摘要
嵌入式系统如今已经广泛的应用到了科学研究，工程设计，军事技术，各类产业和商业等领域。并且还在不断的发展和延续，嵌入式系统中又以ARM架构的运用最为有发展前景，普及最为广泛。在嵌入式操作系统领域中则是种类繁多，各有特色，Windows CE操作系统由微软开发，还继承了Windows等系列操作系统的有点，极大的方便了应用程序的开发，ARM是嵌入式系统研究的一个重要方向。
随着工业自动化的迅速发展，人们对于工业监控系统的要求也越来越高，在这里我以“无线监控系统的设计”作为工控系统的实例进行研究设计。经分析比较，选择S3c2440处理器为系统核心，因为它带有摄像头接口。选择Windows CE 系统作为嵌入式操作系统。
本文详述了作者参与并主持的具体开发过程，从硬件选型，系统设计，硬件电路详细设计， Windows CE操作系统分析，Windows CE系统定制，每一个步骤都做了有特点的说明。本文在最后对整个项目开发进行了总结。
【关键词】嵌入式系统 Windows CE ARM S3c2440
Abstract
The embedded system now widely used in scientific research, engineering design, military technology, all kinds of industrial and commercial, etc. And also in constant development and continue, embedded systems and to the frame of the most have use ARM development prospects, popularize the most widely used. In embedded operating system in the field is wide variety, have distinguishing feature each, Windows CE operating system developed by Microsoft, also inherited the Windows operating system as a bit of a series, great convenience application development, ARM embedded system is an important direction.
With the rapid development of industrial automation, people for the industrial control system in the more and more is also high requirements, here I with "wireless monitoring system design" as the example of industrial control system design. By analysis and comparison, the choice S3c2440 processor core for the system, for it with a camera interface. Choose Windows CE system as embedded operating system.
The paper reviews the author and participate in specific development process hosted, from hardware selection, system design, hardware circuit the detailed design, Windows CE operating system analysis, Windows CE system customizing, each step all did have a characteristic of it. This paper in the last for the whole project development are summarized.
【Keywords】Embedded system Windows CE ARM S3c2440
目录
第1章绪论 (1)
1.1课题背景和研究内容 (1)
1.2相关知识背景 (1)
1.3课题研究的方法 (2)
1.4国内外发展状况 (3)
第2章硬件电路设计 (4)
2.1总体电路设计 (4)
2.2硬件电路的开发工具 (5)
2.3内存、闪存、微处理器的部分电路设计 (7)
第3章定制WINDOWS CE嵌入式操作系统 (9)
3.1分析方法 (9)
3.2简述W INDOWS CE操作系统 (9)
3.3W INDOWS CE系统的任务调试 (9)
3.4W INDOWS CE系统的内存管理 (10)
3.5W INDOWS CE中的设备管理器 (12)
3.6 WINDOWS CE中的注册表 (12)
第5章调试总结 (15)
5.1调试 (15)
5.1.1硬件调试 (15)
5.1.2软件调试 (15)
总结 (17)
参考文献 (18)
致谢 (20)
基于ARM的嵌入式工业控制系统设计
第1章绪论
1.1课题背景和研究内容
近年来，嵌入式技术飞速发展，嵌入式产品随处可见。基于ARM核的芯片具有低功耗、高性能的特点，广泛应用于嵌入式产品当中。
本课题研究的主要是基于ARM的嵌入式工业控制系统，在国内外已有类似的产品面世，但是大多数还是在研究与学习的阶段上，能够完整的应用到实际中的实例确实很少，该选题主要是为了研究出一套新的工业控制方案。
随着工业自动化的迅速发展，人们对于工业监控系统的要求也越来越高，希望能够在很远的地方也能够监控到工业操作对象，在这里我以“无线监控系统的设计”作为工控系统的实例进行研究设计。经分析比较，选择S3c2440处理器为系统核心，因为它带有摄像头接口。
研究内容:以“无线监控系统的设计”作为本次课题的研究内容，深入了解ARM嵌入式控制系统在工业控制系统中的作用。借助Windows CE对其进行一定的操作，从而使其Windows CE得到极大的优化。硬件部分有硬件电路的设计和分析以及其适用性分析，硬件系统和综合调试等等。
1.2相关知识背景
ARM：全称是Advanced RISC Machine,它是英国一个研发RISC处理器的公司名称，后来它生产的RISC处理器被命名为ARM处理器。ARM处理器是当今世界上最为先进的16/32位的RISC微处理器之一。特点：高性能、低能耗、低成本、小体积，在已经广泛的被应用到嵌入式系统中去。解决方案、通信、手持设备等很多的方面，都有它的身影。
嵌入式系统：用来控制和监测机器、装置、工厂等大规模系统的设备。（国际电气和电子工程师协会定义）一般来说，可以把嵌入式系统看成是对象系统的
专用计算机系统。通俗一点就好像是一个比电脑还要小的电脑。当代社会嵌入式系统已经广泛的应用于科学研究、工程设计、军工建设、以及各种商业产品中等等方方面面，随着嵌入式系统的发展，我们的生活已经越来越离不开它了[1]。
ARM已经有了很多版本，目前的ARM处理器主要包括ARM7系列、ARM9系列ARM9E系列、ARM10E系列、SecurCore系列、Intel Xscale系列。它们的区别在于主频、功耗、指令集等方面[2]。
嵌入式系统:嵌入式系统是计算机系统中的一个系统软件，目前处于主流领域的嵌入式操作系统有：Windows CE、Linux、VxWorks、eCos等等。它们有效的组织和管理计算机系统中的硬件和软件资源，合理的组织计算机的工作流程，控制应用程序的执行，并向用户提供各种服务功能。嵌入式系统由于收到硬件条件的限制所以一般体积都比较小，功能的针对性比较强，还具有实时性，这是源于嵌入式系统面对的不是人而是机器，而对于机器来说，它们是没法具有判断和容忍能力的，也就是说它需要一定的时间去反应，这里我们可以把嵌入式系统称之为实时系统[3]。
1.3课题研究的方法
市场调查：根据市场上工业控制系统的一般特点我们可以了解到，其性能指标的内存一般在16MB-128MB之间，主频一般在150Mhz-300Mhz，Flash存储量16MB-256MB，接口电路一般配备有串口、以太网口等。但是在应用中最为广泛的还是串口和以太网口。
选型：随着ARM构架的迅速发展还有其特有的低能耗、高性能的优点，ARM 架构的嵌入式处理器已经成为嵌入式领域的最为重要的处理器。在市场上的应用也是以基于ARM的嵌入式工业控制系统居多。但是在ARM体系中的处理器中有很多可供选择的器件。我们需要考虑的方面很多，比如：系统地基本需要、开发系统所需要的成本、系统开发的难易程度等等。其中Windows CE嵌入式操作系统是由微软公司开发研制的，它集合了Windows等一系列操作系统的优点。而且在我们国家参与研究开发Windows CE的系统人员相对来说比较少，技术还比较落后。但是，Windows CE系统的应用却非常的广泛，因此我们选择了Windows CE
做我这次研究的嵌入式操作系统[4]。
1.4国内外发展状况及其研究意义
近年来，我国嵌入式系统的发展迅速，应用产品日益丰富，尤其在加点、电子、汽车、通信、交通、金融、网络、监控、工业控制等领域应用广泛。发展嵌入式系统技术和产业已经成为贯彻我国政策的方针。但是，由于多种因素的制约，国内的嵌入式系统的研发单位和应用单位之间的交流渠道不通畅，产业的市场化、专业化和社会化程度较低，技术产品的推广和应用难以得到有效推进影响了嵌入式系统产业的发展以及传统产业的升级。
就目前国际产业状况而言，我国还尚处于产业链的末端，国外的技术相对来说更加成熟，应用的成本较低，运营效率较高。
第2章硬件电路设计
2.1整体电路框图设计
根据研究内容，设计如下2-1总体硬件结构框图。
图2-1监控系统结构框图
如图2-1，以三星公司生产的S3c2440芯片作为设计核心，主要因为它除了拥有S3C2410拥有的串口、USB、A/D转换器等等之外，还集成了一个外接的摄像头（CAMIF）接口，它是用作采集远程的图像信息的。系统可以在ARM微处理器S3C2440的控制下，从摄像机采集模拟的视频信号，然后通过一系列的编码、DMA传输到内存缓冲，再由软件对内存中的数字视频进行压缩打包，最后通过通信单元将图像以IP包的方式发送到监控中心的服务器。系统还增加了多路开关和数据采集功能，可以连接各类传感器和很多外接设备。
图中的485指的是，摄像机的一个接口云台，可以通过互联网远程控制摄像机的取景角度、镜头拉伸、聚焦等功能。
2.2各类接口的连接
由于S3c2440微处理器的摄像机接口接收ITU标准的图像数据，不能直接的接收到CCD摄像机的输出模拟的视频信号，因此我们还要用到的是1片SAA7113视频解码器，SAA7113可以输入4路的模拟视频信号，通过内部寄存器的不同配置可以对4路输入进行转换，输入可以为4路CVBS或2路S视频(Y/C)信号，输出8位“VPO”总线，为标准的ITU656、YUV 4:2:2格式。对SAA7113初始化需要通过I2C 总线进行，而S3C2440内部集成的I2C控制器正好可以实现这个过程。
下面是S3C2440的摄像机接口与视频解码器SAA7113的连接原理图
如图2-2 S3C2440与SAA7113的连接原理图
SAA7113的CE引脚与S3C2440的一个GPIO引脚相连，这样子就可以控制SAA7113的工作状态。在系统不需要采集图像时，可以将电平GPIO处于低电平，使SAA7113芯片处于一个低能耗的状态，节约电能。它向嵌入式系统的摄像机接口提供了采样得到的标准ITU视频数据，这些视频数据经过DMA 的P端口或者C端口控制传输到了内存，这样子就可以在内存中对图像数据进行进一步的加工和处理。
2.3内存、闪存、微处理器的部分电路设计
首先，不得不介绍的是S3c2410，它是三星公司推出的基于ARM的16/32位的RISC嵌入式微处理器，它主要被应用于功能较多，性能较高的嵌入式系统中。S3c2410的嵌入式处理器是以ARM为核心的，包含了很多接口资源，如下：
1个LCD控制器
SDRAM控制器
4个DMA通道
1个USB主接口，1个可以选择主从的USB接口
NAND Flash控制器
支持电源管理功能
看门狗和计数器
117个通用I/O接口和24个外部中断源
触摸屏接口[5]
系统的核心设计：主要是指系统的外围电路和CPU的设计，在这里我们选择Samsung K9F1G08U0B作为我们研究的Flash存储器。由于核心部分的零部件比较少，设计起来会比较简单些，主要是关键部分还是PCB部分的设计。
图2-2核心板PCB层次图
如上图，我借鉴了一下他们设计的电路图加以分析。如上图：
核心部分需要两种不同的电压，3.3V和1.8V，所以我们需要将电源层加以分割。这种设计的好处在于，能够保证布线成功的可能以及布局的合理性。
外部接口的设计：我们前面提到了以太网控制器，什么是以太网呢？它是由什么器件组成的呢？我们就要介绍一下下面这两种芯片：CS8900A和DM9000AE。它们共同组成了以太网控制器。
CS8900A的工作特点有：1、支持外部的EPROM。2、自动生成报头，发生冲突后自动重发。3、支持I/O操作模式。4、片内有4K字节的RAM
DM9000AE的工作特点：1、2.5/3.3V低功耗。2、20ns的响应时间。3、可以有效的减轻CPU的负担，提高工作效率。对DM9000AE的控制也是通过访问寄存器来实现的[6]。
第3章定制Windows CE嵌入式操作系统
3.1分析方法
定制一个系统前，我们先要对其进行分析研究。能够非常透彻的理解系统地基本性质和特点。
我们可以采取结构分析法了解此系统，通常操作系统的进程中，内存管理，以及驱动模块，都会与特定的部分相对应，再分析之前，要看好一个特别的模块。它是由那些主要元素组成的？它和哪些文件是有关系的？它主要依赖哪些元素等等。还要分析其中包含那些结构和类别，这样才能抓住系统的本质，就很简单的可以分析出来系统模块的功能了。
当我们要使用一个操作系统的时候，我们没有必要了解它的内部结构，就好像我们玩电脑似得，我们每天几乎都在用它在聊天、学习、上网等。但是我们对于它的内部结构真的很了解吗？答案是否定的。
3.2 简述Windows CE操作系统
Windows CE实际上是一个半开放的源代码的系统，各种各样的源代码组成了它的研发环境。微软提供的Platform Builder为Windows CE系统提供了研发过程的场所，并且还保存了Windows CE系统的核心部分，减小了对应用者以及开发者带来的难度。系统地开发者主要的任务就是进行适当的修改、添加、补充组成并编译生成系统的内核[7]。
3.3 Windows CE系统的任务调试
Windows CE操作系统为用户提供了一个逐步操作的指南，来建立在调试即将运行的时候操作系统映像和运行在仿真器上的简单的应用程序。
首先，在建立操作系统映像后，当它连接到Emulator （CEPC）之后，选择Target下的Download （Initialize）选项，下载操作系统映像，在下载的过程
中，IDE中会有一个对话框显示下载过。
调试的过程中包括：进程和线程两个部分。
进程: Windows https://www.doczj.com/doc/aa11534365.html,最多支持同时运行32个进程。所有进程的总地址的空间决定了整个系统的分配。低于Windows CE 4.0版本，也就是低于.NET的版本的CE操作系统，总进程空间从0x0000 0000到0x4200 0000 ，每32MB地址空间为一个槽，共33个槽。当启动一个进程时，内核将会选择一个没有被占用的槽作为这个进程的地址空间。其中0x0000 0000到0x01FF FFFF这个槽称为Slot 0。当每个进程在得到CPU控制权时，将会把整个地址映射到Slot 0。我们把这个进程在帮助文档中称之为：当前运行进程（currently running process）。在分配到一个槽后，内核将会在这个槽内按从低到高地址顺序为代码段、静态数据段分配足够的地址空间，然后是堆、栈，栈之后的空间为所有 DLL 保留，包括XIP和非XIP DLL。值得注意的是注意Slot 0最底部64KB是永远保留的。进程使用是从Slot 1 到 Slot32 的，前几个槽一般为系统程序使用[8]。
Windows https://www.doczj.com/doc/aa11534365.html,与低级的操作系统是有区别的，但是不是很明显。这一点是可以从MSDN 的"Technical Articles"和"Knowledge Base"的文章中找到的线程：线程除了能够访问进程的资源外，每个线程还拥有自己的栈。栈的大小是可以调整的，最小为1KB或4KB（也就是一个内存页。内存页的大小取决于CPU），一般默认为64KB，但栈顶端永远保留2KB为防止溢出。如果要改变栈初始时大小，在EVC“project" Settings"－"Link"链接选项"/STACK"后的参数中指定大小。其中参数1为默认大小，参数2为一个内存页大小，都用十六进制表示。如果将栈的初始值设置太小，很容易导致系统访问非法并且会导致立即终止进程[9-10]。
3.4 Windows CE系统的内存管理
Windows CE中的内存有个方面:1、ROM和RAM。2、虚存。3、堆。4、栈5、静态数据块。
ROM和RAM： ROM称为“Read Only Memory”。它是一种只能读出事先所存数据的固态半导体存储器，它的特性是一旦存储资料就无法改变和删除，我们通常用在不需要经常变更的资料的电子或者电脑中，资料就可以不会因为断电而消失。
Windows CE中，存储在ROM中的程序可以被设计成本地执行（XIP：Execute in place）。该方式可直接在ROM中运行，不像一般的程序运行方式，即无须释放到RAM中再执行。但XIP方式中，ROM的CPU访问速度较慢，实时性较差。需要注意的是，存储在闪存（Flash Memory）中和对象存储区（Object Store）的程序不能被本地执行，必须拷到RAM中，然后再运行。
Windows CE中的RAM可以分为程序区（也叫系统堆）和对象存储两个区域。其中的对象存储区域可以被看做一个永久的虚拟RAM盘。和传统的PC机不同，Windows CE中的对象存储在系统关闭以后仍旧可以保存文件。因为在我们关闭电源的时候，系统并没有真正关闭，而是进入一个低功耗的运行模式。RAM的另一个区域就是程序区，这个区域就跟PC机的RAM一样。
虚存：要高性能则需要增加物理内存，而增加物理内存则增加成本。考虑到成本和性能的对立关系，也是为了在成本和性能之间找到一个较好的平衡，虚存的技术应运而生。虚拟内存分为3种状态：1、未使用的：未使用的虚拟页面，可以被分配的；2、保留的：已经被预定了，但还没与实际的物理地址对应，不能被程序使用；3、占用的：已经与实际的物理地址对应了。
堆：实质上，堆是一段连续不断的、相对较大的虚拟的地址空间。使用堆以字节单位来申请和释放内存，这种方式的粒度比分页式虚拟存储要小得多，从而提高应用程序的执行效率Windows CE中只允许在堆中程序申请静态的（不能移动的）内存块，因此，有可能会产生一系列碎片。在Windows CE中，每个堆都是由一个信号量来控制访问的，两个进程如果想同时访问一个堆是不允许的。
栈：栈也是一段连续不断的虚拟地址空间，但是和堆不同的是，栈的空间要相对来说小了一些，创建的栈的默认的最大值为58KB，栈是专门为了函数使用才设计的。
静态数据块：Windows CE中的静态数据块是一个程序启动时候加载的内存块。这些内存块包含了字符集、缓冲区和程序需要的静态数据[11-13]。
3.5 Windows CE中的设备管理器
设备管理器：目录:c:\WINCE500\PRIVATE\WINCEOS\COREOS\DEVICE\，是由Device.exe 和 Devmgr.dll 组成。Device.exe 包含 Devmgr.dll，后者实现了核心设备管理器功能。因为设备管理器由两个单独的模块组成，所以设备驱动程序可以直接与设备管理器链接并调用特定的函数（例如，DMAdvertiseInterface），而不会引起系统调用的开销。
下表显示了设备管理器的组件。
[DEVCORE]设备管理器的核心代码部分.Devapi.c Devcore.c Devfile.c Devfsd.c Devload.c Devpnp.c Celogdev.h
[DEVMAIN]程序入口点. devmain.c [INC]头文件Devmgrif.h Devmgrp.h Devzones.h Iormif.h Pmif.h
[IORM] io资源管理 Iorm.c [NOPMIF]电源管理模块接口(这里是不要电源管理模块的'空'接口) Nopmif.c
[PMIF]电源管理模块接口 Pmif.c[14]
3.6 Windows CE中的注册表
与其他的windows系统具有共同的特点，注册表在操作系统中起到了非常重要的作用，它就像个记录员，记录着系统中很多重要的信息。
Windows CE注册表有三个主键：1、HKEY_CLASSES_ROOT:包含了COM组件的信息和文件扩展名关联信息等，简称HCR2、HKEY_LOCAL_MACJINE:包含设备的配置信息包括软件与硬件，简称HLM3、HKEY_CURRENT_USER:包含了用户当前的配置信息，简称HCU。值得注意的是：Windows CE不支持安全机制，注册表里键的名称最长为255个字符，16键层[15]。
第4章嵌入式系统在工业中的应用实例
2004年美国风河系统公司推出了一代面向工业自动化的专用嵌入式系统开发平台WIND RIVER?PLATFORM FOR INDUSTRIAL AUTOMATION 2.0 (简称PLATFORM IA)和Platform for Industrial Devices 2.0 (Platform ID)，实现了企业和设备以及设备与设备的互联能力，同时也进一步提高了系统的性能和可靠性。
随着网络技术的发展以及市场对需求的要求的变化，工业设备实现网络化的管理控制已经成为了一种必然的趋势。工业自动化设备制造厂商可以直接利用通过可靠严整的新技术，快速的开发出满足工厂生产的控制设备，而不必花费太多的时间去自行开发这些通用的新技术。工业控制：基于嵌入式芯片的工业自动化设备将获得长足的发展，目前已经有大量的8、16、32 位嵌入式微控制器在应用中，网络化是提高生产效率和产品质量、减少人力资源主要途径，如工业过程控制、数字机床、电力系统、电网安全、电网设备监测、石油化工系统。就传统的工业控制产品而言，低端型采用的往往是8位单片机。但是随着技术的发展，32位、64位的处理器逐渐成为工业控制设备的核心，在未来几年内必将获得长足的发展。
2010年赵梅“基于ARM的嵌入式系统在温控仪表中的应用”在工业中还被应用到温度控制中，采用ARM嵌入式处理器来实现对温度的控制，不仅可以减少外设，提高系统的可靠性，而且还可以采用复杂的控制策略，来实现对温度的准确控制。
第5章调试总结
5.1调试
调试过程：硬件调试、软件调试、硬件软件综合调试。
5.1.1硬件调试
核心板的调试和底板的调试，核心板的调试和底板的调试时不同的，因为它们电路的复杂程度是不同的。
核心板调试的基本步骤：1.用Multi-ICE通过JTAG接口测试S3c2410的系统是不是工作正常，来测试电源的那一部分，S3c2410基本接口布线的情况。2.用ADS软件下载测试的调试程序，用来测试S3c2410各个部分是不是能够正常的工作和SDRAM的走线情况。3.用SJF2410软件，读写NAND Flash来测试S3c2410与NAND Flash之间的线路情况。4.编程来测试核心板和底板的接口连接情况。
底板调试的基本步骤：1.测试电源是不是工作正常。2.测试复位电路是不是工作正常。3.利用下载核心板的程序，来测试串口输出和网络通讯是不是都能正常工作。
5.1.2软件调试
Windows CE中系统的调试和驱动程序的调试都是基本上一致的。在嵌入式首先需要的东西就是Eboot，通过运行Eboot来下载下来的新编制测内核镜像到SSDRAM中，接下来开始运行，通过KITL（将硬件和通信协议层分开，可以看作是调试内核的一中连接方式）。Windows CE Platform Builder（简称为PB）包括为嵌入式系统配置Windows CE的所有工具：交叉编译器、汇编器、远程调试工具，操作系统创建工具、样本OAL代码、样本设备驱动代码、样本应用程序代码、和开发定制Windows CE操作系统的文档。还有一个这个东西，但不能使用Platform Builder 的可视集成开发环境调试器（IDE）来调试OAL和设备驱动程序源代码。IDE调试器只支持调试软件应用程序。
总之，调试部分嵌入式系统设计中非常重要的环节，它关系着整个系统的成败。如今，嵌入式系统已经被广泛的应用到工业控制，电子通信等领域。尤其是，最近几年来，随着嵌入式系统的进一步发展，它已经开始慢慢的进入了我们的生活，可以说发展前景时一片光明啊。嵌入式系统是一个很复杂的综合的过程，这需要我们拥有很好的专业知识才能做好这方面的设计，把这个课题作为我研究的项目，可以通过不断的学习增加自己的知识面。
嵌入式系统设计与应用 本文由kenneth67贡献 ppt文档可能在W AP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 课程名称：课程名称：嵌入式系统设计与应用 总学时：其中讲课36学时，上机实践环节12 36学时12学时总学时：其中讲课36学时，上机实践环节12学时教材：嵌入式系统设计教程》教材：《嵌入式系统设计教程》电子工业出版社马洪连参考书：参考书：1、《嵌入式系统开发与应用》北航出版社、田泽编著. 嵌入式系统开发与应用》北航出版社、田泽编著. 2、《ARM体系结构与编程》清华大学出版社杜春雷编著ARM体系结构与编程体系结构与编程》嵌入式系统设计与实例开发—ARM ARM与C/OS3、《嵌入式系统设计与实例开发ARM与μC/OS-Ⅱ》清华大学出版社王田苗、魏洪兴编著清华大学出版社王田苗、ARM嵌入式微处理器体系结构嵌入式微处理器体系结构》4、《ARM嵌入式微处理器体系结构》北航出版社、马忠梅等著. 北航出版社、马忠梅等著. 张石．ARM嵌入式系统教程嵌入式系统教程》5、张石．《ARM嵌入式系统教程》．机械工业出版2008年社．2008年9月 1 课程内容 绪论：绪论： 1）学习嵌入式系统的意义2）高校人才嵌入式培养情况嵌入式系统设计（实验课）3）嵌入式系统设计（实验课）内容安排 第1章嵌入式系统概况 1.1 嵌入式系统的定义1.2 嵌入式系统的应用领域及发展趋势1.3 嵌入式系统组成简介 第2章嵌入式系统的基本知识 2.1 2.2 2.3 嵌入式系统的硬件基础嵌入式系统的软件基础ARM微处理器的指令系统和程序设计ARM微处理器的指令系统和程序设计 2 第3章 3.1 3.2 3.3 基于ARM架构的嵌入式微处理器基于ARM架构的嵌入式微处理器ARM 概述嵌入式微处理器的组成常用的三种ARM ARM微处理器介绍常用的三种ARM 微处理器介绍 第4章 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 嵌入式系统设计 概述嵌入式系统的硬件设计嵌入式系统接口设计嵌入式系统人机交互设备接口嵌入式系统的总线接口和网络接口设计嵌入式系统中常用的无线通信技术 3 第5章嵌入式系统开发环境与相关开发技术 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 6.1 6.2 6.3 6.4 概述嵌入式系统的开发工具嵌入式系统调试技术嵌入式系统开发经验嵌入式系统的Bootloader Bootloader技术嵌入式系统的Bootloader技术μC/OS-II操作系统概述C/OS-II操作系统概述ADS开发环境ARM ADS开发环境C/OS-II操作系统在ARM系统中的移植操作系统在ARM μC/OS-II操作系统在ARM系统
arm9嵌入式课后答案 【篇一：arm嵌入式系统结构与编程习题答案(全)】ass=txt>第一章绪论 1. 国内嵌入式系统行业对“嵌入式系统”的定义是什么？如何理解？答：国内嵌入式行业一个普遍认同的定义是：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能，可靠性，成本，体积，功耗严格要求的专业计算机系统。从这个定义可以看出嵌入式系统是与应用紧密结合的，它具有很强的专用性，必须结合实际系统需求进行合理的剪裁利用。因此有人把嵌入式系统比作是一个针对特定的应用而“量身定做”的专业计算机系统。 2．嵌入式系统是从何时产生的，简述其发展历程。 答：从20世纪70年代单片机的出现到目前各式各样的嵌入式微处理器，微控制器的大规模应用，嵌入式系统已经有了30多年的发展历史。 嵌入式系统的出现最初是基于单片机的。intel公司1971年开发出第一片具有4位总线结构的微处理器4004，可以说是嵌入式系统的萌芽阶段。80年代初的8051是单片机历史上值得纪念的一页。20世纪80年代早期，出现了商业级的“实时操作系统内核”，在实时内核下编写应用软件可以使新产品的沿着更快，更节省资金。20世纪90年代实时内核发展为实时多任务操作系统。步入21世纪以来，嵌入式系统得到了极大的发展。在硬件上，mcu的性能得到了极大的提升，特别是arm技术的出现与完善，为嵌入式操作系统提供了功能强大的硬件载体，将嵌入式系统推向了一个崭新的阶段。 3．当前最常用的源码开放的嵌入式操作系统有哪些，请举出两例，并分析其特点。答：主要有嵌入式linux和嵌入式实时操作内核uc/os-ii 嵌入式linux操作系统是针对嵌入式微控制器的特点而量身定做的一种linux操作系统，包括常用的嵌入式通信协议和常用驱动，支持多种文件系统。主要有以下特点：源码开放，易于移植，内核小，功能强大，运行稳定，效率高等。 uc/os是源码工卡的实时嵌入式系统内核，主要有以下特点：源码公开，可移植性强，可固化，可剪裁，占先式，多任务，可确定性，提供系统服务等。
嵌入式软件开发流程 一、嵌入式软件开发流程 1.1 嵌入式系统开发概述 由嵌入式系统本身的特性所影响，嵌入式系统开发与通用系统的开发有很大的区别。嵌入式系统的开发主要分为系统总体开发、嵌入式硬件开发和嵌入式软件开发3大部分，其总体流程图如图1.1所示。 图1.1 嵌入式系统开发流程图 在系统总体开发中，由于嵌入式系统与硬件依赖非常紧密，往往某些需求只能通过特定的硬件才能实现，因此需要进行处理器选型，以更好地满足产品的需求。另外，对于有些硬件和软件都可以实现的功能，就需要在成本和性能上做出抉择。往往通过硬件实现会增加产品的成本，但能大大提高产品的性能和可靠性。 再次，开发环境的选择对于嵌入式系统的开发也有很大的影响。这里的开发环境包括嵌入式操作系统的选择以及开发工具的选择等。比如，对开发成本和进度限制较大的产品可以选择嵌入式Linux，对实时性要求非常高的产品可以选择Vxworks等。
1.2 嵌入式软件开发概述 嵌入式软件开发总体流程为图4.15中“软件设计实现”部分所示，它同通用计算机软件开发一样，分为需求分析、软件概要设计、软件详细设计、软件实现和软件测试。其中嵌入式软件需求分析与硬件的需求分析合二为一，故没有分开画出。 由于在嵌入式软件开发的工具非常多，为了更好地帮助读者选择开发工具，下面首先对嵌入式软件开发过程中所使用的工具做一简单归纳。 嵌入式软件的开发工具根据不同的开发过程而划分，比如在需求分析阶段，可以选择IBM的Rational Rose等软件，而在程序开发阶段可以采用CodeWarrior（下面要介绍的ADS 的一个工具）等，在调试阶段所用的Multi-ICE等。同时，不同的嵌入式操作系统往往会有配套的开发工具，比如Vxworks有集成开发环境Tornado，WindowsCE的集成开发环境WindowsCE Platform等。此外，不同的处理器可能还有对应的开发工具，比如ARM的常用集成开发工具ADS、IAR和RealView等。在这里，大多数软件都有比较高的使用费用，但也可以大大加快产品的开发进度，用户可以根据需求自行选择。图4.16是嵌入式开发的不同阶段的常用软件。 图1.2 嵌入式开发不同阶段的常用软件 嵌入式系统的软件开发与通常软件开发的区别主要在于软件实现部分，其中又可以分为编译和调试两部分，下面分别对这两部分进行讲解。 1．交叉编译 嵌入式软件开发所采用的编译为交叉编译。所谓交叉编译就是在一个平台上生成可以在另一个平台上执行的代码。在第3章中已经提到，编译的最主要的工作就在将程序转化成运行该程序的CPU所能识别的机器代码，由于不同的体系结构有不同的指令系统。因此，不同的CPU需要有相应的编译器，而交叉编译就如同翻译一样，把相同的程序代码翻译成不同CPU的对应可执行二进制文件。要注意的是，编译器本身也是程序，也要在与之对应的某一个CPU平台上运行。嵌入式系统交叉编译环境如图4.17所示。
《嵌入式系统设计与应用》课程设计 题目嵌入式系统的实践教学探讨 1．嵌入式系统设计与应用课程的内容概述 1.1 内容概述 本课程适用于计算机类专业，是一门重要的专业课程。它的任务是掌握嵌入式系统的基本概念；掌握嵌入式处理器 ARM 体系结构，包括ARM总体结构、存储器组织、系统控制模块和I/O外围控制模块；掌握ARM指令集和Thumb指令集；掌握ARM汇编语言和C语言编程方法；了解基于ARM 的开发调试方法。它的目的是了解和掌握嵌入式处理器的原理及其应用方法。 1）介绍嵌入式系统开发的基础知识，从嵌入式计算机的历史由来、嵌入式系统的定义、嵌入式系统的基本特点、嵌入式系统的分类及应 用、嵌入式系统软硬件各部分组成、嵌入式系统的开发流程、嵌入 式技术的发展趋势等方面进行了介绍，涉及到嵌入式系统开发的基 本内容，使学生系统地建立起的嵌入式系统整体概念。 2）对ARM技术进行全面论述，使学生对ARM技术有个全面的了解和掌握，建立起以ARM技术为基础的嵌入式系统应用和以ARM核为基础 的嵌入式芯片设计的技术基础。 3）ARM指令系统特点，ARM 指令系统，Thumb 指令系统，ARM 宏汇编，ARM 汇编语言程序设计，嵌入式 C 语言程序设计。 1.2实践教学探讨 在IEEE 计算机协会2004年6月发布的Computing Curricula Computer Engineering Report， Ironman Draf t 报告中把嵌入式系统课程列为计算机工程学科的领域之一，把软硬件协同设计列为高层次的选修课程。美国科罗拉多州立大学“嵌入式系统认证”课程目录包括实时嵌入式系统导论、嵌入式系统设计和嵌入式系统工程训练课程。美国华盛顿大学嵌入式系统课程名称是嵌入式系统
从软件工程的角度来说，嵌入式应用软件也有一定的生命周期，如要进行需求分析、系统设计、代码编写、调试和维护等工作，软件工程的许多理论对它也是适用的。 但和其他通用软件相比，它的开发有许多独特之处： ·在需求分析时，必须考虑硬件性能的影响，具体功能必须考虑由何种硬件实现。 ·在系统设计阶段，重点考虑的是任务的划分及其接口，而不是模块的划分。模块划分则放在了任务的设计阶段。 ·在调试时采用交叉调试方式。 ·软件调试完毕固化到嵌入式系统中后，它的后期维护工作较少。 下面主要介绍分析和设计阶段的步骤与原则： 1、需求分析 对需求加以分析产生需求说明，需求说明过程给出系统功能需求，它包括：·系统所有实现的功能 ·系统的输入、输出 ·系统的外部接口需求（如用户界面） ·它的性能以及诸如文件/数据库安全等其他要求 在实时系统中，常用状态变迁图来描述系统。在设计状态图时，应对系统运行过程进行详细考虑，尽量在状态图中列出所有系统状态，包括许多用户无需知道的内部状态，对许多异常也应有相应处理。 此外，应清楚地说明人机接口，即操作员与系统间地相互作用。对于比较复杂地系统，形成一本操作手册是必要的，为用户提供使用该系统的操作步骤。为使系统说明更清楚，可以将状态变迁图与操作手册脚本结合起来。
在对需求进行分析，了解系统所要实现的功能的基础上，系统开发选用何种硬件、软件平台就可以确定了。 对于硬件平台，要考虑的是微处理器的处理速度、内存空间的大小、外部扩展设备是否满足功能要求等。如微处理器对外部事件的响应速度是否满足系统的实时性要求，它的稳定性如何，内存空间是否满足操作系统及应用软件的运行要求，对于要求网络功能的系统，是否扩展有以太网接口等。 对于软件平台而言，操作系统是否支持实时性及支持的程度、对多任务的管理能力是否支持前面选中的微处理器、网络功能是否满足系统要求以及开发环境是否完善等都是必须考虑的。 当然，不管选用何种软硬件平台，成本因素都是要考虑的，嵌入式Linux 正是在这方面具有突出的优势。 2、任务和模块划分 在进行需求分析和明确系统功能后，就可以对系统进行任务划分。任务是代码运行的一个映象，是无限循环的一段代码。从系统的角度来看，任务是嵌入式系统中竞争系统资源的最小运行单元，任务可以使用或等待CPU、I/O设备和内存空间等系统资源。 在设计一个较为复杂的多任务应用系统时，进行合理的任务划分对系统的运行效率、实时性和吞吐量影响都极大。任务分解过细会不断地在各任务之间切换，而任务之间的通信量也会很大，这样将会大大地增加系统的开销，影响系统的效率。而任务分解过粗、不够彻底又会造成原本可以并行的操作只能按顺序串行执行，从而影响系统的吞吐量。为了达到系统效率和吞吐量之间的平衡折中，在划分任务时应在数据流图的基础上，遵循下列步骤和原则：
嵌入式课程设计报告 学院信息电子技术 专业通信工程 班级 学号 姓名 指导教师 2017年07月01日
基于ARM9的人脸识别系统 一、引言 人脸识别背景和意义 人脸识别系统的研究始于20世纪60年代，80年代后随着计算机技术和光学成像技术的发展得到提高，而真正进入初级的应用阶段则在90年后期，并且以美国、德国和日本的技术实现为主；人脸识别系统成功的关键在于是否拥有尖端的核心算法，并使识别结果具有实用化的识别率和识别速度；“人脸识别系统”集成了人工智能、机器识别、机器学习、模型理论、专家系统、视频图像处理等多种专业技术，同时需结合中间值处理的理论与实现，是生物特征识别的最新应用，其核心技术的实现，展现了弱人工智能向强人工智能的转化语音识别、体形识别等，而指纹识别、虹膜识别等都不具有自然性，因为人类或者其他生物并不通过此类生物特征区别个体。 人脸识别具有这方面的特点，它完全利用可见光获取人脸图像信息，而不同于指纹识别或者虹膜识别，需要利用电子压力传感器采集指纹，或者利用红外线采集虹膜图像，这些特殊的采集方式很容易被人察觉，从而更有可能被伪装欺骗。 二、系统设计 1、硬件电路设计 （1）ARM9处理器 本系统所采用的硬件平台是天嵌公司的TQ2440开发板，该开发板的微处理器采用基于ARM920T内核的S3C2440芯片。 ARM9对比ARM7的优势：虽然ARM7和ARM9内核架构相同，但ARM7处理器采用3级流水线的冯·诺伊曼结构，而ARM9采用5级流水线的哈佛结构。增加的流水线设计提高了时钟频率和并行处理能力。5级流水线能够将每一个指令处理分配到5个时钟周期内，在每一个时钟周期内同时有5个指令在执行。在常用的芯片生产工艺下，ARM7一般运行在100MHz左右，而ARM9则至少在200MHz 以上。指令周期的改进对于处理器性能的提高有很大的帮助。性能提高的幅度依赖于代码执行时指令的重叠，这实际上是程序本身的问题。对于采用最高级的语言，一般来说，性能的提高在30%左右。ARM7一般没有MMU(内存管理单元），（ARM720T有MMU）。 （2）液晶显示屏 为显示摄像头当前采集图像的预览，系统采用三星的320x240像素的液晶屏，大小为206.68cm。该液晶显示屏的每个像素深度为2bit，采用RGB565色彩空间。 （3）摄像头 摄像头采用市场上常见的网眼2000摄像头,内部是含CMOS传感器的OV511+芯片。CMOS传感器采用感光元件作为影像捕获的基本手段,核心是1个感光二极
ARM9嵌入式复习 第一章 1.嵌入式微处理器的分类。 a)什么是嵌入式微处理器？ 1.嵌入式微处理器是嵌入式系统硬件层的核心，嵌入式微处理器将通用CPU中许多 由板卡完成的任务集成到芯片内部，从而有利于系统设计趋于小型化、高效率和高可靠性。嵌入式微处理器大多工作在为特定用户群所专门设计的系统中。 2.嵌入式微处理器的体系结构可以采用冯·诺依曼体系结构或哈佛体系结构，指令 系统可以选用精简指令系统（Reduced Instruction Set Computer，RISC）和复杂指令集系统CISC（Complex Instruction Set Computer, CISC）。 b) 嵌入式微处理器分类 1.按照系列分：ARM系列、MIPS系列、PowerPC系列。 2.按照指令复杂程度分：CISC和RISC两类 2.微处理器划分： a)嵌入式微控制器 b)嵌入式微处理器 c)DSP处理器 d)嵌入式片上系统 e)多核处理器 3.嵌入式操作系统（EOS）的特性 EOS除具备了一般操作系统最基本的任务调度、同步机制、中断处理、文件处理等功能外，还具有如下特点：强实时性；支持开放性和可伸缩性的体系结构，具有可裁减性；提供统一的设备驱动接口；提供操作方便、简单、友好的图形GUI和图形界面；支持TCP/IP协议及其他协议，提供TCP/UDP/IP/PPP协议支持及统一的MAC访问层接口，提供强大的网络功能。 第二章 1.ARM7TDMI命名 2.3级流水线与总线架构
三级流水线： 流水线使用3个阶段，因此指令分为3个阶段执行 1.取指:从程序存储器中读取指令,放入流水线中 2.译码:操作码和操作数被译码,决定执行什么功能,为下一个始终周期准备数据路 径所需要的控制信号。 3.执行:执行已译码的指令 注：程序计数器（PC）指向被取指的指令，而不是指向正在执行的指令 在正常操作的过程中，在执行一条指令的同时对下一条指令进行译码，并将第三条指令从存储器中取出 3.ARM的两种状态与7种工作模式 a)两种状态。 i.ARM状态：32位，这种状态下执行的是字方式的ARM指令； ii.Thumb状态：16位，这种状态下执行半字方式的Thumb指令。 注：两个状态之间的切换并不影响处理器模式或寄存器内容,可以使用BX指令切换两种状态.状态寄存器CPSR的T位反应了处理器运行不同指令的当前状态. b)7种工作模式。
《自动化技术与应用》２００９年第２８卷第６期 Techniques of Automation & Applications | 43 1 引言 嵌入式系统是以应用为中心,以计算机技术为基础,且软硬件可裁减,是对功能、可靠性、成本、功耗有严格要求的专用计算机系统。它一般由以下几部分组成: 嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统、及特定的应用程序。 当前,人类进入信息爆炸的时代,各类信息极度丰富,数字信息技术和网络技术的高速发展,只有借助于各种计算机,才能够对各类信息进行处理,它们已不再局限于以前的PC,而是由形态各异、性能千差万别的嵌入式系统来完成。而嵌入式操作系统主要有:嵌入式Linux 、WindowsCE 、Vxworks 、uC/OS-II 等[1]。本文主要研究嵌入式Linux 在嵌入式系统中的应用。 2 嵌入式Linux 操作系统及特点 将Linux 应用于嵌入式环境,是基于其具有以下特点:(1)Linux 操作系统是层次结构,并且内核源代码完全开放。不同领域和不同层次的用户可以根据自己应用的需要,对内核进行修改,能够低成本的开发出满足自己需要的嵌入式系统。(2)其具有强大的网络支持功能。Linux 诞生于因特网时代,并具有 ARM9上的嵌入式Linux 系统移植 邹颖婷,李绍荣 (电子科技大学光电信息学院，四川 成都 610054) 摘 要:Linux 操作系统在各个嵌入式领域有着越来越广泛的应用。主要研究了在ARM9体系结构上,嵌入式Linux 系统的移植。介 绍了嵌入式Linux 操作系统、移植目标平台SBC2410、及Linux 内核源代码的目录结构。然后详细讲述了在SBC2410硬件平台上实现Uboot 移植的过程,及概要介绍了Linux 操作系统内核移植的过程。最后将嵌入式Linux 系统成功移植上SBC2410平台。 关键词:ARM9;嵌入式Linux;Uboot 移植;内核移植 中图分类号:TP311.54 文献标识码:B 文章编号:1003-7241(2009)06-0043-03 Transplant of the Linux System on ARM9 ZOU Ying-ting, LI Shao-rong ( School of Opto-Electronic Information, University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu 610054 China )Abstract: Linux OS has been more and more widely applied in many embedded areas. This paper introduces the transplantation of the Embedded Linux System on the ARM9. The Embedded Linux OS, the SBC2410 board, and the directory structure of the Linux kernel are introduced. The transplant process of the Uboot and of the Linux kernel are also discussed. Key words: ARM9; embedded Linux; transplantation of Uboot; transplantation of the Linux kernel 收稿日期：２００９－０１－０４ Unix 的特性,这保证了它支持所有标准因特网协议,并且可以利用Linux 的网络协议栈,将其开发成为嵌入式的TCP/IP 网络协议栈。此外,Linux 还支持ext2、fat16、fat32、romfs 等文件系统,为嵌入式系统应用开发打下了很好的基础。(3)Linux 具备一整套工具链,容易自行建立嵌入式系统的开发环境和交叉运行环境,可以跨越嵌入式系统开发中仿真工具的障碍。而且,Linux 也符合IEEE POSIX.1标准,使应用程序具有较好的可移植性[2]。 3 SBC2410硬件平台介绍 SBC2410是一款基于三星公司ARM9处理器S3C2410A,支持ARM-Linux 、WindowsCE 等操作系统的嵌入式硬件平台。平台的主要硬件资源有:一片64M SDRAM,一片64M Nand Flash,一片1M Nor Flash,一个串口 COM0,一个USB Host A 型接口,一个USB Slave B 型接口,一个标准JTAG 接口,等等。平台支持Linux2.4.18内核版本。 4 嵌入式Linux 系统移植 移植主要包括引导加载程序Uboot 的移植和Linux2.4.18内 计算机应用 Computer Applications
移动打印终端终嵌入式系统设计方案 阅读目录 一项目概述 (2) 二系统总体架构 (2) 2.1.1 各功能部件作用 (3) 2．2．1 手持式扫描仪 (3) 2．2．2 嵌入式开发板 (4) 2．2．3 微型打印机的选型 (5) 2．2．4．远程服务器 (5) 三软/硬件设计 (5) 3．2 硬件设计 (7) 3．2．1 嵌入式开发板和扫描仪的连接 (7) 3．2．2嵌入式开发板和远程服务器的连接 (7) 3．2．3 嵌入式开发板和微型打印机的连接 (7) 四各驱动程序的设计（软件设计） (7) 4．1 打印机驱动的设计 (7) 4．1．1定义设备号和设备名 (7) 4.1.2 设备驱动初始化函数和清除函数 (8) 4．编译扫描仪制备驱动 (12) 5.加载设备 (12) 4.1.3 扫描仪驱动设计 (13) 4.1.4 网络通信模块及服务器的开发 (14) 4.1.5系统应用程序设计 (15) 五系统调试 (16)
一 项目概述 1．1 系统设计的必要性与PC 终端的比较 在信息社会中，打印终端应用非常广泛，比如超市的收银系统、图书管的借还书系统、移动营业厅的话费打印系统等场合，我们都可以看到打印终端的身影。传统打印终端通常都是由PC 加上一个微型打印机构成，这种架构的打印终端价格比较昂贵，体积庞大，移动笨拙，使用十分不方便。 随着嵌入式技术的发展，许多原来基于PC 的应用都纷纷转向基于嵌入式技术来实现。基于嵌入式技术的产品具有非常明显的优势，如价格便宜、功耗低、体积小及移动方便等。 具体到打印终端这个产品上来说，可以从下表看出基于PC 的打印终端和基于嵌入式的打印 1．2 系统的主要功能 本项目实例中拟开发的嵌入式移动打印终端是解决从数据输入、数据处理和数据输出的一体化系统，它提供下列几个功能 ● 数据录入功能：支持从扫描仪端录入数据； ● 通过网络到数据库查询； ● 数据打印功能 二 系统总体架构 嵌入式移动终端是一套完整的嵌入式应用系统，包括和硬件和软件两部分，这一节先说一下硬件方面的设计。 2．1 系统硬件组成的部件 ● 数据输入部件（手持扫描仪）—完成数据输入功能； ● 数据处理部件（嵌入式开发板和远程服务器）—完成数据处理任务 ● 数据输出部件（微型打印机）—完成数据打印功能； 各个部件之间的关系如图
作者简介 Andrew N.Sloss于1992年获得Herefordshire大学（英国）计算机科学学士学位，英国计算机协会认证注册工程师（C.Eng,MBCS）。他已在计算机行业工作了16年，从1987年开始参与有关ARM处理器的研发，在ARM处理器上开发了众多领域的应用项目，积累了丰富的经验。他为Emerald出版集团（英国）设计了首个能够在ARM2和ARM3处理器上运行的针对中文和埃及象形文字的编辑系统。他在ARM公司工作了6个多，目前是ARM在美国加州Los Gatos的技术销售工程师，负责为开发新产品的公司提供建议和支持。 编辑推荐 从事ARM嵌入式系统软件开发的每一位工程师的桌上都应摆着这本书。对于初学者来说，它是一本详尽、透彻的使用指南；对于ARM专家来说，它则是一本有益的参考书。从审阅本书的第一稿以来，我就一直在使用这本书，我愿向任何希望从基于ARM的产品获得最大收益的人推荐这本书。
在过去的10年间，ARM体系统结构已经成为世界上最流行的体系结构之一，从蜂窝电话到汽车制动系统，在这些产品中使用了超过20亿片基于ARM的处理器。许多半导体厂商和产品设计公司组成了全球范围的ARM开发者团体，包括软件开发者、系统设计师和硬件设计师。就ARM系统和软件开发来说，到目前为止，还没有其它任何一本书籍能够真正满足其需求，本书将填补这一空白。 本书涵盖了ARM和Thumb指令集、Intel的XScale处理器，概括了ARM体系结构的不同版本之间的差异，示范了如何实现DSP算法，解释了异常和中断处理，描述了围绕ARM内核的cache技术，以及最有效的存储器管理技术。最后一章介绍了ARMv6体系结构的特征和ARM未来的发展，以及对指令集所做的最新改进，这些改进增强了ARM体系结构的DSP和多媒体处理能务。 本收特色 本书从系统和软件我角度来描述了ARM内核，这是与其它书的显著差别。 作者结合了丰富的ARM软件工程经验和ARM开发者的需要的广泛、透彻的知识。 书中提供了许多实用的运行代码范例，并作了详尽的解释，可以从出版商的网站下载 ：https://www.doczj.com/doc/aa11534365.html,/companions/1558608745。 包含了一个简单的嵌入式操作系统。 本书简介 本书从软件设计的角度，全面、系统地介绍了ARM处理器的基本体系结构和软件设计与优化方法。内容包括：ARM处理器基础；ARM/Thumb指令集；C语言与汇编语言程序的设计与优化；基本运算、操作的优化；基于ARM的DSP；异常与中断处理；固件与嵌入式OS；cache与存储器管理 ；ARMv6体系结构的特点等。全书内容完整，针对各种不同的ARM内核系统结构都有详尽论述，并有大量的例子和源代码。附录给出了完整的ARMv4/v5/Thumb指令的功能、编码、周期定时以及汇编参考。 本书适于从事ARM嵌入式系统教学与研发，或想把其它嵌入式平台的软件移植到ARM平台上去的专业技术人员使用，要求对ARM处理器有一定的了解，并有C语言和汇编语言基础。若在编译原理、操作系统、数字信号处理、计算机体系结构等方面有一定的基础，则效果会更好。本书也可作为嵌入式系统专业方向的本科生和研究生相关课程的教材或教学参考书。 目录 第1章 基于ARM的嵌入式系统 1.1 RISC设计思想 1.2 ARM设计思想 1.3 嵌入式系统的硬件 1.3.1 ARM总线技术 1.3.2 AMBA总线协议 1.3.3 存储器 1.3.4 外设 1.4 嵌入式系统的软件 1.4.1 初始化（启动）代码 1.4.2 操作系统 1.4.3 应用程序 1.5 总结 第2章 ARM处理器基础 2.1 寄存器 2.2 当前程序状态寄存器 2.2.1 处理器模式 2.2.2 分组寄存器
基于ARM9的嵌入式Linux网络通信 系统设计与实现
随着计算机技术的发展,嵌入式系统已经成为计算机领域的一个重要组成部分。Internet现已成为社会重要的基础信息设施之一,是信息流通的重要渠道,如何让嵌入式设备连接到Internet上,和其他通信系统进行信息交换是当前嵌入式技术领域研究的热点所在。本文结合实际应用需求,详细研究实现了一种基于S3C2410平台和Linux操作系统的嵌入式网络通信系统。 1.嵌入式网络通信系统总体设计 经过大量的资料收集比较,深入地研究分析并结合现有的实验条件,我们对系统的体系结构、硬件平台和软件系统做出了以下选择: 1)目前嵌入式CPU很多,选择哪款CPU要根据自己产品的实际需要。一般而言,首先应尽量选择系统集成度高、外围电路简洁的CPU;其次,还应综合考察CPU的各项性能指标;最后,还应该考虑软硬件开发环境的建立、厂家的货源以及代理的软件支持力度。经过比较, 本设计采用三星的S3C2410微处理器。这是一款高性价比、低功耗、高集成度的CPU,基于ARM920T内核,主频最高为203MHz,专为手持设备和网络应用而设计,能满足嵌入式系统中的低成本、低功耗、高性能、小体积的要求。 图1为硬件平台的总体设计[ 1 ] 。CPU S3C2410模块是开发板的核心部件。S3C2410 在包含ARM920T核的同时,增加了丰富的外围资源,主要包括1个LCD 控制器,支持STN 和TFT液晶显示屏; 3个通道UART; 4个通道DMA; 4个具有PWM功能的16位定时/计数器和1个16位内部定时器, 支持外部时钟源; 8通道10位ADC,最高速率可达500kB / s;触摸屏、IIS总线、SD 卡和MMC卡接口;117位通用I/O口和24位外部中断源。存储系统包括64MB的NAND Flash存储器模块和SDRAM存储器模块; Flash用于存放嵌入式操作系统、应用程序和用户数据等,并作嵌入式文件系统; SDRAM作为系统运行时的主要区域,用于存放系统及用户数据。通信模块包括串口和以太网接口模块;以太网接口为系统提供以太网接入的物理通道, UART接口则通过RS232可以和宿主机做串口通讯。JTAG调试接口用于系统的嵌入式调试。扩展总线扩展出了系统总线供今后继续开发使用。 图1 硬件平台结构框图
嵌入式软件的开发流程 嵌入式系统是指用于执行独立功能的专用计算机系统。它由包括微处理器、定时器、微控制器、存储器、传感器等一系列微电子芯片与器件，和嵌入在存储器中的微型操作系统、控制应用软件组成，共同实现诸如实时控制、监视、管理、移动计算、数据处理等各种自动化处理任务。嵌入式系统以应用为中心，以微电子技术、控制技术、计算机技术和通讯技术为基础，强调硬件软件的协同性与整合性，软件与硬件可剪裁，以此满足系统对功能、成本、体积和功耗等要求。最简单的嵌入式系统仅有执行单一功能的控制能力，比如说单片机的应用，在唯一的ROM 中仅有实现单一功能控制程序，无微型操作系统。复杂的嵌入式系统，例如个人数字助理（PDA）、手持电脑（HPC）等，具有与PC几乎一样的功能。实质上与PC的区别仅仅是将微型操作系统与应用软件嵌入在ROM、RAM 和/或FLASH存储器中，而不是存贮于磁盘等载体中。很多复杂的嵌入式系统又是由若干个小型嵌入式系统组成的。 近些年来，随着以计算机技术，通讯技术为主的信息技术的快速发展和Internet 的广泛应用，传统的控制学科正在发生变革，出现了许多新的生长点。伴随而来的一个现象是控制专业的相当多的学生在毕业后进入了计算机，通讯行业，以致有人说学控制没有用，自动化专业可以取消了。这些情况的出现使我们控制教育工作者反复思考，传统的控制应如何拓宽它的领域？控制专业应该教什么才使学生感到有用？流行的嵌入式操作系统可以分为两类：一类是从运行在个人电脑上的操作系统向下移植到嵌入式系统中，形成的嵌入式操作系统，如微软公司的Windows CE及其新版本，SUN公司的Java操作系统，朗讯科技公司的Inferno，嵌入式Linux等。这类系统经过个人电脑或高性能计算机等产品的长期运行考验，技术日趋成熟，其相关的标准和软件开发方式已被用户普遍接受，同时积累了丰富的开发工具和应用软件资源。 另一类是实时操作系统，如WindRiver 公司的VxWorks，ISI 的pSOS，QNX系统软件公司的QNX，ATI 的Nucleus，中国科学院凯思集团的Hopen嵌入式操作系统等，这类产品在操作系统的结构和实现上都针对所面向的应用领域，对实时性高可靠性等进行了精巧的设计，而且提供了独立而完备的系统开发和测试工具，较多地应用在军用产品和工业控制等领域中。Linux 是90年代以来逐渐成熟的一个开放源代码的操作系统。PC机上的Linux 版本在全球数以百万计爱好者的合力开发下，得到了非常迅速的发展。90 年代末uClinux，RTLinux 等相继推出，在嵌入式领域得到了广泛的关注，它拥有大批的程序员和现成的应用程序，是研究开发工作的宝贵资源。 一、嵌入式软件开发流程 1.1 嵌入式系统开发概述 由嵌入式系统本身的特性所影响，嵌入式系统开发与通用系统的开发有很大的区别。嵌入式系统的开发主要分为系统总体开发、嵌入式硬件开发和嵌入式软件开发3大部分，其总体流程图如图1.1所示。
嵌入式软件开发流程
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嵌入式软件开发流程 一、嵌入式软件开发流程 1.1 嵌入式系统开发概述 由嵌入式系统本身的特性所影响，嵌入式系统开发与通用系统的开发有很大的区别。嵌入式系统的开发主要分为系统总体开发、嵌入式硬件开发和嵌入式软件开发3大部分，其总体流程图如图1.1所示。 图1.1 嵌入式系统开发流程图 在系统总体开发中，由于嵌入式系统与硬件依赖非常紧密，往往某些需求只能通过特定的硬件才能实现，因此需要进行处理器选型，以更好地满足产品的需求。另外，对于有些硬件和软件都可以实现的功能，就需要在成本和性能上做出抉择。往往通过硬件实现会增加产品的成本，但能大大提高产品的性能和可靠性。 再次，开发环境的选择对于嵌入式系统的开发也有很大的影响。这里的开发环境包括嵌入式操作系统的选择以及开发工具的选择等。比如，对开发成本和进度限制较大的产品可以选择嵌入式Linux，对实时性要求非常高的产品可以选择Vxworks等。
1.2 嵌入式软件开发概述 嵌入式软件开发总体流程为图4.15中“软件设计实现”部分所示，它同通用计算机软件开发一样，分为需求分析、软件概要设计、软件详细设计、软件实现和软件测试。其中嵌入式软件需求分析与硬件的需求分析合二为一，故没有分开画出。 由于在嵌入式软件开发的工具非常多，为了更好地帮助读者选择开发工具，下面首先对嵌入式软件开发过程中所使用的工具做一简单归纳。 嵌入式软件的开发工具根据不同的开发过程而划分，比如在需求分析阶段，可以选择IBM的Rational Rose等软件，而在程序开发阶段可以采用CodeWarrior（下面要介绍的ADS 的一个工具）等，在调试阶段所用的Multi-ICE等。同时，不同的嵌入式操作系统往往会有配套的开发工具，比如Vxworks有集成开发环境Tornado，WindowsCE的集成开发环境WindowsCE Platform等。此外，不同的处理器可能还有对应的开发工具，比如ARM的常用集成开发工具ADS、IAR和RealView等。在这里，大多数软件都有比较高的使用费用，但也可以大大加快产品的开发进度，用户可以根据需求自行选择。图4.16是嵌入式开发的不同阶段的常用软件。 图1.2 嵌入式开发不同阶段的常用软件 嵌入式系统的软件开发与通常软件开发的区别主要在于软件实现部分，其中又可以分为编译和调试两部分，下面分别对这两部分进行讲解。 1．交叉编译 嵌入式软件开发所采用的编译为交叉编译。所谓交叉编译就是在一个平台上生成可以在另一个平台上执行的代码。在第3章中已经提到，编译的最主要的工作就在将程序转化成运行该程序的CPU所能识别的机器代码，由于不同的体系结构有不同的指令系统。因此，不同的CPU需要有相应的编译器，而交叉编译就如同翻译一样，把相同的程序代码翻译成不同CPU的对应可执行二进制文件。要注意的是，编译器本身也是程序，也要在与之对应的某一个CPU平台上运行。嵌入式系统交叉编译环境如图4.17所示。
嵌入式系统设计 湖北工业大学 2012 年在职攻读硕士学位课程考试(考查)试题 考试(考查)科目嵌入式系统设计学位类别工程硕士 说明:1.试题版面为标准A4,各题标题字号为黑体5号字,题干字号为标准宋体5号字 2.答案必须写在答题纸上,写在试卷上无效。 一:概念题(10分,每小题2分) 1.嵌入式计算机 嵌入式计算机一般指非pc 系统,有计算机功能但又不称之为计算机的设备或器材。它是以应用为中心,软硬件可裁减的,适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等综合性严格要求的专用计算机系统。简单地说,嵌入式系统集系统的应用软件与硬件于一体,类似于pc 中bios 的工作方式,具有软件代码小、高度自动化、响应速度快等特点,特别适合于要求实时和多任务的体系。嵌入式系统主要由嵌入式处理器、相关支撑硬件、嵌入式操作系统及应用软件系统等组成,它是可独立工作的“器件”。 2.嵌入式操作系统 嵌入式操作系统是一种支持嵌入式系统应用的操作系统软件,它是嵌入式系统( 包括硬、软件系统) 极为重要的组成部分,通常包括与硬件相关的底层驱动软件、系统内核、设备驱动接口、通信协议、图形界面、标准化浏览器等Browser 。嵌入式操作系统具有通用操作系统的基本特点,如能够有效管理越来越复杂的系统资源;能够把硬件虚拟化,使得开发人员从繁忙的驱动程序移植和维护中解脱出来;能够提供库函数、驱动程序、工具集以及应用程序。与通用操作系统相比较,嵌入式操作系统在系统实时高效性、硬件的相关依赖性、软件固态化以及应用的专用性等方面具有较为突出的特点。 System-on-a-Programmable-Chip,即可编程片上系统。用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上,称作SOPC。可编程片上系统(SOPC)是一种特殊的嵌入式系统:首先它是片上系统(SOC),即由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能;其次,它是可编程系统,具有灵活的设计方式,可裁减、可扩充、可升级,并具备软硬件在系统可编程的功能。
【ARM9嵌入式系统硬件设计指南】嵌入式输入设备设计摘要：嵌入式系统可以对各种数据信息进行快速计算、分析、输出，即完成对数据的处理。但计算机系统无法主动产生数据和结果。对数据的处理结果做出何种决策和反应，很多时候就需要用户“告诉”系统如何执行下一步动作，或是给出决策的依据。 ZLG致远电子十余年的嵌入式硬件设计秘笈首度公开！《ARM9嵌入式系统硬件设计指南》配套划时代精品EasyARM-i.MX283A 开发平台同期发布，深入剖析ARM9 硬件设计的每一个毛孔，助您完成前所未有的技术飞跃！ 7.1 嵌入式输入设备设计 嵌入式系统可以对各种数据信息进行快速计算、分析、输出，即完成对数据的处理。但计算机系统无法主动产生数据和结果。对数据的处理结果做出何种决策和反应，很多时候就需要用户“告诉”系统如何执行下一步动作，或是给出决策的依据。这时，就需要使用输入设备将用户的“指示”或“依据”传递给嵌入式系统。 常见的人机交互输入设备包括按键、触摸屏、麦克风及其他各类用户可控输入的传感器等。随着科技的发展，不仅我们常见的交互输入设备出现了新的形态，而且也出现了不少新的交互输入方式。比如，现在手机中的电容按键及重力感应传感器、距离传感器。现在的交互设备不仅体现在硬件设备的复杂性上，而且在相关数据的复杂性上也与以往有了较大的增加。比如，可用于语音输入的麦克和可用于人脸识别的摄像头，为了完成这些人机交互输入，除了硬件输入设备对信息采集外，还需要后台进行大量的数据处理，以帮助系统“理解”用户的“输入信息”。 下面我们详细介绍最常用的两种输入设备：键盘/按键、触摸屏。 7.1.1 键盘 键盘是嵌入式应用的常用外部设备之一。键盘是由若干个按键组成的开关矩阵，它是最简单的数字量输入设备。对系统而言，键盘上不同的按键代表着不同的含义（一般来说，按键的含义可通过软件定义）。用户通过按动键盘的按键，输入数据或命令，实现简单的人机交互。 1．键盘的基本电路 键盘的基本电路是一个接触开关，通、断两种状态分别表示逻辑“0”和“1”。如图7.1所示，当开关打开时，处理器检测到相应引脚为高电平，表示逻辑“1”；当开关闭合时，处理器检测到相应引脚为低电平，表示逻辑“0”。 2．键盘的分类 按键排布的方式，键盘可分为可分成独立式按键键盘和矩阵式按键键盘；按读入键值的方式，可分为直读方式和扫描方式；按编码方式，可分成非编码方式和硬件编码方式；按微处理器响应方式可分为中断方式和查询方式。以上各种方式组合可构成不同硬件结构和接口的键盘。以下介绍较为常用的两种方式。 (1)、独立式 独立式按键键盘是指将每个独立按键按一对一的方式直接接到微处理器的I/O输入端口，如图7.1所示。读键值时，处理器可以检测相应I/O输入端口的状态，判定输入电平，确定输入的逻辑值。按键之间在硬件和读取方式上均相互独立，所以习惯称这种按键为独立式按键。这种方式在软硬件上实现均比较简单，但每一个按键都占用一个I/O端口，占用的资源较多，一般在按键数量较少，微处理器I/O资源充足时采用。
《嵌入式系统》试题库 一、填空题 1、嵌入式系统的基本定义为:以应用中心,以计算机技术为基础,软件硬件可裁剪,适 应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。 2、从模块结构来瞧,嵌入式系统由三大部分组成,分别就是:硬件、软件与开发平台。 3、从层次角度来瞧,嵌入式系统由四大部分组成,分别就是:应用软件层、操作系统层、板级支持包(或硬件抽象层)与硬件层。 4、嵌入式产品的主要度量指标包括:上市时间、设计成本与产品质量。 5、嵌入式系统的设计过程包括:需求分析、规格说明、体系结构设计、构件设计、系统集成与系统测试。 6、需求分析包括:功能性需求分析与非功能性需求分析。 7、确定输入信号就是数字信号还就是模拟信号属于功能性需求。 8、确定系统的物理尺寸与重量属于非功能性需求。 9、在嵌入式系统的设计过程中,其中规格说明解决“做什么”。 10、在嵌入式系统的设计过程中,其中体系结构设计解决“如何做”。 11、在嵌入式系统的设计过程中,软硬件划分应该在体系结构设计阶段完成。 12、在嵌入式系统的设计过程中,处理器的选择应该在体系结构设计阶段完成。 13、在嵌入式系统的设计过程中,嵌入式操作系统的选择应该在体系结构设计阶段完成。 14、在嵌入式系统的设计过程中,完成原理图设计应在构件设计阶段完成。 15、在嵌入式系统的设计过程中,完成版图设计应在构件设计阶段完成。 16、在嵌入式系统的设计过程中,完成软件设计应在构件设计阶段完成。 17、反映嵌入式系统设计人员的水平能力主要在于总体设计(需求分析、规格说明与体系结构设计)与系统调试。 18、设计流程指的就是设计过程中所经历的过程步骤。 19、设计重用技术主要分为基于IP 核的模块级重用与基于平台的系统级重用。 20、软硬件协同设计由系统描述、软硬件划分、软硬件协同综合以及软硬件协同模拟与验证几个阶段组成。 21、嵌入式处理器的分类包括三种,分别就是:嵌入式微处理器、微控制器(或单片机)与