【文章內(nèi)容簡介】 展能力、高性能的內(nèi)核以及良好的用戶開發(fā)環(huán)境。它以其山東師范大學(xué)碩士學(xué)位論文8良好的可靠性和卓越的實時性被廣泛地應(yīng)用在通信、軍事、航空、航天等高精尖技術(shù)及實時性要求極高的領(lǐng)域中。它是目前嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域中使用最廣泛、市場占有率最高的系統(tǒng)。它支持多種處理器，如 x86， MIPS RX000，Power PC， ARM， StrongARM 等 [8]。 (2)Palm OS 3Com 公司的 Palm OS 在掌上電腦和 PDA 市場上占有很大的市場份額，它有開放的操作系統(tǒng)應(yīng)用程序接口(API)，開發(fā)商可以根據(jù)需要自行開發(fā)所需的應(yīng)用程序。目前共有 3500 多個應(yīng)用程序可以運行在 Palm Pilot 上。其中大部分應(yīng)用程序均為其他廠商和個人所開發(fā)，使 Palm Pilot 的功能得以不斷增多。 (3)Windows CEMicrosoft Windows CE 是從整體上為有限資源的平臺設(shè)計的多線程、完整優(yōu)先權(quán)、多任務(wù)的操作系統(tǒng)。它的模塊化設(shè)計允許它對從掌上電腦到專用的工業(yè)控制器的用戶電子設(shè)備進(jìn)行定制。操作系統(tǒng)的基本內(nèi)核至少需要 200KB 的 ROM。 (4)181。C/OS181。C/OS 是源碼公開的實時嵌入式操作系統(tǒng)。181。C/OSⅡ的主要特點：公開源代碼，系統(tǒng)透明，很容易就能把操作系統(tǒng)移植到各個不同的硬件平臺上；可移植性強(qiáng)，181。C/OSⅡ絕大部分源碼是用 ANSI C 寫的，可移植性較強(qiáng)，可固化，181。C/OSⅡ是為嵌入式應(yīng)用而設(shè)計的，只要開發(fā)者有固化手段 (C 編譯、連接、下載和固化)，181。C/OSⅡ可以嵌入到開發(fā)者的產(chǎn)品中成為產(chǎn)品的一部分；可裁剪，通過條件編譯可以只使用181。C/OSⅡ中應(yīng)用程序需要的那些系統(tǒng)服務(wù)程序，以減少產(chǎn)品中的 181。C/OSⅡ所需的存儲器空間。占先式，181。C/OSⅡ完全是占先式的實時內(nèi)核，這意味著 181。C/OSⅡ總是運行就緒條件下優(yōu)先級最高的任務(wù)。大多數(shù)商業(yè)內(nèi)核也是占先式的，181。C/OSⅡ在性能上和它們類似 [8]。 (5)嵌入式 Linux隨著 Linux 的迅速發(fā)展，嵌入式 Linux 現(xiàn)在已經(jīng)有許多版本，包括強(qiáng)實時的嵌入式Linux(如新墨西哥工學(xué)院的 RTLinux 和堪薩斯大學(xué)的 KURTLinux)和一般的嵌入式Linux 版本(如 181。Clinux 和 Pocket Linux 等)。其中，RTLinux 通過把通常的 Linux 任務(wù)優(yōu)先級設(shè)為最低，而所有的實時任務(wù)的山東師范大學(xué)碩士學(xué)位論文9優(yōu)先級都高于它，以達(dá)到既兼容通常的 Linux 任務(wù)又保證強(qiáng)實時性能的目的。另一種常用的嵌入式 Linux 是 181。Clinux，它是針對沒有 MMU 的處理器而設(shè)計的。它不能使用處理器的虛擬內(nèi)存管理技術(shù)，它對內(nèi)存的訪問是直接的，所有程序中訪問的地址都是實際的物理地址，它專為嵌入式系統(tǒng)做了許多小型化的工作 [8]。由于嵌入式系統(tǒng)越來越追求數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化，因此原來在某些設(shè)備或領(lǐng)域中占主導(dǎo)地位的軟件系統(tǒng)越來越難以為繼，因為要達(dá)到上述要求，整個系統(tǒng)必須是開放的、提供標(biāo)準(zhǔn)的 API，并且能夠方便地與眾多第三方的軟硬件溝通。Linux 主要特點如下： Linux 是開放源碼的，遍布全球的眾多 Linux 愛好者又是 Linux 開發(fā)的強(qiáng)大技術(shù)后盾。 Linux 的內(nèi)核小、功能強(qiáng)大、運行穩(wěn)定、系統(tǒng)健壯、效率高。 Linux 易于定制裁剪，在價格上極具競爭力。 Linux 不僅支持 x86 CPU，還可以支持其他數(shù)十種 CPU 芯片。 Linux 沿用了 Unix 的發(fā)展方式，遵循國際標(biāo)準(zhǔn)，可以方便地獲得眾多第三方軟硬件廠商的支持。 Linux 內(nèi)核的結(jié)構(gòu)在網(wǎng)絡(luò)方面是非常完整的，它提供了對十兆/百兆/千兆以太網(wǎng)、無線網(wǎng)絡(luò)、令牌網(wǎng)、光纖網(wǎng)、衛(wèi)星網(wǎng)等多種聯(lián)網(wǎng)方式的全面支持。 嵌入式 WEB 服務(wù)器嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用在社會的各個領(lǐng)域中，但是，目前大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)還處于單獨應(yīng)用的階段，以 MCU 為核心，與一些監(jiān)測、伺服、指示設(shè)備配合實現(xiàn)一定的功能。在一些工業(yè)控制和汽車電子應(yīng)用中，為了實現(xiàn)多個 MCU 之間的信息交流，利用CAN、 RS23RS485 等總線將 MCU 組網(wǎng)，但這種網(wǎng)絡(luò)的范圍比較有限，有關(guān)的通信協(xié)議也比較簡單，并且一般是孤立于 Inter 之外的。Inter 現(xiàn)已成為社會重要的基礎(chǔ)信息設(shè)施之一，是信息流通的重要渠道，如果嵌入式系統(tǒng)能夠連接到 Inter 上，則可以方便、低廉地將信息傳送到幾乎世界上的任何一個地方，并可方便地實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。 構(gòu)建嵌入式 WEB 服務(wù)器為嵌入式系統(tǒng)連入 Inter 提供了可能。山東師范大學(xué)碩士學(xué)位論文10 論文研究目的及主要研究工作論文主要從硬件和軟件兩方面來研究嵌入式 WEB 服務(wù)器，在硬件方面，通過比較各種不同的微處理器的性能，最后選定一種應(yīng)用廣泛和性價比高的微處理器作為硬件平臺，以此平臺為基礎(chǔ)，構(gòu)建所需的各種外圍設(shè)備，滿足開發(fā)的需要，在軟件方面，主要運用開源代碼，功能強(qiáng)大的 Linux 操作系統(tǒng)，經(jīng)過裁剪，移植到開發(fā)板上，運用TCP/IP 協(xié)議實現(xiàn)連入 Inter。論文主要研究工作如下：(1)研究選定嵌入式微處理器設(shè)計構(gòu)建開發(fā)平臺所需的外圍接口電路，為下一步的開發(fā)提供高效、可靠的硬件平臺。 (2)研究嵌入式操作系統(tǒng)的移植方法和嵌入式 WEB 服務(wù)器的具體實現(xiàn)，為嵌入式系統(tǒng)構(gòu)建一個 WEB 服務(wù)器。通過 Inter 來實現(xiàn)對嵌入式終端系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控，需要為該嵌入式系統(tǒng)構(gòu)建一個 WEB 服務(wù)器，利用終端機(jī)的瀏覽器和客戶軟件直接訪問嵌入式 WEB 服務(wù)器，而不需要 PC 機(jī)來作為交互的媒介。(3)研究網(wǎng)絡(luò)通信原理，利用 TCP/IP 協(xié)議和 Socket 套接字實現(xiàn)嵌入式 WEB 服務(wù)器和客戶端的網(wǎng)絡(luò)通信。(4)分析 CGI 原理，設(shè)計嵌入式 WEB 服務(wù)器應(yīng)用程序。構(gòu)建好了 WEB 服務(wù)器后，還要使用動態(tài)網(wǎng)頁技術(shù)為其研發(fā)應(yīng)用程序，因為單單的靜態(tài)網(wǎng)頁是滿足不了服務(wù)器和客戶端交互的功能的。 山東師范大學(xué)碩士學(xué)位論文11第二章 系統(tǒng)硬件的設(shè)計 微處理器選型 [1]目前，32 位微處理器的種類很多，開發(fā)生產(chǎn)公司也不少，其中基于 ARM 技術(shù)的微處理器應(yīng)用約占據(jù)了 32 位 RISC 微處理器 75％以上的市場份額，成為市場的主流產(chǎn)品 [1]。ARM(Advanced RISC Machines)，既可以認(rèn)為是一個公司的名字，也可以認(rèn)為是對一類微處理器的通稱，還可以認(rèn)為是一種技術(shù)的名字。1991 年 ARM 公司成立于英國劍橋，主要出售芯片設(shè)計技術(shù)的授權(quán)。我們通常所說的 ARM 微處理器，就是采用 ARM 知識產(chǎn)權(quán) (IP)內(nèi)核的微處理器，現(xiàn)在已經(jīng)遍及工業(yè)控制、消費類電子產(chǎn)品、通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、無線系統(tǒng)等各類產(chǎn)品市場，ARM 技術(shù)正在逐步滲入到我們生活的各個方面。 ARM 微處理器目前包括下面幾個系列，除了具有 ARM 體系結(jié)構(gòu)的共同特點以外，每一個系列的 ARM 微處理器都有各自的特點和應(yīng)用領(lǐng)域。 (1) ARM7 系列 (2) ARM9 系列 (3) ARM9E 系列 (4) ARM10E 系列 (5) SecurCore 系列 (6) Inter 的 Xscale (7) Inter 的 StrongARM 其中，ARMARM9 、ARM9E 和 ARM10 為 4 個通用處理器系列，每一個系列提供一套相對獨特的性能來滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域的需求。SecurCore 系列專門為安全要求較高的應(yīng)用而設(shè)計。 以下我們來詳細(xì)了解一下各種微處理器的特點及應(yīng)用領(lǐng)域。 山東師范大學(xué)碩士學(xué)位論文12 ARM7 微處理器系列 ARM7 系列微處理器為低功耗的 32 位 RISC 處理器，最適合用于對性價比和功耗要求較高的消費類應(yīng)用。ARM7 微處理器系列具有如下特點： (1)具有嵌入式 ICERT 邏輯，調(diào)試開發(fā)方便。 (2)極低的功耗，適合對功耗要求較高的應(yīng)用，如便攜式產(chǎn)品。 (3)能夠提供 。 (4)代碼密度高并兼容 16 位的 Thumb 指令集。 (5)對操作系統(tǒng)的支持廣泛，包括 Windows CE、Linux、Palm OS 等。 (6)指令系統(tǒng)與 ARM9 系列、ARM9E 系列和 ARM10E 系列兼容，便于用戶的產(chǎn)品升級換代。 (7)主頻最高可達(dá) 130MIPS，高速的運算處理能力能勝任絕大多數(shù)的復(fù)雜應(yīng)用。 ARM7 系列微處理器的主要應(yīng)用領(lǐng)域為：工業(yè)控制、Inter 設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)和調(diào)制解調(diào)器設(shè)備、移動電話等多種多媒體和嵌入式應(yīng)用。 ARM7 系列微處理器包括如下幾種類型的核：ARM7TDMI 、ARM7TDMIS、 ARM720T、ARM7EJ 。其中， ARM7TMDI 是目前使用最廣泛的 32 位嵌入式 RISC 處理器，屬低端 ARM 處理器核。TDMI 的基本含義為： T：支持 16 位壓縮指令集 Thumb。 D：支持片上 Debug。M：內(nèi)嵌硬件乘法器（Multiplier） 。 I：嵌入式 ICE，支持片上斷點和調(diào)試點。 ARM9 微處理器系列 ARM9 系列微處理器在高性能和低功耗方面提供最佳的性能，具有以下特點： (1)5 級整數(shù)流水線，指令執(zhí)行效率更高。 (2)提供 。 (3)支持 32 位 ARM 指令集和 16 位 Thumb 指令集。 (4)支持 32 位的高速 AMBA 總線接口。 (5)全性能的 MMU，支持 Windows CE、Linux、Palm OS 等多種主流嵌入式操作系統(tǒng)。 山東師范大學(xué)碩士學(xué)位論文13(6)MPU 支持實時操作系統(tǒng)。 (7)支持?jǐn)?shù)據(jù) Cache 和指令 Cache，具有更高的指令和數(shù)據(jù)處理能力。 ARM9 系列微處理器主要應(yīng)用于無線設(shè)備、儀器儀表、安全系統(tǒng)、機(jī)頂盒、高端打印機(jī)、數(shù)字照相機(jī)和數(shù)字?jǐn)z像機(jī)等。 ARM9 系列微處理器包含 ARM920T、ARM922T 和 ARM940T 三種類型，以適用于不同的應(yīng)用場合。 ARM9E 微處理器系列 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。ARM9E 系列微處理器提供了增強(qiáng)的 DSP 處理能力，非常適合于那些需要同時使用 DSP 和微控制器的應(yīng)用場合。ARM9E 系列微處理器的主要特點如下：(1)支持 DSP 指令集，適合于需要高速數(shù)字信號處理的場合。 (2)5 級整數(shù)流水線，指令執(zhí)行效率更高。(3)支持 32 位 ARM 指令集和 16 位 Thumb 指令集。 (4)支持 32 位的高速 AMBA 總線接口。(5)支持 VFP9 浮點處理協(xié)處理器。(6)全性能的 MMU，支持 Windows CE、Linux、Palm OS 等多種主流嵌入式操作系統(tǒng)。(7)MPU 支持實時操作系統(tǒng)。 (8)支持?jǐn)?shù)據(jù) Cache 和指令 Cache，具有更高的指令和數(shù)據(jù)處理能力。 (9)主頻最高可達(dá) 300MIPS。 ARM9 系列微處理器主要應(yīng)用于下一代無線設(shè)備、數(shù)字消費品、成像設(shè)備、工業(yè)控制、存儲設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等領(lǐng)域。 ARM9E 系列微處理器包含 ARM926EJS、ARM946ES 和 ARM966ES 三種類型，以適用于不同的應(yīng)用場合。 山東師范大學(xué)碩士學(xué)位論文14 ARM10E 微處理器系列 ARM10E 系列微處理器具有高性能、低功耗的特點，由于采用了新的體系結(jié)構(gòu)，與同等的 ARM9 器件相比較，在同樣的時鐘頻率下，性能提高了近 50％，同時，ARM10E 系列微處理器采用了兩種先進(jìn)的節(jié)能方式，使其功耗極低。 ARM10E 系列微處理器的主要特點如下： (1)支持 DSP 指令集，適合于需要高速數(shù)字信號處理的場合。(2)6 級整數(shù)流水線，指令執(zhí)行效率更高。 (3)支持 32 位 ARM 指令集和 16 位 Thumb 指令集。 (4)支持 32 位的高速 AMBA 總線接口。 (5)支持 VFP10 浮點處理協(xié)處理器。 (6)全性能的 MMU，支持 Windows CE、Linux、Palm OS 等多種主流嵌入式操作系統(tǒng)。 (7)支持?jǐn)?shù)據(jù) Cache 和指令 Cache，具有更高的指令和數(shù)據(jù)處理能力。 (8)主頻最高可達(dá) 400MIPS。 (9)內(nèi)嵌并行讀/寫操作部件。 ARM10E 系列微處理器主要應(yīng)用于下一代無線設(shè)備、數(shù)字消費品、成像設(shè)備、工業(yè)控制、通信和信息系統(tǒng)等領(lǐng)域。 ARM10E 系列微處理器包含 ARM1020E、ARM1022E 和 ARM1026EJS 三種類型，以適用于不同的應(yīng)用場合。 SecurCore 微處理器系列 SecurCore 系列微處理器專為安全需要而設(shè)計，提供了完善的 32 位 RISC 技術(shù)的安全解決方案，因此，SecurCore 系列微處理器除了具有 ARM 體系結(jié)構(gòu)的低功耗、高性能的特點外，還具有其獨特的優(yōu)勢，即提供了對安全解決方案的支持。 SecurCore 系列微處理器除了具有 ARM 體系結(jié)構(gòu)各種主要特點外，還在系統(tǒng)安全方面具有如下的特點： (1)帶有靈活的保護(hù)單元，以確保操作系統(tǒng)和應(yīng)用數(shù)據(jù)的安全。 (2)采用軟內(nèi)核技術(shù)，防止外部對其進(jìn)行掃描探測。 (3)可集成用戶自己的安全特性和其他協(xié)處理器。 山東師范大學(xué)碩士學(xué)位論文15SecurCore 系列微處理器主要應(yīng)用于一些對安全性要求較高的應(yīng)用產(chǎn)品及應(yīng)用系統(tǒng)，如電子商務(wù)、電子政務(wù)、電子銀行業(yè)務(wù)、網(wǎng)絡(luò)和認(rèn)證系統(tǒng)等領(lǐng)域。 SecurCore 系列微處理器包含 SecurCore SC100、SecurCore S