【正文】 大量的Linux 內(nèi)核以縮小尺寸，適合象 512k RAM， 1M Flash 這樣小容量，低成本的嵌入式系統(tǒng) 。CLinux 系統(tǒng)小型化的 另一個重要原因是采用了 181。CLib 庫的做 法。CLinux 和應(yīng)用代碼都可以 支持固化，存 儲在 Flash 存儲 介質(zhì)中，不需 像 Linux 需要經(jīng)過一次 Flash 到 RAM 的拷 貝。嵌入式系統(tǒng)作為 Linux 應(yīng)用 的一個重要領(lǐng)域 ，由于它 的廣泛性和多樣化正在迅速發(fā)展。如果這個最 小內(nèi)核沒有包含 GCC/GDB 工具鏈 ，你可能還要到 GNU 的網(wǎng) 站下載 全部的 源代碼 ，然后再 編譯生 成你需 要版本的ARM 工具鏈和應(yīng)用程序庫 ，這個過程 是相當(dāng)耗時和困難 的。嵌入式 Linux 主要是在實時 性增強、內(nèi) 核精簡和裁減 、支持多種 CPUxx 大學(xué)碩士學(xué)位論文 23 結(jié)構(gòu)（如 ARM CPU）等方面做了改 進和提高。CLinux 更 像 傳統(tǒng)意義上的嵌入式操作系統(tǒng)。CLinux 中，由于沒 有內(nèi)存保護機制，應(yīng)用代碼一般采用靜態(tài)連接的方式，而且在 181。CLib 可以大大減少應(yīng)用程序的代碼尺寸，對于中小型嵌入式應(yīng)用， 181。CLinux 近 期主要是在發(fā)展 各種 版本的移植，以期跟上 Linux 社會主流的 發(fā)展趨勢（因 為今年 Linux 將開始成為主流的內(nèi)核）。 181。 ? 181。C/OSII 不 是免費軟件，任何人學(xué)習(xí)使用 181。C View，免費的 TCP/IP 項目如 LWIP 。C/OSII 目前除 了內(nèi)核 外還有 商業(yè)化 文件系統(tǒng)181。最新的 版本還增加了 算法以避免在移 植中修改 OSINTCEXSW（）中的堆棧指針。 181。 181。全世界數(shù)百 種設(shè)備 已經(jīng)在 使用 181。C/OSII 嵌入式實時內(nèi)核 由 Jean Labrosse 先生著 ，邵貝貝老 師翻譯的《嵌 入式實時操作系統(tǒng) 181。C/OSII、 181。 類似的 ，在設(shè) 計中用 到現(xiàn) 成的 設(shè)備或 IC 時，要確定是否 可以 得到設(shè)備驅(qū)動程序。另外，對 于實時 性來 說有硬 實時和 軟實時 之分 ， 它們 之間的界限也是十分模糊的，這與你選擇什么樣的 ARM CPU，它的主頻，xx 大學(xué)碩士學(xué)位論文 20 內(nèi)存等參數(shù)有一定的關(guān)系， 像 XSCALE 這樣的 處理器，即使配合普通 Linux 的內(nèi)核，內(nèi)核 的搶占延時最壞情 況也只有 毫秒，而 %的情況是 毫秒，而如果你使用加入實時補丁等技 術(shù)的 嵌入式 Linux 如 MontaVista Linux( 版本內(nèi)核 )，最壞的情況只有 436 微秒，而 %的情況是 195 微秒 。但是 選用小 尺寸的 操作系 統(tǒng)的 前提條件是一定要 滿足系 統(tǒng)的 應(yīng)用要 求。 檢查 一下在線仿真器 供應(yīng)商提供的 ICE 與實時操作 系統(tǒng)是 否能 協(xié)同工 作，這 在調(diào)試 那些最 隱蔽 的小錯誤是很有用 的。軟件的通 用性和 軟件 的性能 通常是 矛盾的 。從這 個意義而言，操 作系統(tǒng)的作用是xx 大學(xué)碩士學(xué)位論文 19 資源管理器。 實時多 任務(wù) 操作 系統(tǒng) （ RTO S） 可以 簡單 地認(rèn)為 是功 能強 大的主控程序，它嵌 入到目標(biāo)代碼中 ，系統(tǒng)復(fù) 位初始化后首先 執(zhí)行，它負(fù)責(zé)在硬件基礎(chǔ)之上，為應(yīng)用軟件建立一個功能更為強大的運行環(huán)境，用戶的其他應(yīng)用程序都建 立在 RT OS 上。 所以在進 行軟件開發(fā)之前 ，必須走好嵌入式實時操作系統(tǒng)選型這關(guān)鍵的一步。為什么會那樣 ？ 如果 從 硬件工 程師那里取點經(jīng) 的話可能大有裨 益。 系統(tǒng)軟件的選擇 在嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)中，嵌入式軟件是實現(xiàn)各種系統(tǒng)功能的關(guān)xx 大學(xué)碩士學(xué)位論文 18 鍵，也是計算機技術(shù) 最活躍的研究方 向之一。 最后考慮到一定的通用型和對以后的開發(fā)有幫助，在系統(tǒng)上還添加了 USB從設(shè)備接口、 SPI/SPP、 IIC、 LED、 A/D、 D/A、按鍵、 MODEM和 GPRS模塊的接口。 RTC電源采用 一粒 3V鋰電池，用來保證實時時鐘的供電不間斷，以給系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的時間。其重要特點是 128位內(nèi)部線性尋址，讀取速度很快，讀寫比較簡單， 加速器可實現(xiàn)高達(dá) 60MHz工作頻率， 需要的 內(nèi)存技術(shù)驅(qū)動程序（ MTD )控制很少。 片外外圍設(shè)備的選擇 從上面的描述我們可以看出， LPC2136 芯 片具有豐富的內(nèi) 置部件，通過對它的 分析我們可以確定 嵌入式系統(tǒng)開發(fā) 平臺所需的其它外圍器件： 當(dāng)前一般的 32 位嵌入式 處理器由于功耗 和體積 的原因， 都不再內(nèi)置較大的 ROM 和 RAM，所以首先 要選擇的是它們 ?？?通過個別使能 /禁 止外部功能和外圍時鐘分頻來優(yōu)化功耗。多達(dá) 9個邊沿或電平觸發(fā)的外部中斷管腳。 ? 多個串行接口，包括 2 個 16C550工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) UART、 2個高速 I2C 接口（ 400 kbit/s）、 SPITM和 具有緩沖作用和數(shù) 據(jù)長度可變功能的 SSP。 ? 2個 8路 10 位的 A/D轉(zhuǎn)換器，共提供 16路模擬輸入，每個通道的轉(zhuǎn)換時間低至 。 128位寬度接口 /加速器可實現(xiàn)高達(dá) 60MHz工作頻率。根據(jù)我們開發(fā)平臺的實際需要，最后確定選用 Philip 公司出品的 LPC2136 芯片。 ? 片內(nèi)外圍電路的選擇 確定了使用哪種 ARM 內(nèi)核 后，接下來 就是結(jié)合實際情 況，根據(jù)系統(tǒng)外圍設(shè)計的需求情況，選擇一款合適的處理器。 ? 系統(tǒng)工作頻率的選擇 系統(tǒng) 的工 作頻率 在很大 程度上 決定了 ARM 微處 理器的 處理能力。 ? 能夠提供 。 ARM7TMDI 是最適合應(yīng)用于對成本敏感的產(chǎn)品，也是目前使用最廣泛的 32 位嵌入式 RISC 處理器 。CLinux等不需要 MMU 支持的 操作系統(tǒng)可運行 于 ARM7TDMI 硬件平臺之上。它支持 16 位的 Thumb 指 令和 DSP 指令集 ，已使用 在數(shù)字移動電話、個人數(shù)字助理和網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品等場合。 ARM9E 系列微處 理器為可綜合處 理器，使用單 一的處理器內(nèi)核提供了微控制器 、 DSP、 Java 應(yīng)用系統(tǒng)的 解決方案 ，極大的減少了芯片的面積和系統(tǒng)的復(fù)雜程度。由于 ARM微處理器有多達(dá)十幾種的內(nèi)核結(jié)構(gòu)，幾十個 芯片生產(chǎn)廠 家，以及千變?nèi)f化的內(nèi)部功能配置組合，給開發(fā)人員在選擇方案時帶來一定的困難 ， 所以，對 ARM 芯片做一些對比研究是十分必要的。對 嵌入式 系統(tǒng)來 說，軟 件是應(yīng) 用的 最終實現(xiàn)途徑，所 以是否 需要 監(jiān)控程 序、操 作系統(tǒng) 都是必 須考 慮的。因 為一 個擴展性很強、移 植方便 、可 靠的設(shè) 計可以 為學(xué)習(xí) 者或評 估者 縮短二次開發(fā)的時間，加快產(chǎn)品推出。硬件包括 ARM 處理器、 存儲器、輸入輸 出設(shè)備。在處理器指令系統(tǒng)編程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，重點是加強外圍功能接口的應(yīng)用學(xué)習(xí)，主要是人機接口和通信接口，如 UART、 SPI/SSP、 VIC、 USB 接口、A/D 轉(zhuǎn)換、 GPIO、以 太網(wǎng)、 IIC 串 行數(shù)據(jù)通信、音 頻接口和液晶屏等知識的掌握。 其次，對于嵌入式系統(tǒng)開 發(fā)的學(xué)習(xí)者來說 ，必須要有一個 較好的嵌入式開發(fā)教學(xué)平臺。嵌入式技術(shù)融合了具體應(yīng)用系統(tǒng)技術(shù)、嵌入式微處理器、DSP 技術(shù)、系統(tǒng)芯片 SOC 設(shè)計制造技 術(shù)、應(yīng)用電子 技術(shù)和嵌入式操作系統(tǒng)及應(yīng)用軟件技術(shù)，具有極高的系統(tǒng)集成性，可以滿足不斷增長的信息處理技術(shù)對嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的要求。所以，我們的項目也是按照這種方法設(shè)計。如果評估結(jié)構(gòu)不滿足要求，說明劃分方案選擇不合理，需要重新劃分；以上重復(fù)直到獲得一個滿意的硬件 /軟件實現(xiàn)為止 。各自部分的用戶需求 硬件制作 硬件調(diào)試 軟件編程 軟件調(diào)試 最終產(chǎn)品 出錯 出錯 xx 大學(xué)碩士學(xué)位論文 10 修 改 和 缺 陷 很容 易 導(dǎo) 致系 統(tǒng) 集 成出 現(xiàn) 問 題， 這 些 問題 不 但 難于 定位，而且更重要的是 ，對它們的修 改往往會涉及整 個軟件結(jié)構(gòu)或硬件配置的改動。 傳統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)在開發(fā)應(yīng)用中，是按照瀑布式的流程進行的。C/OSII的移植過程這個部分。 與通用 PC系統(tǒng)相比，嵌入式系統(tǒng)于硬 件的關(guān)系更為密 切，因而每個設(shè)計都有自己特定的硬件平臺。通過對嵌入式的學(xué)習(xí)使學(xué)生具有較強的綜合素質(zhì)，成為具有良好的實際操作能力設(shè)計能力符合社會需求的開拓性電子應(yīng)用人才。實際上對硬件及軟件的選擇來說，主要因素是由應(yīng)用決定的，國內(nèi)應(yīng)該抓住這個機會加入到這個競爭行列中來。 AR M 公司已經(jīng)成為業(yè)界的龍頭老大，“每個人口袋中都裝著AR M”是 毫不夸張 的，應(yīng)為 幾乎所 有的手機 、移動設(shè) 備、 P DA 幾乎都是用具有 ARM 核的系統(tǒng)芯片開發(fā)的。而最新的市 場調(diào)查表明， 在 2020 年度， ARM 占據(jù) 了整個 32 位和 64 位嵌入式微 處理器市場的 7 5%；2020 年度，占據(jù)了 %。 AR M 公 司具有 完整的 產(chǎn)業(yè)鏈， 其全球 合 作伙 伴主要 為半導(dǎo)體和系統(tǒng)伙伴、操作系統(tǒng)伙伴、開發(fā)工具伙伴、應(yīng)用伙伴和 A RM 技xx 大學(xué)碩士學(xué)位論文 7 術(shù)共享計劃伙伴。C Li nux、 p SOS、 VxWor ks、181。 ARM7 適 合于中 低端的 網(wǎng)絡(luò)設(shè) 備、終端 、各種 通用型 的嵌入式應(yīng)用和工業(yè)控制等領(lǐng)域。它是英國先 進 R ISC 機器公司的產(chǎn)品 。這 樣整個 嵌入 式系統(tǒng)大部分均可 集成到 一塊 或幾塊 芯片中 去，應(yīng) 用系統(tǒng) 電路 板將變得很簡潔， 對于減 小體 積和功 耗、提 高可靠 性非常 有利 。為了滿足 嵌入式 應(yīng)用 的特殊 要求， 嵌入式 微處理 器雖 然在功能上和標(biāo)準(zhǔn) 微處理 器基 本是一 樣的， 但在工 作溫度 和工 業(yè)控制計算機相比 ，嵌入 式微 處理器 具有體 積小、 重量輕 、成 本低、可靠性高 的優(yōu)點 ，嵌 入式處 理器 目前主 要有 Power PC、 68000、MIPS、 ARM 系列等。這 類智 能化算法一般都是運算量較大，特別是向量運算、指針線性尋址等較多，而這些正是 DSP 處理器的 長處所在。目前 MCU 占嵌入式系統(tǒng)約 60％的市場份額。為適 應(yīng)不同 的應(yīng)用 需求， 一般 一個系列的單片機 具有多 種衍 生產(chǎn)品 ，每種 衍生產(chǎn) 品的處 理器 內(nèi)核都是一樣的， 不同的 是存 儲器和 外設(shè)的 配置及 封裝。 TI 公司曾 把處理器比作汽車 ，有個生 動的比喻 ： MPU 是轎車，追求的是 經(jīng)濟性與 速度的 折中； DSP 是跑 車，追 求的是 速度； MCU是滿足特殊用途的車。 xx 大學(xué)碩士學(xué)位論文 4 嵌 入 式 處 理 器 概述 嵌 入 式 處 理 器 的分 類 嵌入式系統(tǒng)的核心部件是各種類型的嵌入式處理器，目前據(jù)不完全統(tǒng)計，全世界嵌入式處理器的品種總量已經(jīng)超過 1500 多種，流行體系結(jié)構(gòu)有 30 幾個 系列。C/OSII 以及國內(nèi)的 Hopen 等嵌 入式操作系統(tǒng)?，F(xiàn)在主 流的嵌入式芯片已 經(jīng)從 8 位的 5AVR、 PIC 系列拓展到 32 位的 ARM、 MIPS、 POWERPC 系列。 20 世 紀(jì) 70 年代單片機 的出現(xiàn)，使得汽車、家電 、工業(yè)機器 、通信設(shè) 備以及成千上萬 種產(chǎn)品可以通過內(nèi)嵌電子裝置來獲得更多性能，更容易使用，更便宜。它是隨著 微電子技術(shù)和計 算機技術(shù)的發(fā)展 ，從而越來越來引人注目。 ， 嵌入式系統(tǒng)中 的系統(tǒng)程序（包括操作系統(tǒng)）和應(yīng)用程序是渾然一體的，這些程序被編譯連接成 一 個 可 以 執(zhí)行 的 二 進制 映 像 文件 ， 然 后被 固 化 在系 統(tǒng) 存 儲空 間中。嵌入式系統(tǒng)主要由 嵌入式處理 器、外圍硬件設(shè)備 、嵌入 式實 時操作 系統(tǒng) （ RTOS） 以及特 定的 應(yīng)用程 序等四部分組成，是集軟 /硬件于一體的可獨立工作的“器件”。 xx 大學(xué)碩士學(xué)位論文 2 第一章 緒論 隨著社會的日益信息化，計算機和網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)全面滲透到日常生活的每一個角落。C/OSII 的特點 ................................................................24 xx 大學(xué)碩士學(xué)位論文 V 開發(fā)平臺方案總體規(guī)劃 .............................................................................25 硬件規(guī)劃 ...............................................................................................25 軟件規(guī)劃 ...............................................................................................27 第三章 嵌入式系統(tǒng)硬件詳細(xì)設(shè)計 .....................................................................29 LPC2136 芯片結(jié)構(gòu) ......................................................................................29 LPC2136 功能模塊 ........