull上，将该线程唤醒，同时释放互斥锁。如果没有线程阻塞到条件变量b->notfull上，就直接释放互斥锁。

2.3 数据结构

struct prodcons {

int buffer[BUFFER_SIZE]； /* the actual data */

pthread_mutex_t lock； /* mutex ensuring exclusive access to buffer */

int readpos， writepos； /* positions for reading and writing */

pthread_cond_t notempty； /* signaled when buffer is not empty */

pthread_cond_t notfull； /* signaled when buffer is not full */

}；

缓冲区采用循环缓冲区。缓冲区满的条件（b->writepos + 1） % BUFFER_SIZE == b->readpos。缓冲区空的条件b->writepos == b->readpos。

2.4 相关函数调用

2.4.1 线程函数

①创建线程函数：原型： int pthread_create （pthread_t * thread， const pthread_attr_t * attr，void * （ * start） （void * ）， void * arg）；

生产者-消费者问题中创建的线程：

创建producer线程：pthread_create（&th_a， NULL， producer， 0）；

创建consumer线程：pthread_create（&th_b， NULL， consumer， 0）；

Pthread_create函数中第一个参数为指向线程标识符的指针，第二个参数用来设置线程属性，两个线程该参数均为NULL，为系统配置的默认属性；第三个参数是线程运行函数的起始地址，最后一个参数是运行函数的参数。当创建线程成功时，函数返回 0。

②等待线程结束函数 原型：extern int pthread_join （pthread_t __th， void * * __thread_return）；

第一个参数为被等待的线程标识符，第二个参数为一个用户定义的指针，它可以用来存储被等待线程的返回值。

生产者-消费者问题中等待结束的线程：

pthread_join（th_a， &retval）； pthread_join（th_b， &retval）；

③终止线程 原型：extern void pthread_exit （void * status）；函数参数 status 是指向线程返回值得指针。

2.4.2 互斥锁函数 一个进程中的多个线程是共享同一段资源的，由于线程对资源的竞争引出了锁。互斥锁用来保证一段时间内只有一个线程在执行一段代码。其中mutex是一种简单的加锁方法，这个互斥锁只有两种状态，那就是上锁和解锁。在某一时刻，只能有一个线程取得这个互斥上的锁，拥有上锁状态的线程可以对共享资源进行操作，而其他线程在该线程未解锁之前，会被挂起，直到上锁的线程解开锁。

互斥锁初始化函数：

int pthread_mutex_init （pthread_mutex_t* mutex，

const pthread_mutexattr_t* mutexattr）；

第一个参数为指向互斥锁的指针，第二个参数为锁的属性，该问题中设为NULL，为默认分配的属性。

互斥锁上锁函数：

int pthread_mutex_lock（pthread_mutex_t* mutex）；

pthread_mutex_lock声明开始用互斥锁上锁，此后的代码直至调用pthread_mutex_unlock为止，均被上锁，即同一时间只能被一个线程调用执行。

条件变量：关于互斥锁的一个很显然的不足之处就是它仅存在两种状态：即锁定和非锁定。实际上它的这一缺点是可以根据条件变量通过允许线程阻塞和等待另一个线程发送信号的方法来改善的，条件变量经常与互斥锁同时使用。

①条件变量初始化函数。原型：

int pthread_cond_init （pthread_cond_t * cond， const pthread_condattr_t * cond_attr）；

第1个函数参数表示要初始化的条件变量对象，第2个参数是条件变量的属性。生产者-消费者问题中用到两个条件变量b->notempty和b->notfull。其中b->notempty是缓冲区满的时候阻塞生产者线程的条件变量，b->notfull是缓冲区空的时候阻塞消费者线程的条件变量。两个条件变量均应初始化。

②线程阻塞函数。原型：

extern int pthread_cond_wait （pthread_cond_t * cond，pthread_mutex_t * mutex）；

第 1 个参数就是要等待的条件变量，第 2 个参数则是解锁的对象。

生产者-消费者中用到的线程阻塞函数：

pthread_cond_wait（&b->notfull， &b->lock）；既生产者线程因为循环缓冲区满将自己阻塞到条件变量b->notfull上，同时释放锁&b->lock，让消费者线程去执行。

pthread_cond_wait（&b->notempty， &b->lock）；既消费者线程因为循环缓冲区空将自己阻塞到条件变量b->notempty上，同时释放锁&b->lock，让生产者线程去生产。

③线程唤醒函数：原型：

extern int pthread_cond_signal （pthread_cond_t * cond）；

如果没有线程阻塞到该条件变量上，此调用相当于空语句，否则用来释放被阻塞在条件变量 cond 上的一个线程。

生产者-消费者中用到的线程唤醒函数

pthread_cond_signal（&b->notfull）；既唤醒阻塞到条件变量b->notfull上的线程，让消费者线程继续执行。

pthread_cond_signal（&b->notempty）；既唤醒阻塞到条件变量b->notempty上的线程，让生产者线程继续执行。

参考文献：

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他表示，这种变化对科技公司而言是前所未有的机会，“世界将变得非常个性化、非常互动化和非常非常有趣”。这位谷歌掌门人认为：“所有赌注此刻都与智能手机应用基础架构有关，似乎将出现全新的竞争者为智能手机提供应用，智能手机已经成为超级电脑。我认为这是一个完全开放的市场。”

美国市场研究公司Gartner预测：到2020年，物联网将带来每年300亿美元的市场利润，届时将会出现25亿个设备连接到物联网上，并将继续快速增长。由此带来的巨大市场潜力已经成为美国科技公司新的增长引擎，包括思科、AT&T、Axeda、亚马逊、苹果、通用电气、谷歌与IBM等在内的美国公司争相抢占在物联网产业的主导地位。

二、看高科技500强争相布局物联网

在1月9日刚刚落幕的2015国际消费电子展(CES)上，物联网概念成为最大看点之一。智能家居、数字医疗、车联网等产品的推出，使得物联网技术真正服务于智能生活。

“物联网不是趋势，它是现实。”三星电子总裁兼首席执行官尹富根(YoonBoo-keun)在CES的演讲上，把物联网作为了三星重点业务方向。尹富根同时透露了三星技术支持物联网的时间表：到2017年，所有三星电视将成为物联网设备；五年内所有三星硬件设备均将支持物联网。

无独有偶，芯片巨头高通也在CES上披露了自己的物联网计划。高通总裁德雷克阿伯勒(DerekAberle)在CES上表示，高通向全球超过30个国家推出了15款物联网设备，涉及数字眼镜、儿童跟踪器、智能手表等多个产品。未来，高通将以智能手机为支点，拓展车联网、医疗、可穿戴设备等领域。

制造业巨头也希望在物联网中确立自己的领导者地位。通用电气去年十月宣布与一众技术巨头结盟建立起物联网联盟。通用电气此举的目的是寻求各方对旗下Predix平台的支持。Predix软件旨在令各种物联网端点具备智能化。

全球范围内的其他合作也正在展开。英特尔已携手美国圣何塞市，利用公司强项，进一步推动该市的“绿色视野(GreenVision)”计划。英特尔公司全球物联网业务开发销售总监GreggBerkeley表示，英特尔目前正与二三十个全球合作伙伴，讨论如何利用英特尔的物联网技术建设智能城市，有些合作在亚洲，有些遍及欧洲。

三、物联网和互联网究竟有什么区别？

作为互联网的延伸，物联网利用通信技术把传感器、控制器、机器、人员和物等通过新的方式联在一起，形成人与物、物与物相联，而它对于信息端的云计算和实体段的相关传感设备的需求，使得产业内的联合成为未来必然趋势，也为实际应用的领域打开无限可能。

在过去一年，云计算和大数据继续发酵，物联网也成为未来大趋势之一。很多网友对于物联网和互联网之间有何关系存在疑惑，让我们一起来看看。什么是互联网？即Internet，又称网际网路，因特网等，是网络和网络之间串联而成的庞大网络。而物联网是的英文缩写是TheInternet of things，也即物物相连的网络。

物联网的定义是通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。简单地说，物联网是一种建立在互联网上的泛在网络。物联网技术的重要基础和核心仍旧是互联网，通过各种有线和无线网络与互联网融合，将物体的信息实时准确地传递出去。

四、物联网是一个新的江湖，一个比互联网大太多太多的江湖

互联网在20多年来帮助人们解决了信息共享、交互，几乎在瞬间颠覆了很多传统的商业模式，把卖产品变为卖内容和服务，是个了不起的产业成就。雷军很早前曾说过：“未来没有所谓的互联网企业，未来每个公司都变成物联网公司。”这个江湖够大了吧。

但从分工上理解，互联网还只是物联网中的一部分，主要是IT服务方面。物联网因为其“连接一切”的特点(“连接一切”是马化腾在2013的WE大会上提出来的未来第一路标)，它具有很多互联网所没有的新特性。比如，互联网已经连接了所有的人和信息内容，提供标准化服务，而物联网则要考虑各种各样的硬件融合，多种场景的应用，人们的习惯差异等问题。相对于互联网，物联网需要更有深度的内容和服务，以及更加差异化的应用，也将更加的人性化，这也符合们不停地追求更好的服务体验，这是个亘古不变的刚需。

因此，也可以这样断言，未来所有的公司都是物联网企业。他们享受着物联网的各种便利，利用物联网工具和技术，生产物联网产品，为人们提供物联网服务。

五、物联网的关键技术

针对互联网的特性，专家总结了物联网应用中的三项关键技术：

1、传感器技术：这也是计算机应用中的关键技术。大家都知道，到目前为止绝大部分计算机处理的都是数字信号。自从有计算机以来就需要传感器把模拟信号转换成数字信号计算机才能处理。

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中图分类号：S126文献标识码： A

引言

随着进入电子技术时代，嵌入式技术的应用及其开发技术受到很大的重视在嵌入式领域发展的需求下，单片微控制器随之产生，并随着时代的发展不断的发展，在20世纪70年代后半期，单片机己经成为一个最为典型的嵌入系统之一，英特尔公司将其命名为嵌入式微控制器，其产生直接推动着整个电子技术功能及其应用的发展，并在很多应用领域都取得了很大的进步，受到广大厂商的关注，其技术发展己经日趋成熟，应用到各个行业，开发技术也更加智能化。本文针对单片机的发展及其特点，对单片机的应用性及其开发技术进行说明与分析。

一、单片机的概述

单片机作为一种很典型的嵌入式系统，广泛的应用于自动化设备，控制领域仪器仪表、汽车电子、通信等诸多领域，其本身相对于其他的嵌入式系统，单片机具有体积小可靠性高、集成性高、功耗低，便于携带。良好的扩展功能等特点。单片机是具有数据处理能力的中央处理器的CPU、RAM、ROM，多种功能，计数器等功能的一个小型的计算机系统。主要由运算器、控制器、存储器以及输入输出设备组成。其中完成二进制算数以及逻辑运算为核心的功能，加上暂存器，累加器，寄存器等通过运算器来完成;CPU的中枢神经是控制器通过各个控制模块以及逻辑算法来进行;存储器用来存放运行过程中的数据信息。

单片机是一个小型的计算机系统，有着良好的存储功能，在电子技术的应用领域越来越广泛单片机具体的工作原理通过叠加器当发生与外部存储器RAM交换信息时候运行，这种联系方式是一一对应的，智能通过对应的叠加器才能进行读入操作的功能，然而内部的RAM可以直接穿上数据，外部不能，两者之间有着本质的区别。单片机运行中实质上是进行指令的操作过程。每个基本的操作都是一条相对应的指令，通过设计人员来给予的指令来写入系统中。其在执行过程中，遵循己经设计的指令，其中每个指令都对应这计算机中的一个地址信息，逐条取得，顺序执行，通过计数器对执行过程的地址信息进行跟踪处理，获取执行中相对应增加的内容，增加的数量由指令的长度来决定的。

二、单片机在电子技术中的应用分析

单片机作为一种小型的计算机系统，具有优良的特点，广泛的应在诸多领域，例如家用电器、工业控制领域、医疗器械、仪器仪表等方面，现在己经得到很好的应用，取得了很大的成果，为下一步的开发奠定了基础。

1、在家用电器领域中的应用

随着时代的发展，追求更高、更好的生活品质，对家用电器的功能需求也逐年提高，这就迫使家用电器的不断升级与改造。单片机可以满足这种需求，通过安装单片机，实现整个家用电器的智能化控制，识别相关的信息，选择合适的用户满意信息，使得家用电器在引入单片机后很好的提高了性能，更新换代的速度也得到了提升，提高了企业的竞争力，单片机应用的前景越来越广泛。例如在电视机上采用单片机技术可以使得足不出户的进行大型智能游戏的控制，选择频道方式更加便捷；微波炉可以实现食物的自动选择加热时间以及温度；洗衣机自动根据衣服材质、赃物程度，自动选择洗涤剂的用量、强度、时间等。

2、在工业控制领域的应用

在工业领域，随着自动化的发展，尤其是在特殊环境下的，例如核工业、粉尘工业、电力高压行业等方面，对人的危害性比较大，危险性高的行业，大部分采用的是自动化操作。在此领域，单片机从此兴起，并随着应用的更加广泛在工业化控制管理，通过单片机的数据采集与过程控制手段，实现了工业化有效的智能控制管理工作，例如报警系统、流水线作业系统、自动喷漆系统等，都得到了很好的应用，随着时代的发展，其应用领域会更加广泛。

3、在医疗器械领域的应用

现代社会，医疗条件与技术不断提升，自身的身体健康越来越受到关注然而在现有的条件下，消毒条件、住院条件，检测手段、医疗手段等都存在着诸多问题，直接影响着看病的好坏，影响着每个人的身体健康。随之而来的是现在单片机的应用在医疗器械领域，由于自身的特点与有时，可以进行多种疾病的分析，提高设备检测的准确性与可靠性，提高了诊断下药的准确性，保证了身体健康，医疗设备结构更加合理化、智能化、自动化，例如在超声波检测、呼吸系统、分析仪器等。

4、在仪器仪表领域的应用

现在仪器仪表的生产的好坏，直接代表着一个国家的制造水平。在仪器仪表领域不断的向着智能化方向发展，单片机的作用在此领域尤其体现到其优点，具有重要的意义单片机集成度高，可靠性高、小巧，应用在仪器仪表上使得整个行业得到了很大的改变，随着单片机的集成到仪器仪表中，使得自身的设备向着数字化，智能化发展，其各方面包括处理功能测试功能，控制功能等都得到了很大的提升。例如在航空的仪器仪表中采用单片机技术，保证了仪器的可靠性、准确性，集成性高，事故率降低，提升了航天航空电子系统的智能化与自动化树皮，信息传递有效的进行。

三、单片机的开发技术

随着时代的发展，单片机更新换代的速度也越来越快。伴随着新的CPU的加入，多位的单片机共同开发与发展是整个发展的方向。长久以来，单片机技术以8位机为主要的开发方向，随着通信网络技术的发展，16位，32位，64位成为以后的发展方向。单片机的速度也会越来越快，抗干扰能力也随着提高，具有很好的低噪声、可靠性高的优点。现在单片机为了提高抗干扰性采用EFT技术，使得单片机受外界的干扰性小，系统的时钟信号得到了很好的保证，可靠性得到了提高;布线及其驱动技术应用在单片机上降低了噪声，不至于对单片机内部的电路信号进行干扰。单片机还采用OPT技术，较之掩膜技术有着生产周期短，风险小特点，采用裸片技术或者表面贴技术，实现了OPT芯片的接触不良的问题，使得得到了广泛的应用。

在开发过程中要充分的考虑到适用的环境，成木、性能等特点，开发出适合企业的自动化系统。如何进行型号的选择，诸如8501、PIC、AVR的办法，型号不会因型号不同而有太大差异，选择一种型号，举一反三；进行编程语言的选择，大部分采用C语言，因为程序具有很好的可继承性，具有很好进行模块化设计与管理工作；如何进行软件的设计，平台建设，控制电路的设计。驱动电路设计、接线设计、系统干扰与抗干扰设计等，都是在单片机设计与开发中需要考虑的内容。通过设计开发单片机，实现实用适应该企业的自动化系统。

随着电子信息技术的发展，单片机应用领域越来越广泛，朝着智能化、自动化、抗干扰性能力强，集成度高，实用性好等方面发展，使得单片机的开发设计更加的复杂，产品的功能更加齐全，具有更好的适用性、可扩展性，单片机的设计与开发、应用的前景十分广泛，领域更加宽广，智能化程度更高。

结语