【正文】 ..................................................................................... 21 6 總結(jié) 與體會(huì) .............................................................................................................. 23 總結(jié) ................................................................................................................ 23 體會(huì) ................................................................................................................ 23 參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................... 25 南華大學(xué)電氣工程學(xué)院課程設(shè)計(jì) 第 1 頁(yè) 共 30 頁(yè) 1 緒論 課題來(lái)源及其意義 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)成為計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的一個(gè)重要部分，是繼 PC 和 Inter 以后又一個(gè)新的 IT 熱點(diǎn)。首先描述了嵌入式打印終端系統(tǒng) 的設(shè)計(jì)概念（包括工作原理、設(shè)計(jì)方案及其選擇），接著對(duì)系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)和軟件平臺(tái)的整體構(gòu)建進(jìn)行了設(shè)計(jì)概述。嵌入式系統(tǒng)技術(shù)作為這一趨勢(shì)的核心力量，其產(chǎn)品已經(jīng)廣泛滲透到工業(yè)控制以及社會(huì)生活的各個(gè)層面，發(fā)揮著重要的作用。 在眾多的嵌入式處理器中， ARM 處理器以低成本、低功耗和高性能等優(yōu)點(diǎn)，Linux 操作系統(tǒng)憑借其開(kāi)源、穩(wěn)定、定制、可移植性強(qiáng)、硬件支持廣泛、網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng)大等特點(diǎn)，使得 ARM+Linux 成為嵌入式系統(tǒng)的一種設(shè)計(jì)趨勢(shì)。介紹了三星公司基于 ARM9 核心的S3C2410 處理器平臺(tái)，著重闡述了在此平臺(tái)上的外圍電路連接設(shè)計(jì)、嵌入式 Linux的打印機(jī)驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)和應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)，并給出了關(guān)鍵代碼的分析，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)嵌入式打印終端系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了一個(gè)從簡(jiǎn)單的處理器到單片機(jī)、單片機(jī)再到加載了操作系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信等強(qiáng)大的系統(tǒng)。 Linux 以其開(kāi)放源碼、免費(fèi)、穩(wěn)定性、可靠性實(shí)時(shí)性等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)成為目前研究和應(yīng)用最多的嵌入式操作系統(tǒng)之一。 嵌入式系統(tǒng)有著廣泛的應(yīng)用前景和發(fā)展?jié)摿?，嵌入式系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)成了最熱門的技術(shù)之一。 嵌入式系統(tǒng)的 定義及特點(diǎn) 就 目前來(lái)說(shuō)，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)成為當(dāng)今最熱門的領(lǐng)域之一，廣泛應(yīng)用在家用電器 、手持通信設(shè)信息終端、儀器儀表、航空航天、軍事設(shè)備、制造工作、工程控制等方面，人們的日常生活都已經(jīng)不能脫離嵌入式系統(tǒng)來(lái)存在，而且嵌入式系南華大學(xué)電氣工程學(xué)院課程設(shè)計(jì) 第 2 頁(yè) 共 30 頁(yè) 統(tǒng)將憑借其自身優(yōu)勢(shì)，在未來(lái)發(fā)揮更加重要的作用。它具有“嵌入性”、“專用性”與“計(jì)算性”的三個(gè)基本要素。 嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn) 一個(gè) 典型的嵌入式系統(tǒng)有以下四個(gè) 特點(diǎn)： （ 1） 面向特定應(yīng)用的特點(diǎn)。 （ 3） 因?yàn)榍度胧较到y(tǒng)經(jīng)常要工作在氣候環(huán)境比較惡劣的自然條件下，所以對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性提出了較高的要求。 南華大學(xué)電氣工程學(xué)院課程設(shè)計(jì) 第 3 頁(yè) 共 30 頁(yè) 嵌入式系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 嵌入式系統(tǒng)的現(xiàn)狀 嵌入式系統(tǒng)經(jīng)過(guò) 30 年的發(fā)展歷程，經(jīng)歷了四個(gè)階段。 第二階段 是以嵌入式 CPU 為基礎(chǔ)、以簡(jiǎn)單操作系統(tǒng)為核心的嵌入式系統(tǒng)。其主要特點(diǎn)是：嵌入式操作系統(tǒng) 能運(yùn)行于各種不同類型的微處理器上，兼容性好；操作系統(tǒng)內(nèi)核小、效率高，并且具有高度的模塊化和擴(kuò)展性；具備文件和目錄管理、支持多任務(wù)、支持網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、具備圖形窗口和用戶界面；具有大量的應(yīng)用程序接口 API，開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序較簡(jiǎn)單；嵌入式應(yīng)用軟件豐富。 嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) 未來(lái)的嵌入式系統(tǒng)會(huì)向著以下四個(gè)方面發(fā)展： （ 1） 實(shí)現(xiàn)小尺寸、微功耗和低成本 （ 2） 提供精巧的多媒體人機(jī)界面 （ 3） 提供 標(biāo)準(zhǔn)的通信接口 （ 4） 嵌入式網(wǎng)絡(luò) 南華大學(xué)電氣工程學(xué)院課程設(shè)計(jì) 第 4 頁(yè) 共 30 頁(yè) 嵌入式打印技術(shù)簡(jiǎn)介 嵌 入式打印技術(shù)是一種在嵌入式系統(tǒng)中集成打印模塊的技術(shù)，在目前超市、銀行、機(jī)場(chǎng)等場(chǎng)所的服務(wù)系統(tǒng)中使用非常廣泛。作為一個(gè)嵌入式系統(tǒng)，它的平臺(tái)上資源 非常豐富，可以設(shè)計(jì)多種通訊接口，擴(kuò)展更多的功能模塊，比如數(shù)據(jù)采集模塊、處理 模塊、存儲(chǔ)模塊等。 本設(shè)計(jì)的 主要 內(nèi)容 本打印終端系統(tǒng)由微型打印機(jī)，掃描儀，和三星公司的 S3C2410 開(kāi)發(fā)板組成。主機(jī)是一臺(tái) PC 機(jī)。 工作流程為：開(kāi)發(fā)板將掃描儀的數(shù)據(jù)從串口讀出，然后通過(guò)網(wǎng)口將數(shù)據(jù)發(fā)送給主機(jī)進(jìn)行檢索處理。嵌入式處理器的選擇應(yīng)該從應(yīng)用工程背景，處理器性能，處理器功耗，開(kāi)發(fā)成本，開(kāi)發(fā)難易程度等方面綜合靠慮。 ARM 價(jià)格低廉，并且功耗很低，開(kāi)發(fā)也相對(duì)比較簡(jiǎn)單，所以本系統(tǒng)使用 ARM 內(nèi)核來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)。 WindowsCE 內(nèi)核較小，能作為一種嵌入式操作系統(tǒng)應(yīng)用到工業(yè)控制等領(lǐng)域。 3COM 公司的 PalmOS 在掌上電 腦和 PDA 市場(chǎng)上獨(dú)占其霸主地位，它有開(kāi)放的操作系統(tǒng)應(yīng)用程序接口，開(kāi)發(fā)商可根據(jù)需要自行開(kāi)發(fā)所需要的應(yīng)用程序。 Linux 作為一種可剪裁的軟件平臺(tái)系統(tǒng)，是發(fā)展未來(lái)嵌入設(shè)備產(chǎn)品的絕佳資源。圖 2 是該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。主機(jī)通過(guò)網(wǎng)口，微型打印機(jī)通過(guò) GPIO 口，掃描儀通過(guò)串口接入 S3C2410，在外圍電路的配合下，共同完成打印任務(wù)。 S3C2410是使用 ARM920T 核，采用 工藝 CMOS 標(biāo)準(zhǔn)宏單元和存儲(chǔ)編輯器開(kāi)發(fā)而成的。 S3C2410 的結(jié)構(gòu)示意圖如圖 4 所示： 南華大學(xué)電氣工程學(xué)院課程設(shè)計(jì) 第 9 頁(yè) 共 30 頁(yè) Clock Generator (MPLL) Bridge amp。電源管理模式：可以軟件控制系統(tǒng)處于正常、慢速、空閑或者掉電模式。 （ 4） DMA 控制器 具有 4 通道的 DMA 控制器，支持存儲(chǔ)器到存儲(chǔ)器、 I/O 到存儲(chǔ)器、存儲(chǔ)器UART0,1,2 USB Device SDIMMC Watchdog Timer BUS CONT Arbitor/Decde SPI0,1 IIC IIS GPIO RTC ADC Timer/PWM 0~3,4(Internal) A P B B U S 南華大學(xué)電氣工程學(xué)院課程設(shè)計(jì) 第 11 頁(yè) 共 30 頁(yè) 到 I/O 和 I/O 到 I/O 的傳輸。 S3C2410 共有七種工作模式： User、 FIQ、 IRQ、 Supervisor、 Abort、 System和 Undefined，大部分應(yīng)用程序工作在用戶模式，而出現(xiàn)服務(wù)中斷或異常等情況時(shí)就會(huì)進(jìn)入非用戶模式。同時(shí)，系統(tǒng)及用戶堆棧、運(yùn)行數(shù)據(jù)也都放在 SDRAM 中，是系統(tǒng)啟動(dòng)后進(jìn)行存取操作的主要存儲(chǔ)器。 串行接口 串口 在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中起著非常重要的作用，一般的調(diào)試和下載都是通過(guò)串口而進(jìn)行的。波特率發(fā)生器可使用系統(tǒng)時(shí)鐘或外部時(shí)鐘 作為時(shí)鐘源。發(fā)送器和接收器包含 16 字節(jié)的 FIFO 和移位寄存器 。每個(gè)口可以通過(guò)軟件配置以滿足不同類型的系統(tǒng)和設(shè)計(jì)的需要。查看 S3C2410 的電路原理圖，由于此系統(tǒng)不需要用到 LCD 屏，可以將板子上用于 LCD 連接的 GPIO 口進(jìn)行改造，根據(jù) ARM9core 的 LCD 電路引腳和板上的 LCD 插槽定義，如圖 5，找到了 14 根空閑的 GPIO 口： Gpio_c8~gpio_d15， gpio_d0~gpio_d4。 至此，硬件的電路設(shè)計(jì)及連接基本完成。嵌入式軟件層次框架如圖 7 所示。 ． 停用程序：特定于用戶的 應(yīng)用程序。字宿主機(jī)上創(chuàng)建一系列的工具，包括嵌入式系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn) C 庫(kù)，編碼器，匯編器，連接器等等，并將安裝目錄加入到系統(tǒng)的默認(rèn)搜索路徑中。 BootLoader 的實(shí)現(xiàn)依懶于 CPU 體系結(jié)構(gòu)，與底層硬件密切相關(guān)。而 stage2 則通常用 C 語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)，主要負(fù)責(zé)檢測(cè)系統(tǒng)內(nèi)存映射，將操作系統(tǒng)的 kernel 和根文件系統(tǒng)映射從 flash 上讀到 RAM 空間中，為內(nèi) 核設(shè)置啟動(dòng)參數(shù)，最后將系統(tǒng)控制權(quán)轉(zhuǎn)交給內(nèi)核。配置并編譯 Uboot： make smdk2410_config 南華大學(xué)電氣工程學(xué)院課程設(shè)計(jì) 第 16 頁(yè) 共 30 頁(yè) make 編譯結(jié)束后會(huì)生成二進(jìn)制可執(zhí)行文件 ，該文件可作為最終的BootLoader 燒寫到我們的 Flash 中。至此， Linux內(nèi)核移植成功了，此時(shí)系統(tǒng)做完初始化工作以后依然不能夠正常啟動(dòng)，這是因?yàn)檫€沒(méi)有加載文件系統(tǒng)。 /sbin 大多是涉及系統(tǒng)管理的命令的存放，是超級(jí)權(quán)限用戶 root 的可執(zhí)行命虛擬文件系統(tǒng) 內(nèi)存管理 進(jìn)程調(diào)度 網(wǎng)絡(luò)通信 進(jìn)程間通信 南華大學(xué)電氣工程學(xué)院課程設(shè)計(jì) 第 17 頁(yè) 共 30 頁(yè) 令 存放地， 普通用戶無(wú)權(quán)限執(zhí)行這個(gè)目錄下的命令。 /lib 庫(kù)文件存放目錄 /dev 設(shè)備文件存儲(chǔ)目錄，比如聲卡、磁盤還有我們的字符設(shè)備等。比如用戶帳號(hào)及密碼配置文件。 /tmp 就用來(lái)存放臨時(shí)文件的。 BusyBox 可以將大約 的工具包裝成大約 200KB 大小。 比如常用的的控制臺(tái)命令，以及選擇使用哪種類型 shell 等等。 圖 11 Installation Options 指定要使用的編譯器（用來(lái)在嵌入式環(huán)境中進(jìn)行交叉編譯）以及 Busy Box應(yīng)該靜態(tài)編譯還是動(dòng)態(tài)編譯。 南華大學(xué)電氣工程學(xué)院課程設(shè)計(jì) 第 19 頁(yè) 共 30 頁(yè) 5 嵌入式打印終端系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 軟件平臺(tái)采用的是基于 內(nèi)核的嵌入式 Linux 系統(tǒng)。這意味著當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)并運(yùn)行時(shí)，我們可以向內(nèi)核添加功能 (當(dāng)然也可以移除功能 )。 打印驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn) 該系統(tǒng)使用到的微型打印機(jī)屬于字符設(shè)備， 編寫 驅(qū)動(dòng)程序。 初始化函數(shù) weida_init 通過(guò) devfs_register()函數(shù)向系統(tǒng)注冊(cè)設(shè)備。/*注冊(cè)設(shè)備驅(qū)動(dòng) */ set_gpio_end (WEIDA_STB |GPIO_PULLUP_DIS |GPIO_MODE_OUT)。最后使用 module_init(weida_printer_init)。 weida_printer_write()先對(duì)打印機(jī)是否在線，是否忙，是否準(zhǔn)備好做進(jìn)一步的判斷，然后再進(jìn)行打印。并行通信是指利用多條數(shù)據(jù)傳輸線將一個(gè)資料的各位同時(shí)傳送。 嵌入式打印終端 系統(tǒng) 中使用到的掃描儀是串口 掃描儀，這種掃描儀相對(duì)于USB 接口的掃描儀來(lái)說(shuō)，控制較簡(jiǎn)單，在掃描儀掃描后，可以直接從串口讀取數(shù)據(jù)。 編寫讀取掃描儀數(shù)據(jù)函數(shù) 首先打開(kāi)設(shè)備文件，該系統(tǒng)中的串口為 2，因此打開(kāi)函數(shù)為： Open(“/dev/ttyS1”,O_RDWR|O_NONBLOCK|O_NDELAY)。 PC機(jī)上同時(shí)也運(yùn)行一個(gè) socket 用來(lái) listen 請(qǐng)求和綁定。線程 p2 負(fù)責(zé)將 received socket 數(shù)據(jù)放入 c2 數(shù)組中，然后直接從 c2 取走數(shù)據(jù)交給打印機(jī)去打印。sem2,0,0)。sem2)。sem1)。 其次，對(duì)基于 S3C2410 嵌入式平臺(tái)進(jìn)行了分析與設(shè)計(jì)。 最后 ，進(jìn)行 了 系統(tǒng)軟件平臺(tái)的設(shè)計(jì)，完成了打印驅(qū)動(dòng)，串口讀寫與應(yīng)用程序 這 三 個(gè)功能模塊的實(shí)現(xiàn)。 我這次的設(shè)計(jì)題目是： 基于 ARM9 和 Linux 的嵌入式打印終端系統(tǒng) 。所以在動(dòng)手做這次設(shè)計(jì)之前，我認(rèn)真地翻了一下以前的筆記，我想認(rèn)認(rèn)真真地做這次的ARM 課程設(shè)計(jì)，并以這