【正文】 MMU 的操作系統(tǒng)，如 uClinux。 ARM 微處理器的選型 1) 從速度上考慮 如果所做的產(chǎn)品人機(jī)接口比較多，不需要 CPU 工作太多時間，通常會選用 ARM7的 CPU，例如 PDA、 MP3 播放器、錄音筆等產(chǎn)品。在ARM 狀態(tài)下， PC 的 0 和 1 位是 0，在 Thumb 狀態(tài)下， PC 的 0 位是 0。與之類似，當(dāng)發(fā)生中斷或異常時，對應(yīng)的分組寄存器 R14_svc， R14_irq， R14_fiq，R14_abt 和 R14_und 用來保存 R15 的返回值。 由于處理器的每種運(yùn)行模式均有自己獨(dú)立的物理寄存器 R13，在用戶應(yīng)用程序的初始化部分，一般都要初始化每種模式下的 R13，使其指向該運(yùn)行模式的 棧 空間，這樣，當(dāng)程序的運(yùn)行進(jìn)入異常模式時，可以將需要保護(hù)的寄存器放入 R13 所指向的堆棧，而當(dāng)程序從異常模式返回時，則從對應(yīng)的堆棧中恢復(fù)，采用這種方式可以保證異常發(fā)生后程序的正常執(zhí)行。即在任意一種處理器模式下，可訪問的寄存器包括 15 個通用寄存器 (R0R14)、一至二個狀態(tài)寄存器和程序計數(shù)器。 當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時，異常可能會隨時發(fā)生，為保證在 ARM 處理器發(fā)生異常時不至于處于未知狀態(tài)，在應(yīng)用程序的設(shè)計中，首先要進(jìn)行異常處理，采用的方式是在異常向量表中的特定位置放置一條跳轉(zhuǎn)指令，跳轉(zhuǎn)到異常處理程序，當(dāng) ARM 處理器發(fā)生異常時，程序計數(shù)器 PC 會被強(qiáng)制設(shè)置為對應(yīng)的異常向量，從而跳轉(zhuǎn)到異常處理程序，當(dāng)異常處理完成以后，返回到主程序繼續(xù)執(zhí)行 。 數(shù)據(jù)中止 若處理器數(shù)據(jù)訪問指令的地址不存在，或該地址不允許當(dāng)前指令訪問時，產(chǎn)生數(shù)據(jù)中止異常。 未定義指令 當(dāng) ARM 處理器或 協(xié)處理器遇到不能處理的指令時，產(chǎn)生未定義指令異常。 常用的 ARM10E 的內(nèi)核有： ARM1020E、 ARM1022E 及 ARM1026EJS。 4) ARM10E微處理器系列 它采用了新的架構(gòu)，使其效率比 ARM9 提高將近 50%,并且提升了能源管理的共能，從而降低了功耗。其主要特色如下： ① 支持 DSP 指令集，適合高速運(yùn)算。 ② 支持 MMU(Memory Management Unit),可提供 Windows CE 及 Linux Kernel 以上的操作系統(tǒng)。 S：可以綜合，提供 VHDL 或者 Verilog 語言設(shè)計，可以實(shí)現(xiàn)自己特定的硬件。 12 D：支持在線 Debug。 ② 低功耗，適合便攜式產(chǎn)品。在 32位處理器中，采用 ARM 體系結(jié)構(gòu)的嵌入式處理器占有很大比例 [7]。 微控制器電路 嵌入式系統(tǒng)的硬件核心部件是各種類型的嵌入式處理器。 10 本章 小 結(jié) 本章是系統(tǒng)的總體設(shè)計， 首先介紹了系統(tǒng)的功能及技術(shù)上的可行性，然后 將 系統(tǒng) 從功能上進(jìn)行了模塊劃分，最后將系統(tǒng) 分為硬件和軟件兩個部分 分別介紹 。 2) 轉(zhuǎn)速 PWM轉(zhuǎn)換模塊 轉(zhuǎn)速 PWM 轉(zhuǎn)換模塊用于將以 RPM 為單位的轉(zhuǎn)速值轉(zhuǎn)換為可以 用來 驅(qū)動電動機(jī)的PWM 值。前后臺系統(tǒng)又稱為超循環(huán)系統(tǒng) (Superloops)， 其 應(yīng)用程序是一個無限的循環(huán)，循環(huán)中調(diào)用響應(yīng)的函數(shù)完成相應(yīng)的操作，這部分可看作后臺行為 ， 中斷服務(wù)程序處理異步事件，可看作是前臺行為 [4]； 基于 嵌入式操作系統(tǒng)平臺的應(yīng)用系統(tǒng) 一般由嵌入式操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件組成 ， 操作系統(tǒng)是連接計算機(jī)硬件與應(yīng)用程序 9 的系統(tǒng)程序 ， 嵌入式操作系統(tǒng)可以分為實(shí)時操作系統(tǒng)和分時操作系統(tǒng)兩類。本系統(tǒng)選用 PHIPLIS 公司的 ARMTDMIS 內(nèi)核為控制 器 LPC2124作為嵌入式系統(tǒng)的核心單元、該處理器內(nèi)部集成了系統(tǒng)所需的 PWM 模塊、脈沖捕獲模塊等。 4) 嵌入式 SOC(System On Chip) 處理器的體系結(jié)構(gòu)又可分為馮 2) 嵌入式 DSP(Digital Signal Processor) 其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令算法進(jìn)行了特殊設(shè)計，具有很 高的指令執(zhí)行速度，適應(yīng)于高速數(shù)字信號處理。 綜上所述，本系統(tǒng)總體方案 如 表 21 所示 。 7 ② 雙電源供電 。從而輪子轉(zhuǎn)動時可以產(chǎn)生連續(xù)脈沖信號，通過對脈沖的計數(shù)進(jìn)行車速測量。 ③ 光對射式 。 ② 光反射式 。這種電路由于工作在管子的飽和截止模式下，效率非常高； H 型電路保證了可以簡單地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制；電子開關(guān)的速度很快，穩(wěn)定性也極佳，是一種廣泛采用的 PWM 調(diào)速技術(shù)。 采用繼電器 對電動機(jī)的開或關(guān)進(jìn)行控制，通過開關(guān)的切換對小車的速度進(jìn)行調(diào)整。 采用電阻網(wǎng)絡(luò)或數(shù)字電位器 調(diào)整電動機(jī)的分壓，從而達(dá)到調(diào)速的目的。 轉(zhuǎn)速 傳感器 和光電轉(zhuǎn)換 將 電機(jī)轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)化為可以測 6 量的電信號。 ③ 采取一定策略實(shí)現(xiàn)電動機(jī) 安全運(yùn)轉(zhuǎn) 。系統(tǒng)的軟件代碼采用模塊化設(shè)計，使其便于測試、修改，同時具有良好的可移植性和通用性。目前，嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展涉及到計算機(jī)學(xué)科的各個方面，主要關(guān)注的應(yīng)用領(lǐng)域是消費(fèi)電子、 3G 領(lǐng)域、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、無線網(wǎng)絡(luò)等，主要的技術(shù)熱點(diǎn)包括嵌入式操作系統(tǒng)、系統(tǒng)芯片設(shè)計、應(yīng)用軟件開發(fā)和嵌入式內(nèi)容服務(wù) [5]。 目前，由于集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，半導(dǎo)體工藝己使單片集成度達(dá)到千萬門，設(shè)計復(fù)雜度達(dá)到系統(tǒng)級， SOC(System On Chip)芯片的設(shè)計和制造己成為 IC 產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主流及必然趨勢。 20 世紀(jì) 80 年代早期開始，嵌入式系統(tǒng)的程序員開始用商業(yè)級的“操作系統(tǒng)”編寫嵌入式應(yīng)用軟件，這使得開發(fā)人員可以進(jìn)一步縮短開發(fā)周期，降低開發(fā)成本并提高開發(fā)效 4 率。 ⑧ 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)需要專門的開發(fā)工具和環(huán)境 。 ④ 專用性強(qiáng) ?？傮w上嵌入式系統(tǒng)可以劃分成硬件和軟件兩部分，硬件一般由高性能的微處理器和外圍接口電路組成，軟件一般由實(shí)時操作系統(tǒng)和其上運(yùn)行的應(yīng)用軟件構(gòu)成，軟件和硬件之間由所謂的中間 (BSP 層，板級支持包 )層連接。嵌入式系統(tǒng)是軟件和硬件的綜合體，可以涵蓋機(jī)械等附屬裝置。 嵌入式系統(tǒng) 概述 嵌入式系統(tǒng)是一個很廣義的概念，總體上嵌入式系統(tǒng)可以劃分成硬件和軟件兩部分。而且，直流調(diào)速系統(tǒng)在理論上和實(shí)踐上都比較成熟，從控制技術(shù)的角度來看，它又是交流調(diào)速系統(tǒng)的基礎(chǔ)。隨著微電子和計算機(jī)的發(fā)展，數(shù)字控制系統(tǒng)應(yīng)用越來越 廣泛，數(shù)字控制系統(tǒng)有控制精確，硬件實(shí)現(xiàn)簡單，受環(huán)境影響小，功能復(fù)雜，系統(tǒng)修改簡單，有很好的人機(jī)交換界面等特點(diǎn) [2]。 所以掌握和應(yīng)用該系列單片機(jī)，對于學(xué)習(xí)高性能單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計，嵌入式系統(tǒng)，生產(chǎn)過程參數(shù)處理，工業(yè)自 動化處理具有重要意義。 3) 無線通訊領(lǐng)域 目前已有超過 85%的無線通訊設(shè)備采用了 ARM 技術(shù)， ARM 以其高性能和低成本，在該領(lǐng)域的地位日益鞏固。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)，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(fèi)者所接受，更具有競爭力。 LPC2124 I 目 錄 1 緒論 .......................................................................................................................................... 1 課題引入 ........................................................................................................................... 1 本課題研究背景和意義 ................................................................................................... 2 本課題的主要任務(wù)及工作 ............................................................................................... 2 嵌入式系統(tǒng)概述 ............................................................................................................... 2 嵌入系統(tǒng)的定義、特 點(diǎn) ............................................................................................ 3 嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r ............................................................................................ 3 嵌入系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 ................................................................................................ 4 2 系統(tǒng)的總體方案設(shè)計 .............................................................................................................. 5 系統(tǒng)分析 ........................................................................................................................... 5 系統(tǒng)功能分析 ............................................................................................................ 5 系統(tǒng) 原理結(jié)構(gòu) ............................................................................................................ 5 技術(shù)方案可行性研究 ................................................................................................ 6 系統(tǒng)硬件體系結(jié)構(gòu)設(shè)計 ................................................................................................... 7 嵌入式系統(tǒng)的硬件 .................................................................................................... 7 系統(tǒng)硬件體系結(jié)構(gòu) .................................................................................................... 7 核心控制電路 ............................................................................................................ 8 電動機(jī)接口電路 ........................................................................................................ 8 用戶接口電路 ............................................................................................................ 8 系統(tǒng)軟件體系結(jié)構(gòu)設(shè)計 ................................................................................................... 8 嵌入式系統(tǒng)的軟件 .................................................................................................... 8 系統(tǒng)軟件體系結(jié)構(gòu)設(shè)計 ............................................................................................ 9 后臺程序組成 ............................................................................................................ 9 前臺程序組成 .......................................................