【正文】 從 20 世紀(jì) 70年代初出現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)的概念以來(lái)，嵌入式系統(tǒng)以其高性能、低功耗等特點(diǎn)高速發(fā)展。當(dāng)時(shí)的嵌入式系統(tǒng)很多都不采用操作系統(tǒng)，它們只是為了實(shí)現(xiàn)某個(gè)控制功能，使用簡(jiǎn)單的循環(huán)控制來(lái)對(duì)外界的控制請(qǐng)求進(jìn)行處理。隨著嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展，當(dāng)應(yīng)用系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜、使 用范圍越來(lái)越廣泛時(shí)，每增加一項(xiàng)新的應(yīng)用功能，都可能需要從頭開(kāi)始設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件，沒(méi)有操作系統(tǒng)已成為其最大缺陷。但目前在 8 位單片機(jī)上運(yùn)行嵌入式操作系統(tǒng)尚有一定困難，因此，以 32 位處理器作為高性能嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的核心已是嵌入式技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。 20 世紀(jì) 90 年代后，嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)從以嵌入式微處理器 /DSP 為核心的 “集成電路 ”級(jí)設(shè)計(jì)，逐漸轉(zhuǎn)向 “集成系統(tǒng) ”級(jí)設(shè)計(jì)，提出了 SoC(System on a Chip)的基本概念。目前，嵌入式系統(tǒng)已進(jìn)入以 SoC 為核心的設(shè)計(jì)階段，并開(kāi)始逐步實(shí)用化和規(guī)范化。 SoC 為高性能嵌入式系 統(tǒng)開(kāi)發(fā)提供了功能豐富的硬件平臺(tái)，也為實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)的廣泛使用提供了硬件基礎(chǔ)。從 20 世紀(jì) 80 年代開(kāi)始，陸續(xù)出現(xiàn)了一些嵌入式操作系統(tǒng)，比較著名的有 VxWorks、 WindowsCE、 Palm、 μCLinux、 pSOS 和 μC/OSⅡ 等，但真正廣泛使用只是近幾年的事情。一方面是因?yàn)榍度胧较到y(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)復(fù)雜度增加的需求；另一方面是大量高性能、面向?qū)嶋H應(yīng)用、集成多種系統(tǒng)功能的 SoC 芯片 成 為高端嵌入式應(yīng)用的硬件核心，為可靠、高效、低成本地運(yùn)行嵌入式操作系統(tǒng)提供了硬件平臺(tái)。大部分嵌入式操作系統(tǒng) 價(jià)格 昂貴，而 源 代碼開(kāi)放的 μC/OSⅡ 、 μCLinux是大家比較看好的。 嵌入式 微 處理器具有體積小、重量輕、成本低和可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，是嵌入式系統(tǒng)的核心。目前比較有影響的 32 位微處理器有 ARM 公司的 ARM、 Compaq 公司的 Alpha、HP 公司的 PARISC、 IBM 公司的 PowerPC、 MIPS 公司的 MIPS 和 Sun 公司的 Sparc 等。而 ARM 處理器具有高性能、低功耗和低成本等顯著優(yōu)點(diǎn)，已成為高性能、低功耗嵌入式微處理器的代名詞，是目前 32 位、 64 位嵌入式處理器中最為廣泛的一個(gè)系列。 進(jìn)入 20 世紀(jì) 90 年代 ,嵌入式技術(shù)全面展開(kāi) ,目前已 成為通信和消費(fèi)類(lèi)產(chǎn)品的共同發(fā)展方向。在通信領(lǐng)域，數(shù)字技術(shù)正在全面取代模擬技術(shù)。在廣播電視領(lǐng)域，美國(guó)已開(kāi)始由模擬電視向數(shù)字電視轉(zhuǎn)變，歐洲的 DVB（數(shù)字電視廣播）技術(shù)已在全球大多數(shù)國(guó)家南京師范大學(xué)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院 基于 BIOS 的嵌入式系統(tǒng)數(shù)據(jù)通訊開(kāi)發(fā) 4 推廣。數(shù)字音頻廣播（ DAB）也已進(jìn)入商品化試播階段。而軟件、集成電路和新型元器件在產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的作用日益重要。所有上述產(chǎn)品中，都離不開(kāi)嵌入式系統(tǒng)技術(shù)。在個(gè)人領(lǐng)域中，嵌入式產(chǎn)品將主要是作為個(gè)人移動(dòng)的數(shù)據(jù)處理和通信軟件。由于嵌入式設(shè)備具有自然的人機(jī)交互界面， GUI 屏幕為中心的多媒體界面給人以很大的親和力。手寫(xiě)文字輸入、語(yǔ)音撥號(hào)上網(wǎng)，收發(fā) 電子郵件以及彩色圖形、圖像已取得初步成效。 目前一些先進(jìn)的 PDA 在顯示屏幕上已實(shí)現(xiàn)漢字寫(xiě)入、短消息語(yǔ)音發(fā)布，應(yīng)用范圍也將日益廣闊。對(duì)于企業(yè)專(zhuān)用解決方案，如物流管理、條形碼掃描、移動(dòng)信息采集等，這種小型手持式嵌入式系統(tǒng)將發(fā)揮巨大的作用。自動(dòng)控制領(lǐng)域，不僅可以用于 ATM 機(jī) 、自動(dòng)售貨機(jī)、工業(yè)控制等專(zhuān)用設(shè)備，和移動(dòng)通信設(shè)備、 GPS、娛樂(lè)相結(jié)合，嵌入式系統(tǒng)同樣可以發(fā)揮巨大的作用。 第 本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 本課題以 32 位微處理器 S3C44B0X 為核心 ， 使用 ADS 開(kāi)發(fā)平臺(tái)實(shí)現(xiàn) 基于 BIOS 的嵌入式系統(tǒng)的數(shù)據(jù)以串口方式與微機(jī)進(jìn) 行通訊的功能 。 為了完成本設(shè)計(jì)需要做的工作如下： 學(xué)習(xí)和了解 ARM 應(yīng)用系統(tǒng)，熟悉 S3C44BOX 開(kāi)發(fā)板，熟悉其指令系統(tǒng)、開(kāi)發(fā)流程和工作原理 。 復(fù)習(xí) C 語(yǔ)言及 VB 語(yǔ)言的編程 ； 學(xué)習(xí) ADS 開(kāi)發(fā)平臺(tái)，使用該平臺(tái)完成開(kāi)發(fā)板上 ARM的編程 。 使用 VB 編程實(shí)現(xiàn) ARM 與 PC 交互界面 。 編程實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)任務(wù)并對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試。 南京師范大學(xué)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院 基于 BIOS 的嵌入式系統(tǒng)數(shù)據(jù)通訊開(kāi)發(fā) 5 第 2章 概 述 第 嵌入式系統(tǒng)的定義 廣義地講，凡是不用于通用目的的可編程計(jì)算機(jī)設(shè)備，就可以算是嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。舉例來(lái)說(shuō)，個(gè)人計(jì)算機(jī)（ PC）不是一種嵌入式系統(tǒng)，因?yàn)樗怯糜谕?用目的的系統(tǒng)。而一些電話(huà)系統(tǒng)就是采用個(gè)人計(jì)算機(jī)技術(shù)建立的嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，最典型的嵌入式系統(tǒng)如手機(jī)、可視電話(huà)等；另外還有一些嵌入式系統(tǒng)采用特殊的微處理器，如傳真機(jī)、打印機(jī)等。 狹義上而言，嵌入式系統(tǒng)是指以應(yīng)用為核心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪，適于應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積和功耗嚴(yán)格要求的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 第 ARM 概述 目前，在嵌入式領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用的是 ARM（ Advanced RISC Machines）系列微處理器 ， 其采用的 ARM 技術(shù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)（ IP）核都是由 ARM 公司提供的。 ARM（ Advanced RISC Machines Limited， 簡(jiǎn)稱(chēng) ARM Limited） 公司成立于 1990 年，作為嵌入式 RISC 處理器的知識(shí)產(chǎn)權(quán) IP 供應(yīng)商，公司本身不生產(chǎn)芯片，靠轉(zhuǎn)讓設(shè)計(jì)許可由合作公司生產(chǎn)各具特色的芯片。 ARM 處理器核因其卓越的性能和顯著優(yōu)點(diǎn)，已成為高性能、低功耗、低成本嵌入式處理器核的代名詞，得到了眾多半導(dǎo)體廠(chǎng)商和整機(jī)廠(chǎng)商的大力支持。世界上幾乎所有的半導(dǎo)體公司都獲得了 ARM 公司的授權(quán)，并結(jié)合自身的產(chǎn)品發(fā)展，開(kāi)發(fā)出具有自己特色的、基于 ARM 核的嵌入式 SoC 系統(tǒng)芯片。 ARM 處理器已經(jīng)占據(jù)了絕大部 分 32 位、64 位高端嵌入式處理器的市場(chǎng)，形成了移動(dòng)通信、手持計(jì)算、多媒體數(shù)字消費(fèi)等嵌入式解決方案事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)。優(yōu)良的性能和廣泛的市場(chǎng)定位也極大地增加和豐富了 ARM 的資源，加速了基于 ARM 處理器面向各種應(yīng)用的系統(tǒng)芯片的開(kāi)發(fā)和發(fā)展，使得 ARM 技術(shù)獲得更加廣泛地應(yīng)用，確立了 ARM 技術(shù)和市場(chǎng)的領(lǐng)先地位。 ARM32 位體系結(jié)構(gòu)目前被公認(rèn)為是嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域領(lǐng)先的 32 位嵌入式 RISC 微處理器結(jié)構(gòu)。自誕生至今， ARM 體系結(jié)構(gòu)發(fā)展并定義了 6 種不同的版本。從版本 1 到版本 6， ARM 體系的指令集功能不斷擴(kuò)大。 ARM 處理器系列中的各 種處理器，雖然在實(shí)現(xiàn)技術(shù)、應(yīng)用場(chǎng)合和性能方面都不相同，但只要支持相同的 ARM 體系版本，基于它們的應(yīng)用軟件將是兼容的。 ARM 處理器目前包括下面 幾個(gè) 系列，以及其他廠(chǎng)商基于 ARM 體系結(jié)構(gòu)的處理器，除了具有 ARM 體系結(jié)構(gòu)的共同特點(diǎn)以外，每一個(gè)系列的 ARM 微處理器都有各自的特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域。 包括 ARM7 系列 ,ARM9 系列 ,ARM9E 系列 ,ARM10E 系列 , SecurCore 系列 , Intel 的 StrongARM, Intel 的 Xscale。 其中， ARM ARM ARM9E 和 ARM10 為 4 個(gè)通用處理器系列，每一 個(gè)系列提供一套相對(duì)獨(dú)特的性能來(lái)滿(mǎn)足不同應(yīng)用領(lǐng)域的需求。 SecurCore 系列專(zhuān)門(mén)為安全要求高的應(yīng)用而設(shè)計(jì)。 ARM7 系列微處理器為低功耗的 32 位 RISC 處理器，最適合用于對(duì)價(jià)位和功耗要求較高的消費(fèi)者應(yīng)用。 ARM7 微處理器系列具有如下特點(diǎn)： 具有嵌入式 ICERT 邏輯，調(diào)試開(kāi)發(fā)方便。 極低的功耗，適合對(duì)功耗要求較高的應(yīng)用，如便攜式產(chǎn)品。 南京師范大學(xué)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院 基于 BIOS 的嵌入式系統(tǒng)數(shù)據(jù)通訊開(kāi)發(fā) 6 能夠提供 。 代碼密度高并兼容 16 位的 Thumb 指令集。 對(duì)操作系統(tǒng) 的 支持廣泛，包括 Windows CE、 Linux、 Palm OS 等。 指令系統(tǒng)與 ARM9 系列、 ARM9E 系列和 ARM10E 系列兼容，便于用戶(hù)的產(chǎn)品 升級(jí)換代。 主頻最高可達(dá) 130MIPS，高速的運(yùn)算處理能力能勝任絕大多數(shù)的復(fù)雜應(yīng)用。 ARM7 系列微處理器包括如下幾種類(lèi)型的內(nèi)核： ARM7TDMI、 ARM7TDMIS、ARM720T、 ARM7EJ。其中， ARM7TDMI 是目前使用最廣泛的 32 位嵌入式 RISC 處理器，屬低端 ARM 處理器。 TDMI 的基本含義如下所述。 T：支持 16 位壓縮指令集 Thumb。 D：支持片上 Debug。 M：內(nèi)嵌硬件乘法器（ Multiplier）。 I： 嵌入式 ICE，支持片上斷點(diǎn)和調(diào)試點(diǎn)。 第 開(kāi)發(fā)流程及開(kāi)發(fā)環(huán)境簡(jiǎn)介 嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)流程 A. 系統(tǒng)定義與需求分析 確定系統(tǒng)開(kāi)發(fā)最終需要達(dá)到的總目標(biāo)、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的可行性、系統(tǒng)開(kāi)發(fā)所采取的策略，估計(jì)系統(tǒng)完成所需的資源和成本，制定工程進(jìn)度安排計(jì)劃。需求分析應(yīng)確定目標(biāo)系統(tǒng)要具備哪些功能（即必須完成什么）。用戶(hù)了解他們?cè)趯?shí)際應(yīng)用中所面對(duì)的是什么問(wèn)題，也知道必須要做什么，但是通常不一定能完整、準(zhǔn)確地表達(dá)出他們的需求，更不知道怎樣利用計(jì)算機(jī)去實(shí)現(xiàn)他們需要的功能。需求分析就是要求密切配合用戶(hù)，經(jīng)過(guò)充分的交流和考察，得出 經(jīng)過(guò)用戶(hù)確認(rèn)的、明確的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)邏輯模型，以便使設(shè)計(jì)人員能夠確定最終的設(shè)計(jì)目標(biāo)。由此確定的系統(tǒng)邏輯模型是以后設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，必須能夠準(zhǔn)確、完整地體現(xiàn)出用戶(hù)的要求。 B. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的初步確立 包括系統(tǒng)設(shè)計(jì)的初步說(shuō)明文檔、設(shè)計(jì)方案和設(shè)計(jì)描述文檔，具體包括以下文檔：系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)、系統(tǒng)功能劃分與軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)、處理器選擇與基本接口器件選擇、操作系統(tǒng)選擇和開(kāi)發(fā)環(huán)境選擇。這些文檔的確立要使用系統(tǒng)流程圖或其他工具，描述每一種可能的系統(tǒng)組成，估計(jì)每一種方案的成本和效益，在充分權(quán)衡各種方案利弊的基礎(chǔ)上，選擇一個(gè)較好的 系統(tǒng)方案，并且制定出該系統(tǒng)的詳細(xì)計(jì)劃。 C. 初步設(shè)計(jì)方案性?xún)r(jià)比評(píng)估與方案評(píng)審論證 在系統(tǒng)開(kāi)始軟硬件具體設(shè)計(jì)之前，需要最后確定設(shè)計(jì)方案與用戶(hù)需求之間的合理性，并對(duì)設(shè)計(jì)方案的正確性、無(wú)歧義性、安全性、可驗(yàn)證性、可理解性、可修改性等多個(gè)方面進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，以確定是否進(jìn)入下一步的實(shí)際實(shí)施階段。 D. 完善初步方案及初步方案的實(shí)施 本階段是整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中最基本的一個(gè)環(huán)節(jié)，它決定了以后軟硬件設(shè)計(jì)的方向與各自完成的目標(biāo)，通常需要反復(fù)比較和權(quán)衡利弊才能最后決定。劃分的結(jié)果對(duì) 軟 硬件的設(shè)計(jì)工作量往往有很大的影響，特別是影響軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) ，而且對(duì)系統(tǒng)的性能和成本有著較大的影響。劃分完系統(tǒng)的軟硬件結(jié)構(gòu)之后，就可同時(shí)開(kāi)始系統(tǒng) 的 軟硬件設(shè)計(jì)與系南京師范大學(xué)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院 基于 BIOS 的嵌入式系統(tǒng)數(shù)據(jù)通訊開(kāi)發(fā) 7 統(tǒng)方案的實(shí)施。 E. 軟硬件集成測(cè)試 將測(cè)試完成的軟件系統(tǒng)裝入制作好的硬件系統(tǒng)中，進(jìn)行系統(tǒng)的綜合測(cè)試，驗(yàn)證系統(tǒng)功能是否能被正確無(wú)誤地實(shí)現(xiàn)。本階段的工作在整個(gè) 開(kāi) 發(fā)過(guò)程中最復(fù)雜、最費(fèi)時(shí)，特別需要相應(yīng) 的 輔助工具支持，才能確保系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)行。 F. 系統(tǒng)性能測(cè)試及可靠性測(cè)試 測(cè)試最終完成的系統(tǒng)性能是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的各項(xiàng)性能指標(biāo)和要求。若滿(mǎn)足，則可將正確無(wú)誤的軟件固化在目標(biāo)硬件中；若不能滿(mǎn)足，則需要回到設(shè)計(jì)的初始階段重新進(jìn)行 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的制定。 ADS 開(kāi)發(fā)環(huán)境簡(jiǎn)介 ARM ADS 全稱(chēng)為 ARM Developer Suite。 是 ARM 公司退出的新一代 ARM 集成開(kāi)發(fā)工具?，F(xiàn)在 ADS 的最新版本是 ，它取代了早期的 和 。它除了可以安裝在 Windows NT4,Windows2020,Windows 98 和 Windows 95 操作系統(tǒng)下 ,還支持Windows XP 和 Windows Me 操作系統(tǒng)。 ARM 開(kāi)發(fā) 的流程簡(jiǎn)介： 第一步，首先進(jìn)入 ADS 的 CodeWarrior for ARM，建立新的項(xiàng)目 文件。 總共有 7 種工程類(lèi)型可供選擇，根據(jù)需要的目標(biāo)文件選擇不同的工程類(lèi)型 。建立好一個(gè)工程文件后就可以新建文件編寫(xiě)源程序或者添加源程序文件。完成源程序的編寫(xiě)后，就要對(duì)程序進(jìn)行編譯和鏈接。在菜單 Edit 里選擇 “ DebugRel Settings...” 出現(xiàn)對(duì)話(huà)框 ， 可以對(duì) 用戶(hù)要使用的鏈接器，匯編器，輸出文件類(lèi)型和路徑等等進(jìn)行設(shè)置。對(duì)工程設(shè)置完成之后點(diǎn)擊CodeWarrior IDE 的菜單 Project 下的 make 菜單，就可以對(duì)工程進(jìn)行編譯和鏈接了。 編譯完成后，如果源程序無(wú)語(yǔ)法錯(cuò)誤，則會(huì)輸出相應(yīng)的輸出文件，如果有錯(cuò)， 警告和錯(cuò)誤都會(huì)以窗口形式列出，以便用戶(hù)修改，同時(shí) CodeWarrior 具有 全面的項(xiàng)目管理功能和 子函數(shù)代碼導(dǎo)航功能，使用戶(hù)能夠迅速找到程序中的子函數(shù)。 第二步， 將 ADS 編譯獲得的文件（二進(jìn)制或十六進(jìn)制文件）寫(xiě)入嵌入式系統(tǒng)，進(jìn)行在線(xiàn)調(diào)試。本設(shè)計(jì)使用一個(gè)第三方軟件 通過(guò)串口將文件寫(xiě)入 ARM。在線(xiàn)調(diào)試若出現(xiàn)問(wèn)題，再反饋到 CodeWarrior 進(jìn)行源程序的修改，直至完成設(shè)計(jì)。 S3C44B0X 功能及結(jié)構(gòu)框圖 A.