1 嵌入式技术及其优点
1.1 嵌入式系统
嵌入式系统通常被定义为：以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可以裁剪，适应于对功能、可靠性、成本、体积、功耗等有严格要求的专用系统[1]。嵌入式系统广义上是指一个具有特定功能或用途的计算机软硬件集合体；狭义上仅仅指装入另一个设备并且控制该设备的专用计算机系统。它的最大特点是其目的性和针对性，也就是每一套嵌入式系统的开发都有其特殊的应用场合与功能特点，这也是嵌入式系统与通用的计算机系统的最主要的区别。

在嵌入式系统中，计算机系统一般作为智能控制部件嵌入到整个应用系统中，是整个系统的控制中心，主要用于对系统的信息处理部件和用户交互界面加以控制。在这种情况下，用户并不知道嵌入的计算机的存在，系统控制软件一般被固化在嵌入式计算机中。嵌入式计算机一般不需要用户重新编程，通过特殊的输入、输出设备即可与系统进行交互。

嵌入式系统包含软件和硬件两大部分：硬件架构以嵌入式处理器为中心，配置存储器、I/O设备、通信模块等必要的外设；软件部分以软件开发平台为核心，向上提供应用程序编程接口（API，Application Programming Interface），向下屏蔽具体硬件特性的板级支持包（BSP，Board Support Package）。在嵌入式系统中，硬件和软件紧密配合、协调工作，共同完成系统预定的功能。

嵌入式系统中核心部件是各种类型的嵌入式处理器，ARM是目前公认的业界领先的32位嵌入式精简指令计算机（RISC，Reduced Instruction Set Computer）微处理器。ARM微处理器[2]是可综合处理器，使用单一的处理器内核就可以实现故障诊断系统所需要的大部分功能，极大地减小了总体芯片的面积和系统的复杂程度。由ARM微处理器构成的嵌入式系统以其低成本、高可靠性与稳定性在嵌入式专家系统领域有着美好的前景，在PDA、STB、GPS、发动机控制、网络设备、工业机器人、航空、勘探、测量等产品中得到日益广泛的应用。

1.2 常见的嵌入式操作系统
当前应用最为广泛的、可供利用的开发资源最丰富的三种嵌入式操作系统是：Embedded Linux，Windows CE，WinXP Embedded。

Embedded Linux是一种开放源代码、软实时、多任务的嵌入式操作系统，是在标准Linux的基础上针对嵌入式系统进行内核裁剪和优化后形成的[3]。具有体积小、性能高和免费的特点，得到了许多IT巨头（如IBM、SUN等）的支持，具有很强的市场竞争力。

Windows CE是微软公司在嵌入式操作系统市场上的一个重要产品[4]。Windows CE是一个多任务的操作系统，它是为嵌入式市场而设计的，是具有联网能力、实时性和小内存占用等功能的实时操作系统。Windows CE具有模块化、结构化和基于Win32应用程序接口和与处理器无关等特点。Windows CE不仅继承了传统的Windows图形界面，并且在Windows CE平台上可以使用Windows 95/98上的编程工具（如Visual Basic、Visual C++等）、使用同样的函数、使用同样的界面风格，绝大多数的应用软件只需简单的修改和移植就可以在Windows CE平台上继续使用。基本的Windows CE操作系统的核心可以迅速被移植到专用嵌入式系统的硬件平台上。

Windows XP Embedded（简称XPe）是微软公司于2001年推出的操作系统。目前的最新的版本是SP2。XPe是Windows XP Professional系统的组件化形式，二者的内核完全相同，甚至提出可以直接通过编辑注册表，实现Windows XP Professional到Windows XP Embedded的组件化转换。因而，XPe几乎继承了桌面操作系统的所有特征，但在市场定位上XPe被认同为嵌入式系统。

2 国内外的发展及应用
传统的故障诊断专家系统的测试设备通用性差、可信度低。由于电子装备在现场分布广泛，设备种类复杂，维修人员水平不一，传统的故障诊断系统已经远远不能满足要求。随着科学技术的发展，武器系统与通用的复杂机电系统一样，由分立单元向集成单元、分布式集成系统发展。而故障诊断由传统的监视故障诊断技术向电子设备故障诊断的神经网络方法、电子故障诊断的信息融合技术和故障诊断的Agent技术发展[5]。它将人工智能中的神经网络方法、多传感器数据融合技术和分布式网络技术与专家系统相结合，大大提高了武器装备故障监控和故障诊断的能力。

嵌入式故障诊断系统把不同的电子或机电设备上采集的信号统一处理成为电压信号(1V~4V)，然后进行数字转换供计算和故障诊断使用。当嵌入式故障诊断系统收集到被测单元的信息后，自动或按照命令调用在线故障诊断专家系统，应用精确推理和不精确推理相结合的推理方法进行逻辑推理，最后确定故障部位和故障性质，并给出维修意见。同时，它还能将有关信息通过网络传送给更高层的故障诊断系统[6]。

随着嵌入式技术在故障诊断与工业检测领域的广泛应用，面向故障诊断的专家系统的嵌入式化就显得很有必要。满足嵌入式环境要求的故障诊断专家系统应该具备以下特征：①功能强大的实时数据采集系统，能够为专家系统推理提供有力的数据源支持；②精简、高效的推理机，能够对监测对象的状态数据进行快速计算与判断；③专用知识库，结合相应的知识库管理算法，实现系统的自学习以及规则管理；④轻型的图形用户界面（GUI），提供友好的人机接口[7]。

ARM的嵌入式故障诊断专家系统在军用电子设备故障诊断体系结构、分布式远程诊断、嵌入式联机诊断、知识表示和推理机制、风险估计和故障预测报警等方面具有的明显优势，从而使军用电子装备智能检测与故障诊断技术水平大大提高。

文献[8]采用嵌入式以太网技术，将信息融入企业信息网；采用B/S结构，构建风机等高速旋转机械的在线监测与远程故障诊断系统。系统中的嵌入式数据采集站硬件为ARM9工控板，在上面移植Linux操作系统，嵌入式TCP/IP，现场总线接口函数，然后在嵌入式实时操作系统的基础上编写现场总线数据采集程序以及基于TCP/IP的数据库操作程序。

文献[6]讨论了基于ARM的嵌入式故障诊断系统的平台开发，重点研究系统的体系结构和软硬件的实现。该系统采用ARM芯片作为处理器，Flash芯片作为系统的存储介质，通用的串行总线作为计算机数据传输接口，以太网作为向上一层系统传送信息的媒介，CAN总线作为外部数据信号的接收端口。从嵌入式平台的特点和故障诊断系统的功能出发，提出了基于ARM内核的CPU和WinCE的嵌入式故障诊断系统的整体解决方案。

文献[9]介绍了一种基于DSP和ARM的双核嵌入式滚动轴承故障诊断系统的研制。系统的硬件框架由ARM控制单元、DSP信号处理单元、信号放大采样单元构成。系统ARM端采用Linux操作系统，ARM主要负责作业系统运作和外围设备控制，DSP芯片来执行复杂的信号处理，ARM和DSP通过HPI进行通信。

嵌入式故障诊断技术要求针对性强、占用空间小、可配置、实时性好，而传统的故障诊断技术需要大量的数据资源作为支持，不能满足以上要求。基于此，文献[10]提出了一种基于C语言集成产生式系统（CLIPS）与人工神经网络技术（ANN）技术的嵌入式故障诊断专家系统E-FDES。对故障诊断专家系统及其相关技术进行了深入研究，在Linux环境下搭建了专家系统开发环境以及相应的设计工具链；基于构件化设计思想，使系统具备较好的可配置性与可扩展性，同时可以对数据处理构件以及图形用户界面构件进行裁减，以满足嵌入式系统的基本运行要求；利用CLIPS提供的应用程序接口设计实现了相对精简高效的规则库与知识库，并通过ANN信息融合算法完成判断与推理。

文献[11]从故障诊断专家系统入手，通过分析现有针对矿用卡车的各种诊断方法,提出了采用聚类校验的专家系统结构。通过比较选择采用嵌入式计算机系统与可编程控制器现场总线采集网络相结合的测控系统硬件结构，并以Windows XP Embedded为操作系统。

文献[12]介绍了基于ARM-Linux嵌入式系统的监控和故障诊断系统，对该系统的软硬件设计方法等进行了阐述。综合运用了GPRS无线通讯技术、故障树分析法、专家系统等理论，研究工程机械监控和故障诊断。该系统集实时数据采集、信号处理、在线状态监测、网络通讯、故障诊断于一体，采用专家控制诊断系统，实现了工程机械监控诊断。

在分析了现有机车设备状态检测与故障诊断系统的弊端之后，文献[13]介绍了基于嵌入式系统与专家系统的机车设备状态检测与故障诊断系统的工作原理和主要构成。其中嵌入式系统完成对机车设备状态的检测、信息显示和简单的实时故障诊断功能，专家系统通过接收车载嵌入式系统对机车设备状态信息的初步分析处理，完成机车运行状态判断和状态预测。

文献[14]通过对某故障诊断专家系统功能需求的分析和各种操作系统性能的比较，选取Windows CE.Net作为本系统的操作系统平台。并且深入分析了Windows CE.Net设备管理的工作原理和设备驱动程序的框架结构，设计了操作系统的引导程序Boot Loader及其他的相关驱动程序，完成系统的平台定制。

3 结论
目前，故障诊断专家系统的研究热点包括机器学习方法、知识发现、数据挖掘技术、Agent技术等。其中有很多关键技术还需不断研究，比如嵌入式以太网技术和现场总线技术的融合、数据库挖掘技术在设备故障诊断中的应用、多Agent智能诊断方法以及故障诊断算法组件的研究、计算机支持的协同工作技术（CSCW, Computer Supported Cooperative Work）研究等，这些技术的发展将推动该学科领域研究不断深化。

参考文献：
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[2]ARM官方网站:http://www.arm.com/Chinese.
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