【文章內容簡介】 分放于這一部分。 按鍵與顯示電路設計 按鍵電路設計 由于 鍵盤電路 不需要太多的鍵，因此采用按鍵的形式，一共使用四個，分別實現(xiàn)進入、上翻、下翻、退出的功能，實現(xiàn) SD 卡中的數(shù)據(jù)讀取和顯示。鍵盤電路原理圖如圖 210 所示： S2S3S1S4GNDP 0. 15V C C進入退出上翻下翻P 0. 16P 0. 17P 0. 1810K 圖 210 鍵盤電路原理圖 Principle of keyboard circuit 顯示電路設計 由于 本設計要制作一個文本閱讀器，因此液晶顯示器要顯示比較多的信息，因此本設計采用了 12864 液晶顯示器，用來顯示足夠多的信息，同時為了實現(xiàn) 漢字的顯示，我們采用了帶字庫的 12864 液晶顯示器。因為如果采用漢字點陣的形式，將會占用大量的存儲空間，并且要顯示的漢字很多，無法預先知道要顯示的漢字，因此采用漢字點陣的方法并不適用于本設計。 液晶電路接線原理圖如圖 211 所示： V S S1VDD2NC3R S /C S4R /W5E6D B 07D B 18D B 29D B 310D B 411D B 512D B 613D B 714P S B15NC16/R S T17NC18L E D A19L E D K20L C D液晶電路012345678RP 0. 0P 0. 1P 0. 2P 0. 3P 0. 4P 0. 5P 0. 6P 0. 7P 0. 8P 0. 9V C CP 0. 10P 0. 11P 0. 12V C C 圖 211 液晶電路原理圖 Principle of LCD circuit 3．文本閱讀器的軟件設計 嵌入式實時操作系統(tǒng)的設計 嵌入式系統(tǒng)是將先進的計算機技術、半導體技術和電子技術和各個行業(yè)的具體應用相結合后的產物，這一點就決定了它必然是一個技術 密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識集成系統(tǒng)。 嵌入式系統(tǒng)必須根據(jù)應用需求對軟硬件進行裁剪，滿足應用系統(tǒng)的功能、可靠性、成本、體積等要求。所以，如果能建立相對通用的軟硬件基礎，然后在其上開發(fā)出適應各種需要的系統(tǒng)，是一個比較好的發(fā)展模式。目前的嵌入式系統(tǒng)的核心往往是一個只有幾 K 到幾十 K 微內核，需要根據(jù)實際的使用進行功能擴展或者裁減，但是由于微內核的存在，使得這種擴展能夠非常順利的進行。 嵌入式計算機系統(tǒng)同通用型計算機系統(tǒng)相比具有以下特點： CPU 與通用型的最大不 同就是嵌入式 CPU 大多工作在為特定用戶群設計的系統(tǒng)中，它通常都具有低功耗、體積小、集成度高等特點，能夠把通用 CPU 中許多由板卡完成的任務集成在芯片內部，從而有利于嵌入式系統(tǒng)設計趨于小型化，移動能力大大增強，跟網(wǎng)絡的耦合也越來越緊密。 、半導體技術和電子技術與各個行業(yè)的具體應用相結合后的產物。這一點就決定了它必然是一個技術密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識集成系統(tǒng)。 ，量體裁衣、去除冗余，力爭在同樣的硅片面積上實現(xiàn)更高的性 能，這樣才能在具體應用中對處理器的選擇更具有競爭力。 ，它的升級換代也是和具體產品同步進行，因此嵌入式系統(tǒng)產品一旦進入市場，具有較長的生命周期。 ，嵌入式系統(tǒng)中的軟件一般都固化在存儲器芯片或單片機本身中，而不是存貯于磁盤等載體中。 ，即使設計完成以后用戶通常也是不能對其中的程序功能進行修改的，必須有一套開發(fā)工具和環(huán)境才能進行開發(fā)。 嵌入式系統(tǒng)的核心是嵌入式微處理器。嵌入式微處理器一般就具備以下 4個特點： 1． 對實時任務 有很強的支持能力，能完成多任務并且有較短的中斷響應時間，從而使內部的代碼和實時內核心的執(zhí)行時間減少到最低限度。 2． 具有功能很強的存儲區(qū)保護功能。這是由于嵌入式系統(tǒng)的軟件結構已模塊化，而為了避免在軟件模塊之間出現(xiàn)錯誤的交叉作用，需要設計強大的存儲區(qū)保護功能，同時也有利于軟件診斷。 3． 可擴展的處理器結構，以能最迅速地開展出滿足應用的最高性能的嵌入式微處理器。 4． 嵌入式微處理器必須功耗很低，尤其是用于便攜式的無線及移動的計算和通信設備中靠電池供電的嵌入式系統(tǒng)更是如此，如需要功 耗只有 mW 甚至 μW級。 由于技術的進步和發(fā)展，單片系統(tǒng)硬件的規(guī)模越來越大，功能越來越強，從而給運行嵌入式操作系統(tǒng)提供了物質保證，于是就出現(xiàn)了很多具有不同特點及應用領域的操作系統(tǒng)。這些運行在嵌入式硬件平臺上，對整個系統(tǒng)及其部件、裝置等資源進行統(tǒng)一協(xié)調、指揮和控制的系統(tǒng)軟件就叫做嵌入式實時操作系統(tǒng)。由于嵌入式系統(tǒng)的硬件特點、應用環(huán)境的多樣性和開發(fā)手段的特殊性，使它與普通的操作系統(tǒng)有著很大的不同，其主要特點如下： ? 微型化。嵌入式系統(tǒng)芯片內部存儲器的容量通常不會很大（ 1MB 以內），一般也不配置外存，加上電源的容量較 小 (常常用電池甚至微型電池供電 )以及外部設備的多樣化，因而不允許嵌入式操作系統(tǒng)占用較多的資源，所以在保證應用功能的前提下，嵌入式實時操作系統(tǒng)的規(guī)模越小越好。 ? 實時性。由于對嵌入式實時操作系統(tǒng)的共同要求是系統(tǒng)能快速響應事件，具有較強的實時性，所以嵌入式實時操作系統(tǒng)的內核都是可剝奪的。 ? 可裁剪性。嵌入式操作系統(tǒng)運行的硬件平臺多種多樣，其宿主對象更是五花八門，所以要求嵌入式操作系統(tǒng)中提供的各個功能模塊可以讓用戶根據(jù)需要選擇使用，即要求它具有良好的可裁剪性。 ? 高可靠性。嵌入式系統(tǒng)廣泛應用于軍事武器、航空航天、交通運 輸、重要的生產設備領域，所以要求嵌入式操作系統(tǒng)必須有極高的可靠性，對關鍵、要害的應用還要提供必要的容錯和防錯措施，以進一步提高系統(tǒng)的可靠性。 ? 易移植性。為了適應多種多樣的硬件平臺，嵌入式操作系統(tǒng)應可在不做大量修改的情況下能穩(wěn)定地運行于不同的平臺。 常見的嵌入式實時操作系統(tǒng) 1. μ C/OSII μ C/OSII是由 Jean 于 1992 年編寫的一個嵌入式多任務實時操作系統(tǒng)。并在 2020 年得到了美國聯(lián)邦航空管理局對用于商用飛機的、符合 RTCA DO178B 標準的認證，從而證明μ C/OSII 具有足夠的穩(wěn)定性和安全性。 μ C/OSII 是用 C 語言和匯編語言編寫的，其中的絕大部分代碼都是用 C 語言編寫的，只有極少部分與處理器密切相關的代碼使用匯編語言編寫的，所以用戶只要做很少的工作就可把它移植到 8 位、 16 位和 32 位嵌入式處理器上。 由于μ C/OSII 的構思巧妙，結構簡潔精煉，可讀性強 ，同時又具備了實時操作系統(tǒng)的全部功能，例如搶占式的任務管理，任務調度，系統(tǒng)時鐘和中斷，以及任務的同步與通信，內存管理等等。所以雖然它只是一個內核，但非常適合初次接觸嵌入式實時操作系統(tǒng)的學生、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)人員，并且通過適當?shù)財U展后，可應用到實際系統(tǒng)中。 μ C/OSII 具有以下特點： ? 多任務 μ C/OSII 可以管理 64 個任務，然而μ C/OSII 的作者建議用戶保留 8 給任務給μ C/OSII 操作系統(tǒng)本身。這樣，留給用戶實際可用的任務數(shù)是 56 個。 ? 確定性 絕大多數(shù)μ C/OSII 的函數(shù)調用和服務的 執(zhí)行時間具有確定性，也就是說，用戶總是能知道μ C/OSII 的函數(shù)調用和服務執(zhí)行了多長時間。 ? 任務棧 μ C/OSII 每個任務都有自己單獨的棧，使用μ C/OSII 的棧空間校驗函數(shù)，可確定每個任務到底需要多少棧空間，通過該功能可以減少系統(tǒng)內存的占用量，節(jié)省寶貴的內存空間。 ? 系統(tǒng)服務 μ C/OSII 操作系統(tǒng)提供了許多有用的系統(tǒng)服務，例如信號量、互斥信號量、時間標志、消息郵箱、消息隊列、塊大小固定的內存申請與釋放以及時間管理函數(shù)等。 ? 中斷管理 中斷可以使正在執(zhí)行的任務暫時掛起，如果優(yōu)先級更高 的任務被中斷喚醒，則高優(yōu)先級的任務在中斷嵌套全部退出后立即執(zhí)行，中斷嵌套層數(shù)可達 255 層。 ? 穩(wěn)定性和可靠性 μ C/OSII 操作系統(tǒng)是 uC/OS 操作系統(tǒng)的升級版，uC/OS 自 1992 年以來已經有數(shù)百個商業(yè)應用，μ C/OSII 操作系統(tǒng)的內核與 uC/OS 操作系統(tǒng)的內核是一樣的，只是提供了更多的功能。具有非常好的系統(tǒng)穩(wěn)定性。 2. Windows CE Windows CE 是 Microsoft 公司開發(fā)的一個開放的、可升級的 32 位嵌入式操作系統(tǒng)，是基于掌上電腦類的電子設備操作。它是精簡的 Windows 95。 Windows CE 的圖形用戶界面相當出色。其中 CE 中的 C 代表袖珍（ pact）、消費（ consumer）、通信能力（ connectivity）和伴侶（ panion）； E 代表電子產品（ electronics）。與 Windows 95/9 Windows NT 不同的是， Windows CE 是所有源代碼全部由 Microsoft 公司自行開發(fā)的嵌入式新型操作系統(tǒng)，其操作界面雖源于 Windows 95/98，但 Windows CE 是基于 Win32 API 重新開發(fā)的、新型的信息設備平臺。 Windows CE 具有模塊化、結構化、基于 Win 32 API 應用程序接口以及與處理器無關等特點。 Windows CE 不僅繼承了傳統(tǒng)的 Windows 圖形界面，并且在 Windows CE 平臺上可以使用 Windows 95/98 上的編程工具（如 Visual Basic、 Visual C++等），使用同樣的函數(shù)和同樣的界面網(wǎng)格，絕大多數(shù)的應用軟件只需要簡單地修改和移植就可以在 Windows CE 平臺上繼續(xù)使用。 3. 181。Clinux 181。Clinux 是一個完全符合 GNU/GPL 公約的操作系統(tǒng)，完全開放代碼，現(xiàn)在由 Lineo 公 司支持維護。 181。Clinux 的發(fā)音是 youseelinux，它的名字來自于希臘字母 181。和英文大寫字母 C 結合。 181。代表“微小”之意，字母 C 代表“控制器”，所以從字面上就可以看出它的含義，即“微控制領域中的 Linux 系統(tǒng)”。 為了降低硬件成本及運行功耗，很多嵌入式 CPU 沒有設計內存管理單元（ MMU）功能模塊。最初，運行于這類沒有 MMU 的 CPU 之上的都是一些簡單的單任務操作系統(tǒng)，或者更簡單的控制程序，甚至根本就沒有操作系統(tǒng)而直接運行應用程序。在這種情況下，系統(tǒng)無法運行復雜的應用程序，或者效率很低，而且所有的應用程序 需要重寫，并要求程序員十分了解硬件特性。這些阻礙了應用于這類 CPU 之上的嵌入式產品開發(fā)的速度。 181。Clinux 從 linux ，沿襲了主流 Linux 的絕大部分特性。它是專門針對沒有 MMU 的 CPU，并且為嵌入式系統(tǒng)做了許多小型化的工作。181。Clinux 適用于沒有虛擬內存或 MMU 的處理器，例如 ARMamp。TDMI。它通常用于具有很少內存或 flash 的嵌入式系統(tǒng)。 181。Clinux 是為了支持沒有 MMU 的處理器而對標準 Linux 作出的修正。它保留了操作系統(tǒng)的所有特性，為硬件平臺更好地運行各種程序提供了 保證。在 GNU 通用公共許可證（ GNU/GPL）的保證下，運行 181。Clinux 操作系統(tǒng)的用戶可以使用幾乎所有的 Linux API 函數(shù)，不會因為沒有MMU 而受到影響。由于 181。Clinux 在標準的 Linux 基礎上進行了適當?shù)牟眉艉蛢?yōu)化，所以形成了一個高度優(yōu)化的、代碼緊湊的嵌入式 Linux。雖然它的體積很小，但是 181。Clinux 仍然保留了 Linux 的大多數(shù)優(yōu)點：穩(wěn)定、良好的移植性、優(yōu)秀的網(wǎng)絡功能、完備的對各種文件系統(tǒng)的支持以及標準豐富的 API 等。 4