【正文】 ......................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 logo 的燒錄過程 .................................................................. 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 第六章 結(jié)束語 ......................................................................................................................................................... 56 參 考 文 獻(xiàn) ............................................................................................................................................................. 57 致 謝 ................................................................................................................................................................... 58 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 第一章 ：緒論 嵌入式系統(tǒng)是熱門的 IT 應(yīng)用領(lǐng)域之一。嵌入式系統(tǒng)用在一些特定專用設(shè)備上，通常這些設(shè)備的硬件資源（如處理器、存儲(chǔ)器等）非常有限， 并且對成本很敏感，有時(shí)對實(shí)時(shí)響應(yīng)要求很高等。特別是隨著消費(fèi)家電的智能化，嵌入式更顯重要。像我們平常常見到的手機(jī)、 PDA、電子字典、 網(wǎng)絡(luò) 等應(yīng)用的功能也進(jìn)行了優(yōu)化。 嵌入式系統(tǒng)概述 嵌入式系統(tǒng)的組成 嵌入式系統(tǒng)一般可以分成四個(gè)部分 :嵌入式處理器、嵌入式外圍設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)和嵌入式應(yīng)用軟件，如圖 11 所示。 圖 嵌入式系統(tǒng)的組成 (1)嵌入式處理器 嵌入式系統(tǒng)的核心部件是各種類型的嵌入式處理器，嵌入式處理器具有面向用戶，面向產(chǎn)品，面向應(yīng)用的特點(diǎn)，因此，嵌入式處理器與通用處理器最大的區(qū) 別在于，嵌入式 CPU 大多工作在為特定用戶群所專門設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中。 針對不同應(yīng)用和不同半導(dǎo)體工藝，目前各類嵌入式處理器的變種計(jì)有 1000 余種，大致可分為 : ① 嵌入式微處理器 :ARM,PowerPC,68000,MIPS,386EX； ② 嵌入式微控制器 :8051,MC68HC05,MC68HC11,68300 等； ③ 嵌入式 DSP 處理器 :TMS320 系列， DSP56000 系列； ④ 嵌入式 SOC(片上系統(tǒng) ):OMAP,MCore； 目前嵌入式處理器有向高度集成的嵌入式片上系統(tǒng)〔 System On Chip,SOC)發(fā)展的趨勢。 (2)嵌入式外圍設(shè)備 在嵌入系統(tǒng)硬件系統(tǒng)中，除了嵌入式處理器以外，用于完成存儲(chǔ)、通信、調(diào)試、顯湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 示等輔助功能的其他部件，事實(shí)上都可以算作嵌入式外圍設(shè)備。目前常用的嵌入式外圍設(shè)備按功能可以分為存儲(chǔ)設(shè)備、通信設(shè)備和顯示設(shè)備三類。 ① 目前存在的絕大多數(shù)通信設(shè)備都可以直接在嵌入式系統(tǒng)中應(yīng)用，包括 RS232 接口 (串行通信接口 )、 USB(通用串行總線接口 ), Ether 以太網(wǎng)接口 )、工 IC(現(xiàn)場總線 )等等。存儲(chǔ)設(shè)備主要用于各類數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，分易失型存儲(chǔ)和非易失型存儲(chǔ)器兩種，同步動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器 (Synchronous DRAM)和 FLASH 是兩者的代表。 FLASH 憑借其可擦寫次數(shù)多、存儲(chǔ)速度快、存儲(chǔ)容量大、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，在嵌入式領(lǐng)域內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。 ② 目前存在的絕大多數(shù)通信設(shè)備都可以直接在嵌入式系統(tǒng)中應(yīng)用，包括 RS232 接口 (串行通信接口 )、 USB(通用串行總線接口 ), Ether 以太網(wǎng)接口 )、工 IC(現(xiàn)場總線 )等等。 ③ 由于嵌入式應(yīng)用場合的特殊性，通常使用的是液晶顯示器 (LCD)和觸摸板 (Touch Panel)等外圍顯示設(shè)備。也有很多嵌入式系統(tǒng)沒有顯示設(shè)備。 (3)嵌入式操作系統(tǒng) 嵌入式操作系 統(tǒng)是專門負(fù)責(zé)管理存儲(chǔ)器分配、中斷處理、任務(wù)調(diào)度等功能的軟件模塊，是用來支持嵌入式應(yīng)用的系統(tǒng)軟件，是嵌入式系統(tǒng)極為重要的組成部分，通常包括與硬件相關(guān)的底層驅(qū)動(dòng)程序、系統(tǒng)內(nèi)核、設(shè)備驅(qū)動(dòng)接口、通信協(xié)議、圖形用戶界面 (GUI)等。 從 20 世紀(jì) 80 年代開始，市場上出現(xiàn)各種各樣的商用嵌入式操作系統(tǒng)，這些操作系統(tǒng)大部分都是為專用系統(tǒng)開發(fā)的，現(xiàn)在逐步演化成了多種形式的商用嵌入式操作系統(tǒng)百家爭鳴的局面。這些操作系統(tǒng)有 VxWorks,Neculeus,pSOS,QNX,Linux 和 WindowsCE等。 嵌入式系統(tǒng)的 特點(diǎn) 根據(jù)前面對嵌入式系統(tǒng)的描述可以看出嵌入式系統(tǒng)的幾個(gè)重要特征 : (1)嵌入式系統(tǒng)通常是面向特定應(yīng)用的，嵌入式 CPU 與通用型的 CPU 最大不同就是嵌入式 CPU 大多工作在為特定用戶群設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，它通常都具有低功耗、體積小、集成度高等特點(diǎn)，能夠把通用 CPU 中許多由板卡完成的任務(wù)集成在芯片內(nèi)部，從而有利于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)趨子小型化，移動(dòng)能力大大增強(qiáng)，跟網(wǎng)絡(luò)的禍合也越來越緊密。 (2)嵌入式系統(tǒng)是將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和電子技術(shù)與各個(gè)行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合后的產(chǎn)物。這一點(diǎn)就決定了官必然是一個(gè)技術(shù)密集、資金密集 、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識(shí)集成系統(tǒng)。 (3)嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件都必須高效率地設(shè)計(jì)，量體裁衣、去除冗余，力爭在同樣的硅片面積上實(shí)現(xiàn)更高的性能，這樣才能在具體應(yīng)用中對處理器的選擇更具有競爭力。嵌入式系統(tǒng)和具體應(yīng)用有機(jī)地結(jié)合在一起，它的升級換代也是和具體產(chǎn)品同步進(jìn)行，因此嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品一旦進(jìn)入市場，具有較長的生命周期。為了提高執(zhí)行速度和系統(tǒng)可靠性，嵌入式系統(tǒng)中的軟件一般都固化在存儲(chǔ)器芯片或單片機(jī)本身中，而不是存貯于磁湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 盤等載體中。 (4)嵌入式系統(tǒng)本身不具備自舉開發(fā)能力，即使設(shè)計(jì)完成以后用戶通常也是不能對其中的 程序功能進(jìn)行修改的，必須有一套開發(fā)工具和環(huán)境才能進(jìn)行開發(fā)。 嵌入式系統(tǒng)的開發(fā) 由于嵌入式系統(tǒng)是一種根據(jù)特定用途所專門開發(fā)的系統(tǒng)，它只完成預(yù)期要完成的功能，所以其開發(fā)過程和開發(fā)環(huán)境同傳統(tǒng)的軟件開發(fā)相比有著顯著的不同。 (1)開發(fā)流程 在嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用開發(fā)中，整個(gè)系統(tǒng)的開發(fā)過程如圖 12 所示。嵌入式系統(tǒng)發(fā)展到今天，對應(yīng)于各種微處理器的硬件平臺(tái)一般都是通用的、固定的、成熟的，這就大大減少了由硬件系統(tǒng)引入錯(cuò)誤的機(jī)會(huì)。此外，由于嵌入式操作系統(tǒng)屏蔽了底層硬件的復(fù)雜性，使得開發(fā)者通過操作系統(tǒng)提供的 API 函數(shù)就 可以完成大部分工作，因此大大簡化了開發(fā)過程，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)者現(xiàn)在已經(jīng)從反復(fù)進(jìn)行硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)的過程中解脫出來，從而可以將主要精力放在滿足特定的需求上。 圖 嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)流程 (2)開發(fā)環(huán)境 采用交叉開發(fā)環(huán)境 (Cross Development Environment)是嵌入式應(yīng)用軟件開發(fā)時(shí)的一個(gè)顯著特點(diǎn)，首先在通用計(jì)算機(jī)上編寫程序，然后通過交叉編譯生成目標(biāo)平臺(tái)上可以運(yùn)行的二進(jìn)制代碼格式，最后再下載到目標(biāo)平臺(tái)上的特定位置運(yùn)行。交叉開發(fā)環(huán)境是指編譯、鏈接和調(diào)試嵌入式應(yīng)用軟件的環(huán)境 .，它與運(yùn)行嵌入式應(yīng)用軟件的環(huán)境有所不同，通常采用宿主機(jī) /目標(biāo)機(jī)模式，如圖 13 所示。 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 圖 交叉開發(fā)模式 宿主機(jī)是一臺(tái)通用計(jì)算機(jī) (如 PC 機(jī)或者工作站 )，它通過串口或者以太網(wǎng)接口與目標(biāo)機(jī)通信。宿主機(jī)的軟硬件資源比較豐富，不但包括功能強(qiáng)大的操作系統(tǒng) (如 Linux)，而且還有各種各樣優(yōu)秀的開發(fā)工具 (如 WindRiver的 Tornado, GNU的開源軟件 GDB等 )，能夠大大提高嵌入式應(yīng)用軟件的開發(fā)速度和效率。目標(biāo)機(jī)一般在驅(qū)動(dòng)開發(fā)和應(yīng)用軟件開發(fā)期間使用，它可以是嵌入式應(yīng)用軟件的實(shí)際運(yùn)行環(huán)境，也可以是能夠替 代實(shí)際運(yùn)行環(huán)境的仿真系統(tǒng)，但軟硬件資源通常都比較有限。嵌入式系統(tǒng)的交叉開發(fā)環(huán)境一般包括交叉編譯器、交叉調(diào)試器和系統(tǒng)仿真器，其中交叉編譯器用于在宿主機(jī)上生成能在目標(biāo)機(jī)上運(yùn)行的代碼，而交叉調(diào)試器和系統(tǒng)仿真器則用于在宿主機(jī)與目標(biāo)機(jī)間完成嵌入式軟件的調(diào)試。在采用宿主機(jī) /目標(biāo)機(jī)模式開發(fā)嵌入式應(yīng)用軟件時(shí)，首先利用宿主機(jī)上豐富的資源和良好的開發(fā)環(huán)境開發(fā)和仿真調(diào)試目標(biāo)機(jī)上的軟件，然后通過串口或者網(wǎng)絡(luò)將交叉編譯生成的目標(biāo)代碼下載到目標(biāo)機(jī)的存儲(chǔ)單元上，并在監(jiān)控程序或者操作系統(tǒng)的支持下利用交叉調(diào)試器進(jìn)行分析和調(diào)試，最后目標(biāo)機(jī)在特 定環(huán)境下脫離宿主機(jī)運(yùn)行。 目前常用的交叉開發(fā)環(huán)境主要有開放和商業(yè)兩種類型。開放的交叉開發(fā)環(huán)境的典型代表是 GNU 工具鏈，目前己經(jīng)能夠支持 x86,ARM,MIPS, PowerPC 等多種處理器。商業(yè)的交叉開發(fā)環(huán)境則主要有 Metrowerks CodeWarrior， ARM Software， Development Toolkit，Windver Tornado 等等。 嵌入式系統(tǒng)在車載定位系統(tǒng)中的應(yīng)用 全球 定位系統(tǒng) (GPS)是本世紀(jì) 70年代由 美國 陸?？杖娐?lián)合研制的新一代空間衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。其主要目的是為陸、海、空三大領(lǐng)域提供實(shí)時(shí)、 全天候和全球性的導(dǎo)航服務(wù)，并用于情報(bào)收集、核爆監(jiān)測和應(yīng)急通訊等一些軍事目的，是美國獨(dú)霸全球戰(zhàn)略的重要組成。經(jīng)過 20余年的研究實(shí)驗(yàn)，耗資 300億美元，到 1994年 3月，全球覆蓋率高達(dá)98%的 24顆 GPS 衛(wèi)星星座己布設(shè)完成。 GPS 監(jiān)控（以 上海市 連圖信息科技 GPS 車載終端設(shè)備為例）是結(jié)合了 GPS 技術(shù)、無線通信技術(shù) (GSM/GPRS/CDMA)、 圖像處理 技術(shù)及GIS 技術(shù)，用于對移動(dòng)的人、寵物、車及設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控的一門技術(shù)。 全球定位系統(tǒng)在車輛管理上的應(yīng)用，被稱作 車輛定位系統(tǒng) 。 GPS 車輛管理 系統(tǒng)功能簡單描述 （ 1）實(shí)時(shí)監(jiān)控： GPS 車輛管理系統(tǒng)應(yīng)用了移動(dòng) GPRS 為監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的載體，真正的實(shí)現(xiàn)了對車輛的全天候?qū)崟r(shí)監(jiān)控（速度、方向等），監(jiān)控頻率可達(dá)到 1秒級。 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 （ 2）行駛信息管理： 系統(tǒng)可對車輛以往的行駛數(shù)據(jù)信息進(jìn)行下載、回放、保存等。 （ 3） 車輛超速報(bào)警： 管理員 可單獨(dú)或是設(shè)定全部車輛的行駛上下限速度，當(dāng)車輛行駛速度超過該限制時(shí)，系統(tǒng)即會(huì)提示車輛超速報(bào)警，并伴有聲音和窗口彈出窗口提示。 （ 4） 自建圖層：管理員可以通過文字和圖象在地圖上自行標(biāo)注公司的以及工地的方位；也可以自行構(gòu)建道路上沒有的路線，更好的完善地圖來管理車輛。 （ 5） 文字調(diào)度管理：管理可通過文字方式向某一輛車或是某一群車輛發(fā)送文字調(diào)度信息。發(fā)送的信息將保存下來，以供日后查證。 （ 6） 超速報(bào)警統(tǒng)計(jì)：通過系統(tǒng)提供的行駛數(shù)據(jù)保存功能，在事后可將某車的在某天某日某一段時(shí)間的行車數(shù)據(jù)進(jìn)行回放，并可生成報(bào)表供打應(yīng)，該功能 可作考核用。 （ 7） 行車線路跟蹤：可對單獨(dú)一輛或是全部車輛進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄行駛路線功能，當(dāng)車輛駛過后就會(huì)在地圖上劃出一條黑線，管理員可直觀的看到車輛的行駛路線情況。 （ 8） 區(qū)域報(bào)警功能：可以設(shè)定禁區(qū)，當(dāng)車進(jìn)入禁區(qū)監(jiān)控處發(fā)出警報(bào)提醒。定制行駛路線，當(dāng)駕駛員駛離預(yù)定的駕駛路線發(fā)出報(bào)警。 （ 9） 里程油耗統(tǒng)計(jì)：通過系統(tǒng)提供的行駛數(shù)據(jù)保存功能，可將某車的在某天某日某一段時(shí)間的行車公里數(shù)及所耗油量，可生成報(bào)表供打印，該功能可作參考。 圖 系統(tǒng)功能圖 目標(biāo)板ARM9 3G模塊 GPS模塊 Uboot移植 Kernel移植 應(yīng)用程序 P C 衛(wèi)星 監(jiān) 控 中 心 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 第二章 基于 ARM9 微處理器的硬件和軟件設(shè)計(jì)概述 導(dǎo)航終端系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 導(dǎo)航用戶終端系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)圖 用戶終端主要是實(shí)現(xiàn)了提供給監(jiān)控中心的各種數(shù)據(jù)，包括地理位置，速度，耗油量等等，因此其包括了以下的幾個(gè)模塊。 圖 用戶終端圖 基于 ARM9 的嵌入式車載導(dǎo)航開發(fā)板底板電路原理圖 圖 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 ARM920T 開發(fā)板核心板電路原理圖 圖 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 導(dǎo)航系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)程序的組成框圖 以下是運(yùn)行目標(biāo)板所需要的驅(qū)動(dòng)程序，在此次試驗(yàn)中，使用的 TQ2440 開發(fā)班層也是由一下圖示組成。 圖 開發(fā)環(huán)境的設(shè)計(jì)與創(chuàng)建 主機(jī)系統(tǒng)的硬件配置和操作系統(tǒng) CPU:Int