【正文】 作系統(tǒng)的基本特點，如能夠有效管理越來越復(fù)雜的系統(tǒng)資源；能夠把硬件虛擬化，使得開發(fā)人員從繁忙的驅(qū)動程序移植和維護中解脫出來；浙江理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 能夠提供庫函數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備驅(qū)動程序以及工具集等。同時，使用嵌入式實時操作系統(tǒng)還需要額外的 ROM/RAM 開銷， 2~5%的 CPU 額外負(fù)荷，以及內(nèi)核的費用。 EOS 負(fù)責(zé)嵌入式系統(tǒng)的全部軟、硬件資源的分配、調(diào)度工作，控制協(xié)調(diào)并發(fā)活動；它必須體現(xiàn)其所在系統(tǒng)的特征，能夠通過裝卸某些模塊來達(dá)到系統(tǒng)所要求的功能。 但是隨著所謂后 PC 時代的來臨，嵌入式系統(tǒng)設(shè)計日趨復(fù)雜，嵌入式操作系統(tǒng)就必不可少了。 TG240128A 與 LPC2378 微控制器的接口電路如圖 310 所示。點陣式圖形液晶顯示屏是 LCD 的一種，能夠動態(tài)顯示圖形、漢字以及各種符 號信息，為各種電子產(chǎn)品提供了友好的人機界面。 基于 ARM 的智能控制最小系統(tǒng) 20 圖 39 鍵盤掃描流程 圖形液晶 液晶是一種在一定溫度范圍內(nèi)呈現(xiàn)既不同于固態(tài)、液態(tài)，又不同于氣態(tài)的特殊物質(zhì)態(tài)，它既具有各向異性的晶體所特有的雙折射性， 又具有液體的流動性。平列線被置成低電平，沒有按鍵被按下時，行線保持高電平；而有按鍵被按下時行線被拉成低電平，這時候控制器知道有按鍵被按下，但只能判斷出在哪一行不能判斷出在哪一列，因此接下來就要進(jìn)行鍵盤掃描，以確定具體是哪個按鍵按下。缺點就是 需要用軟件處理消抖、重鍵等。獨立式鍵接口設(shè)計優(yōu)點是電路配置靈活，軟件實現(xiàn)簡單。它有 2 種連接標(biāo)準(zhǔn)，即 14 針接口和 20 針接口。自從 1990 年批準(zhǔn)后， IEEE 分別 于 1993 年和 1995 年對該標(biāo)準(zhǔn)作了補充，形成了現(xiàn)在使用的 和 。 復(fù)位電路如圖 36 所示 。 SST25VF016B 的重要特征如下：操作電壓： 或者 讀和寫操作；4 線串行接口結(jié)構(gòu)；具有 wraparound 特點的連續(xù)字節(jié)讀操作；低功耗： 7mA（ 典型 ） ；待機： 8uA（ 典型 ） ；靈活的擦除能力： 4KByte 統(tǒng)一 SectorErase； 32Kbyte 或者 64Kbyte BlockErase 或者 Chip Erase 能力；字節(jié)編程： 14us（ 典型 ） ；最大操作時鐘頻率可浙江理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 達(dá) 50MHz；對于快速計算有自動地址累加 （ AAI） 編程；通過 WP引腳可實現(xiàn)硬件寫保護 [19]。串行 Flash 是用串行接口進(jìn)行連續(xù)數(shù)據(jù)存取的小尺寸、低功耗的 flash memory。通過對一個單元執(zhí)行兩次相同的寫操作可保證復(fù)位后數(shù)據(jù)的寫入。 SRAM 控制器包含一個回寫緩沖區(qū)，它用于防止 CPU 在連續(xù)的寫操作時停止運行。可以通過串行端口進(jìn)行在系統(tǒng)編程。1010－ 6Max；可選三態(tài)控制功能； TTL/HCOMS 兼容；體積??；盤帶包裝 [18]。同時， RTC 振蕩器也可用于驅(qū)動 PLL 和 CPU。該頻率可通過 PLL 來提高，其值可高達(dá) CPU 操作頻率的最大值。 在上電或任何芯片復(fù)位時， LPC2300 使用IRC 作為時鐘源。 圖 33 SPX1117 模塊圖 時鐘單元 LPC2300包括 3個獨立的振蕩器，它們分別為主振蕩器、內(nèi)部 RC振蕩器和 RTC浙江理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 振蕩器。當(dāng)輸出電流減少時，靜態(tài)電流隨負(fù)載變化，并提高效率。 基于 ARM 的智能控制最小系統(tǒng) 14 圖 32 電源電路原理圖 然后是對模擬電源器件的選擇。在規(guī)定的輸入電壓和輸出負(fù)載的條件下， LM2576 輸出電壓的誤差范圍為 177。 LPC2378 芯片的工作電壓為 或 5V，同時系統(tǒng)對電源質(zhì)量的要求較高，而其功率消耗不是很大，所以不宜選擇開關(guān)電源，而選擇低壓模擬電源。 （ 4）完善的開發(fā)平臺 隨著因特網(wǎng)技術(shù)的成熟、帶寬的提高， ICP 和 ASP 在網(wǎng)上提供的信息內(nèi)容日趨豐富、應(yīng)用項目多種多樣，像電話手機、電話座機及電冰箱、微波爐等嵌入式電子設(shè)備的功能不再單一，電氣結(jié)構(gòu)也更為復(fù)雜。 （ 3）人性化的人機界面 嵌入式設(shè)備之所以為億萬用戶樂于接受，重要因素之一是它們與使用者之間的親和力，自然的人機交互界面，如司機操縱高度自動化的汽車主要還是通過習(xí)慣的方向盤、腳踏板和操縱桿。 基于 ARM 的智能控制最小系統(tǒng) 12 （ 2）小型化、低成本、低功耗 為滿足這種特性，要求嵌入式產(chǎn)品設(shè)計者相應(yīng)降低處理器的性能，限制內(nèi)存容量和復(fù)用接口芯片。硬件抽象層的引入大大推動了嵌入式操作系統(tǒng)的通用化 [15]。 如何簡潔有效地使嵌入式系統(tǒng)能夠應(yīng)用于各種不同的應(yīng)用環(huán)境，是嵌入式系統(tǒng)發(fā)展中所必須解決的關(guān)鍵問題。一個完整的嵌入式系統(tǒng)的集成開發(fā)環(huán)境一 般需要提供的工具是編譯 /連接器、內(nèi)核調(diào)試 /跟蹤器和集成圖形界面開發(fā)平臺。因此，嵌入式操作系統(tǒng)必須結(jié)構(gòu)緊湊，體積微小。嵌入式操作系統(tǒng)具有相對不變性。 實時操作系統(tǒng)主要用于對系統(tǒng)時間由嚴(yán)格要求 的場合，如航空航天以及對時間有嚴(yán)格要求的工業(yè)控制場所。通常，大多數(shù)實時系統(tǒng)是兩者的結(jié)合。也就是說，實時系統(tǒng)是對響應(yīng)時間有嚴(yán)格要求的。這里重點介紹一下工業(yè)控制領(lǐng)域常用的實時操作系統(tǒng) [12]。在嵌入式系統(tǒng)中，采用 OS 的嵌入式系統(tǒng)一般都是任務(wù)相對復(fù)雜， CPU 數(shù)據(jù)長度為 16/32/64 位的高檔微控制器，有實時性要求。嵌入式處理器體系結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了從 CISC 到 RISC 和浙江理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 Compact ISC 的轉(zhuǎn)變， 常有的體系結(jié)構(gòu)有： X8 ARM、 MIPS 及 PowerPC 等。 嵌入式系統(tǒng)是面向應(yīng)用、面向產(chǎn)品的（與桌面計算機 PC 不同）、因此成本因素是非常關(guān)鍵、它決定了下面的諸多選擇。 嵌入式系統(tǒng)的組成 既然嵌入式系統(tǒng)也是計算機系統(tǒng)，那么必須有硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成。 （ 3）嵌入式系統(tǒng)對軟件的要求 由于嵌入式產(chǎn)品要求體積小、成本低，一般不具有硬盤等大容量存儲設(shè)備，嵌入式系統(tǒng)軟件一般固化在容量較小的 Flash 存儲器中。 （ 1） 嵌入式系統(tǒng)無所不在 嵌入式技術(shù)廣泛應(yīng)用于自動控制、通訊、儀器、儀表、汽車、船舶、航空、航天、軍事、消費等各個領(lǐng)域。嵌入式系統(tǒng)的硬件是嵌入式系統(tǒng)軟件環(huán)境運行的基礎(chǔ)，它提供了嵌入式系統(tǒng)軟件運行的物理平臺和通信接口；嵌入式操作系統(tǒng)和嵌入式軟件則是整個系統(tǒng)的控制核心，控制整個系統(tǒng)的運行，提供人機交互的信息等。 嵌入式系統(tǒng)的定義、特點及組成 嵌入式系統(tǒng)的定義 嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件均可裁剪，適用于應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴(yán)格要求的專用計算機系統(tǒng)。隨著嵌入式相關(guān)技術(shù)的迅速發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)的功能越來越強大，應(yīng)用接口更加豐富，根據(jù)實際應(yīng)用的需要設(shè)計出特定的嵌入式最小系統(tǒng)和應(yīng)用系統(tǒng)，是嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵。一般來講存儲器比等價 32 位代碼節(jié)省達(dá) 35％，然而保留了 32 位系統(tǒng)的所有優(yōu)勢 [8]。采用轉(zhuǎn)讓許可證制度，由合作伙伴生產(chǎn)芯片。目前，全世界有幾十家大的半導(dǎo)體公司都使用 ARM 公司的授權(quán)，如 ATMEL、 Philips、 Intel、 Sansung、 Sharp 等，因此既使得 ARM 技術(shù)獲得更多的第三方工具、制造、軟件的支持，又使整個系統(tǒng)成本降低，使產(chǎn)品更容易進(jìn)入市場被消費者所接受，更具有競爭力。除了象 串行 和以太網(wǎng)控制器那樣的集成 I/O，該嵌入式處理器與 “ 臺式機 ” CPU 存在非常顯著的區(qū)別。 PPC PowerPC 是一種精簡指令集（ RISC）架構(gòu)的 中央處理器 （ CPU），其基本的設(shè)計源自 IBM（國際商用機器公司）的 POWER（ Performance Optimized With Enhanced） RISC；《 IBM Connect 電子報》 2020 年 8 月號譯為 “ 增強 RISC 性能優(yōu)化 ” 架構(gòu)。 2020 年， MIPS 公司發(fā)布了針對 MIPS32 4Kc 的版本以及 64 位 MIPS 64 20Kc處理器內(nèi)核。 MIPS 的意思是 “ 無內(nèi)部互鎖流水級的微處理器 ” （ Microprocessor without interlocked piped stages），其機制是盡量利用軟件辦法避免流水線中的數(shù)據(jù)相關(guān)問題。技術(shù)具有性能高、成本低和能耗省的特點。它的強大數(shù)據(jù)處理能力和高運行速度，是最值得稱道的兩大特色。 目前 FPGA 的品種很多，有 XILINX 的 XC 系列、 TI 公司的 TPC 系列、 ALTERA公司的 FIEX 系列等 [4]。 許多公司如今都開發(fā)出了 CPLD 可編程邏輯器件。 AVR 的單片機可以廣泛應(yīng)用于計算機外部設(shè)備、工業(yè)實時控制、儀器儀表、通訊設(shè)備、家用電器等各個領(lǐng)域 [2]。而市場上目前供貨比較足的芯片還要算 ATMEL 的 5 52 芯片， HYUNDAI 的 GMS97 系列， WINBOND 的 78e52， 78e58， 77e58 等。此外， ARM 芯片還獲得了許多實時操作系統(tǒng)（ Real Time Operating System）供應(yīng)商的支持，比較知名的有： Windows CE、 Linux、 pSOS、 VxWorks、 Nucleus、 EPOC、uCOS、 BeOS 等。為了更好的為高端系統(tǒng)提供好的運作平臺和良好性能功底， ARM 最小系統(tǒng)還在更進(jìn)一步的完善中。 ARM 主要是 ARM 公司自 1990 年正式成立以來， 在 32 位 RISC（ Reduced Instruction Set Computer） CPU 開發(fā)領(lǐng)域不斷取得突破，其結(jié)構(gòu)已經(jīng)從 V3 發(fā)展到V6。 uC/OS – II 目 錄 摘 要 Abstract 第一章 緒論 ................................................................................................................. 1 課題研究的背景 ................................................................................................. 1 目前主流的微處理器的簡介 ............................................................................... 1 ..................................................................................................... 1 CPLD/FPGA ............................................................................................... 2 DSP ......................................................................................................... 3 ARM ......................................................................................................... 3 MIPS ........................................................................................................ 4 PPC ......................................................................................................... 4 ARM的特點 ......................................................................................................... 5 研究的意義 ........................................................................................................ 5 第二章 嵌入式系統(tǒng) ..................................................................................................... 7 嵌入式系統(tǒng)的定義、特點及組成 ........................................................................ 7 嵌入式系統(tǒng)的定義